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1、毕业设计（论文）开题报告题 目：薄板件冲压机上下料机械手设计专 业 机械设计制造及其自动化学 生 学 号 班 号 指导教师 日 期 2015.01.02 1课题背景及研究的目的和意义1.1 课题背景 进入21世纪，生产水平日益提高，我们已经从以前的计划经济时代进入了物质极大丰富的时代，随着居民收入和生活水平的提高，人民对产品的数量和质量都提出了更高的要求。为了满足市场需要，提高产品质量，冲床等机械加工设备也被很多企业引入并应用到生产中。然而，问题也随之而来,冲床的操作需要经过专业培训的技术人员，而人力成本越来越高，人才越来越难找，企业往往高薪都聘请不到理想的高级技工；同时冲床上下料具有危险性，
2、操作稍有不当就会威胁工人的人身安全，给企业及工人造成极其恶劣的影响。在此形势下，工业机器人便是企业最好的选择。1.2 研究的目的和意义 工业机器人延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，减少事故的发生；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1。在冲压生产中采用机械手代替人工操作，构成自动化生产单元，是进行高速、高效、高质量冲压生产的一种有效方法，也是现代冲压生产技术的重要发展方向之一2。 冲压机上下料机械手是典型的机电一体化产品，设计冲压机上下料机械手可以让我们将本科期间学到的专业知识加以应用，锻炼我们的设计能力、制图能
3、力、编程能力和解决问题的能力，在实际问题中巩固专业知识，为今后的学习及生活奠定良好的基础。2国内外在该方向的研究现状及分析2.1 国外现状及分析国外工业机器人领域发展现状：美国制造 155 毫米的钢弹体洛克福特军械厂，从胚料加工开始到加工完毕直至弹体包装都自动进行，不用人手去接触，达到全自动生产。工业机械手还能用来代替人工进行打磨、抛光、去毛刺和清理切屑等工作。例如，瑞典沃尔沃（Valov）公司在机械手上装了三个环形磨轮装置，用来对传动箱外表面去毛刺，比手工方法节省工时50%。在德国 Honsberg 公司设计制造的加工变速箱体和柔性自动线中，就采用了直线和平面龙门式的工业机器人进行零件的自动
4、上下料。为适应操作不同变速箱体的需要，在自动线上设置了机器人的手爪库，可自动进行手爪的更换。瑞典一家工厂打磨和抛光不锈钢弯头时，采用 ASEA 机械手，提高加工效率30%以上，而且产品质量稳定，不伤害工人。2.2国内现状及分析国内工业机器人领域发展现状：在国内，生产自动线上，用机械手完成的传递和上下料也取得一定发展，如：沈阳水泵厂深井泵体加工自动线，无锡柴油机厂和甘肃汽车齿轮厂的齿胚的加工自动线都采用了机械手。大连工矿车辆厂的 800Kg 侧架的加工，采用机械手抓取、传递和安放并与一些机床组合成侧架切削加工自动线，提高效率10倍3。2.3工业机器人发展趋势随着电子、计算机、自动控制以及精密机械
5、与测试技术的不断提高和发展，冲压成形自动上下料系统也在随着精密机械的发展而在迅速发展和演变。概括起来主要表现在以下一些方面：（1）高精度化：冲压产品的精度要求越来越高，要求冲压设备零件的精度也必须越来越高；而且随着计算机技术的发展，反馈检测控制容易实现，因此冲压机上下料设备的高精度是必然趋势。（2）高柔性：随着高刚性及微驱动问题的解决,机器人作为高精度、高柔性的敏捷性加工设备的时代,迟早将会到来4。（3）网络化：通过网络对机器人进行远程控制，以实现高度的技术共享和资源交流，这种研究模式已初现端倪，并将在未来进一步发展。3研究内容及拟解决的关键问题3.1研究内容3.1.1 机械手机械本体设计 这
