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1、毕业设计开题报告设 计 题 目: 自动浇铸机械手设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械10-班 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 2014 年 3 月 22 日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日1课题研究的目的和意义1962年美国制造出第一台实用的示教型工业机器人以来,国际上对工业机器人的开发、研究和应用已有50余年的历程。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑等功能，它可以代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前，工业机械手主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车
2、制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。以日、美、德、法、韩等为代表，许多国家的机器人产业日趋成熟和完善，所生产的工业机器人已成为一种标准设备在全球得到广泛应用。由于制造企业技术的不断进步,对工业机器人的需求越来越大，因而工业机器人技术在制造业应用范围也越来越大，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度越来越高，功能也越来越强，正在向着成套技术和装备的方向发展。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。而机械手作为工业机器人的基础部分，更有研究价值。机械手是模仿人手的部分动作，按给定的程序轨迹和要求实现自动抓取、搬运或工作的自动机械装置。在工业生产
3、中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装置以及轻工业、交通运输等方面得到越来越广泛的应用。因此研究机械手是十分必要的。本文就对自动浇铸机械手进行研究。2文献综述（课题研究现状及分析）2.1机械手的发展水平机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。图2.1 世界第一台机械手1
4、962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年，美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。这两种出现在六十年代初的机械手，是后来国外工业机械手发展的基础。 图2.2 Unimate机器人和Versatran机器人1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicar
5、m型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。目前，机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要一环节。机械手从使用范围、运动坐标形式、驱动方式以及臂力大小四个方面的分
6、类分别为：1. 按使用范围分类： （1）专用机械手 一般只有固定的程序，而无单独的控制系统。它从属于某种机器或生产线用以自动传送物件或操作某一工具，例如“毛坯上下料机械手”、“曲拐自动车床机械手”、“油泵凸轮轴自动线机械手”等等。这种机械手结构较简单，成本较低，适用于动作比较简单的大批量生产的场合。 （2）通用机械手 指具有可变程序和单独驱动的控制系统，不从属于某种机器，而且能自动完成传送物件或操作某些工其的机械装置。通用机械手按其定位和控制方式的不同，可分为简易型和伺服型两种。简易型只是点位控制，故属于程序控制类型，伺服型可以是点位控制，也可以是连续轨迹控制，一般属于数字控制类型。2. 按运
7、动坐标型式分类：（1）直角坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴X、Y、Z三个方向移动，亦即臂部可以前后伸缩(定为沿X方向的移动)、左右移动(定为沿Y方向的移动)和上下升降(定为沿Z方向的移动)；（2） 圆柱坐标式机械手 手臂可以沿直角坐标轴的X和Z方向移动，又可绕Z轴转动(定为绕Z轴转动)，亦即臂部可以前后伸缩、上下升降和左右转动；（3）球坐标式机械手 臂部可以沿直角坐标轴X方向移动，还可以绕Y轴和Z轴转动，亦即手臂可以前后伸缩(沿X方向移动)、上下摆动(定为绕Y轴摆动)和左右转动(仍定为绕Z轴转动)；（4）多关节式机械手 这种机械手的臂部可分为小臂和大臂。其小臂和大臂的连接(肘部)以及大臂和机
8、体的连接(肩部)均为关节(铰链)式连接，亦即小臂对大臂可绕肘部上下摆动，大臂可绕肩部摆动多角，手臂还可以左右转动。 3. 按驱动方式分类：（1）液压驱动机械手 以压力油进行驱动；（2）气压驱动机械手 以压缩空气进行驱动；（3）电力驱动机械手 直接用电动机进行驱动；（4）机械驱动机械手 是将主机的动力通过凸轮、连杆、齿轮、间歇机构等传递给机械手的一种驱动方式。4. 按机械手的臂力大小分类：（1）微型机械手 臂力小于1；（2）小型机械手 臂力为110；（3）中型机械手 臂力为1030；（4）大型机械手 臂力大于30。2.2机械手的发展趋势机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳
