课题名称：工业机械手设计
一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述
1.课题来源、课题研究的主要内容
工业机器人一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、驱动控制系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。
2. 国内外现状综述
近20年来，机器人或机械手技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与液压技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；液压机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对液压技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电-气比例伺服技术的发展；现代控制理论的发展，使液压技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于液压脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，液压技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。
自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而实现了卫生检验中急需短时间、大量样品数据的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品加单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。 随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。比如美国OI公司的产品，可针对单一项目，次序加4种试剂，加热温度也提高到 50 ℃ ，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。有专家估计未来10 年，全自动流动分析仪的市场份额中，将有 50 ％被全自动化学分析机械手取代。 通过了解上述两类产品的技术特点我们不难看出，机械手具有微升级试剂消耗，不受模板束缚，分析中不同检测项目可穿插完成，可完成研发性波长扫描优化检测条件，用户可自行设计新的检测项目，体积小，甚至可做现场快速分析等特点。 由此也不难看出，以前流动分析中不适合的用户群，如样品检测单一种类少而样品量多的情况，为机械手的应用提供了可能性。对卫生行业的快速分析中，也因新型机械手的设计特点而使取代昂贵的试剂，降低分析成本成为可能。机械手不能完全取代流动分析产品一个重要的理由是：一些特殊样品处理技术不能在线实现，如萃取、高温蒸馏，需要离线进行，相信随着技术的进步，这些方面的技术也会提高。
参考文献：
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二、本课题拟解决的问题
目前液压机械手被广泛地应用于各种加工试验等工作场所，由于现在的科技进步与发展，工业机械手逐步追求一种智能化，小型化，进一步体现在液压系统控制的微缩。现阶段液压集成块技术被广泛用应于液压系统的控制，以减小液压系统控制管路连接。
液压机械手控制设计中液压集成块设计是一项关键的工作，液压集成块是安装各种液压元件，并在其内部按照系统控制原理要求实现元件之间油道连通的复杂功能块。它的应用使液压系统的结构更加紧凑，安装和调试也更加方便。在一定尺寸限制的块体上如何按照系统原理要求，正确合理的设计多个通道，对设计人员来说是一项艰巨的任务，因而单靠手工设计集成块不仅速度慢，而且难免在设计过程中发生错误，影响工作的正常进行，造成很大的时间与资源的浪费。
本课题拟在利用现在专业应用软件开发技术，方法，工具来促使人们更深入地开展工业机械手液压集成系统的开发与研究。液压集成系统的CAD的研究与开发已为液压控制工程设计提供了有力的支持。由于液压集成块的高附价值，液压集成控制技术的应用开发不但能够满足个别企业专业急需，同时也有望走上商品化专业软件市场。
三、解决方案及预期效果
在整个的液压控制系统中液压集成块为一个重要的中间控制元件，利用它可以减少很多复杂管路以及控制元件的连接，实现控制系统的集成化。
鉴于现在液压工业机械手国内外趋势的发展，主要解决机械手液压控制系统的设计与研究，并利用液压集成块CAD应用软件获得最优的布局布孔方案。实现了液压集成块布局孔集成方案的自动优化设计。设计合理的液压原理图以及选用标准的液压元件，明确各元件之间的连通关系，实现液压元件在集成块体上的布局定位，实时干涉校核下的孔道自动连通，连通方案的目标评价和布局方案的自动调整等步骤。最后形成集成块的布局布孔最优方案。在优化设计过程中，需要以下几项数据：1.元件的外型尺寸，用于装配时进行外型干涉校核 2.元件底版孔系数据，包括元件底版上各油孔，螺纹孔等的坐标位置和孔道大小，以及深度要求和安装精度要求等 3.元件本身属性，包括元件装配的优先面，优先角度等
利用CAD的三维实体造型功能，可以将液压集成块自动设计结果，即集成块外部元件布局和内部孔道布局的集成方案，在CAD图形库中自动生成集成块的三维结构图和装配图，在CAD的三维浏览工具的支持下，可以实现对集成块内部结构图和装配图的多方位，多角度的观察，进而对检验方案结果及优劣程度进行改造。其中，液压集成块三维装配图生成需要液压元件图形库的支持。
就设计全过程来说，工作从液压控制系统原理方案分析开始，确定集成范围和目标要求，构思总体部署方案和确定全部元件规格及其安装位置，根据原理要求设计块体孔系，设计师在块体设计中要遵循设计规范与准则，获得集成块装配草图与零件设计草图，孔道校验和技术文件编制。然而集成块CAD研究开发的目标在于促使设计师发挥创造性，即应用开发应定位于集成块设计的前端。根据过程改进要求获得设计过程规范是过程建模的前提。按照设计及开发能力以及过程改进的方法学框架，逐步建立行之有效的设计规范和设计模型。设计师利用软件高效完成工作的同时，能充分发挥创造潜力，完成工作的创造性部分。
四、课题进度安排
3月19日～4月1日．毕业实习阶段。
毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。
4月2日～4月15日．开题阶段。
提出总体设计方案及草图，填写开题报告。
4月16日～5月23日． 设计初稿阶段。
完成总体设计图、部件图、零件图。
5月24日～6月7日． 中期工作阶段。
完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。
6月8日～6月10日．毕业设计预答辩。
6月11日～6月18日．毕业设计整改。
图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。
6月19日～6月21日．毕业设计材料评阅。
6月22日～6月24日．毕业答辩。
6月25日～6月28日．材料整理装袋。
五、指导教师意见 |
