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沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 姓名 許文蘭 班級(jí) 機(jī)制 1102 班 指導(dǎo)老師 趙艷春 摘要 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部 是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用 消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè) 機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水 平的重要標(biāo)志 因此 世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重 點(diǎn)之一 生產(chǎn)水平及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展帶動(dòng)了整個(gè)機(jī)械工業(yè)的快速發(fā) 展 現(xiàn)代工業(yè)中 生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械機(jī)械化 自動(dòng)化已成為突出的主題 然而在 機(jī)械工業(yè)中 加工 裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的 單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工 序接起來(lái) 不僅費(fèi)時(shí)而且效率不高 同時(shí)人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大 有時(shí)還會(huì)出現(xiàn) 失誤及傷害 顯然 這嚴(yán)重影響制約了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率和自動(dòng)化程度 機(jī) 械手的應(yīng)用很好的解決了這一情況 它不存在重復(fù)的偶然失誤 也能有效地避 免了人身事故 關(guān)鍵詞 PLC 控制技術(shù) 機(jī)械手 應(yīng)用與發(fā)展 1 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成 其組成及相 互關(guān)系如下圖 1 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 手部 手部安裝在手臂的前端 通過(guò)手臂前端的氣動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 手指 運(yùn)動(dòng) 已 達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的抓取與放置 機(jī)械手手部的機(jī)構(gòu)系模仿人的手指 分為無(wú)關(guān)節(jié) 固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三 種 手指的數(shù)量又可以分為二指 三指等 其中以二指用的最多 可以根據(jù)夾 持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭 以適應(yīng)操作需要 2 手臂 手臂有無(wú)關(guān)節(jié)和有關(guān)節(jié)手臂之分 本課題所做的機(jī)械手采用無(wú)關(guān)節(jié)機(jī)械手 臂 其主要作用是引導(dǎo)機(jī)械手部準(zhǔn)確的抓住工件 并運(yùn)送到所需要的位置上 為了使機(jī)械手能夠正確的工作 手臂的三個(gè)自由度都需要精確的定位 總述 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種 因此 它采用的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)主要是齒輪 齒條 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 氣缸等 軀干是安裝手臂 動(dòng)力源和執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的支架 1 2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種 液壓驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng) 電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng) 其中 以液壓氣壓傳動(dòng)用的占 90 以上 而電動(dòng) 機(jī)械確定用的較少 1 液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)油缸 閥 油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng) 它利用油缸 馬達(dá)加上齒輪 齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng) 利用擺動(dòng)油缸 馬達(dá)與減速器 油缸與齒 條 齒輪或鏈條 鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高 體積小 出力大 運(yùn)動(dòng)平緩 可無(wú)極變速 自鎖方便 并能在中間位置停止 缺點(diǎn)是需 要配備壓力源 系統(tǒng)復(fù)雜成本較高 2 氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸 氣壓馬達(dá) 氣閥等 一般采用 4 6 個(gè) 大氣壓 個(gè)別的達(dá)到 8 10 個(gè)大氣壓 它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便 維護(hù)簡(jiǎn)單 成本低 缺點(diǎn)是出力小 體積大 由于空氣的可壓縮性大 很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止 只能用于點(diǎn)位控制 而且潤(rùn)滑性較差 氣壓系統(tǒng)容易生銹 3 電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多 現(xiàn)在都用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力 用大減速比 減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 直線運(yùn)動(dòng)則用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu) 有的采用直 線電動(dòng)機(jī) 通用機(jī)械手則考慮用步進(jìn)電機(jī) 直流或交流的伺服電機(jī) 變速箱等 電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡(jiǎn)單 維護(hù) 使用方便 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采 用統(tǒng)一形式的動(dòng)力 出力比較大 缺點(diǎn)是控制響應(yīng)速度比較慢 4 機(jī)械驅(qū)動(dòng)只用于固定的場(chǎng)合 一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的工作 