輕型垃圾清理機械手設(shè)計與運動仿真開題報告.doc

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畢業(yè)設(shè)計（論文） 開 題 報 告 1 選題的背景和意義 工廠金工車間的切屑垃圾多，目前用鏟子清理垃圾，操作困難，費力，有時還會劃傷操作者，有一定的安全隱患；在鄉(xiāng)村河道中，污物多為水草、青苔、樹枝、樹葉、木材以及泥沙等；在沿海，污物多為海草、貝殼及海生物等；另外，有醫(yī)療垃圾、建筑垃圾、生活垃圾等；這些垃圾污染環(huán)境，清理困難，為改變這一現(xiàn)狀，設(shè)計了清理垃圾機械手，用以抓垃圾，運垃圾，卸垃圾，實現(xiàn)清理垃圾機械化。該機械手既減輕操作者的勞動負荷，又提高了生產(chǎn)效率，有較大的應(yīng)用推廣價值[1]。 1.1 選題的背景 機械手是指能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術(shù)的不斷突破也變得日趨重要，目前，機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等[3]。 用機械手作為垃圾清理的對象既可以節(jié)約人力，而且對工人的安全也起到了一定的保障作用，而且對于生產(chǎn)效率也有一定程度的提高。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1954年，被稱為“機器人之父”的美國科學(xué)家George Devol取得了附有重放必然結(jié)果。1970年，機器入學(xué)界早期的改革家之一，Victor Schenman在斯坦福大學(xué)演示了一種計算機控制的機械手，這就是非常著名的斯坦福機械手。 70年代以后，機械手和以機械手為核心的自動化設(shè)備在工業(yè)發(fā)達國家，尤其在日本，有了廣泛的應(yīng)用。由機械手與其它設(shè)備組成的生產(chǎn)線極大的提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，大大縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。 80年代，人們?yōu)榱俗寵C器人技術(shù)向各行各業(yè)擴展、應(yīng)用，于是有了用于社會服務(wù)、海洋開發(fā)、宇宙窄間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災(zāi)搶險等領(lǐng)域的機器人。 到了上世紀(jì)90年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展和它們之間的相互整合，機械手技術(shù)得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)代控制理論使得機械手控制系統(tǒng)的性能進一步提高[3]。 近年來，隨著人類活動領(lǐng)域的進一步擴大，人們對非制造業(yè)用機械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，因而對機械手的要求更高，需要機械手具有對外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等[5]。核工業(yè)用機械手，國外的研究主要集中在機構(gòu)靈巧，動作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手。目前，機械手技術(shù)發(fā)達的國家都在競相開發(fā)地下機械手、醫(yī)用機械手、建筑用機械手、軍用機械手、平面機械手[7]，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結(jié)果。 2 研究的基本內(nèi)容 （1）輕型垃圾車機械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計； 　　（2）機械手傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計； （3）機械手運動的設(shè)計； （4）機械手主要部件的運動仿真； 2.1 基本框架 （1）分析運動方式：確定合適的機械手運動方式。 （2）確立原理方案：以機械設(shè)計和機械原理為基礎(chǔ)確立合適的原理方案。 （3）總體結(jié)構(gòu)方案：總體設(shè)計滿足功能要求的運動方式和運動范圍。 （4）設(shè)計計算：包括機械手的連桿等的計算、各部位的受力分析以及輕型垃圾車各部件尺寸的計算。 （5）動態(tài)仿真：用UG畫出整機的三維裝配圖，再對主要運動部件進行運動仿真。 2.2 研究的重點和難點 （1）垃圾車整體的平衡。 （2）合理設(shè)計機械手的傳動方式和運動方式。 （3）機械手抓物體時的受力情況的計算。 2.3 擬解決的關(guān)鍵問題 （1）機械手的設(shè)計應(yīng)該滿足上下運動、旋轉(zhuǎn)運動、前后移動、手爪的張合等運動功能。 （2）設(shè)計中盡量避免機構(gòu)中過多的磨損。 （3）采用合適的材料，對于整體結(jié)構(gòu)控制在一定的長寬高范圍內(nèi)，以減輕機械手的自重。 （4）機械手有足夠的力夾起垃圾，對于大型的垃圾有足夠拉力拉起垃圾。 （5）利用運動仿真還原機械手的工作情況。 3 研究的方案及措施 3.1輕型垃圾車機械手的總體方案 該方案結(jié)構(gòu)圖中包括1 萬向輪，2 手拉桿，3 車廂，4 拉桿，5 升降液壓缸，6搖桿，7機械手，8轉(zhuǎn)盤等組成。主體運動靠8 轉(zhuǎn)盤，4 拉桿，6 搖桿在兩個5升降液壓缸的作用下帶動，完成機械手的上下、左右、前后、升降運動。依靠8轉(zhuǎn)盤的各方向自由運動帶動各部件靈活轉(zhuǎn)向與定位，完成左右、前后運動。升降液壓缸5將搖桿6帶動來控制機械手的上下、升降運動。垃圾車的運動主要靠底座下面安裝4個滾輪，前兩個滾輪9為萬向輪。后兩個滾輪l為固定輪，手拉桿2通過滾輪運動可使機械手手部在水平方向上達到不同位置。 1 固定輪 2 手拉桿 3 手動液壓泵組件 4 立柱 5 升降液壓缸 6搖桿 7機械手 8 轉(zhuǎn)盤 9萬向輪 圖1 機械手原理圖 3.2 機械手結(jié)構(gòu) 機械手的由1 手爪，2 搖桿，3 機架，4升降液壓缸等組成。機械手的運動靠4 升降液壓缸的工作來工作，升降液壓缸安裝在3機架上，由其內(nèi)部的活塞帶動手爪的運動。而手部要求能實現(xiàn)兩個運動動作，一是手爪l的張開，二是手爪l的閉合；手爪1的張開和閉合是由手部運動鏈來實現(xiàn)的，手部運動鏈?zhǔn)怯蓛商灼矫媪鶙U機構(gòu)組成的組合機構(gòu)組成，兩套機構(gòu)都固定于3機架上，手爪1既可通過升降液壓缸帶動運動，也可由機械手上的搖桿上下運動實現(xiàn)抓取和松開。其中平面六桿機構(gòu)是由1個活塞桿5、2個搖桿2、2個手爪1和機架3構(gòu)成。當(dāng)活塞桿直線運動時，通過組合機構(gòu)，實現(xiàn)四個手爪的張合運動。 1 手爪 2 搖桿 3 機架 4升降液壓缸 5 活塞桿 6 連接板 圖2 機械手結(jié)構(gòu)圖 4 預(yù)期成果 完成輕型垃圾車機械手設(shè)計，包括總體裝配圖、總體圖、零件圖各一套、三維運動仿真圖一套，標(biāo)準(zhǔn)件列表以及設(shè)計說明書一份。 5 研究工作進度計劃 2013.11.15～2012.12.31 完成前期準(zhǔn)備材料 2014.1.1～2014.3.1 完成總體方案設(shè)計 2014.3.2～2014.3.31 完成輕型垃圾車主體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2014.4.1～2014.4.30 完成傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2014.5.1～2014.5.15 完成機械手的設(shè)計 2014.5.16 ～2014.5.30 完成設(shè)計說明書 2012.6.1～2014.6.15 整理各類文件，準(zhǔn)備答辯 參考文獻 [1] 王正剛，朱龍英，葛友華等．清理垃圾機械手的設(shè)計[J]． 機械設(shè)計與制造， 2009， 7： 65-67． [2] 李忠晚．淺析機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．管理觀察，2011 (14)：165． [3] 郭洪武．淺析機械手的應(yīng)用與發(fā)展趨勢[J]．中國西部科技，2012（10）：3-12． [4] 一機部情報所．國內(nèi)機械行業(yè)機械手應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展概況[J]．技術(shù)革新簡報，2013（124）：63-64． [5] 薛正卿．基于現(xiàn)場總線的工業(yè)機械手智能控制研究[D]．東華大學(xué)，2010：1-55．