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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
朱巖巖
學 號：
0601510115
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目：
機械手設(shè)計
指 導(dǎo) 教 師:
吳萍
2010年 4 月 4日
開題報告填寫要求
1．開題報告(含“文獻綜述”)作為畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學生在畢業(yè)設(shè)計(論文)工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式(可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載)打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫(或打印)在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量(不包括辭典、手冊)；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
摘要 本文主要介紹了機械手的應(yīng)用范圍、機械手的組成及每個組成部分的作用、工作原理、國內(nèi)外的發(fā)展趨勢、發(fā)展前景和方向，機械手的應(yīng)用、機械行業(yè)中使用機械手的意義，重點闡述了機械人的各個組成部分的發(fā)展趨勢和應(yīng)用場合。
關(guān)鍵詞 機械手 發(fā)展趨勢 意義
1 序言
隨著時代的不斷進步，經(jīng)濟飛速發(fā)展，生活水平的逐年提高，人們的環(huán)保意識，自我安全意識也在不斷加強，同時也使人們對各種產(chǎn)品的要求更高了，機械人顯然更符合現(xiàn)在人們的需求。機械手輕巧、制造成本低、工作效率高、噪聲較小、低溫起動性較好、使用和維護方便，已在機械、化工、醫(yī)藥、紡織、微電子、食品、運輸?shù)阮I(lǐng)域得到了越來越廣泛的運用[1]。在當今的中國社會，經(jīng)濟發(fā)展方式正由粗放密集型轉(zhuǎn)向節(jié)約內(nèi)向型，原來的生產(chǎn)方式必須進行較大的變革。這就要求在最短的時間內(nèi)，創(chuàng)造出最高的加工效率，而且還要保證較高的生產(chǎn)質(zhì)量。機械加工中的機床﹑機械手就必須符合這種條件下的生產(chǎn)加工。
2 機械手概況
機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。
機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)[2]。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2～3個自由度。
3 國內(nèi)外的發(fā)展趨勢
國內(nèi)外實際使用的多是定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸覺”反饋[3]。目前，世界各國正積極研制帶有“視覺”和“觸覺”的工業(yè)機械手，使它能夠?qū)λト〉墓ぜM行分辨，能選取所需要的工件，并正確的夾持工件，進而精確地在機器上定位、定向。
為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零部件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件，為防止握力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來。
3．1 我國的發(fā)展趨勢
我國的工業(yè)機械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù),運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點焊，裝配，搬運等機器人，但總的看來，我國的工業(yè)機械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。
十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運、點焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機器人及水下作業(yè)、軍用和特種機器人[4]。目前，示教再現(xiàn)型機器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風汽車廠投入運行。1986年3月開始的國家863高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機器人的內(nèi)容。
3.2 國外的發(fā)展趨勢
目前，國際上工業(yè)機器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣闊，現(xiàn)已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等各種非制造行業(yè)。但汽車工業(yè)仍是工業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)了解，美國60%的工業(yè)機器人用于汽車生產(chǎn)；全世界用于汽車工業(yè)的工業(yè)機器人已經(jīng)達到總用量的37%，用于汽車零部件的工業(yè)機器人約占24%。???
?美國是機器人的誕生地，經(jīng)過30多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。70年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點放在研究機器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強的競爭力。其技術(shù)全面、先進，適應(yīng)性也很強。具體表現(xiàn)在：性能可靠，功能全面，精確度高[5]； 機器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用； 高智能、高難度的軍用機器人、太空機器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。
4 發(fā)展前景及方向
隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機器人設(shè)計生產(chǎn)能力進一步得到加強，尤其當機器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。
就目前來看，總的來說現(xiàn)代工業(yè)機器人有以下幾個發(fā)展趨勢：
(1) 提高運動速度和運動精度，減少重量和占用空間，加速機器人功能部件的標準化和模塊化，將機器人的各個機械模塊、控制模塊、檢測模塊組成結(jié)構(gòu)不同的機器人；
(2) 開發(fā)各種新型結(jié)構(gòu)用于不同類型的場合，如開發(fā)微動機構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機器人，以適應(yīng)不同的場合；
(3) 研制各類傳感器及檢測元器件，如，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測距傳感器等，用傳感器獲得工作對象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識別、狀態(tài)檢測。并采用專家系統(tǒng)進行問題求解、動作規(guī)劃，同時，越來越多的系統(tǒng)采用微機進行控制。
(4) 重復(fù)高精度 精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，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，機械手到達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[6]。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
(5) 模塊化 有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)[7]。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(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氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。
5 機械手的組成
機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。
機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。
1.執(zhí)行機構(gòu)
機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成[8]。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。
2.傳動系統(tǒng)
執(zhí)行機構(gòu)的工作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)[9]。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。
3.控制系統(tǒng)
機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作．動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制[10]。
6 機械手的應(yīng)用
機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序軌跡極其它要求，實現(xiàn)抓取，搬運工件或操做工具的自動化裝置。在我國由于大多數(shù)工業(yè)機器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機器人稱做操作機械手[11]。機械手的特點：?對環(huán)境的適應(yīng)性強；機械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動中解放出來，并能擴大和延伸人的功能；由于機械手的動作準確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時又可以避免人為的操作錯誤；機械手特點是通過用工業(yè)機械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要[12]。因此采用機械手最明顯的特點是提高勞動生產(chǎn)率和降低成本。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。
機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景[13]。
機械手是在機械化，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，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合[14]。機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，因此，機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。
7 在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義
(1) 以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度
應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本[15]。
(2) 以改善勞動條件，避免人身事故
在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善[16]。
在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
(3) 可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)
應(yīng)用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。
參 考 文 獻
[1] 宋吉來，俞建成等．輪槳腿一體化兩棲機器人控制系統(tǒng)設(shè)計［J］．北京：微計算機信息．2009.