它 的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠 速度高 成本低 缺點(diǎn)是不易調(diào)整 1 3 控制系統(tǒng) 機(jī)械手控制系統(tǒng)的要素主要包括工作順序 到達(dá)位置 動(dòng)作時(shí)間和運(yùn)動(dòng)速 度等 控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求 設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制 它首先要標(biāo)志程序 加以存儲(chǔ) 然后再根據(jù)規(guī)定的程序 控制機(jī)械手進(jìn)行工作 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展 PLC 控制技術(shù)在機(jī)械手控制方面也越來(lái)越多地被應(yīng)用 2 在機(jī)械工業(yè)中 機(jī)械手的應(yīng)用具有以下意義 2 1 可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于提高原材料的傳送 工件的裝卸 刀具的更換以及機(jī)器裝 配等的自動(dòng)化程度 從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 降低生產(chǎn)成本 加快實(shí)現(xiàn)工業(yè) 生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐 2 2 可以改善勞動(dòng)條件 避免人身事故 在高溫 高壓 低溫 低壓 有灰塵 噪聲 臭味 以及有放射性或有其 它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中 用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可 能完成的 而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè) 大大地改善 了工人的勞動(dòng)條件 同時(shí) 在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中 以機(jī)械手 代替人手進(jìn)行工作 可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故 2 3 可以減少人力 便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作 這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面 同時(shí)由于 應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作 這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面 因此 在自動(dòng)化機(jī) 床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手 以減少人力和更準(zhǔn)確地控 制生產(chǎn)的節(jié)拍 便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn) 3 國(guó)內(nèi)外研究概況 水平和發(fā)展趨勢(shì) 應(yīng)用前景 目前國(guó)內(nèi)機(jī)械手主要用于機(jī)床加工 鑄造 熱處理等方面 數(shù)量 品種 性 能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要 所以 在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范 圍 重點(diǎn)發(fā)展鑄造 熱處理方面的機(jī)械手 以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 改善作業(yè)條件 在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí) 相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手 有條件的還要研制示教式 機(jī)械手 計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等 同時(shí)要提高速度 減少?zèng)_擊 正 確定位 以便更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用 此外還應(yīng)大力研究伺服型 記憶再現(xiàn) 型 以及具有觸覺 視覺等性能的機(jī)械手 并考慮與計(jì)算機(jī)連用 逐步成為整 個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元 國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多 發(fā)展也很快 目前主要用于機(jī)床 橫鍛壓力機(jī)的上下料 以及點(diǎn)焊 噴漆等作業(yè) 它可按照事先指定的作業(yè)程序 來(lái)完成規(guī)定的操作 國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手 使它具有一定的傳感能力 能反饋外界條件的變化 作相應(yīng)的變更 如位置發(fā) 生稍許偏差時(shí) 即能更正并自行檢測(cè) 重點(diǎn)是研究視覺功能和觸覺功能 目前 已經(jīng)取得一定成績(jī) 目前世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化 高速化 多軸化 輕量化的發(fā)展趨 勢(shì) 定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求 運(yùn)行速度可以達(dá)到 3m s 量新產(chǎn) 品達(dá)到 6 軸 負(fù)載 2KG 的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG 更重要的是將機(jī)械手 柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合 從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工 操作狀態(tài) 同時(shí) 隨著機(jī)械手的小型化和微型化 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的 機(jī)械領(lǐng)域 而向著電子信息 生物技術(shù) 生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展 4 研究?jī)?nèi)容 目前國(guó)際機(jī)械人界都在加大科研力度 進(jìn)行機(jī)械手共性技術(shù)的研究 并朝 著智能化和多樣化方向發(fā)展 主要研究?jī)?nèi)容集中在以下幾個(gè)方面 1 工業(yè)機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料 進(jìn)一步提高負(fù) 載 自重比 同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化 可重構(gòu)方向發(fā)展 2 機(jī)械手控制技術(shù) 重點(diǎn)研發(fā)開放式 模塊化控制系統(tǒng) 人機(jī)界面更加友 好 語(yǔ)言 圖形編程界面正在研制之中 機(jī)械手控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化 