搬运机械手动态控制设计-开题报告

第一篇：搬运机械手动态控制设计-开题报告

开题报告

搬运机械手动态控制设计

0312001426 03电气4班 程 诚

一、本课题的目的及研究意义：

搬运机械手设计是机械制造,机械设计和机械电子工程(机电一体化)等专业的一个重要的环节,是学完技术基础课及有关专业课以后的一次专业课程内容的综合设计。通过设计提高学生的机构分析与综合的能力、机械结构设计的能力、机电液一体化系统设计能力、掌握实现生产过程自动化的设计方法。通过这一环节要求达到：

1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、微型计算机原理及应用、自动机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切地结合起来。因此，机械手设计是有关专业基础课和专业课以后的综合性的专业课程设计。

2）搬运机械手设计是机械设计及制造专业和机械电子工程专业的学生一次比较完整的机电一体化整机设计。通过设计，培养学生独立的机械整机设计的能力，树立正确的设计思想，掌握机电一体化机械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基础。

3）通过设计，使学生能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图册和规范；熟悉有关国家标准和颁布标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。

4）由几名学生共同完成机械手设计工作，这样既能培养学生独立工作与分工协作完成大型设计的能力，又解决了工作量大，时间短的矛盾。

二、搬运机械手的概述

国内外实际上使用权的定位控制的机械手，没有“视觉”和“触角”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视角”和“触角”的工业机械手，使它对所抓取的工件进行分辨，选取所需要的工件，并正确地夹持工件，进行精确地在机器中定位、定向。

为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨开头不同的零件，它由视觉传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，分辨是否是所要抓取的工件。

为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法：一是检测把握物体手臂的变形，以决定适当的握力；另一种是直接检测指部与物件的滑动位移，来修正握力。

因此，这种机械手就具有以下几个方面的性能： 1）能准确地抓住方位变化的物体。2）能判断对象的重量。3）能自动避开障碍物。

4）抓空或抓力不足时能检测出来。

这种具有感知力并能对感知的信息作出反应的机械手称为智能机械手，它是有发展 前途的。

现在，搬运机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，其效用是代替人从事繁重的工作和危险的工作台，在恶劣环境下尤其明显。至于在汽车工业和电子工业之类的费工的工业部门，机械手的应用情况决不能说是很好的。虽然这些工业部门工时不足的问题很尖锐，但采用机械手只限于一小部分工序。其原因之一是，搬运机械手的性能还不能满足这些部门的要求，适于机械手工作台的范围很狭小。另外经济性问题当然也很重要，采用机械手来节约人力从经济上看不一不定期总是合算的。然而，利用机械手或类似机械设备节省人力和实现生产合理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的总是获得解决，机械手的应用必将会飞跃发展。

机械手是机械自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着机械技术特别是计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中

它可以用来组装零部件。

(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5)宇宙及海洋的开发。

(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。

三、主要研究内容以及采用研究方法

在搬运机械手的控制系统中，我们采用了PLC技术。用流程图法，按照零件加工过程设常用PLC梯形图逻辑设计方法较多，设计中我们采计出控制系统流程图。一般控制系统都是由若干个稳定工作状态组成，每个工作状态是由于接受了某个切换主令信号而建立的。各个工作状态用一个辅助继电器进行区分，辅助继电器的状态由切换主令信号来控制，这些切换主令信号分别来自按钮、传感器、定时器和计数器。辅助继电器同时又是执行元件的输入变量。当控制系统的输入主令信号和执行元件确定以后，将主令信号与各自工作状态的约束条件，分别代入相应的辅助继电器逻辑方程和执行元件的逻辑方程，即可完成自动工作循环的逻辑控制。最后再考虑手动控制系统及自动循环与手动控制之间的互锁要求，即完成了全部控制系统的逻辑设计。

在工业自动化生产中，无论是单机还是组合机床，以及自动生产流水线，都要用到机械手来完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、运动方向控制和物料是否存在的判别。以附图所示机械手为例，其任务是将传送带A上的工件或物品搬运到传送带B上。机械手的上升、下移、左移、右移抓紧和放松都是用双线圈三位电磁阀气动缸完成。当某个电磁阀通电时，就保持相对应的动作，即使线圈再断电仍然保持，直到相反方向的线圈通电，相对应的动作才结束。设备上装有上、下、左、右、抓紧、放松六个限位开关，控制对应工步的结束。传送带上设有一个光点开关，监视工件到位与否。

