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毕业设计 ( 论文) 开题报告
题 目: 曲轴自动搬运上线机械手设计
学院: 机械工程学院
专 业: 机械设计制造及其自动化 0605
学生姓名: 学 号:
指导老师:
2010 年 3 月 25 日
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开题报告填写要求
1.开题报告(含“文献综述” )作为毕业设计(论文)答辩委
员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指
导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签
署意见及所在专业审查后生效。
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标
准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪
贴,完成后应及时交给指导教师签署意见。
3.“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)
在本开题报告第一栏目内, 学生写文献综述的参考文献应不少于 10
篇(不包括辞典、手册) ,其中至少应包括 1 篇外文资料;对于重
要的参考文献应附原件复印件,作为附件装订在开题报告的最后。
4.统一用 A4纸,并装订单独成册,随《毕业设计(论文)说
明书》等资料装入文件袋中。
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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取、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一项新技术, 并已成为现代机械制造生产
系统中的一个重要组成部分,这种新技术发展很快,逐渐成为一门新兴的学科——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,是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。 工业机械手也是工业
机器人的一个重要分支。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:其一、它能部分的代替
人工操作;其二、它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、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场合,应用的更为广泛。在我国近几年也有
较快的发展,并且取得一定的效果,受到机械工业的
3
重视
。
机械手是一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
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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一台机械手。
他的结构是:机体上安装一回转长臂,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一台数控示教再现型
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一种叫 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
的基础。
1978年美国 Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种
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
时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一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公司还生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。
瑞士 RETAB公司生产一种涂漆机械手,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
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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一
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。截止 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) 中重要一环。
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一种控制对象。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。可在机械工
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一个生产工序;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
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