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湘 潭 大 學(xué)
機(jī)械工程學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目
平衡臂機(jī)械手的設(shè)計(jì)之總體設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)
姓 名
朱展港
學(xué)號(hào)
2005500803
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)
六班
指導(dǎo)教師
楊湘軍
職稱
高級(jí)工程師
填寫時(shí)間
2009年6 月 8 日
2009年3月
說 明
1．根據(jù)湘潭大學(xué)《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告》，由指導(dǎo)教師簽署意見，系主任批準(zhǔn)后實(shí)施。
2．開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。
3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。
4．本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字。
5．開題報(bào)告檢查原則上在第2～4周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報(bào)告。
6. 填寫說明：
(1) 課題性質(zhì)：可填寫A．工程設(shè)計(jì)；B．論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。
(2) 課題來源：可填寫A．自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B．企、事業(yè)單位委托課題；C．校級(jí)基金課題；D．自擬課題。
(3) 除自擬課題外，其它課題必須要填寫課題的名稱。
(4) 參考文獻(xiàn)不能少于10篇。
(5) 填寫內(nèi)容的字體大小為小四，表格所留空不夠可增頁。
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名
朱展港
學(xué) 號(hào)
2005500803
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
楊湘軍
職 稱
高級(jí)工程師
所在系
機(jī)設(shè)
課題來源
D
課題性質(zhì)
A
課題名稱
平衡臂機(jī)械手的設(shè)計(jì)之總體設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)
一、選題的依據(jù)、課題的意義及國(guó)內(nèi)外基本研究情況
平衡臂結(jié)構(gòu)是工廠常用來作為中小零件的吊裝設(shè)備結(jié)構(gòu)之一，其原理在機(jī)構(gòu)學(xué)上屬于七桿二自由度機(jī)構(gòu)。它有一些較好的優(yōu)點(diǎn)。如果結(jié)合回轉(zhuǎn)和抓取重物的機(jī)械手爪，并實(shí)施合理的控制，便可以實(shí)現(xiàn)圓柱坐標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)，作為抓取物體的機(jī)械手使用。
我的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是進(jìn)行機(jī)構(gòu)的總體布局設(shè)計(jì)。
平衡臂是一套平行四邊形機(jī)構(gòu)。當(dāng)控制端輸入兩個(gè)位置變化時(shí)，輸出端有固定的位置變化與之對(duì)應(yīng)，而且，輸入端的運(yùn)動(dòng)或位置分為水平和垂直兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分別輸入，輸出端的運(yùn)動(dòng)或位置也相應(yīng)地做水平或垂直方向的運(yùn)動(dòng)。這就說明平衡臂能夠?qū)崿F(xiàn)垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)輸入端實(shí)施垂直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)控制，就可以實(shí)現(xiàn)輸出端在垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和位置控制。如果在輸出端裝上可控的機(jī)械手，便可以實(shí)現(xiàn)垂直面內(nèi)的預(yù)定位置抓取重物。如果再配備回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和機(jī)械手的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)空間有限范圍內(nèi)任何位置對(duì)重物的抓取。
據(jù)此原理，我要….針對(duì)此機(jī)械手，而且還要對(duì)機(jī)械手的整體布局及工作原理和過程做一些介紹。在外型上，我們要解決的問題主要是我們?cè)O(shè)計(jì)出來的實(shí)體要和實(shí)物相同或相近。在大的方面，一個(gè)機(jī)械手可以分為大臂、小臂和手爪手腕等部分。而手腕部分是我們所重點(diǎn)要求的，對(duì)其中的每一個(gè)零件、部件及組合體的尺寸和形體都有嚴(yán)格的要求，，而且沒有手腕，取而代之的是一個(gè)吊鉤，為了將其改造成為可自動(dòng)抓取的機(jī)械手，每個(gè)零件的配合都要很考究。而油路的布置也要合理。整體要整齊美觀。機(jī)構(gòu)實(shí)用且經(jīng)濟(jì)。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。她的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。她的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。
到目前為止，日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快，應(yīng)用最多的國(guó)家。
但是，目前的機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是減低成本和提高精度。
第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺，觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。
