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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 曲轴搬运上线机械手 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 陈建 学 号： 200502010143指导老师： 谭立新 2009 年 3 月 12 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）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。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3 “文献综述”应按
2、论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资 料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文文 献献 综综 述述1、引言、引言机械手（mechanical hand）也被称为自动手 （auto hand）。工业机械手（简
3、称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已渐成为现代机械制造系统中的一个重要组成部分。这种新技术发展很快，逐渐形成一门新兴的学科机械手工程。机械手之所以迅速发展还因为它的积极作用日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工作的传送和装卸；起三、它能操作必要的机具进行焊接和装配。从而大大地改善工人的劳动条件，显著提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，投入大量的人力物力加以研究和应用工业机械手是在自动线上搬运物料的一种自动化装置。其工作对象是将物料从生产线上转运到下道工序或
4、存放位置。 主要完成以下几个动作：下降一旋转一抓取并夹持物料一旋转一上升一松开并放置物料。2 2、工业机械手的历史、用途、发展趋势、工业机械手的历史、用途、发展趋势2.1 工业机械手的发展史早在三国时代，诸葛亮发明的木牛流马即是古代中国人的智能结晶。随着近代的工业革命，机器产业的不断发展成为近代工业的主要支柱。由于科学幻想所系的“永动机” 、太空探险以及梦想解决人的机能所无法达致境界的求新意念，推动科学家想研究创造出种种能够代替人的机械。上世纪六、七十年代的自动化机器、无人操纵的飞行器等等，即是此产业发展链条上的一个大胆的尝试与突破。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
5、制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。1962 年美国联合控制公司在上述方案上又试制出一台示教再现型机械手。商名为 Unimate(即万能自动)。同年美国机械制造公司也试验成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。1978 年美国 Unimate（万能自动）公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种叫 Unimate-vic-arm 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，定位误差可小于1mm 毫米。日本是工业机
6、械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型机械手后，大力从事机械手的研究。据报道，1979 年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位达 50 多个。在数量上日本已占世界首位，约占 70%，并以每年 50-60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。苏联自六十年代开始发展应用机械手，至 1977 年底，其中有一半是国产，一半是进口。主要用于机械化、自动化程度较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。目前苏联的辅助性作业工人中搞设备维修的约占 37%。进入 80 年代之后，美国政府和企业界才对机器人真正重视起来，政策上也有所体现，一方面鼓励工业界发展和应用
7、机器人，另一方面制订计划、提高投资，增加机器人的研究经费，使美国的机器人迅速发展。 80 年代中后期，随着应用机器人的技术日臻成熟，第一代机器人的技术性能越来越满足不了实际需要，美国开始生产带有视觉、力觉的第二代机器人，并很快占领了美国60的机器人市场。 美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位。其技术全面、先进，适应性也很强。具体表现在： （1）性能可靠，功能全面，精确度高； （2）机器人语言研究发展较快，语言类型多、应用广，水平高居世界之首； （3）智能技术发展快，其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用； （4）高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速，主要用于扫
8、雷、布雷、侦察、站岗及太空探测方面。 2.2 工业机械手的用途在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于实现机械化。工业机械手是为实现工序的自动化而产生的。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。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
9、和劳动、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：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍；(2)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；(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动；（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等；(5）宇宙及海洋的开发；(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验2.3 工业机械手的发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还
10、不能满足工业生产发展的需要。在国呢主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造中，工业机械手
11、应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但还不具备有任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。触觉功能既在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力感敏元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力感敏元件来控
12、制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。更主要的是将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。3、机械手的结构、机械手的结构3.1 执行机构执行机构一般由三部分组成：手部、手臂、躯干。手部安装在手臂的前端。 机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数目又分为二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作的需要。所谓没有手指的手部，一般是指真空吸盘或磁形吸盘。机械手手臂有无关节和有关节之分。目前采用的手臂都是无关节
13、臂。多关节手臂还处在研究阶段。手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。总括机械手的运动，离不开直线移动和转动二种，因此它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、交流伺服马达、直流伺服马达和步进马达等。机械手躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架。3.2 驱动机构驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压、气压用的最多，占 90%以上；电动、机械驱动用的较少。液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、油马达加齿轮、齿条实现直线运动；利用摆
14、动油缸、油马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，可无级调速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需配备压力源，系统复杂，成本高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用46 个大气压，个别的大到 810 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。为了减少停机是产生的冲击，气压系统装有速度控制机构或缓冲减震机构。电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电极作为动力，用大减速比减速器驱动执行机构
15、；直线运动则用电极带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑采用步进电极、直流或交流的伺服电电极、变速箱等。电器驱动的优点是动力源简单；维护方便。驱动机构和控制系统可以采用同一型式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，工作速度高，成本低；缺点是不易调整。3.3 控制系统机械手控制的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续控制两种，目前以点位控制为主，占90%以上。控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存贮，
16、然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。程序的存贮方式分为分离存贮和集中存贮两种。分离存贮是将各种控制因素的信息分别存贮两种以上的存贮装置中，如顺序信息存贮于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存贮时间继电器、定速回转鼓等。集中存贮是将各种控制因素的信息全部存贮于一种装置内，如磁带、磁鼓等。这种方式用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合、即连续控制的情况下使用。对于动作复杂的机械手，采用示教再现型控制系统。更复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。控制系统以插销用得最多，其次是凸轮转鼓。它装有许多凸轮，每一凸轮分为配给一个运动轴，转鼓转动一周便完成一个工作循环。插销板适用于需要迅速改变程序的场合。换一种程序只需抽换一种插销板就可，而同一插件又可以反复使用。穿孔带容纳程序长度可不受限制，但如果发生错误是就要全部更换。
