氣動翻轉機械手部件設計開題報告.docVIP

浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告班級09機械設計制造及其自動化（4）班姓名楊永賀課題名稱氣動翻轉機械手部件設計目錄1選題的背景與意義1.1背景與意義1.2國內外研究現狀和發(fā)展趨勢2發(fā)展趨勢2.1重復高精度2.2模塊化2.3無給油化3研究的基本內容3.1氣動翻轉機械手的結構設計3.2氣動翻轉機械手的三維建模、裝配4研究方案、可行性分析及預期研究成果4.1研究思路方案4.2可行性分析5研究工作計劃參考文獻成績：答辯意見答辯組長簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日氣動翻轉機械手設計的設計與分析楊永賀(機械設計制造及其自動化09(4)班B09370126)1選題的背景與意義1.1背景與意義氣動機械手的驅動力為氣壓，機械手并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，它主要是用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。所以氣動機械手能夠降低勞動強度，提高生產效率。但它的缺點也很明顯，因為氣體具有很大的可壓縮性,要做到氣動機械手精確定位難度很大,尤其是難以實現任意位置的多點定位；而且可壓縮性也帶來不能承受過重的負載的限制。傳統氣動系統只能靠機械定位置的調定位置而實現可靠定位,并且其運動速度只能靠單向節(jié)流閥單一調定,經常無法滿足許多設備的自動控制要求1-2。近20年來，氣動技術的應用領域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產線上得到廣泛應用。電氣可編程控制技術與氣動技術相結合,使整個系統自動化程度更高,控制方式更靈活,性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產線的迅速發(fā)展,對氣動技術提出了更多更高的要求；由于氣動脈寬調制技術具有結構簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點,國內外都在大力研發(fā)氣動機械手1。目前生產線上的氣動翻轉機械手一個運動進程只能實現一次抓取和翻轉的功能，效率太低。本次設計針對這個缺點，設計出了一個運動進程能實現兩次抓取和翻轉，提高了工作效率，加快生產效率。1.2國內外研究現狀和發(fā)展趨勢1.2.1國外氣動機械手狀況從各國的行業(yè)統計資料來看,近30多年來,氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀70年代,液壓與氣動元件的產值比約為9：1,而30多年后的今天,在工業(yè)技術發(fā)達的歐美、日本等國家,該比例已達到6：4,甚至接近5：5。90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學院Y.Bando教授領導的綜合技術部開發(fā)研制的電子氣動機器人-阿基里斯六腳勘測員，也被稱為FESTO的六足動物12。Y.Bando教授采用了世界上著名的德國FESTO生產的氣動元件、可編程控制器和傳感器等，創(chuàng)造了一個在荷馬史詩中最健壯最勇敢的希臘英雄-阿基里斯。它能在人不易進入的危險區(qū)域、污染或放射性的環(huán)境中進行地形偵察。六腳電子氣動機器人的上方安裝了一個照相機來探視障礙物，能安全的繞過它，并在行走過程中記錄和收集數據。六腳電子氣動機器人行走的所有程序由FPC101-B可編程控制器控制，FPC101-B能在六個不同方向控制機器人的運動，最大行走速度0.1m/s。通常如果有三個腳與地面接觸，機器人便能以一種平穩(wěn)的姿態(tài)行走，六腳中的每一個腳都有三個自由度，一個直線氣缸把腳提起、放下，一個擺動馬達控制腳伸展、退回，另一個擺動馬達則負責圍繞腳的軸心作旋轉運動。每個氣缸都裝備了調節(jié)速度用的單向節(jié)流閥，使機械驅動部件在運動時保持平穩(wěn)，即在無級調速狀態(tài)下工作?？刂茪飧椎拈y內置在機器人體內，由FPC101-B可編程控制器控制。當接通電源時，氣動閥被切換到工作狀態(tài)位置，當關閉電源時，他們便回到初始位置。此外，操作者能在任何一點上停止機器人的運動，如果機器人的傳感器在它的有效范圍內檢測到障礙物，機器人也會自動停止13。由漢諾威大學材料科學研究院設計的氣動攀墻機器人，它能在兩個相互垂直的表面上行走(包括從地面到墻面或者從墻面到天花板上)。該機器人軸心的圓周邊上裝備著等距離(根據步距設置)的吸盤和氣缸，一組吸盤吸力與另一組吸盤吸力的交替交換，類似腳踏似的運動方式，使機器人產生旋轉步進運動。這種攀墻式機器人可被用于工具搬運或執(zhí)行多種操作，如在核能發(fā)電站、高層建筑物氣動機械手位置伺服控制系統的研究或船舶上進行清掃、檢驗和安裝工作。機器人用遙控方式進行半自動操作，操作者只需輸入運行的目標距離，然后計算機便能自動計算出必要的單步運行。操作者可對機器人進行監(jiān)控7。國外的設計人員對于機械手的設計理念已經非常成熟。Wright等人分析比較了機械手與人手抓取系統，并把機械手分成與機器人手臂和控制系統相兼容、安全抓取和握持對象、準確的完成復雜性任務三種類別。