6、一部分主要包括机械手的立柱、手臂、手腕、手爪的设计与计算，设计时应充分考虑工件的重量、工作行程等因素，关键部位如立柱要进行强度校核，保证机械手的工作可靠性，并在此基础上尽量减小机械手的体积。3.1.2 机械手驱动系统设计 由于气动驱动具有结构简单、体积小、成本低、无污染等优点，故初步确定选用气动驱动。应充分学习各类气动元件的工作原理及适用场合，合理选择气动元件并确定气动系统的安装方式，使系统达到最好的整体效果。3.1.3 机械手控制系统设计 控制系统拟采用PLC控制，主要任务是PLC的功能图设计以及确定PLC的安装位置，这是保证整个系统有序工作的关键。这部分设计要充分理解PLC的工作方式及编程
7、方法，熟练掌握编程技巧，保证机械手运动的正确性。3.1.4 机械手位置检测装置的设计 位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。3.2拟解决的关键问题l 机械本体部分：手爪的结构设计，保证抓取工件的可靠性。l 驱动系统：气动元件的选择与控制。l 控制系统：程序的严谨性与合理性，保证机械手的工作精度。l 软件仿真：需要熟练使用相关软件。4. 拟采取的研究方法和技术路线、进度安排、预期达到的目标4.1拟采取的研究方法和技术路线研究方法：利用图书馆查阅相关文献资料； 充
8、分利用网络数据库资源，检索相关资料； 咨询指导老师及实验室的学长学姐等。技术路线：机械手手臂及腕部的设计计算及校核机械本体设计：进行机械手立柱的设计计算及校核 电脑制图，绘制机械本体的装配图手爪设计，采用真空吸盘手爪控制系统设计：采用PLC控制，编写程序驱动系统设计：气动元件选择及气动原理图绘制修改方案，重复上一步操作至系统完美运行，结束程序调试及软件仿真，测试系统性能4.2进度安排2014年12月 查阅资料，提前学习使用相关软件，撰写开题报告2015年01月 开题答辩2015年03月 机械手机械本体设计，绘制零件图及装配图2015年04月 机械手驱动系统及控制系统设计，进行中期答辩2015年
9、05月 利用软件进行程序调试及系统仿真，修改设计方案2015年06月 撰写毕业论文，进行最终答辩4.3预期达到的目标图纸绘制标准，达到生产要求；成功使用ansys软件对机械结构进行优化和分析；程序调试顺利，能够完美有效运行；利用simulink软件对系统进行仿真，系统能够正确运行，完成设计的上下料动作。5课题已具备和所需的条件已具备条件：实验室的老师和同学可以给予及时有效的指导； 熟练掌握CAD等绘图软件；网络便捷，有丰富的资源可供参考；本人有工厂参观实习经验，对冲压机的工作过程有一定了解。所需条件： 相关软件如ansys、simulink的掌握比较匮乏，需要花费大量的时间进行学习；对冲压机的
10、了解不够全面，上下料过程也不够熟悉，希望能再次进入车间参观学习。6研究过程中可能遇到的困难和问题，解决的措施 由于本人编程能力欠缺，控制系统的设计对我来说应该是一大难点，进行这部分工作的进度可能会很慢，过程会很艰难。我们平时在学校里接触不到工厂里的真实机器，对机器不熟悉，对机器的工作原理、工作要求不熟悉，也会阻碍我的设计进程，设计出来的机械手很有可能没有办法正常工作。 解决以上问题需要我努力查阅各种资料，进行大量的编程练习，使自己习惯编程语言，对于机器不熟悉需要多咨询老师，上网观看有关冲压机工作的视频，有机会尽量争取去工厂仔细观察一下实物，以便更好的完成设计任务。7参考文献1郭洪红.工业机器人运用技术M.北京:科学出版社，2008:1-22邱继红，李伟成.冲压自动化机器人成套设备J.锻压技术，2001，02期：44-463赵飞. 数控机床上下料机械手毕业设计D. 南京航空航天大学，20084蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略J.机器人技术与应用，2001,04期:11-155KevinT.O_Toole,MarkM.McGrath,EugeneCoyle.AnalysisandEvaluationoftheDynamicPerformanceofSMAActuatorsforProstheticHandDesign.2009,18(5-6):781786
