紗錠搬運三爪機械手設計【7張CAD高清圖紙、文檔所見所得】【YC系列】

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本科畢業(yè)設計開題報告 題 目 紗錠搬運機器人三爪機械手設計 院 （系）： 機械工程學院 班 級： 機設10-4班 姓 名： 范祥明 學 號： 2010022521 指導教師： 趙存友 教師職稱： 副教授 黑龍江科技大學本科畢業(yè)設計開題報告 題 目 紗錠搬運機器人三爪機械手設計 來源 工程實際 1、 研究目的和意義 機器人技術是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一，也是我國科技界跟蹤國際高技術發(fā)展的重要方面。是近40年來發(fā)展起來的一門交叉性學科，它涉及電子學、計算機科學、控制理論、傳感器技術、機械學、仿生學、人工智能等學科領域。工業(yè)機器人與其它設備組成的生產線極大地提高了企業(yè)的生產率、提高和穩(wěn)定了產品質量、大大縮短了產品更新?lián)Q代的周期，機器人的出現(xiàn)和發(fā)展已使傳統(tǒng)工業(yè)生產的面貌發(fā)生了根本性變化，使人類的生產方式從手工作業(yè)、機械化、自動化、跨入智能化的新時代。機器人不僅在工業(yè)上應用愈來愈廣，而且正在社會服務、海洋開發(fā)、宇宙空間、地下礦藏、搶險救災、軍事等領域開拓新應用，以代替人在其無法適應的特殊環(huán)境下工作，這將極大地擴展人類生產和活動的范圍，大大提高人類創(chuàng)造性勞動的能力。在某種程度上機器人水平的高低能反映一個國家的綜合國力和科技水平的發(fā)展。 該機械手應用于生產線上代替工人工作，它把工人從復雜、繁重、疲勞、的工作環(huán)境中解脫出來，是人類的好伙伴，是工業(yè)制造領域重要的生產和服務性設備，是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備，也是一個企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志，同時可以減少企業(yè)的成本，提高企業(yè)的效益。 本課題要求學生根據(jù)裝卸搬運的生產需要，完成通用機械手回轉與升降功能部件的結構設計。有助于培養(yǎng)學生運用所學基礎知識、基本理論進行一般機械產品結構設計的綜合能力。 2、國內外發(fā)展情況(文獻綜述) 工業(yè)機器人，一般指的是在工廠車間環(huán)境中，配合自動化生產的需要，代替人來完成材料或零件的搬運、加工、裝配等操作的一種機器人。國際標準化組織(ISO)在對工業(yè)機器人所下的定義是“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手，這種機械手具有幾個軸，能借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用設備，以執(zhí)行種種任務”[1]。 在教育領域，許多院校已在學生中開設了機器人學方面的有關課程，但與世界先進國家相比，我們在認識和投入等方面均存在不足。而教學機器人作為機器人技術、計算機技術和機電一體化技術教育的教學工具，對人才培養(yǎng)和高新技術的推廣應用有著重要的意義。 如今教學機器人已經(jīng)廣泛應用于大專院校的課程與試驗中，它可以再現(xiàn)工業(yè)機器人的工作原理和過程，讓人們對機器人有直觀的理解，在學生的學習中起到了很大的作用，所以深得學生和老師的青睞。目前，國內已有部分高校研制開發(fā)了較為成型的機器人教學研究設備，例如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學等。另外還有許多高校也正投入到相關產品的研發(fā)工作中，相信不久會有更多相應產品的問世[2-7]。 隨著科學和技術的不斷發(fā)展，在過去的幾個世紀里，人類在許多方面都取得了重大的進展。機器人技術作為人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀60年代初問世以來，經(jīng)歷了短短的40年，已取得長足的進步。工業(yè)機器人在經(jīng)歷了誕生、成長、成熟期后，已成為制造業(yè)中必不可少的核心裝備，而且工業(yè)機器人不僅在工廠里成了工人必不可少的伙伴，而且正在以驚人的速度向航空航天、軍事、服務、娛樂等人類生活的各個領域滲透。據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟委員會和國際機器人聯(lián)合會去年關于世界機器人的報告，僅2003年新投入使用的機器人接近10萬個，使世界目前使用的機器人總數(shù)超過75萬。世界使用機器人最多的國家是日本，約38.9萬；其次為德國(9.1萬)、美國(9萬)、意大利(3.9萬)、韓國(3.8萬)、法國(2.1萬)、西班牙(1.3萬)和英國(1.2萬)，并且報告估計2004年，全世界使用的機器人總數(shù)將超過100萬。 我國的工業(yè)機器人發(fā)展的歷史已經(jīng)有20多年，從“七五”科技攻關開始，正式列入國家計劃，在國家的組織和支持下，通過“七五”“八五”科技攻關不僅在機器人的基礎理論和關鍵技術方面取得重大突破，而且在工業(yè)機器人整機方面，己經(jīng)陸續(xù)掌握了噴漆、弧焊、點焊、裝配和搬運等不同用途、典型的工業(yè)機器人整機技術，并成功的應用于生產，掌握了相關的應用工程知識。但總的看來，我國的工業(yè)機器人技術及其工程應用的水平和國外的相比還有一定的距離。我國目前大約有4000臺工業(yè)機器人，其中僅有1/5是國產的，其余的則是從40多個國外廠商進口的機器人。