四、机械手的性能指标

机械手的主要参数是说明机械手的规格和性能的具体指标，一般包括以下几项：

1）抓取重量

抓取重量（又称臂力）是指机械手所能抓取或搬运物件的最大重量，它对其他参

如行程范围、坐标形式和缓冲装置的设计均有影响，是机械手最基本的参数。

2）运动速度 运动速度反映了机械手的生产水平，影响机械手的运动周期和工作效率，很多机械手由于速度低而限制了它的使用范围。影响机械手动作快慢的两个主要运动是手臂

和回转运动。速度大小与机械手的驱动方式、定位方式、抓重大小和行程距离有关系。

3）行程范围

机械手的手臂运动行程对使用性能有较大的影响。一般来说，通用机械手的手臂转就尽可能大些，回转行程范围应大于180度，使机械手具有一定的通用性；手臂伸缩行程及工作半径要适宜，太大会增加手臂悬伸量，相应的偏重力矩和转动惯量也增加，且刚性降低，对于定位精度也难以保证。

4）定位精度

定位精度是衡量机械手工作质量的又一重要指标，是指机械手的运动部件从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度。定位精度的高低取决于位置控制方式以及机械手运动部件本身的精度和刚度，并和抓取重量、运动速度等因素也有密切关系。定位精度包括位置设定精度和重复定位精度两种，一般所说的定位精度是是指重复定位精度。

我们设计的成果将会根据这个几性能指标来测试，以检验它是否合格。

五、进度安排

2007.1----2007.2 ：选定题目

2007.3----2007.4 ：开题报告，综合叙述

2007.4----2007.5 ：设计方案的实施，设计控制原理图，梯形图程序，参数设置，控制信号端口连接

2007.5----2007.6 ：完成设计 2007.6中旬

： 毕业答辩

参考文献：

[1] 陈立德，机械制造装备设计，北京：高等教育出版社，2006.4 [2] 李允文, 工业机械手设计, 广东：机械工业出版社，1994.8 [3] 张建民，工业机器人[M]，北京：北京理工大学出版社，1996

第二篇：搬运机械手设计毕业论文

本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

本 科 生 毕 业 设 计（论文）

题

目：学生姓名：学

号：专业班级：指导教师：

（届）

搬运机械手设计

职称：

****年**月**日

搬运机械手的设计

摘要：随着科学技术的发展和自动化生产线在企业产品生产中的广泛应用，机械手作为自动化生产线的重要组成部分也得到了长足的发展和进步，机械手的发展在企业的发展和创收上起到了举足轻重的作用。本文简单介绍了本课题的意义和内容，回顾了国内外机械手的发展概况，并对工件搬运机械手的研究。作者根据本课题的研究依据，对机械手的机械系统方案进行了设计，确整体结构和机、气一体化的实现方法，画出了各主要部件的机械结构图。

关键字：机械手；气动；设计研究

Design of Manipulator for Transportation Abstract：With the development of the science and technology and the application of the automobile product line in the production, the manipulator, who serves as the important part of the automobile product line, has also experienced dramatic progress and development, manipulator as to play an extremely important part in the development and income of the corporations.This paper introduces the content and practical application value of the thesis, and reviews the development of manipulators inside and abroad, and manipulator which used transport workpiece has been studied.The writer introduces the gist of research, designs the machine system project of the manipulator, confirms the gantry configuration and the realization way with the machinery, gas-motivated and draws the machine configuration picture of master parts.Key words：manipulator, pneumatics, design and study

