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畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 開題報(bào)告 學(xué)生姓名 崔宇峰 系部 汽車工程系 專業(yè) 班級 車輛工程 B05 18 班 指導(dǎo)教師姓名 王慧文 職稱 教授 從事專業(yè) 車輛工程 是否外聘 是 否 題目名稱 曲軸加工搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì) 圓柱坐標(biāo) 一 課題研究現(xiàn)狀 選題的目的 依據(jù)和意義 1 目的和意義 機(jī)械手具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 保證產(chǎn)品質(zhì)量 實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的作用在自動(dòng)化領(lǐng)域特別是在 高溫 有毒 放射 易燃易爆等惡劣環(huán)境內(nèi)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 其中氣動(dòng)機(jī)械手因具有 結(jié)構(gòu)簡單 造價(jià)低廉 易于控制 柔性化程度高 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn) 成為生產(chǎn)線的首選 對汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工也起到了重要作用 所以我們應(yīng)了解國內(nèi)外工業(yè)機(jī)械手的研究 設(shè)計(jì)和應(yīng)用狀況 掌握機(jī)械手的未來發(fā)展趨勢 熟 悉工業(yè)機(jī)械手的機(jī)構(gòu) 工作原理 保養(yǎng)和維護(hù)方法等 鍛煉學(xué)生綜合利用所學(xué)知識 獨(dú)立完成分析 和設(shè)計(jì)的能力 研究 開發(fā)和設(shè)計(jì)機(jī)械手是從二十世紀(jì)中葉開始的 隨著機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算控制技術(shù)的應(yīng) 用 其研究和開發(fā)水平獲得了迅猛的發(fā)展 并涉及到人類社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域 特別是工業(yè) 機(jī)械手在生產(chǎn) 加工中的廣泛應(yīng)用 本設(shè)計(jì)是在綜合多種工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想 根據(jù) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工的特點(diǎn)提出的 具有一定的理論 設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用價(jià)值 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢 機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)一些如抓取 操作等動(dòng)作 通過平臺的移動(dòng)來擴(kuò)大機(jī)械手的工作空間 使機(jī)械 手能以更適合的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù) 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)需求的高漲 移動(dòng)機(jī)械手逐漸應(yīng)用于 易爆 易燃物品的裝配 搬運(yùn)或挖掘拆卸 以及消防滅火 防爆 反恐等高度危險(xiǎn)環(huán)境 用于代替 人類或輔助人類完成人所不能 不適或力所不及的工作 所以 在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工上的應(yīng)用也 是必不可少的 目前 機(jī)械手受到了世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家的高度重視 許多國家都將其列入本國的高技術(shù) 研究發(fā)展計(jì)劃或國家的關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 在我國 機(jī)械手的應(yīng)用還不如汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家 從目前情況看 其主要原因是 機(jī)械手不僅 需要載體平臺的穩(wěn)定移動(dòng) 而且要求機(jī)械手穩(wěn)定的執(zhí)行操作 亦即在保證協(xié)調(diào)控制時(shí)必須保證系統(tǒng) 的穩(wěn)定性 人在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)能力和環(huán)境適應(yīng)能力決定了機(jī)械手的作業(yè)性能 目前 工業(yè)機(jī)器人有很大一部分應(yīng)用于制造業(yè)的物流搬運(yùn)中 極大的促進(jìn)物流自動(dòng)化 隨 著生產(chǎn)的發(fā)展 搬運(yùn)機(jī)器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高 氣動(dòng)機(jī)械手大量的應(yīng) 用到物流搬運(yùn)機(jī)器人領(lǐng)域 在手爪的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應(yīng)用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求 采取了多種形 式的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施 在針對同樣的目標(biāo)任務(wù) 采取 多種運(yùn)動(dòng)方式相結(jié)合的方式來達(dá)到預(yù)定的目的 驅(qū)動(dòng)方面采用了一臺工業(yè)機(jī)器人多種驅(qū)動(dòng)方式的情況 有液壓驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等等 愈來愈多的搬運(yùn)機(jī)器人是采用混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 這樣能夠更好的發(fā) 揮各驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn) 避免缺點(diǎn) 并且在它的控制精度方面和搬運(yùn)效率方面有了很大的提高 在搬運(yùn)機(jī)械手的控制方面 出現(xiàn)了多種控制方式 如 由原始的電控的機(jī)械手 較先進(jìn)的 基于工控機(jī)控制的 基于 PC 控制的 進(jìn)一步的嵌入式 PC 控制技術(shù) 還有采用 PLC 可編程控制 SY 025 BY 3 的 在物料搬運(yùn)方面近年來呈現(xiàn)出的趨勢就是系統(tǒng)化 無論是我國還是國外 物料搬運(yùn)的發(fā)展 都是由單一設(shè)備走向成套設(shè)備 