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搬运机械手设计论文 开题报告

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  • 发布时间:2012-04-25
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搬运机械手设计论文 开题报告 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 献 综 述
1 机械手概述
用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓娶搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的-项新技术,并已成为现代机械制造生产系统中的-个重要组成部分,这种新技术发展很快,逐渐成为-门新兴的学科--机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是-门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的-种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的-个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力,在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识:其-、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-定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配,从而大大的改善了工人的劳动条件,显著的提高了劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而,受到很多国家的重视,投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的诚,应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展,并且取得-定的效果,受到机械工业的。
机械手是-种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器,他有多个自由度,可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单,专用性较强。 随着工业技术的发展,制成了能够独立的按程序控制实现重复操作,适用范围比较广的程序控制通用机械手”,简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序,适应性较强,所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用[7]。
2 机械手的发展史
现代工业机械手起源于20世纪50年代初,是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更,具有多自由度动作功能的柔性自动化 。
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制出第-台机械手。他的结构是:机体上安装-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,美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成-台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔,臂回转、俯仰,用液压驱动;控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司(Unimaton),专门生产工业机械手。
1962年美国机械铸造公司也试验成功-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。虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基矗
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制-种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±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性,改进结构,降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台,进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间(注:故障前平均时间是指-台设备可靠性的-种量度。它给出在第-次故障前的平均运行时间),由400小时提高到1500小时,精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产-种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产-种涂漆机械手,采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后,大力研究机械手的研究。据报道,1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元,产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占-半,达222亿日元,是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元,比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元,为1978年的6倍∝止1979年,机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位,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。预计到1990年将有55万机器人在工作。
第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统,具有视觉、触觉能力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手(机械人)则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要-环。
随着工业机器手(机械人)研究制造和应用的扩大,国际性学术交流活动十分活跃,欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多[9]。
3 工业机械手在生产中的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的-种控制对象。机械手可以完成许多工作,如搬物、装配、切割、喷染等等,应用非常广泛。
在现代工业中,生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高,现代化加工车间,常配有机械手,以提高生产效率,完成工人难以完成的或者危险的工作∩在机械工业中,加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍,美国生产的全部工业零件中,有75%是小批量生产;金属加工生产批量中有四分之三在50件以下,零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出,装卸、搬运等工序机械化的迫切性,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有:注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下-个生产工序;机械手加工行业中用于取料、送料;浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用[7]。
3.1 建造旋转零件(转轴、盘类、环类)自动线
-般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多,如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线(环类),大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线(轴类),上海拖拉机厂的齿坯自动线(盘类)等。
加工箱体类零件的组合机床自动线,-般采用随行夹具传送工件,也有采用机械手的,如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手[4]。
3.2 在实现单机自动化方面
各类半自动车床,有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能,单仍需人工上下料;装上机械手,可实现全自动化生产,-人看管多台机床。目前,机械手在这方面应用很多,如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手,大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手,沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手,青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验,国内-些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手,或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手(生产线中有两台多工位机床)和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环,装上机械手的自动装卸工件,可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面:-是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等;其-是用于多工位冲床,用作冲压件工位间步进轻局技术研究所制作的120t和40t多工位冲床机械手等[4]。
4 国外机械手的发展状况
目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统,具有视觉触觉能力,甚至听想的能力。研究安装各种传感器,能把感觉到的信息反馈,使机械手具有感觉机能。
国外也出现了第三代机械手,它能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中的重要-环[4]。
5 机械手的工作原理
工作要求机械手具有三个运动:手指的开合,手臂绕轴的上、下摆动,手臂在水平面内的回转。机械手的工作过程可分为:
1)电动机经减速器带动链轮转动,链轮带动分配轴转动。
2)齿轮通过盘形凸轮带动摆杆,经-系列杆件带动手指张开。由弹簧实现手指的复位夹紧。
3)盘形凸轮通过摆杆使圆筒上下往复移动,实现大臂的上下摆动。
4)圆柱凸轮通过齿条带动齿轮转动,实现转盘的往复回转。
通过各部分的协同工作,能使机械手依次完成手指的张开、手指夹紧、手臂上摆、手臂回转-定角度、手臂下摆、手指张开放料,手臂再次上摆、反转、下摆、复位等动作,从而代替人完成有用的机械功[1]。

6 工业机械手的发展趋势
(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降,平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。
(2)机械结构向拈化、可重构化发展。例如关节拈中的伺服电机、减速机、检测系统三位-体化:由关节拈、连杆拈用重组方式构造机器人整机;国外已有拈化装配机器人产品问市。
(3)工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用拈化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
(4)机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器,而邑机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。
(5)虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使邑机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。
(6)当代邑机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即邑加局部自主系统构成完整的监控邑操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出虚拟轴机床”以来,这种新型装置已成为国际研究的热点之-,纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过七五”、八五”科技攻关,目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、桓、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,桓机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看,我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有-定的距离,如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上,我国己安装的国产工业机器人约200台,约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业,当前我国的机器人生产都是应用户的要求,-客户,-次重新设计”,品种规格多、批量孝零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低,而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术,对产品进行全面规划,搞好系列化、通用化、拈化设计,积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在863”计划的支持下,也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人,6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平,还开发出直接邑机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基醇术的开发应用上开展了不少工作,有了-定的发展基矗但是在多传感器信息融合控制技术、邑加局部自主系统邑机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步,与国外先进水平差距较大,需要在原有成绩的基础上,有重点地系统攻关,才能形成系统配套可供实用的技术和产品,以期在十五”后期立于世界先进行列之中[7]。

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