[2] 張毅剛，趙光權(quán)，孫寧等.TMS320LF240X系列DSP原理、開發(fā)與應(yīng)用[D] .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.2006.
[3] 熊新民，曹毅等．智能機器人運動關(guān)節(jié)集成驅(qū)動控制器研究［J］．北京：微計算機信息．2009.
[4] 高峰,馮培恩,高宇,周波,張強.挖掘機器人液壓傳動的伺服控制策略. 北京：液壓與氣動.2002.
[5] 廖萬輝，李琳等．基于機器視覺的工業(yè)機器人定位系統(tǒng)［J］．北京：微計算機信息．2009.
[6] 程憲平.機電傳動與控制. 北京：華中科技大學出版社.2003.
[7] 郭仁生.機械設(shè)計基礎(chǔ). 北京：清華大學出版社.2001.
[8] 張群生.液壓與氣動傳動. 北京：機械工業(yè)出版社.2007.
[9] 液壓總綱.北京：國防工業(yè)出版社.2007.
[10] 電力拖動控制系統(tǒng).北京：清華大學出版社.2003.
[11] 機械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo).北京：化學工業(yè)出版社.2007.
[12] 王承義.機械手及其應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社.1981.
[13] 朱龍根.機械系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社.2004.
[14] 左健昆.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社.2005.
[15] 孔玉安.液壓技術(shù)在工程中的應(yīng)用.江蘇科學技術(shù)出版社.1986.
[16] 孫志禮.機械設(shè)計.沈陽：東北大學出版社.2000.
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑)：
通過對參考文獻的閱讀和學習，針對所設(shè)計的機械手設(shè)計了一些步驟和設(shè)計的方法，針對任務(wù)書要求：
2.1 本課題要研究或解決的問題有以下幾點：
(1) 熟悉了解機械手的基本結(jié)構(gòu)。
(2) 了解數(shù)控機床的總體結(jié)構(gòu)，確定合適的機械手的運動空間。
(3) 根據(jù)機械手的運動空間要求確定機械手的總體結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)、夾持方法等。
(4) 撰寫設(shè)計說明書。
2.2 擬采用的研究手段(途徑)：
(1) 首先收集一些關(guān)于機械手的相關(guān)知識，對這些知識加以總結(jié)和分析，了解數(shù)控車床的基本知識，為下面的課題開展做好準備。認真分析零件圖，了解零件的結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)的技術(shù)要求，對零件的每一個細節(jié)，應(yīng)仔細的分析。
(2) 以數(shù)控車床為基礎(chǔ)，通過查詢分析獲得解決機械手的總體結(jié)構(gòu)、手臂結(jié)構(gòu)、夾持方法等問題。
(3) 通過自己的設(shè)計體會，結(jié)合已有的參考資料，對數(shù)控車床上下料機械手設(shè)計流程進行歸納總結(jié)。
(4) 最后做好總體的設(shè)計方案。
畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
閱讀了大量關(guān)于機械手方面的書籍，對機械手的特點、組成及分類、應(yīng)用范圍、發(fā)展趨勢進行了研究分析、對國內(nèi)外機械手應(yīng)用情況有了初步的認識，為機械手的設(shè)計做了一些基礎(chǔ)工作。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(論文)結(jié)果的預(yù)測：
通過對本課題的研究可以使學生的基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識、技術(shù)水平以及實際應(yīng)用能力和文字、語言表達能力得到鍛煉，是學生綜合運用所學理論技能知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的重要階段，是培養(yǎng)和提高學生綜合應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)，讓學生掌握機械設(shè)計的一般方法。
通過本課題的研究使學生對機械手的設(shè)計有一個初步的認識，學會如何查找文獻、如何進行方案的設(shè)計、校核、定稿等等。綜合應(yīng)用機械設(shè)計、工藝、公差、機械制圖CAD、PLC等知識進行機械手的設(shè)計。完成3張0號圖紙，1.2萬字的條理清楚的說明書。
指導(dǎo)教師：
2010年 4月 5日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日