畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)關(guān)節(jié)式自動(dòng)上下料機(jī)械手設(shè)計(jì)（PLC控制）課題來(lái)源生產(chǎn)實(shí)踐課題類(lèi)型AX指導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專(zhuān)業(yè)班級(jí)本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義工業(yè)機(jī)械手是人類(lèi)創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類(lèi)創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代七五科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)七五,八五科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用在汽車(chē)制造廠的焊裝線上。但總的看來(lái)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定距離。如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品，機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距。影響我國(guó)機(jī)械手發(fā)展的關(guān)鍵平臺(tái)因素就是其軟件，硬件和機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前工業(yè)機(jī)械手仍大量應(yīng)用在制造業(yè)，其中汽車(chē)工業(yè)占第一位（占28.9%），電器制造業(yè)第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)機(jī)械手應(yīng)用占總保有量百分比為23.4%53%，年產(chǎn)每萬(wàn)輛汽車(chē)所擁有的機(jī)械手?jǐn)?shù)為（包括整車(chē)和零部件）：日本88.0臺(tái)，德國(guó)64.0臺(tái)，法國(guó)32.2臺(tái)，英國(guó)26.9臺(tái)，美國(guó)33.8臺(tái)，意大利48.0臺(tái)世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車(chē)行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。上料機(jī)械手與卸料機(jī)械手相比，其中上料機(jī)械手中的移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手適用于各種棒料，工件的自動(dòng)搬運(yùn)及上下料工作。例如鋁型材擠壓成型鋁棒料的搬運(yùn)及高溫材料的自動(dòng)上料作業(yè)，最大抓取棒料直徑達(dá)180mm，最大抓握重量可達(dá)30公斤，最大行走距離為1200mm。根據(jù)作業(yè)要求及載荷情況，機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。移動(dòng)式搬運(yùn)上料機(jī)械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，小車(chē)行走機(jī)構(gòu)，液壓泵站電器控制系統(tǒng)組成，同時(shí)具有高溫棒料啟動(dòng)疏料裝置及用于安全防護(hù)用的光電保護(hù)系統(tǒng)。整個(gè)機(jī)械手及液壓系統(tǒng)均集中設(shè)置在行走小車(chē)上，結(jié)構(gòu)緊湊。電氣控制系統(tǒng)采用OMRON可編程控制器，各種作業(yè)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。2-2本課題的研究?jī)?nèi)容工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是：機(jī)械部分，傳感部分，控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，感受系統(tǒng)，機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)，人機(jī)交互系統(tǒng)，控制系等等。該機(jī)械手為機(jī)床上下料機(jī)械手，圓柱體工件約30千克，要求下料之后馬上上料,一次完成上下料兩步驟。動(dòng)作順序：加工工位等候-機(jī)械手臂下降-手爪收攏夾緊已加工好的工件-手臂上升-手臂回轉(zhuǎn)至卸料工位-手臂下降-（手腕回轉(zhuǎn)）手爪松開(kāi)工件-手臂上升-回轉(zhuǎn)至加工工位-手臂下降-手爪松開(kāi)工件-手臂上升至等待工位等候。機(jī)械手的動(dòng)作全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，PLC控制。一、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇：設(shè)計(jì)機(jī)械手時(shí),選擇哪一類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),要根據(jù)機(jī)械手的用途,作業(yè)要求,機(jī)械手的性能規(guī)范,控制功能,維護(hù)的復(fù)雜程度,運(yùn)行的功耗,性能與價(jià)格比以及現(xiàn)有條件等綜合因素加以考慮.在注意各類(lèi)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,綜合上述各因素,充分論證其合理性,可行性,經(jīng)濟(jì)性以及可靠性后進(jìn)行最終的選擇。按動(dòng)力源的不同機(jī)器人又分為:電氣驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種。液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是功率大，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)存在沖擊力大，精度難以控制等缺點(diǎn)，而電氣驅(qū)動(dòng)具有控制方便、J性能好等優(yōu)點(diǎn)。（綜合考慮本機(jī)械手采用液壓驅(qū)動(dòng)）二、機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：機(jī)械結(jié)構(gòu)是物料抓取機(jī)械手最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體，機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局、類(lèi)型、傳動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著機(jī)器人的工作性能。機(jī)械結(jié)構(gòu)按坐標(biāo)形式主要有直角坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、SCARA型和關(guān)節(jié)型等。直角坐標(biāo)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高，三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，其間沒(méi)有禍合，不影響末端手爪的姿態(tài)，不產(chǎn)生奇異狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)和控制都比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是占地面積大，動(dòng)作范圍小，操作靈活性差。球坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人占地面積小，工作空間較大，在空間中的定位也比較直觀，但是它們的移動(dòng)關(guān)節(jié)不容易防護(hù)，極坐標(biāo)型機(jī)器人也存在移動(dòng)關(guān)節(jié)不易防護(hù)的問(wèn)題，它們多用于一些特殊的作業(yè)環(huán)境。SCARA型機(jī)器人的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)快，最適用于在垂直方向完成零件的裝配作業(yè)。關(guān)節(jié)型機(jī)器人操作臂的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，動(dòng)作靈活，在作業(yè)空間內(nèi)手臂的干涉最小，工作空間大；缺點(diǎn)是進(jìn)行控制時(shí)計(jì)算量比較大，確定末端執(zhí)行部件的位姿不直觀。針對(duì)該上下料機(jī)械手，為了使它具有一定的操作靈活性和較好的使用性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用圓柱坐標(biāo)型。整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四個(gè)自由度。自由度的分布情況為：機(jī)身的升降和回轉(zhuǎn)，手臂的伸縮，手腕的回轉(zhuǎn)。三、手部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：手部就是與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。為了使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)，把機(jī)械手的手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可更換結(jié)構(gòu)，當(dāng)被夾持工件是圓柱刀柄時(shí)，使用夾持式手部；當(dāng)該機(jī)械手做其他用途，被夾持工件是板料時(shí)，可使用氣流負(fù)壓式吸盤(pán)。（本課題工件為圓柱體工件，所以手部采用夾持式）2-3具體設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1了解關(guān)節(jié)式機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法2械手手部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4學(xué)習(xí)PLC控制的有關(guān)內(nèi)容，利用PLC的梯形圖編寫(xiě)程序5繪制零件圖和裝配圖，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份二、設(shè)計(jì)要求：1完成關(guān)節(jié)式機(jī)械手的整體裝配圖2完成液壓系統(tǒng)原理圖3完成PLC外部接線圖4完成PLC梯形圖編程，運(yùn)行程序通過(guò)5完成相關(guān)英文翻譯一篇6撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，要求字跡工整本課題研究的實(shí)施方案、進(jìn)度安排一、實(shí)施方案：通過(guò)生產(chǎn)廠房中的實(shí)際觀察，以及利用網(wǎng)絡(luò)或圖書(shū)館參閱有關(guān)關(guān)節(jié)式上下料機(jī)械手的資料，根據(jù)已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格和設(shè)計(jì)要求，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。二、進(jìn)度安排：1）3月20-31日，主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作，熟悉題目，收集資料，明確