由單機(jī)走向系統(tǒng) 在制造業(yè)方面 隨著 JIT FMS CIMS 等現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展 對物料搬運(yùn)系統(tǒng)也提出了新的要求 其特點(diǎn)是力求減少庫存 壓縮等 待和輔助時(shí)間 使多品種 少批量的物料準(zhǔn)時(shí)到達(dá)要求的地點(diǎn) 這一趨勢在機(jī)械工業(yè)方面得到 了很大的應(yīng)用 其中采用了機(jī)器人等先進(jìn)的物料搬運(yùn)技術(shù) 促進(jìn)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn) 水平提高 當(dāng)代工業(yè)機(jī)器手技術(shù)發(fā)展一方面表現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大和機(jī)器人種類的增多 另一方面表現(xiàn)在機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)性能的提高和控制系統(tǒng)的智能化 前者是指應(yīng)用領(lǐng)域的橫向拓 寬 后者是在性能及水平上的縱向提高 機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)城的拓寬和性能水平的提高二者相輔相 承 相互促進(jìn) 應(yīng)用領(lǐng)城的擴(kuò)大對機(jī)器人不斷提出斷的要求 推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)水平的提高 反過 來 機(jī)器人性能與智能水乎的提高 又使擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域成為可能 20 世紀(jì) 80 年代以來 工業(yè)機(jī)器手技術(shù)逐漸成熟 并很快得到推廣 目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的 許多領(lǐng)域得到應(yīng)用 在工業(yè)機(jī)器人逐漸得到推廣和普及的過程中 下面三個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步起 著非常重要的作用 1 驅(qū)動(dòng)方式的改變 20 世紀(jì) 70 年代后期 日本安川電動(dòng)機(jī)公司研制開發(fā)出了第一臺全電動(dòng)的工業(yè)機(jī)器人 而此 前的工業(yè)機(jī)器人基本上采用液壓驅(qū)動(dòng)方式 與采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人相比 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)的機(jī)器人在響應(yīng)速度 精度 靈活性等方面都有很大提高 因此 也逐步代替了采用液壓驅(qū) 動(dòng)的機(jī)器人 成為工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式的主流 在此過程中 諧波減速器 R V 減速器等高性能 減速機(jī)構(gòu)的發(fā)展也功不可沒 近年來 交流伺服驅(qū)動(dòng)已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流伺服驅(qū)動(dòng)方式 直線電動(dòng)機(jī)等新型驅(qū)動(dòng)方式在許多應(yīng)用領(lǐng)域也有了長足發(fā)展 2 信息處理速度的提高 機(jī)器人的動(dòng)作通常是通過機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的 為了使機(jī)器人完 成各種復(fù)雜動(dòng)作 機(jī)器人控制器需要進(jìn)行大量計(jì)算 并在此基礎(chǔ)上向機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)發(fā)出必要的控制指令 隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展 C P U 的計(jì)算能力有了很大提高 機(jī)器 人控制器的性能也有了很大提高 高性能機(jī)器人控制器甚至可以同時(shí)控制 20 多個(gè)關(guān)節(jié) 機(jī)器人 控制器性能的提高也進(jìn)一步促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人本身性能的提高 并擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范 圍 近年來 隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 已經(jīng)出現(xiàn)了多臺機(jī)器人通過網(wǎng)絡(luò)共享信息 并 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的技術(shù)趨勢 3 傳感器技術(shù)的發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展初期 工業(yè)機(jī)器人只具備檢測自身位置 角度和速度的內(nèi)部傳感器 近年 來 隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展 觸覺 力覺 視覺等外部傳感器已經(jīng)在工業(yè) 機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用 各種新型傳感器的使用不但提高了工業(yè)機(jī)器人的智能程度 也進(jìn)一步 拓寬了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍 二 設(shè)計(jì) 論文 的基本內(nèi)容 擬解決的主要問題 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手采用液壓為動(dòng)力 PC 程序控制 機(jī)身為液壓油缸 結(jié)構(gòu)簡單且剛性好 機(jī)身回轉(zhuǎn)采 用葉片回轉(zhuǎn)油缸 手臂的伸縮和手腕回轉(zhuǎn)仍然采用直線油缸和回轉(zhuǎn)葉片缸 油缸是手臂 手腕及 機(jī)座的主體 各油缸即有自身的運(yùn)動(dòng) 又有空間中的相對運(yùn)動(dòng) 既作為傳遞運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 又作為支承機(jī)構(gòu) 機(jī)械手和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及油箱安裝在一個(gè)底板上 便于在生產(chǎn)線上定位安裝 2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 按照生產(chǎn)線工藝 可知裝卸機(jī)械手主要有 機(jī)身伸降和回轉(zhuǎn) 手臂伸縮 手腕回轉(zhuǎn) 手指夾緊等 動(dòng)作 設(shè)計(jì)相應(yīng)的幾個(gè)液壓控制回路來實(shí)現(xiàn) 液壓系統(tǒng)采用 O 型電磁換向閥換向 