以及基 于 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn) 編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操 作性之外 離線編程的實(shí)用化將成為研究重點(diǎn) 3 多傳感器系統(tǒng) 為進(jìn)一步提高機(jī)械手的智能和適應(yīng)性 多種傳感器的使 用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵 其研究熱點(diǎn)在于有效可行的多傳感器信息融合算法 特別是在非線性及非平穩(wěn) 非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法 另 一個(gè)問(wèn)題就是傳感系統(tǒng)的實(shí)用化 4 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)靈巧 控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小 二者正朝著一體化方向發(fā)展 5 機(jī)械手遙控及監(jiān)控技術(shù) 辦自主和自主技術(shù) 多個(gè)機(jī)械手和操作者之間 的協(xié)調(diào)控制 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)械手遙控系統(tǒng) 在有時(shí)延的情況下 建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等 6 虛擬機(jī)械手技術(shù) 基于多傳感器 多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù) 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的虛擬遙控操作和人機(jī)交互 7 多智能體調(diào)節(jié)控制技術(shù) 這是目前機(jī)械手研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域 主要對(duì) 多智能體的群體體系結(jié)構(gòu) 相互間的通信與磋商機(jī)理 感知與學(xué)習(xí)方法 建模 和規(guī)劃 群體行為控制等方面進(jìn)行研究 8 軟機(jī)械手技術(shù) 主要用于醫(yī)療 護(hù)理 休閑和娛樂(lè)場(chǎng)所 傳統(tǒng)機(jī)械手設(shè) 計(jì)未考慮與人緊密共處 因此其結(jié)構(gòu)材料多為金屬或硬性材料 軟機(jī)械手技術(shù) 要求其結(jié)構(gòu) 控制方式和所用傳感系統(tǒng)在機(jī)械手意外地與環(huán)境或人碰撞時(shí)是安 全的 機(jī)器人對(duì)人是友好的 9 仿人和仿生技術(shù) 這是機(jī)械手技術(shù)發(fā)展的最高境界 目前僅在某些方面 進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究 5 總結(jié) 我國(guó)機(jī)械手的研發(fā)和應(yīng)用還處在一個(gè)發(fā)展的階段 跟美國(guó)日本等發(fā)達(dá)國(guó)家 相比還有很大的差距 很多產(chǎn)品還需進(jìn)口 特別是高靈活 高精度的機(jī)械手 要使我國(guó)機(jī)械工業(yè)更進(jìn)一步再發(fā)展壯大 就必須提高其自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率 將人手操作變?yōu)闄C(jī)械手操作 同時(shí) 國(guó)家應(yīng)加大對(duì)機(jī)械手及機(jī)器人的研發(fā)投入 積極開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品 從根本上解決對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的進(jìn)口需求 6 參考文獻(xiàn) 1 楊黎明 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 第一版 國(guó)防工業(yè)出版社 1986 12 2 李允文 工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1994 8 3 侯析 劉濤 裝卸機(jī)械手設(shè)計(jì)研究 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 7 4 盧頌峰 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 第一版 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 4 5 陳新元 張安龍 裝配線機(jī)械手電氣混合控制 液壓與氣動(dòng) 2007 3 6 徐國(guó)華 譚民 移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì) J 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用 2001 3 7 14 7 張明路 劉興榮 機(jī)器人立體視覺研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) J 信息與控制 2002 31 7 715 720 8 戈新良 張明路 多傳感器信息融合技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) J 河北 工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2003 32 2 30 35 9 王建中 齊偉偉等 基于一種新誤差模型的移動(dòng)機(jī)器人模糊控制 J 北 京理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2006 3 10 楊欣欣 何克忠 郭木河 張拔 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的室外移動(dòng)機(jī)器人前輪轉(zhuǎn) 向模型 J 自動(dòng)化學(xué)報(bào) 2000 2 11 孫煒 王榷南 模糊 B 樣條基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在機(jī)器人軌跡跟蹤中的應(yīng)用 J 動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào) 2005 1 12 李允文 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 4 6 13 張軍 封志輝 多工步搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì) M 機(jī)械設(shè)計(jì) 2004 4 21 30 14 王承義編 機(jī)械手及其應(yīng)用 M 機(jī)械工業(yè)出版社 1981 6 15 楊黎明 黃凱 李恩至 陳仕賢編 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 國(guó)防工業(yè)出版社 1993 6 16 天津大學(xué) 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 編寫組編 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ) M 天 津科學(xué)技術(shù)出版社 1980 8