毕业设计(论文)开题报告-吸盘式板材搬运工业机器人设计

毕业设计方案

题目

学院机械工程学院

专业机械工程及自动化

班级

学生

学号20090404048

指导教师

二〇一一年月日

学院机械工程学院专业机械工程及自动化

学生学号

设计题目

一、选题背景与意义

1.国内外研究现状

采用机械手完成玻璃的装卸、搬运与放置。工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。着广阔的发展前途。目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，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机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。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。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、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。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

2.目的及意义

单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。

机械手的应用具有以下意义：

（1）.使用机械手对无夹具定位工件的自动柔性搬运系统生产流水线更加简单

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（2）.占地面积不大，结构简单易于维护

（3）.具有很高的效率和产品质量稳定性

（4）.柔性较高且可靠性高，可以满足不同种类产品生产

（5）.提高了上产过程中的自动化程度并且降低了劳动强度

二、设计内容

本次设计中，主要研究机械手部分。机械手部分研究机械手组成与各部分作用，通过研究组成与作用，完成各部分的设计，使机械实现成控制要求动作。

机械手主要由执行机构、驱动系统和控制系统等组成。

①执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

手部：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式

夹持式手部由手指（或手爪）和传力机构组成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易应用广泛。吸附式有气吸式和磁吸式两种，气吸式中吸盘与工件直接接触，对硬脆易碎件的装卸搬运和有利，例如玻璃，有效避免了物件破损。

手腕：连接手部与手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位（即姿势）

手臂：手臂是支撑被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运到指定位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。

立柱：立柱是支承手臂的部件，也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切关系。机械手的在立柱因工作需要，有时也可作横向移动。

行走机构：当工业机械手需要完成较远距离操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮，以实现机械手整机移动，去动滚轮则应另外增设机械传动装置。

机座：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在机座上，起到支撑和连接作用。

②驱动系统

驱动系统是驱动工业机械手执行运动的动力装置和辅助装置。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。

③控制系统

控制系统是支配着工业机械手按规定要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位（或机械档块定位）系统组成，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令。

预期研究结果：要能通过控制系统来控制驱动系统，从而让驱动系统来驱动执行机构，执行机构

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再完成手部、手腕、手臂或立柱的要求实现动作。通过吸盘吸取玻璃后，先上升一定高度，然后再通过机座转位实现搬运，当转到要求位置时，通过腕部或其他部位配合实现一定角度的俯仰，然后下降防止工件。

三、设计方案

对机械手的基本要求是能快速、准确的地装卸和搬运件，这要求它们具有快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度以及在任意位置都能自动定位等特性。充分分析作业对象（工件）的作业技术要求，拟定合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构机运行控制的要求，尽量选用定型的标准件，简化设计制造过程。本次设计是实现玻璃装卸搬运的机械手，是一种可以用程序实现自动装卸搬运的设备，操作单调频繁。

因为抓取工件是玻璃，玻璃硬脆易损坏，要考虑安全可靠的抓取，而夹钳式抓取机构在住区玻璃方面并无优势，一旦夹取玻璃有可能夹碎，而在工作台上夹取也不方便，而一旦用夹钳式抓取就不能使单臂，单臂不利于平衡。吸附式抓取机构中的气吸式与磁吸式两种类型，广泛应用于抓取薄型工件，具有结构简单、重量轻、使用方便、工作可靠等特点。但磁吸式广泛应用于吸取磁性的材料和工件，所以最终选取气吸式抓取机构来完成玻璃的抓取搬运，并且安装四个吸盘。

腕部设计，当放置玻璃时，需要把玻璃安置到玻璃架上，而玻璃架是与水平方向呈一定角度的，这就要求放置玻璃时要旋转一定角度，一定角度的产生主要靠腕部的俯仰或腕部的回转实现，此处选择腕部的俯仰来实现翻转功能，腕部采用俯仰液压缸来实现俯仰。

手臂部件是机械手的主要执行部分，其作用是支承手腕及抓取机构（包括被抓去的工件），有时其他一些装置如传动机构或驱动机构装置也安装在手臂上。机身则在直接支承和带动手臂不件，并实现手臂的回转、升降、俯仰等运动。手臂和机身的质量较大，其运动速度和负荷也较大，因此，他们的工作平稳很重要，设计时力求结构合理、紧凑、重量轻。

手臂设计，手臂要有伸缩的功能来保证抓取放置的正确位置，采用普通液压的伸缩移动或利用机械结构实现手臂的伸缩。机械结构可以用齿轮齿条的啮合传动来完成，此处选用液压缸的伸缩来实现移动。

机身为悬挂式时，自动线成直线布置，机械化手空中行走，顺序完成抓取、转位、卸料等功能，这种方案结构简单，自由度少，易于配线，但需要架空行走，有油液站不能固定，这是设计复杂程度增加，运动质量增大。

机身次用立柱式，机械手侧面行走，顺序完成抓取、转位和卸料等动作，自动线仍呈直线布置。这种方案可以集中设计液压站，易于实现电气、油路定点连接，但占地面积达，手臂悬伸量大。

机身采用机座式，自动先围绕机座布置，顺序完成抓取、搬运和卸料等功能。这种方案具

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有电液集中、占地面积小、可从地面抓取工件等优点，配线要求高。

综上采用机身机座式，这是一种球坐标式机械手，具有立柱旋转的功能，也能实现升降与辅助手臂进行俯仰的功能。旋转需要回转液压缸实现，升降就是靠普通液压缸垂直方向的伸缩实现。而俯仰靠一个辅助式的液压缸实现，当不需要辅助手臂俯仰只需完成手臂升降时，对两个液压缸同时供油，这样就能够实现升降，当需要辅助手臂俯仰时，只对其中用来起到辅助作用的液压缸供油，这样就能起到辅助手臂俯仰的功能。

通过以上对机械手的设计，使其能够由手臂伸缩和机身升降来抓取玻璃，然后通过机身旋转来实现玻璃的转位搬运，当旋转到指定位置时，在由腕部或机身辅助的辅助实现俯仰，翻转到一定角度把玻璃放到玻璃架上。

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五、指导教师评语

六、审核意见

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