齿轮连杆机械手开题报告.docx
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齿轮连杆机械手开题报告
湖南工业大学
本科毕业设计（论文）开题报告
（2013届）
学院（部）：
机械工程院
专业：
机械制造及自动化
学生姓名：
李坤汶
班级：
机设093
学号09405100233
指导教师姓名：
明兴祖
职称教授
李成华
职称高级工程师
2013年1月9日
题目：
齿轮连杆机械手的设计
1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述
目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。
最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：
工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。
参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：
工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。
主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具[1]。
工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。
工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。
采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有效手段。
机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力
1.1工业机器人功能
根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能（如视觉，力觉，触觉等）。
以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。
从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。
在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。
这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。
本次设计就是在这一思维下展开的。
根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。
在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动[3-4]。
1.2工业机器人的总体结构
工业机器人的组成及各部分关系概述：
它主要由机械系统（执行系统、驱动系统）、控制检测系统及智能系统组成。
（1）执行系统：
执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需
的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。
（a）手部：
机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。
（b）腕部：
又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。
（c）臂部：
联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷传递到机座。
（d）机身：
机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。
（2）驱动系统：
为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。
常用的有
机械传动、液压传动、气压传动和电传动。
（3）控制系统：
通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。
（4）检测系统：
作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。
实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。
工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。
此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途[4-8]
1.3不同驱动系统工业机器人的比较
工业机器人的驱动方式可分为四种：
（1）气力驱动式的机器人：
气源压力一般只有60Mpa左右，适宜抓举力较小的场合。
（2）液力驱动式的机器人：
结构紧凑，传动平稳且动作灵敏，但对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，要求的制造精度较高，成本较高。
（3）电力驱动式的机器人：
无环境污染，易于控制，运动精度高，成本低，驱动效率高等优点，其运用最为广泛。
（4）新型驱动式的机器人：
例如静电驱动器，压电驱动器，形状记忆合金驱动器，人工肌肉及光驱动器等
1.4机械手结构
（1）手部：
是机械手与工件接触的部件。
由于与物体接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。
由于本课题的工件是圆柱状棒料，所以采用夹持式。
由手指和传力机构所构成，手指与工件接触而传力机构则通过手指夹紧力来完成夹放工件的任务。
（2）手腕：
是联接手部和手臂的部件，起调整或改变工件方位的作用。
（3）手臂：
支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。
（4）立柱：
是支承手臂的部件。
手臂的回转运动和升降运动均与立柱有密切的联系。
机械手的立柱通常为固定不动的。
（5）机座：
是机械手的基础部分。
机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支承和联接的作用[7]。
1.5机械手的分类
（1）根据所承担的作业的特点，工业机械手可分为以下三类：
（a）承担搬运工作的机械手：
这种机械手在主要工艺设备运行时，用来完成辅助作业，如装卸毛坯、工件和工夹具。
（b）生产工业用机械手：
可用于完成工艺过程中的主要作业，如装配、焊接、涂漆、弯曲、切断等。
（c）通用工业机械手：
其用途广泛，可以完成各种工艺作业[9]。
（2）按功能分类：
（a）专用机械手：
它是附属于主机的具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。
专用机械手具有动作少，工作对象单一，结构简单，实用可靠和造价低等特点，适用于大批大量的自动化生产，如自动机床，自动线的上、下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。
（b）通用机械手：
又称工业机器人。
它是一种具有独立控制系统的机械装置。
具有程序可变、工作范围大、定位精度高、通用性强的特点，适用于不断变换品种的中小批量自动化的生产。
（c）示教再现机械手：
采用示教法编程的通用机械手。
所谓示教，即由人通过手动控制，“拎着”机械手做一遍操作示范，完成全部动作后，其储存装置即能记忆下来。
机械手可按示范操作的程序行程进行重复的再现工作。
（3）按驱动方式分：
（a）液压传动机械手
（b）气压传动机械手
（c）机械传动机械手
（4）按控制方式分：
（a）固定程序机械手：
控制系统是一个固定程序的控制器。
程序简单，程序数少，而且是固定的，行程可调但不能任意点定位。
（b）可编程序机械手：
控制系统是一个可变程序控制器。
其程序可按需要编排，行程能很方便改变[10-15]。
1.6机械手应用
按机械手布局形式分可分为：
架空式机械手、附机式机械手、落地式机械手三种。
此外，还有安装在自动线料道上或料道旁，实现工件上、下料，传递转位、转向，粉料等用途的机械手，他们具有运动单一、结构简单，位置灵活及精度一般要求较低的特点。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置
2.主要研究内容、研究思路及方案
2.1主要研究内容
齿轮连杆机械手设计
齿轮连杆机械手传动系统
齿轮连杆机械手控制系统
齿轮连杆机械手设计的结构特点和技术分析
传动系统与控制系统的运动分析
2.2研究思路和方案
用同其它同等机械类设备的类比，方案比较等方法，根据工业机械手的实际应用特征及现有的物质、经济技术、人力等条件，以所学的理论知识为基础，按照工业机械手工作的一般过程、设计标准，借鉴以往相似设备的成功经验进行初步设计，然后对初步设计方案进行验算，修正，直至达到安全、经济、实用的目的。
其中对于机械手设计中的关键问题、难点问题进行重点分析解决，确保整个设计方案的可行性和最佳性。
（1）齿轮连杆机械手应该动作灵活，可靠，并根据不同工作，更换手爪和抓紧力
（2）传动系统应结构简便可靠
（3）控制系统应操作简单，夹紧，松开安全可靠
3.工作进度及具体安排
起止日期
工作内容
2013年1月初
完成开题报告
2013年3.5—3.16
收集，查阅相关资料
2013年3.17—3.31
完成齿轮连杆机械手抓取机构的方案选择和总装配草图
2013年4.1—4.16
实习，参观
2013年4.7—5.18
完成齿轮连杆机械手抓取的总装配图设计，绘制传动方案图和控制系统图
2013年5.15—5.31
整理毕业设计图纸，说明书和论文，翻译稿
2013年6.2
准备答辩
主要参考资料
赵志修主编《机械制造工艺学》北京机械工业出版社2001
王先逵主编《机械制造工艺学》北京机械工业出版社2004
戴陆武主编《机床夹具设计》西安西北工业大学出版社1991
王启平主编《机床夹具设计》哈尔滨哈尔滨工业大学出版社2005
王先斗主编《机床夹具设计手册》上海上海科学技术出版社2000
明兴祖主编《数控加工技术》北京化学工业出版社2003
张青林编著《机械创新设计》北京机械工业出版社2003
机械工业出版社编《机械工程手册》1995
4.指导教师意见
指导教师：
年月日
说明：
开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，将作为毕业设计（论文）成绩考查的重要依据，经导师审查后签署意见生效。
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