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目 录 绪论...........................................................错误！未定义书签。1.1 前言..........................................................错误！未定义书签。1.2 机械手国内外研究现状.........................................错误！未定义书签。1.3 当今机械手具有的特点.........................................错误！未定义书签。2 机械手总体设计方案.............................................错误！未定义书签。2.1 机械手基本形式的选择.........................................错误！未定义书签。2.2 机械手的主要运动方式和部件...................................错误！未定义书签。2.3 驱动方式的选择...............................................错误！未定义书签。2.4 机械手的主要设计参数.........................................错误！未定义书签。3 机械手手部设计.................................................错误！未定义书签。3.1 手部的种类及设计基本要求.....................................错误！未定义书签。3.1.1 手部的种类.............................................错误！未定义书签。3.1.2 手部设计基本要求.......................................错误！未定义书签。3.2 手部的结构设计及尺寸的计算...................................错误！未定义书签。3.2.1 手部的设计.............................................错误！未定义书签。3.2.2 手指指端设计...........................................错误！未定义书签。3.2.3 手部各主要尺寸的确定...................................错误！未定义书签。3.3 手部夹紧气缸的设计...........................................错误！未定义书签。3.3.1 手部加紧力FN的计算.....................................错误！未定义书签。3.3.2 手部夹紧气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。4 机械手手腕设计.................................................错误！未定义书签。4.1 手腕设计基本要求.............................................错误！未定义书签。4.2 手腕的结构设计...............................................错误！未定义书签。4.3 手腕回转气缸的设计...........................................错误！未定义书签。4.3.1 手腕转动时所需驱动力矩M驱的计算.......................错误！未定义书签。4.3.2 手腕回转气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。5 机械手手臂设计.................................................错误！未定义书签。5.1 手臂设计的基本要求...........................................错误！未定义书签。5.2 手臂的结构设计...............................................错误！未定义书签。5.3 手臂伸缩气缸的设计...........................................错误！未定义书签。

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5.3.1 手臂伸缩运动驱动力F的计算.............................错误！未定义书签。5.3.2 手臂伸缩气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。6 机械手机身设计.................................................错误！未定义书签。6.1 机身整体的结构设计...........................................错误！未定义书签。6.1.1 常见机身的结构.........................................错误！未定义书签。6.1.2 机身整体结构的选择.....................................错误！未定义书签。6.2 机身回转气缸的设计...........................................错误！未定义书签。6.2.1 回转气缸驱动力矩M驱的计算..............................错误！未定义书签。6.2.2 机身回转气缸主要尺寸的确定.............................错误！未定义书签。6.3 机身升降机构的设计...........................................错误！未定义书签。6.3.1 手臂偏重力矩M偏的计算..................................错误！未定义书签。6.3.2 升降不自锁条件分析计算.................................错误！未定义书签。6.3.3 机身升降运动的液压缸驱动力F的计算.....................错误！未定义书签。6.3.4 轴承的选择分析.........................................错误！未定义书签。7 全文总结与展望.................................................错误！未定义书签。7.1 全文总结......................................................错误！未定义书签。7.1.1 机械系统方面...........................................错误！未定义书签。7.1.2 驱动传动方面...........................................错误！未定义书签。7.2 展望..........................................................错误！未定义书签。参考文献..........................................................................27 致谢..............................................................................28 附录..............................................................................29

II 本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

附 录

1.气动搬运机械手

QDBYJXS-A0 2.手部部件

SBBJ-A1 3.花键套

HJT-A2 4.花键轴

HJZ-A2 5.活塞轴

HSZ-A2 6.回转气缸上盖

HZQGSG-A2 7.回转气缸下盖

HZQGXG-A2 8.气缸盖及导杆

QGGJDG-A2 9.升降气缸盖(底座)

SJQGGDZ-A2 10.手臂支架及导杆套

SBZJJDGT-A2 11.手指

SZ-A3 12.手指端

SZD-A3 13.手指圆柱销杆

SZYZXG-A3 14.手指支架及驱动杆套

SZZJJQDGT-A3 15.工件

GJ-A4 本工作室有大量设计资料，承接机械类毕业设计和课程设计，需购买或设计请加Q631768401

第三篇：机械手开题报告

本科毕业设计开题报告

题 目：铣床上下料机械手结构与控制系统设计

院（系）： 机械工程学院

班 级： 机电08-4班

姓 名： 杨绍宝

学 号： 080514010415 指导教师： 李大勇

教师职称：

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 篇二：机械手开题报告

附表6：

郑州科技学院毕业设计（论文）开题报告

注：课题来源要填写明确（如教师拟定、学生建议、某企事业单位项目等）

课题类型：（1）a—工程设计；b—技术开发；c—软件工程；d—理论研究；e—调研报告

（2）x—真实课题；y—模拟课题；z—虚拟课题；

要求（1）、（2）均要填，如ay，by等。

开题报告内容：（调研资料的准备，设计的目的、要求、思路与预期成果；任务完成的 阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）篇三：机械手毕业设计开题报告[1]123 山 东 科 技 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 工业机械手

