搬运机械手动态控制设计开题报告_机械手设计开题报告

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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