許多工廠的機械手的例子和機械手設計指導方針也被描述進去了。Pham等人總結了機械手在不同應用環(huán)境下設計方案應該如何選擇。在他們的研究中，影響機械手如何選擇的變量如下：（a）成分，（b）任務,(c)環(huán)境，（d）機械臂和控制條件。“成分”這個變量包括幾何、形狀、重量、表面質量和溫度5，這些因素都需要考慮好。對于可重構系統，他們以形狀和大小為標準又把這個變量分成了其他家族。對于“任務”這個變量，除了機械手的類型、不同組成部分的數量、準確性及周期需要考慮外，還有主要的操作處理如抓取、握持、移動和放置都要考慮。在合適的地方設計核實的機械手，必須考慮所有的因素，而且驗證性的測試必須要多做。為了減少疲勞效應，pham等人開發(fā)了一個用于選擇機械手的專家系統。1.2.2國內氣動機械手情況我國改革開放以來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。1986年至2003年間，氣動元件產值的年第增率達24.2，高于中國機械工業(yè)產值平均年遞增率10的水平。雖然市場和應用發(fā)展迅速，但是我國的氣動技術與歐美、日本等國相比，還存在著相當大的差距。我國在氣動技術的研究與開發(fā)的方面，缺乏先進的儀器與設備，研究開發(fā)手段落后，技術力量差，每年問世的新產品數量極其有限。在許多開發(fā)與研究領域還是空白，因此必須跟蹤國外氣動技術的最新發(fā)展動向，以減小差距，提高我國氣動技術的水平8。2發(fā)展趨勢2.1重復高精度精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度,它與驅動器的分辨率以及反饋裝置有關。重復精度是指如果動作重復多次,機械手到達同樣位置的精確程度重復精度比精度更重要,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,這個誤差是可以預測的,因此可以通過編程予以校正。重復精度限定的是一個隨機誤差的范圍,它通過一定次數地重復運行機器人來測定15。隨著微電子技術和現代控制技術的發(fā)展,以及氣動伺服技術走出實驗室和氣動伺服定位系統的成套化。氣動機械手的重復精度將越來越高,它的應用領域也將更廣闊,如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。2.2模塊化有的公司把帶有系列導向驅動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術,而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現代傳輸技術。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導向驅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向系統裝置,使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅動部件采用了特殊設計的滾珠軸承,使它具有高剛性、高強度及精確的導向精度。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用不同的模塊而具有不同的功能,擴大了機械手的應用范圍,是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現對提高模塊化氣動機械手和氣動機器人的性能起到了十分重要的支持作用。因為智能閥島本來就是模塊化的設備,特別是緊湊型CP閥島,它對分散上的集中控制起了十分重要的作用,特別對機械手中的移動模塊。2.3無給油化為了適應食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求,不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經問世。隨著材料技術的進步,新型材料(如燒結金屬石墨材料)的出現,構造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件,不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境,而且系統簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長16。2.4機電氣一體化由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統仍然是自動化技術的重要方面；發(fā)展與電子技術相結合的自適應控制氣動元件,使氣動技術從“開關控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復合集成系統,不僅減少配線、配管和元件,而且拆裝簡單,大大提高了系統的可靠性。而今,電磁閥的線圈功率越來越小,而PLC的輸出功率在增大,由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC,而閥島技術的發(fā)展,又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更加得心應手17-22。3研究的基本內容本次畢業(yè)設計中主要完成的內容包括：3.1氣動翻轉