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1、 一、课题的来源、目的、意义，国内外基本情况课题的来源：本课题来源于企业需求。课题的目的、意义:在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。 国内外研究状况及发展趋势：近20年来, 气动技术的应用领域迅速拓宽, 尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活, 性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展, 对气动技术提出了更多更高的要求；微
2、电子技术的引入, 促进了电气比例伺服技术的发展, 现代控制理论的发展, 使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制, 控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点, 国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看, 近30 多年来, 气动行业发展很快。20世纪70年代, 液压与气动元件的产值比约为91, 而30 多年后的今天, 在工业技术发达的欧美、日本等国家, 该比例已达到64, 甚至接近5 5。我国的气动行业起步较晚, 但发展较快。从20世纪80年代中期开始, 气动元件产值的年递增率达20%以上, 高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC
3、技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用, 气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。.气动机械手的应用现状由于气压传动系统使用安全、可靠, 可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种, 它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以, 气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工, 食品和药品的包装、精密仪器和军事上。.发展前景及方向a)重复高精度精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关
4、。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展, 以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。b)模块化有的公司把带有系列导向驱动装置的气动机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的气动机械手称为现代传输技术。模块化拼装的气动机械手比组合导向驱动
5、装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置, 使机械手运动自如。由于模块化气动机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承, 使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点。模块化气动机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是气动机械手的一个重要的发展方向。c)无给油化为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂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
6、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。d)机电气一体化由“可编程序控制器- 传感器- 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制气动元件, 使气动技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。气动机械手、气动控制越来越离不开PLC, 而阀技术的发展, 又使PLC在气动机械手、气动控制中变得更加得心应手。气动技术经历了一个漫长的发展
7、过程, 随着气动伺服技术走出实验室, 气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚, 但随着投入力度和研发力度的加大, 我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。随着微电子技术的迅速发展和机械加工工艺水平的提高及现代控制理论的应用, 为研究高性能的气动机械手奠定了坚实的物质技术基础。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点, 可以预见, 在不久的将来, 气动机械手将越来越广泛地进入工业、航空、医疗、生
8、活等领域。二、 预计达到的目标、关键理论和技术、完成课题的方案和主要措施1预计达到的目标： 采用气动装置PLC控制机械手，它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。主要完成的是气动式机械手臂的结构方面设计，以及用PLC软件进行简单的控制编程设计。 机械手具有三个自由度：上下一个，旋转一个，手指的开闭一个。上下是10cm，前后是25cm，旋转是90度，手抓开合是60度。工件尺寸大约在1.52cm直径。2关键理论和技术： 运用机械手的工作原理：机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。在PLC程序控制的条件下，采用气压传动方式，来实现执行机构的相应部位
9、发生规定要求的，有顺序，有运动轨迹，有一定速度和时间的动作。同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置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。（如下图所示） 机械手的系统工作原理框图运用到所学知识有机械设计理论，液压传动技术，电液控制技术，PLC控制编程技术，电工电子技术，液压系统设计原理等。3完成课题具体方案措施如下：（1）、机械手各执行机构设计，包括：末端执行器、手臂、手腕及基座的设计设计参数：机械手（重复）定位精度：
10、0.5mm机械手最大抓重：0.5kg工件尺寸：直径约1.52cm支座旋转角度为：90度（最大速度：90度每秒）物料盘（采用步进电机控制）每工步旋转角度：30度（最大转度：30度每秒）Y轴大臂上下移动距离为：20cm（最大速度10cm/s）Y轴小臂上下移动距离为：10cm（最大速度10cm/s）X轴小臂伸缩距离：10cm （最大速度10cm/s）手指开合角度为：60度（最大速度60度每秒）料槽小臂（推动工件的推杆）伸缩距离为：15cm（最大速度10cm/s） （2）、驱动系统的设计本课题上下、旋转和手爪开合三个自由度选择气压传动系统驱动，包括气动元器件的选取，气动回路的设计，并绘出气动原理图。（
11、3）、设计控制部分本机械手采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制，本课题将要选取PLC型号（初定三菱的PLC装置），根据机械手的工作流程编制出PLC程序，并画出梯形图。预定工作流程如图所示。（4）、图纸绘制。装配图、零件图、电路原理图的绘制。三、课题进展计划日期工作内容08.10.108.10.30完成开题报告及资料翻译08.11.108.12.30 确定结构方案 09.1.109.2.30电气控制部分方案设计与编程 09.3.109.4.30图纸绘制 09.5.109.5.30撰写毕业论文 09.6.109.6.10答辩准备及答辩 四、主要参考文献【1】徐炳辉. 气动手册M . 上海科
12、学技术出版社, 2005【2】明仁雄, 等. 液压与气压传动M . 国防工业出版社, 2003【3】SMC (中国) 有限公司. 现代实用技术M 北京:机械工业出版社, 1998【4】SMC (中国) 有限公司. 现代实用技术M 二版.北京: 机械工业出版社, 2003【5】陆鑫盛, 周洪. 气动自动化系统的优化设计M . 上海科学技术文献出版社, 1999【6】马振福. 液压与气压传动M . 机械工业出版社,2004【7】陈新元, 张安龙. 装配线机械手电气混合控制 J .液压与气动, 2007 (3) 【8】姜继海, 宋锦春, 高常识. 液压与气压传动M . 高等教育出版社, 2002【9
13、】上海工业大学流控研究室. 气动技术基础M . 机械工业出版社, 1982【10】杜来林, 等. 北京大学出版社, 2005【11】郑洪生. 气压传动M . 机械工业出版社【12】德 Werner Deppert/Kurt Stoll1 气动技术低成本综合自动化M . 李宝仁, 译. 机械工业出版社,1999【13】(日)大熊繁编著.机器人控制M.北京:科学出版社,2002【14】迁三郎.机器人工程学及其应用M.王琪民,等译.北京:国防工业出版社,1989【15】白井良明.机器人工程M.北京:科学出版社,2001【16】王孝华, 赵中林, 等. 气动元件及系统的使用与维修M . 机械工业出版社, 1996【17】蔡自兴. 机器人学M . 北京: 清华大学出版社,2000【18】袁子荣. 液气压传动与控制M . 重庆大学出版社, 2002【19】路甬祥. 液压气动技术手册M . 机械工业出版社,2002【20】美 Saeed B. Niku. 机器人学导论分析、系统及应用M 1 孙富春, 朱纪洪, 刘国栋, 等译孙增圻, 审校. 电子工业出版社, 2004【21】气动机械手的应用现状及发展前景http:/ 系负责人签字 年 月 日- 1 -