9、动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如，机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上的使用较为普遍；在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件；它可以在劳动条件差，单调重复易疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动；它可以在危险的场合下工作，如军用品的装卸、危险品及有害物质的搬运等；还可用于宇宙和海洋的开发及军事工程和生物医学方面的研究和实验等。图2.3 四轴双转塔车床上的装卸机械手图2.4 用于水下作业的机械手未来机械手的研究内容主要集中一下几个方面。1、开发新型
10、结构，如微动机构保证动作精度；开发多关节、多自由度的手臂和灵巧手；研制新型的行走机构，以适应各种作业要求。2、设计无给油化的结构，无给油化是个新提出的概念，主要是为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。3、可采用液压传动代替传统的齿轮齿条。液压传动具有高压、高速、大功率、低噪声、经久耐用等优势。液压传动比较平稳,现如今由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液
11、压系统的设计、制造和使用都比较方便。用液压传动来实现直线运动远比机械传动简单。随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不断扩大。目前，机械手不仅应用于传统制造业，如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。3设计基本内容、拟解决的主要问题3.1设计内容:（1）确实机械手的总体结构。（2）对液压驱动部分进行设计。（3）对其他结构和整体进行设计、计算及校核。自动浇铸机械手由机体，传送机构，动力源和控制装置四分组成。传送机构主要由伸缩臂及抓紧机构所组成；动力源由液压驱动和机械驱动两种形式构成控制装置和手动控制装
12、置两部分组成。图2.5 压铸机、机械手合保温坩埚的装配图3.2技术要求 该机械手用于某汽车附件厂630吨冷室压铸机自动浇铸铝合金溶液，实现浇铸自动化。3.3规格参数: 1烧包的最大容量：8公斤。 2自由度：3个。 3坐标形式：类似球坐标。 4手臂运动参数。回转=110俯角=54（使烧包最大的提升高度为1600毫米）烧包最 大倾转角 1=70。5液压驱动，采用继电线路固定程序控制。3.4拟解决的主要问题1液压元件的选择；2机械手各执行机构，包括：手部、手腕、手臂等部件的设计；3手臂回转方式的确定；4机械手三个自由度的确定。4技术路线或研究方法4.1技术路线 1.了解并学习自动浇铸机械手的组成、工
13、作原理等相关内容，参阅相关的技术资料，拟确定出各结构设计方案，从而实现自动浇铸机械手的功能； 2.要从各种方案中选择合适的方案，分析出各方案的优缺点，综合优化各种设计方案，从而确定出本次设计的最后设计方案； 3.完成对自动浇铸机械手中各机械部分的设计、强度计算、校核计算，并确定其主要机械部分的结构尺寸，绘制草图； 4.完成总装配图、零件图、部件图设计和说明书的撰写。4.2实现的途径、方法和手段 1.检索相关文献资料并恰当地运用； 2.通过互联网向有经验的工作人员交流学习； 3.通过图书馆借阅相关的参考书籍。4.3设计的基本思路、方案分析、理解设计任务书要求-查阅相关资料-初步拟定设计方案-设计
14、发难对比并确定最佳方案-零件设计-装配图草图-零件草图-绘制零件图-绘制装配图-编写设计说明书。5设计进度安排2014年2月27日2014年3月17日：分配任务书，查阅相关资料，撰写开题报告；2014年3月18日2014年3月24日：对自动浇铸机械手整体进行分析，确定总体技术方案； 2014年3月25日2014年3月30日：对机械手的工作方式进行设计； 2014年3月31日2014年4月5日：根据设计要求对机械手的手部进设计；2014年4月6日2014年4月11日：对机械手的手臂进行设计；2014年4月12日2014年4月19日:对机械手的机身与基座进行设计；2014年4月20日2014年5月
15、27日:选取电动机并对液压驱动系统进行设设计；2014年5月28日2014年5月9日：对机械手的手臂，机身，基座，驱动系统进行校对；2014年5月10日2014年5与31日：利用CAD进行绘图，完成草图绘制，并对设计进行细致整理；2014年6月1日2014年6月12日：设计整体组合，排版说明书，修改论文及图纸；2014年6月13日2014年6月20日：完成毕业，准备进行毕业答辩。6主要参考文献 1何兰.工业机械手研究及应用J.电子世界，2013（23）：167.2孙英飞.我国工业机器人的发展研究J.科学工程与技术工程出版，2012（12）：2912-2919.3赵臣.我国工业机器人产业的发展现
16、状调研报告R.机器人技术与应用出版社,2009:7-13.4曹文祥.工业机器人现状及发展趋势J.机械制造,2011(02):41-43.5潘丽霞.论工业机器人的发展与应用J.山西科技，2010（03）：22-24.6张平格.液压传动与控制M.北京：冶金工业出版社，2010.7方昌林.液压、气压传动与控制M.北京：机械工业出版社，2009.8陈淑梅主编.液压与气压传动M(第三版).北京：机械工业出版社,2010.9臧克江.实用液压技术丛书M.北京：化学工业出版社，2009.10唐昌松.机械设计基础M.北京：机械工业出版社，2014.11曾宗福.机械设计基础课程设计M.北京：化学工业出版社，2009.12刘建华.机械设计课程设计M.北京：电子工业出版社，2011.13闻邦椿.机械设计手册M(第五版).北京：机械工业出版社,2010.14Hakan Ersoy，Saim Yalcindag.International Journal of Green EnergyJ.Taylor & Francis.2014(11):796-807.15Nasr M.Ghoniem , Giacomo Po ,SharafatJ.Elsevier.2013(441):1-3.