学 院 名 称 机电工程系

专业班级 机制（专本）10-3班

学生姓名 xxx 学 号 1022060xx 指 导 教 师

填表时间： 2012 年3月 23日

填表说明 1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用a4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。1 2 3 4 篇四：机械手开题报告

毕业设计（论文）学生开题报告 篇五：机械手设计_开题报告

沈 阳 工 程 学 院

毕业设计（论文）开题报告 课程名称： 机械手设计

专 业： 机械制造与自动化

班 级： 机制专101 学 号： 2010543112 学生姓名： 李晓军

1、课题来源

目前在我国的许多中小型汽车生产以及轻工业生产中，往往流水线上的作业

工作还需要人工上下料，既费时费力，又影响效率。而随着电子技术特别是电子

计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一

门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和

自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳

动强度，提高劳动生产力。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和

移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种

新型装置。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组

装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普

遍。

近年来，机械手已发展成为柔性制造系统fms和柔性制造单元fmc中一个重

要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应

性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对

路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器

人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平

低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技

术上考虑都是十分必要的。为此，我们把设计制作输送线上助力搬运机械手作为

我们研究的课题。

2、研究的目的、意义 2.1 课题研究的目的

现代汽车制造工厂的生产流水线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用

了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指

定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个

工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。

现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等)； 液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而

且影响执行部分的运动平稳性及正确性。(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特

性变化。

(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用 维护需要较高技术水平。

鉴于以上这些缺陷，本机械手拟采用气压传动，气动技术有以下优点:(1)介质提取和处理方便。气压传动工作压力较低，工作介质提取容易，而

后排入大气，处理方便，一般不需设置回收管道和容器:介质清洁，管道不易堵 塞，不存在介质变质及补充的问题.(2)阻力损失和泄漏较小，在压缩空气的输送过程中，阻力损失较小(一般仅

为油路的千分之一)，空气便于集中供应和远距离输送。外泄漏不会像液压传动

那样，造成压力明显降低和严重污染。(3)动作迅速，反应灵敏。气动系统一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的压力和速度。气动系统也能实现过载保护，便于自动控制。(4)能源可储存。压缩空气可存贮在储气罐中，因此，发生突然断电等情况

时，机器及其工艺流程不致突然中断。(5)工作环境适应性好。在易燃、易爆、多尘埃、强磁、强辐射、振动等恶

劣环境中，气压传动与控制系统比机械、电器及液压系统优越，而且不会因温度

变化影响传动及控制性能。

(6)成本低廉。由于气动系统工作压力较低，因此降低了气动元、辅件的材

质和加工精度要求，制造容易，成本较低。

传统观点认为:由于气体具有可压缩性，因此，在气动伺服系统中要实现高

精度定位比较困难(尤其在高速情况下，似乎更难想象)。此外气源工作压力较低，抓举力较小。虽然气动技术作为机器人中的驱动功能已有部分被工业界所接受，而且对于不太复杂的机械手，用气动元件组成的控制系统己被接受，但由于气动

机器人这一体系己经取得的一系列重要进展过去介绍得不够，因此在工业自动化

领域里，对气动机械手、气动机器人的实用性和前景存在不少疑虑。2.2 课题研究的意义

在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：

一、以提高生产过程中的自动化程度

应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装

配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

二、以改善劳动条件，避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性

污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而

应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一

些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由

于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这

是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人

力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机

械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。

3、国内外研究现状和发展趋势 3.1 国内的研究现状

工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。

工业机械手延伸和扩大了人的 手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳

动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制

造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现

生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领 域日益扩大。

我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同 时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式

机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装

成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。目

前国内机械手主要用于机床加工、锻造。热处理等方面，数量、品种、性能方面

都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。3.2 国外研究现状

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如 发生少许偏差时候，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定的成绩。3.3 发展趋势

目前世界高端工业机械手均具有高精化，高速化，多轴化，轻量化等的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3m/s，良新产品可以达到6轴，负载2kg的产品系统总重已突破100kg。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相互结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，从而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。4.发展前景及方向 4.1 重复高精度