第三代機(jī)械手（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系。并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要的一環(huán)。
二、研究?jī)?nèi)容、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施
這次研究的內(nèi)容是機(jī)械，機(jī)構(gòu)，機(jī)械手，夾具，弱電控制，PLC，液壓驅(qū)動(dòng)或者執(zhí)行電機(jī)的控制，地基基礎(chǔ)等的設(shè)計(jì)。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。更為主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。
機(jī)械手要像人的手一樣完成各種動(dòng)作是比較困難的。因?yàn)槿说氖种?、手長(zhǎng)、手腕、手臂由十九個(gè)關(guān)節(jié)所組成，并具有27個(gè)自由度，而生產(chǎn)實(shí)踐中機(jī)械手不需要這么多自由度。下面按機(jī)械手所具有的主運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)來分析其自由度。手臂和立柱的運(yùn)動(dòng)成為主運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗鼈兡芨淖冏ト」ぜ诳臻g的位置。手腕和手指的運(yùn)動(dòng)成為輔助運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槭滞蟮倪\(yùn)動(dòng)只能改變被抓取工件的方位，而手指的夾放運(yùn)動(dòng)不能改變工件的位置和方位。
在確定了被抓取工件所在的空間位置，及將工件搬運(yùn)到規(guī)定的位置時(shí)所需要的運(yùn)動(dòng)。得知我們改造的機(jī)械手包括了大臂的回轉(zhuǎn)和升降兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，而將要設(shè)計(jì)的手腕的自由度僅僅是為了配合手臂完成工件的預(yù)定裝卸方位要求加以增設(shè)的。
這次設(shè)計(jì)的機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)回轉(zhuǎn)所成，即沿X軸的伸縮，沿Z軸的升降和繞Z軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)型式的機(jī)械手成為圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手。它與指教坐標(biāo)式相比較，占地面積大而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，并能達(dá)到較高的定位精度，因此得到廣泛的應(yīng)用。
其主要技術(shù)指標(biāo)為：
最大活動(dòng)半徑 2m 最大活動(dòng)高度 2m 回轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍 0°～360° 最大抓取重量 40kg
抓取規(guī)格 棒料φ120mm，盤類φ300mm。
三、主要特色及工作進(jìn)度
我們這次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)此機(jī)械手，而且還要對(duì)機(jī)械手的整體布局及工作原理和過程做一些介紹。在外型上，我們要解決的問題主要是我們?cè)O(shè)計(jì)出來的實(shí)體要和實(shí)物相同或相近。在大的方面，一個(gè)機(jī)械手可以分為大臂、小臂和手爪手腕等部分。而手腕部分是我們所重點(diǎn)要求的，對(duì)其中的每一個(gè)零件、部件及組合體的尺寸和形體都有嚴(yán)格的要求，而且沒有手腕，取而代之的是一個(gè)吊鉤，為了將其改造成為可自動(dòng)抓取的機(jī)械手，每個(gè)零件的配合都要很考究。而油路的布置也要合理。整體要整齊美觀。機(jī)構(gòu)實(shí)用且經(jīng)濟(jì)。工作進(jìn)度2009.5.11～2009.5.15調(diào)研、草圖、方案，2009.5.15方案評(píng)審，2009.5.15～2009.5.20計(jì)算、總體布局、原理，2009.5.21～2009.5.30繪圖、設(shè)計(jì)（零部件），2009.5.30～2009.6.5整理說明書、英文翻譯，2009.6.5～2009.6.10準(zhǔn)備答辯（英語口語、自我介紹）。
四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）
[1] 主編羅迎社 《材料力學(xué)》 武漢理工大學(xué)出版社，2000
[2] 主編唐增寶 何永然 劉安俊 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》華中理工大學(xué)出版社，1998
[3] 主編成大先 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——聯(lián)接與緊固》北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004
[4] 主編曹玉平 閻祥安 《液壓傳動(dòng)與控制》天津大學(xué)出版社，2003
[5] 主編毛謙德 李振清 《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2006
[6] 主編黃靖遠(yuǎn) 龔賤霞 賈延林 《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[7] 主編陸祥生 楊秀蓮 《機(jī)械手理論及應(yīng)用》 中國(guó)鐵道出版社，1985
[8] 主編符 萎 《機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)》 湖南大學(xué)出版社，2001
[9] 天津大學(xué)編寫組編 《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》天津科學(xué)技術(shù)出版社出版1980
[10] 上海煤礦機(jī)械研究所 《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 上海人民出版社出版 1974
[11] 主編王文斌 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二卷》 機(jī)械工業(yè)出版社出版 2005
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
系意見
系主任簽名：
年 月 日
院意見
教學(xué)院長(zhǎng)簽名：
年 月 日