毕业设计（论文）学生开题报告

工业机械手是人类创造的一种机器,更是人类创造的一项伟大奇迹,其研究、开发和设计是从二十世纪中叶开始的.我国的工业机械手是从80年代"七五"科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过"七五","八五"科技攻关,目前已经基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,控制系统硬件和软件设计技术,运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆，孤焊，点焊，装配，搬运等机器人，其中有130多台喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，孤焊机器人已经应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的看来，我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定距离。如：可靠性低于国外产品，机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。影响我国机械手发展的关键平台因素就是其软件，硬件和机械结构。目前工业机械手仍大量应用在制造业，其中汽车工业占第一位（占28.9%），电器制造业第二位（占16.4%），化工第三位（占11.7%）。发达国家汽车行业机械手应用占总保有量百分比为23.4%～53%，年产每万辆汽车所拥有的机械手数为（包括整车和零部件）：日本88.0台，德国64.0台，法国32.2台，英国26.9台，美国33.8台，意大利48.0台
世界工业机械手的数目虽然每年在递增，但市场是波浪式向前发展的。在新世纪的曙光下人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境都需要用机器人代替人工。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在汽车行业中还在不断开辟着新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并且随着电子技术的发展和科技的不断进步，这项技术将日益完善。
上料机械手与卸料机械手相比，其中上料机械手中的移动式搬运上料机械手适用于各种棒料，工件的自动搬运及上下料工作。例如铝型材挤压成型铝棒料的搬运及高温材料的自动上料作业，最大抓取棒料直径达180mm，最大抓握重量可达30公斤，最大行走距离为1200mm。根据作业要求及载荷情况，机械手各关节运动速度可调。移动式搬运上料机械手主要由手爪，小臂，大臂，手臂回转机构，小车行走机构，液压泵站电器控制系统组成，同时具有高温棒料启动疏料装置及用于安全防护用的光电保护系统。整个机械手及液压系统均集中设置在行走小车上，结构紧凑。电气控制系统采用OMRON可编程控制器，各种作业的实现可以通过编程实现。

本课题的研究内容
工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。
 三大部分是：机械部分，传感部分，控制部分。六个子系统是：驱动系统，机械结构系统，感受系统，机器人—环境交互系统，人机交互系统，控制系等等。
该机械手为机床上下料机械手，圆柱体工件约30千克，要求下料之后马上上料,一次完成上下料两步骤。
动作顺序：加工工位等候--机械手臂下降--手爪收拢夹紧已加工好的工件--手臂上升--手臂回转至卸料工位--手臂下降--（手腕回转）手爪松开工件--手臂上升--回转至加工工位--手臂下降--手爪松开工件--手臂上升至等待工位等候。机械手的动作全部采用液压驱动，PLC控制。
一、机械手驱动系统的选择：
设计机械手时,选择哪一类驱动系统,要根据机械手的用途,作业要求,机械手的性能规范,控制功能,维护的复杂程度,运行的功耗,性能与价格比以及现有条件等综合因素加以考虑.在注意各类驱动系统特点的基础上,综合上述各因素,充分论证其合理性,可行性,经济性以及可靠性后进行最终的选择。按动力源的不同机器人又分为:电气驱动、液压驱动、气动驱动三种。液压驱动的特点是功率大，气动驱动存在冲击力大，精度难以控制等缺点，而电气驱动具有控制方便、J性能好等优点。（综合考虑本机械手采用液压驱动）
二、机械手结构设计：
机械结构是物料抓取机械手最终的执行机构，是机器人赖以实现各种运动的实体，机械结构的布局、类型、传动方式以及驱动系统的设计直接关系着机器人的工作性能。
机械结构按坐标形式主要有直角坐标型、球坐标型、圆柱坐标型、SCARA型和关节型等。
直角坐标型机器人操作臂的优点是结构简单、刚度高，三个关节的运动相互独立，其间没有祸合，不影响末端手爪的姿态，不产生奇异状态，运动和控制都比较简单;缺点是占地面积大，动作范围小，操作灵活性差。
球坐标机器人和圆柱坐标机器人占地面积小，工作空间较大，在空间中的定位也比较直观，但是它们的移动关节不容易防护，极坐标型机器人也存在移动关节不易防护的问题，它们多用于一些特殊的作业环境。
SCARA型机器人的主要特点是结构轻便，响应快，最适用于在垂直方向完成零件的装配作业。
关节型机器人操作臂的优点是结构紧凑，占地面积小，动作灵活，在作业空间内手臂的干涉最小，工作空间大;缺点是进行控制时计算量比较大，确定末端执行部件的位姿不直观。
针对该上下料机械手，为了使它具有一定的操作灵活性和较好的使用性能，在结构设计上采用圆柱坐标型。整个机器人系统设计为四个自由度。
自由度的分布情况为：机身的升降和回转，手臂的伸缩，手腕的回转。
三、手部的结构设计：
手部就是与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。为了使机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，当被夹持工件是圆柱刀柄时，使用夹持式手部;当该机械手做其他用途，被夹持工件是板料时，可使用气流负压式吸盘。（本课题工件为圆柱体工件，所以手部采用夹持式）

具体设计内容和要求
一、设计内容：
1．了解关节式机械手的基本结构和设计方法
2．械手手部结构和运动机构的结构设计
3．机械手驱动系统的设计
4．学习PLC控制的有关内容，利用PLC的梯形图编写程序
5．绘制零件图和装配图，设计说明书一份

二、设计要求：
1．完成关节式机械手的整体装配图
2．完成液压系统原理图
3．完成PLC外部接线图
4．完成PLC梯形图编程，运行程序通过
5．完成相关英文翻译一篇
6．撰写设计说明书，要求字迹工整

本课题研究的实施方案、进度安排
一、实施方案：
通过生产厂房中的实际观察，以及利用网络或图书馆参阅有关关节式上下料机械手的资料，根据已有的标准规格和设计要求，在老师的指导下进行合理的设计。

二、进度安排：
 1）3月20-31日，主要进行毕业设计的准备工作，熟悉题目，收集资料，明确研究目的和任务；
 2）4月1-25日，设计方案的确定，设计参数和尺寸的计算和分析；
 3）4月26-5月15日，绘制机械手各部分图纸（手爪图、手腕图、手臂图和它们的组合图）；
     4）5月16-5月27日，收尾完善，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩；
     5）5月28-6月5日，毕业答辩。


毕业设计（论文）学生申请答辩表
课 题 名 称    关节式自动上下料机械手设计（PLC控制）
指导教师（职称）    王海涛（副教授）
申 请 理 由    申请毕业
学生所在系部    机械工程系    专业班级    05机制（本）2    学号    0515011202
  学生签名：                                     日期：
毕业设计（论文）指导教师评审表
序号    评分项目（理工科、管理类）    评分项目(文科)    满分    评分
1    工作量    外文翻译    15   
2    文献阅读与外文翻译    文献阅读与文献综述    10   
3    技术水平与实际能力    创新能力与学术水平    25   
4    研究成果基础理论与专业知识    论证能力    25   
5    文字表达    文字表达    10   
6    学习态度与规范要求    学习态度与规范要求    15