精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。

第四篇：喷涂机械手 开题报告

一 机器人的研究背景 意义和现状

1.1 研究的背景和意义

机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。机器人技术作为二十一世纪非常重要的技术，与网路技术、通信技术、基因技术、虚拟现实技术等一样，属于高新技术。它涉及的学科有材料科学、控制技术、传感器技术、计算机技术、微电子技术、通讯技术、人工智能、仿生学等等很多学科机械臂作为机器人最主要的执行机构，对它的研究越来越受到工程技术人员的关注。

一个机械臂系统主要包括机械、硬件和软件、算法这四个部分。到具体设计需要考虑结构设计、控制系统设计、运动学分析、动力学分析、轨迹规划研究、路径规划研究、运动学动力学仿真等部分。对于一套轻便型机械臂的研发，需要把各个部分紧密联系，互相协调设计。随着时代的进步，机器臂技术的应用越来越普及，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域。目前实际应用的绝大多数机器臂都是固定在基座上的，它们只能固定在某一位置上进行操作，因而其应用范围多限于工业生产中的重复性工作。于是实际 生产生活中迫切需要一种活动空间大，能适用于各种复杂环境和任务的可移动机器人。由于移动机器人工作空间大、运动灵活等优点，对它们的研究也是越来越多，但是这种机器人很多都是实现移动的，并没有可控制的手臂，所以没有抓取物体的功能。为了让移动机器人能够完成简单的作业，在它上面安装两只轻型服务型机械臂显的尤其必要。

1.2 国内外机械臂研究现状

机械臂的研究最早可追溯到 20 世纪 40 年代，美国 Argonne＆Oak Ridge 国家实验室开发了用于处理放射性物质的遥控机械操作手。1954 年，美国的 GeorgeDevol 首先把远程控制器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械臂。1978 年,Devol 的 Unimation 公司(现在叫 Staubli Unimation)推出通用工业机器人 PUMA，标志着工业机器人技术已经完全成熟。这属于第一代机器臂，这类机器臂主要是指能以“示教—再现”方式工作的工业机器人。智能机器人和第一代工业机器人不一样，它具有像人那样的感觉、识别、推理、判断能力，可以根据外界条件的变化，对自己的工作做相应的调整。如果修改程序的原则由人预先给以规定，这种智能机器人便是初级智能机器人，即第二代机器人。这种智机器臂技术也逐渐成熟，走向实用。在工业生产中，许多用于组装的机器臂，便是这类机器臂。

1.2.1 国外机械臂研究现状

从 20 世纪 40 年代机械臂诞生到现在，已经有 70 多年了，随着时间的推移对机械臂的研究热度非但没有减弱，相反对它的研究是越来越深入。图 1-2 显示出机械臂应用的一些场合。比如：航天、喷漆、弧焊、医疗等都用到了机械臂。机械臂给我们生活带来方便的同时也改变着我们的生活，以前必须用人完成的任务，现在一款机械臂便能出色地完成所有任务。

1.2.2 国内机械臂研究现状

我国机器人的研究和开发可追溯到六十年代，概括而言，其发展历程可以人致分为如下三个阶段。

第一阶段（1987-1993）：以三种类型五个型号机器人的研究开发为战略目标，跟踪国外机器人高技术的发展，确定了自动化领域 2000 年最终战略目标，其中智能机器人包括三种类型的目标产品，即智能型装配机器人、水深 300 米以下的无缆自治式水下机器人及自治式移动机器人。1986 年我国开展了“七五”机器人攻关计划，1987 年“863”高技术计划将机器人方面的研究开发列入其中。最初我国在机器人方面的研究主要目的是跟踪国际先进的器人技术，之后我国在机器人技术及应用方面取得了很大成就，主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人；北京自动化研究所 1993 年研制的喷涂机械臂等。第二阶段（1993-1997）：将机器人技术渗透、应用到国民经济各行业，直接为国民经济建设服务作为这一阶段的主要战略目标，确定了以特种机器人与工业机器人及其应用并重、以应用带动机器人目标产品开发、以应用带动关键技术和应用基础研究、以应用带动系统集成技术与关键部件突破的发展方针，努力推动科技成果转化，使机器人技术的发展成为高技术产业化的技术源头，直接为国民经济建设主战场服务。主要研究成果有：北京自动化研究所 1995 年完成的高压水切割机器人；国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所完成的有缆深潜 300米机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人等。第三阶段（1997-现在）在继续实施第二阶段战略目标的同时，提出中国机器人事业可持续发展的新的战略目标，采取多种措施，大力加强基地与队伍建设，特别是机器人的产业化发展，积极做好“十五”与计划的衔接。

