贵州大学本科生毕业论文（设计）开题报告表
论文(设计)名称 论文（设计） 社会生产实来源 际 学生姓名 幸贵武 多关节型自动焊接机械手设计 论文（设计）类型 学号 设计 1008030218 指导教师 班级 赵丽梅 机自103班 一、研究或设计的目的和意义： 目的: 由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至危及生命。以电焊为例, 高温电弧光产生的紫外线和红外线可对眼睛及皮肤造成严重损伤；电弧焊接时，焊条中的焊芯、药皮和金属母材在电弧高温下熔化、蒸发、氧化、凝集，产生大量金属氧化物及其他物质的烟尘，长期吸入可引起焊工尘肺；各种焊件和焊条中均含有数量不等的锰，在通风不好的场所如船舱、锅炉或密闭容器内焊接，会产生含有锰的烟尘，人体长期吸入可发生锰中毒。焊接机械手就在这样的情况下诞生了,它代替了工人自动化的完成各种焊接任务。一方面，改善了工人劳动条件，使工人的安全得到一定保障；另一方面，焊接质量稳定、提高了劳动生产率。本课题设计的机械手，是用于自动生产线上完成焊接任务的自动化装置。它的执行系统由机座、立柱、手臂、手指组成。驱动系统采用电气驱动式电力驱动。电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机或直流伺服电机为主要的驱动方式。由于电机速度高，通常须采用减速机构。因此机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动。这既可使机构简化，又可提高控制精度。在此驱动方式下，通过控制系统（本课题设计的机械手控制系统采用PLC程序设计，可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数）控制机械手的各个部分的动作，使立柱可以在竖直面内旋转，手臂可以伸缩、摆动，手指可以夹紧、放松。 意义: 1.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程度，进而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 2.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，人用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，又可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。 3.减轻人力，以便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个方面，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方面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都有机械手，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，是机械工业发展的必然趋势。 二、研究或设计的国内外现状和发展趋势： 工业机械手最早应用在汽车制造工业，主要用于焊接、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的功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中的工作，替代人完成繁重、单调、重复的劳动，从而提高了劳动生产率，保证了产品质量。目前工业机械手主要应用于制造业中，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，机械手的应用领域将日益扩大。 国内机械手的研究与开发始于20世纪70年代，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。1972年我国第一台工业机械手在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC-PWM等等。 我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能等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，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。同时也要提高速度，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。 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，扩大其应用范围。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用在机床、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反馈，并作出相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测。现在已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有向着高精化、高速化、多轴化、轻量化的发展趋势发展。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，最新产品达到6轴，负载2Kg的产品系统总重量已突破100Kg。随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。尤其是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从根本上改变了目前机械制造系统的人工操作状态。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到广泛应用。 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，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。 主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路： 主要研究或设计内容： 1. 机械手驱动系统、执行系统和控制系统的设计。 2. 完成基于PLC控制的机械手的硬件和软件部分的设计。 3. 分析系统的硬件组成、选择、使用及工作原理。 4. 根据机械手的控制要求设计PLC程序。 5. 根据对机械手设计所计算得的数据完成有关图纸。 关键问题： 1. 根据机械手的控制要求设计PLC程序。 2. 根据对机械手设计所计算得的数据完成有关图纸。 思路： 1. 通过查阅相关资料了解机械手的控制要求,完成对机械手控制的PLC程序设计。 2. 根据对机械手设计所计算得的数据，通过SolidWorks2008或AutoCAD2010软件作图，完成有关图纸（机械手夹持机构结构图，驱动系统、执行系统和控制系统的原理图）。