總之，各種各樣機器人的出現(xiàn)和應用是人類走向文明和發(fā)展的一個巨大進步和標志，在未來社會中，機器人的廣泛應用和發(fā)展是一個必然的發(fā)展趨勢。相信在不遠的將來機器人技術將一定能夠為人類帶來更多的方便，為人類的文明和發(fā)展帶來更大的機會[8]。 3、 研究/設計的目標 在設計的過程中完成機械手的結構設計，根據(jù)所給定紗錠：內孔110mm、外徑180mm、高120mm轉腰機構：轉角范圍90o，時間4秒的設計參數(shù)和工作環(huán)境的要求，設計結構簡單、抓取靈活的機械手，使其與機器人總體相協(xié)調，成為有機整體，并能夠應用于生產實踐。 4、 設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等） 根據(jù)紗錠搬運生產線的要求，用氣壓缸來實現(xiàn)機械手臂在水平面上的旋轉和支撐整個手臂。完成手臂在兩生產線間的移動，完成三爪對紗錠的搬運。 旋轉機構：旋轉機構是氣壓缸構來控制。 三爪：用四桿機構來控制，兩個四桿機構用氣壓機來控制，來分別實現(xiàn)對紗錠的搬運。 方案一（如圖1）所示，是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手，其特點是，抓重可達幾百公斤，運動比較平穩(wěn)，結構緊湊、動作靈敏，定位精度較高，負載能力也比較大，能夠抓住重負載而不產生滑動，從體積、重量及要求的驅動功率這幾項關鍵技術考慮，不失為一個合適的選擇方案。但是，其費用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護不方便，容易把紗錠污染。 1-液壓缸；2-液壓缸；3-液壓缸 圖1 結構運動簡圖 方案二（如圖2）所示，是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主要特點是:介質來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 1-氣壓缸；2-氣壓缸；3-氣壓缸 圖2 結構運動簡圖 方案三（如圖3）所示，是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手，抓住重負載是容產生滑動，還容易把紗錠污染，不失為一個合適的選擇方案。但是，其費用較高，而且其液壓系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，維護不方便。 1-液壓缸；2-液壓缸；3-液壓缸 圖3 結構運動簡圖 綜上所述，由于搬運的是紗錠，紗錠怕污染，質量也比較輕，而液壓容易漏油把紗錠污染，所以選擇方案2氣壓傳動的方式。 5、 方案的可行性分析 本次紗錠搬運機器人三爪機械手的設計采用了氣壓缸的設計。介質來源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機械手的操作簡單，適用于高速、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。利用氣壓缸來控制三爪機械手的運動以及旋轉，三爪機械手下行，氣壓缸把三爪機械手合攏，到達搬運的紗錠時，氣壓缸再把三爪張開，再利用2號氣壓缸帶動旋轉臺將其搬運的紗錠旋轉90度，1.3號氣壓缸在運動，將其紗錠卸載，2號氣缸再帶動旋轉臺旋轉回到初始位置，一次搬運完成，重復以上運動即可完成對紗錠搬運。 6、 該設計的創(chuàng)新之處 這種創(chuàng)新提高了生產率，降低了成本；使其發(fā)揮更大的技術、經(jīng)濟效益等。由于本課題研究的三抓機械手的額定負載較小，體積和重量均要求較小，且結構簡單，紗錠怕污染，綜合分析后，決定采用氣壓缸來實現(xiàn)對紗錠的搬運，而且可以采用簡易的開關來控制。 7、 設計產品的主要用途和應用領域 機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬運、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作?？稍跈C械工業(yè)中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續(xù)的。據(jù)資料介紹，美國生產的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；實現(xiàn)產品在不同生產線之間的快速轉移。澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現(xiàn)產品在不同生產線之間的轉移,實現(xiàn)產品的搬運,完成不同的工序的生產線搬運機械手為研究對象。 8、 時間進程 第一周 收集資料、熟悉設計內容 第二周 了解紗錠搬運機器人三爪機械手的作用和結構 第三周 通過去哈爾濱工業(yè)大學實習，進一步對執(zhí)行元件和機械傳動系統(tǒng)有所了解 第四周 寫開題報告及相關的實習總結和實習日記，對資料進行整理 第五周 通過資料確定設計方案及原理 第六周 對設計的主要結構進行計算 第七周 對設計的主要結構進行計算 第八周 進行CAD草圖設計 第九周 正式CAD繪圖 第九十周 CAD繪圖并進行相關修改 第十一周 進行零件圖設計 第十二周 整理說明書及圖紙 第十三周 對整體檢查,對說明書及圖紙進行反復修改 第十四周 準備最終說明書、圖紙 第十五周 畢業(yè)答辯 9參考文獻 [1]張建民.工業(yè)機械人[M].北京：北京理工大學出版社,1992. 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