总之，国内机械臂技术跟国外的机械臂相比还有很大的差距，还需要我们投 入更多的精力、人力和财力去研究。

二 本课题的研究现状、研究目的及意义

１、研究现状：

喷涂机械手是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成喷漆作业，程序可按需要变动，所以适合多品种小批量生产。机械手能够突破人体生理条件极限，代替人们去从事高温、放射性、喷雾、沙尘等危险、繁重而又单调的工作。喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

目前我国喷漆行业比较缺乏喷漆机械手，因此，该产品在我国有较好的发展前景。喷漆机械手由横向手臂、直立手臂、支撑杆、摆动液压缸、支承工作台、气缸、喷枪等部分组成，它的主要功能是配合液压控制系统完成产品表面的喷漆工作。

２、研究目的及意义：

本课题所设计的喷漆机械手适合目前我国喷漆生产的要求，能够达到喷涂质量好、工作性能稳定等目的。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作以保护人身安全，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

三 本课题的研究内容

本课题主要涉及到以下三部分内容： 第一，喷漆式机器人的机械结构的设计；

第二，机器臂的腰部回转关节以及大臂小臂和手腕的三个回转关节的液压缸设计 第三，控制系统运动的液压系统的设计。

机械结构的设计包括机器人的底座 腰部回转关节 大臂小臂 手腕的材料选择和成型设计以及它们之间的联接设计。设计中包括小臂平衡机构，小臂采用弹簧平衡的方法，大臂采用凸轮弹簧平衡组合。腰部回转关节，大臂小臂的回转关节，采用滑动油缸驱动，手腕采用三个转动关节轴 及液压缸驱动。液压系统的设计包括液压泵、电机的选择，油箱的设计、液压回路的设计以及其它液压元件的选用。

四 实施方案

1根据课题的需求，参考书籍资料，采用关节式喷漆机器人的模版，参考的效果图如下，后期会进行调整。

机器臂初步设定的主要技术参数

2驱动机构的选择

根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。

五 课题内我要做的主要内容与任务安排

5.1 主要内容

1大臂部件设计 2小臂部件设计 3手腕（含手）设计 4零件设计

5.2 任务安排

1.大臂部件设计图； 1-1.5 A0 2.小臂部件设计图： 1-1.5 A0 3.手腕部件设计图： 1-1.5 A0 4.零件图： 1-2张A2；

5.完成设计说明书，不少于两万字，格式见理工类毕业设计（论文）模版； 6.参考文献15篇以上，其中外文文献不少于5篇； 7.翻译相关的外文资料不少于5000汉字；

5.3进度安排

第一、二周，利用学校图书馆和网络资源，查阅资料，节约书籍，收集相关文献； 第三周，撰写文献综述和楷体报告，进行方案论证与方案设计；

第四周，与指导教师讨论方案的可行性，请导师提出意见，准备开题报告； 第五周，参考机械设计手册，开始设计计算，进行机器人的受力分析； 第六周，完成机器人的计算；

第七至九周，完成机器人的总装配图及液压局部回路； 第十周，绘制总装图的同时，准备期中考核； 第十一周，完成总装图及液压局部回路的绘制；

第十二至十四周，查询相关技术手册，设计两种专业油缸，绘制零件图； 第十五至十六周，完成外文翻译；撰写毕业设计说明书； 第十七周；审查设计资料，结题答辩考核。

六 参考文献

[1] 李育红，王红卫，李芳.机器人发展概况及展望[M].河南科技.2002，01.[2] 张春生.喷漆机器人应用及发长策略[M].机器人技术与应用.1994，3：22~26.[3] 杨志勇，张大卫，吴军.喷漆机械手优化设计及其计算扭矩控制[M].机床与液

压.2003.NO.5：52~56.[4] 王焱，赵德安，王振滨等.喷漆机器人喷枪最优轨迹的研究[M].江苏理工大学学报.2001，05：第22 卷.[5]周涛.用于喷涂汽车外饰件的机器人喷枪的特点[M].汽车工艺与材料.2003，07.[6]刘国民，黄海东.摆动液压缸机构设计的一种方法[M].工程机械.1998，01.[7]樊炳辉.喷浆机器人液压系统设计[M].煤炭科学技术.1998，03.