單向調(diào)速閥調(diào) 速及采用限位器來協(xié)調(diào)機(jī)械部分和控制部分的工作 采用雙聯(lián)油泵供油 既能實(shí)現(xiàn)分步運(yùn)動(dòng)又能 滿足需要大流量時(shí)的合流 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手各部分動(dòng)作均由液壓驅(qū)動(dòng) 機(jī)身上升和下降 手臂伸出和縮回 回轉(zhuǎn)均由雙線圈雙位電 磁閥控制 即 當(dāng)伸出時(shí) 伸出方向的電磁閥通電 機(jī)械手伸出 若斷電時(shí) 機(jī)械手停止伸出 只有當(dāng)回縮電磁閥通電時(shí) 機(jī)械手才回縮 而手指夾緊和定位都是使用的單線圈雙位電磁閥來 控制 當(dāng)線圈通電時(shí) 手指夾緊 斷電時(shí)則松開 機(jī)械手的下降 上升 旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作的轉(zhuǎn)換 由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制 而夾緊 放松兩個(gè)動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間延遲來控制 4 擬解決的主要問題 1 整體方案的設(shè)計(jì) 2 手部 腕部 臂部和機(jī)身等結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計(jì) 3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析 4 各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 裝配圖設(shè)計(jì) 三 技術(shù)路線 研究方法 1 圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手結(jié)構(gòu)分析 2 手部的選擇和設(shè)計(jì) 3 腕部的選擇和設(shè)計(jì) 4 臂部的選擇和設(shè)計(jì) 5 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析 6 機(jī)身的選擇和設(shè)計(jì) 7 繪制裝配裝配圖 8 零件圖設(shè)計(jì) 9 撰寫設(shè)計(jì)說明書 四 進(jìn)度安排 1 調(diào)研 查閱相關(guān)文獻(xiàn) 寫開題報(bào)告 第 1 2 周 3 月 2 日 3 月 15 日 2 擬定整體方案 第 3 周 3 月 16 日 3 月 22 日 3 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的手部 第 4 周 3 月 23 日 3 月 29 日 4 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的腕部 第 5 周 3 月 30 日 4 月 5 日 5 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的臂部 第 6 周 4 月 6 日 4 月 12 日 6 根據(jù)給定的自由度 參數(shù)選擇合適的機(jī)身結(jié)構(gòu) 第 7 周 4 月 13 日 4 月 16 日 7 完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析 第 8 周 4 月 17 日 4 月 23 日 8 完成零件圖的繪制 第9 10周 4月24日 5月5日 9 總裝配圖的繪制 第 11 12 周 5 月 6 日 5 月 18 日 10 審核修改 準(zhǔn)備答辯 第 13 14 周 5 月 19 日 5 月 31 日 小四號宋體 加粗 五 參考文獻(xiàn) 1 張慧慧 費(fèi)仁元 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析 M 北京工業(yè)大學(xué)出版社 1998 年 9 月 日 杜祥瑛 工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 年 許果 王峻峰 何松齡 一種基于 SCARA 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) J 機(jī)械工程師 2005 年第 4 期 孫兵 趙斌 梁海峰 PLC 在物料搬運(yùn)機(jī)械手控制中的應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動(dòng)化 PLC FA 2004 年 11 期 孫兵 趙武 施永輝 物料搬運(yùn)機(jī)械手的研制 J 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) 2005 年第 8 期 6 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) J 高等教育出版社 2001 6 7 王世剛 苗淑杰 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐 M 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2003 2 8 劉品 李哲 機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005 1 9 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 編委會(huì)編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第二冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 8 10 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 編委會(huì)編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第三冊 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 8 11 蔡小華 薛小雯 在 CAD 環(huán)境下利用 VB 實(shí)行范成法加工齒輪的仿真 A 無錫職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2008 6 12 殷素峰 張文麗 基于 VB 和 AutoCAD 實(shí)現(xiàn)齒輪三維參數(shù)化建模 A 機(jī)械工程于自動(dòng)化 2008 10 13 Joseph Constanse DFMA leaming to Design for Manufacture and Assembly Meeh Erg 1992 14 G Boothroyd and P Dewhurst Product Design foe Manufacture and Assembly M Manuf Eng 1998 15 Shad Dowlastahahi A Comparison of Approach to Concurrent Engineering M Adv Manuf Tech 1994 六 備注 指導(dǎo)教師意見 簽字 年 月 日