1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：壁面爬行機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系別機(jī)電信息系專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級姓名學(xué)號導(dǎo)師2012年12月25日21畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況。1.1課題名稱壁面爬行機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.2課題研究背景和意義機(jī)械手是能模仿人手和臂的某些功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。機(jī)械手并不是簡單意義上的代替人工的勞動，而是綜合了仁德特長的機(jī)器特長的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長時間工作、精確度高、坑惡劣環(huán)境的能力。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進(jìn)展之下,機(jī)械手與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。機(jī)械手的應(yīng)用也將會越來越廣泛,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和在特殊環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個重要分支。按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式。特點(diǎn)是可以通過編程來完各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)。因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手可以減省工人、提高效率、降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)、安全性好。多關(guān)節(jié)機(jī)械手更具有以下優(yōu)點(diǎn):動作靈活、運(yùn)動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件，并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作.隨著生產(chǎn)的需要，對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。多關(guān)節(jié)手臂也突破了傳統(tǒng)的概念，其關(guān)節(jié)數(shù)量可以從三個到十幾個甚至更多，其外形也不局限于像人的手臂，而根據(jù)不同的場合有所變化，多關(guān)節(jié)手臂的優(yōu)良性能是單關(guān)節(jié)機(jī)械手所不能比擬的。機(jī)械手是在機(jī)械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。我國塑料機(jī)械已成為機(jī)械制造業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)之一，年需求量在不斷的加大。因此。本課題對四自由度折疊式機(jī)械手的研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。1.3機(jī)械手分類按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連3續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.4機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成機(jī)械手的組成：機(jī)械手主要有執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。機(jī)械手設(shè)計(jì)具有三個原則：一是手部盡可能覆蓋較大空間；二是根據(jù)對象態(tài)勢調(diào)整自身姿態(tài)；三是一最輕的自身重量達(dá)到合理的最大負(fù)載能力。圖1.1機(jī)械手組成1.5我國機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀及前景目前國內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。發(fā)展前景及方向：1重復(fù)高精度精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度,它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次,機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要,如果一個機(jī)器人定位不夠精確,通常會顯示一個固定的誤差,這個誤差是可以預(yù)測的,因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機(jī)誤差的范圍,它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高。2模塊化。有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù),而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置,使機(jī)械手運(yùn)動自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能,擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍,是機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。3、無給油化。為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)4問世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。4機(jī)電一體化。由“可編程序控制器-傳感器-液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件,使液壓技術(shù)從“開關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng),不僅減少配線、配管和元件,而且拆裝簡單,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今,電磁閥的線圈功率越來越小,而PLC的輸出功率在增大,由PLC直接控制線圈變得越來越可能。2本課題研究的主要內(nèi)容和研究方法或措施。本設(shè)計(jì)主要用于抓取核工業(yè)用壁面爬行機(jī)器人。需要綜合分析機(jī)械手各組成部分的設(shè)計(jì)方案。2.1本課題研究的主要內(nèi)容。（1）了解工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用、基本結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）了解并分析壁面爬行機(jī)械手的工作路線。（3）完成該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。（4）應(yīng)用軟件繪制所設(shè)計(jì)機(jī)械手的裝配圖。2.2擬采用研究方案。（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人的手又稱末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致有以下幾類：夾鉗式，吸附式，專用操作器及轉(zhuǎn)換器，仿生多指靈巧手。本設(shè)計(jì)用于抓取核工業(yè)用壁面爬行機(jī)器人。夾持對象：焊縫檢測器，形狀為矩形。檢測器最大尺寸：200*100*30mm3重量1.0kg檢測器最小尺寸：300*200*100mm3重量2.0kg（2）傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)由于罐體內(nèi)空間狹小，在保證抓取能力的條件下，結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能緊湊，故采用折疊式的設(shè)計(jì)。機(jī)械手在過道的移動可以依托運(yùn)載車來完成，爬壁機(jī)器人可在灌壁自行移動，所以可以選擇四個自由度。結(jié)構(gòu)如圖二5圖2.1爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖（3）傳動方式表1傳動方式對比名稱特點(diǎn)直接連接傳動驅(qū)動源或帶有機(jī)械傳動裝置直接與關(guān)節(jié)相連。遠(yuǎn)距離連接傳動驅(qū)動源通過遠(yuǎn)距離機(jī)械傳動后與關(guān)節(jié)相連。間接驅(qū)動驅(qū)動源經(jīng)一個速比遠(yuǎn)大于一的機(jī)械傳動裝置與關(guān)節(jié)相連。直接驅(qū)動驅(qū)動源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個速比等于一的機(jī)械傳動這樣的中間環(huán)節(jié)與關(guān)節(jié)相連。本設(shè)計(jì)選用直接連接傳動（4）驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)完成機(jī)械臂的升降、伸縮以及機(jī)械手抓取物體時執(zhí)行部分的張合。目前應(yīng)用較廣的驅(qū)動系統(tǒng)有：氣壓式驅(qū)動，液壓式驅(qū)動，電動式驅(qū)動，機(jī)械式驅(qū)動。各種傳動方式比較如下表2驅(qū)動方式對比傳動方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)液壓驅(qū)動運(yùn)動平穩(wěn)，易于控制，便于安裝，