第五篇：送料(物料搬运)机械手设计论文

摘 要

在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。

关键词：机器人，示教编程，伺服，制动

ABSTRACT

In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality.As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises.The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc., which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way.In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch.First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot.On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software.Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running.The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point.KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake

目 录

第1章 绪论…………………………………………………………………… 3 1.1 机器人概述…………………………………………………………… 4 1.2 机器人的历史、现状………………………………………………… 4 1.3 机器人的发展趋势…………………………………………………… 4 第2章 机器人实验平台介绍及机械手的设计……………3 2.1自由度及关节…………………………………………………………… 4 2.2 基座及连杆…………………………………………………………… 4 2.2.1 基座……………………………………………………………… 7 2.2.2 大臂……………………………………………………………… 7 2.2.3 小臂……………………………………………………………… 7 2.3 机械手的设计……………………………………………………………4 2.4 驱动方式…………………………………………………………………4 2.5 传动方式…………………………………………………………………4 2.6 制动器……………………………………………………………………4 第3章 控制系统硬件……………………………………………………………4 3.1 控制系统模式的选择……………………………………………………4 3.2 控制系统的搭建……………………………………………………… 4 3.2.1 工控机……………………………………………………………4 3.2.2 数据采集卡………………………………………………………4 3.2.3 伺服放大器………………………………………………………4 3.2.4 端子板…………………………………………………………… 4 3.2.5电位器及其标定………………………………………………… 4 3.2.6电源……………………………………………………………… 4 第4章 控制系统软件………………………………………………………… 4 4.1预期的功能…………………………………………………………… 4 4.2 实现方法………………………………………………………………4 4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制 ………………………4 4.2.2直流电机的伺服控制………………………………………………4 4.2.3电机的自锁…………………………………………………………4 4.2.4示教编程及在线修改程序…………………………………………4 4.2.5设置参考点及回参考点……………………………………………4 第5章 总结……………………………………………………………………… 4 5.1 所完成的工作………………………………………………………… 4 5.2 设计经验……………………………………………………………… 4 5.3 误差分析……………………………………………………………… 4 5.4 可以继续探索的方向………………………………………………… 4 致 谢……………………………………………………………………………… 4 参考文献………………………………………………………………………… 4

第5章 总结

5.1 所完成的工作

5.2 设计经验

5.3 误差分析

5.4 可以继续探索的方向

致 谢

本次毕业设计，是于德弘老师考虑到学生日后的研究方向而特意为我安排的。通过这次训练，提高了自己的动手能力、设计能力和编程水平，为学生日后顺利进入机器人这一深邃的科研领域作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与于老师的悉心指导是分不开的。于老师身体状况欠佳，且公务繁忙，但是还是经常抽时间来视察学生毕业设计进度，就毕业设计过程中遇到的问题给予耐心指导，敦敦教诲，身体力行，实在令学生钦佩感动不已！特此，学生郑重向于老师表示感谢！

另外，学生还要感谢何玉成师兄和任小刚师兄，他们在学生毕业设计的过程中给出了许多有益的建议，特此表示感谢！

参考文献

[1] Craig, John J.Introduction to robotics.北京 机械工业出版社，2006 [2] Basilio Bona and Aldo Curatella.Identification of IndustrialRobot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation.Barcelona, Spain, April 2005 [3] 索罗门采夫.工业机器人图册.北京 机械工业出版社，1993 [4] 周伯英.工业机器人设计.北京 机械工业出版社，1995

[5] 郭洪红 贺继林 田宏宇 席巍.工业机器人技术.西安电子科技大学出版社，2006 [6] 三浦宏文.机电一体化实用手册.科学出版社 OHM社，2001 [7] 陈国联 王建华 夏建生.电子技术.西安交通大学出版社，2002 [8] 沈裕康 严武升 杨庚辰.电机与电器.北京理工大学出版社，2002 [9] 罗建军 朱丹军 顾刚 刘路放.大学C++程序设计教程.北京：高等教育出版社，2004 [10] 罗建军 崔舒宁 杨琦.大学Visual C++程序设计案例教程.北京：高等教育出版社，2004