PAGE1四自由度圓柱坐標型液壓機械手設(shè)計開題報告內(nèi)容一．課題來源二．選題的性質(zhì)：1．理論研究（）2．應用研究（）3．應用理論研究（）三．論文選題的目的和理論實踐意義近幾年來，隨著機械手技術(shù)的快速發(fā)展，各種用途的工業(yè)機械手被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。由于機械臂動作靈活、準確、可靠，它可以代替人進行簡單、枯燥、單一的勞動，既可以節(jié)約人力，提高工作效率，又可以提高加工精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。伴隨著機械手技術(shù)的廣泛應用，隨之而來的是越來越多的相關(guān)技術(shù)人才的需求。當前，高等院校中與工業(yè)自動化相關(guān)的專業(yè)都開設(shè)了機械類專業(yè)。為了改善教學質(zhì)量，例如！如何為學過此類課程的學生提供一個合適的機械手控制系統(tǒng)實驗平臺，是一個亟待解決的課題。當前，各高校使用的實驗平臺大都是工廠化生產(chǎn)的成套產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)集成度較高，僅適合于學生做一些簡單的動作操作類的實驗，不能為學生提供機械手底層控制的綜合性實驗訓練。所以，以具有典型代表性的四自由度機械臂為控制對象，通過對其機電結(jié)構(gòu)的分析，研究其最優(yōu)位姿算法，設(shè)計出可應用于實際工業(yè)控制的五自由度機械臂控制系統(tǒng)，并作為實驗訓練平臺，具有十分重要的意義。四．與本選題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，預計可能的研究突破和創(chuàng)新點目前，工業(yè)機械手有很大一部分應用于制造業(yè)的物流搬運中。極大的促進物流自動化，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)機械手的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。氣動機械手大量的應用到物流工業(yè)機械手領(lǐng)域。在手爪的機械結(jié)構(gòu)方面根據(jù)所應用場合的不同以及對工件夾持的特殊要求，采取了多種形式的機械結(jié)構(gòu)來完成對工件的夾緊和防止工件脫落的鎖緊措施。在針對同樣的目標任務，采取多種運動方式相結(jié)合的方式來達到預定的目的。驅(qū)動方面采用了一臺工業(yè)機械手多種驅(qū)動方式的情況，有液壓驅(qū)動，氣壓驅(qū)動，步進電機驅(qū)動，伺服電機驅(qū)動等等。愈來愈多的工業(yè)機械手是采用混合驅(qū)動系統(tǒng)的，這樣能夠更好的發(fā)揮各驅(qū)動方式的優(yōu)點，避免缺點。并且在它的控制精度方面和搬運效率方面有了很大的提高。在搬運機械手的控制方面，出現(xiàn)了多種控制方式。如：由原始的電控的機械手，較先進的基于工控機控制的，基于PC控制的，進一步的嵌入式PC控制技術(shù)，還有采用PLC可編程控制的。近年來，物料管理出現(xiàn)了系統(tǒng)化的趨勢。無論在國內(nèi)外，物料處理的發(fā)展正從單機走向成套設(shè)備，從單機走向系統(tǒng)。隨著JIT、FMS和CIMS等先進制造技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)中出現(xiàn)了對物料處理系統(tǒng)的新要求。它們的特點是能夠減少庫存，縮短等待和交貨時間，并使不同類型和小批量的材料及時到達正確的地方。這種趨勢在工程領(lǐng)域很普遍。它們包括使用先進的材料處理技術(shù)，如機器人技術(shù)，這有助于工程領(lǐng)域的技術(shù)進步和提高生產(chǎn)水平。一方面，先進的工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在工業(yè)機器人的廣泛使用和種類數(shù)量的不斷增加。另一方面，它體現(xiàn)在機械機器人系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的效率和智能不斷提高。前者指的是范圍的橫向擴展，而后者指的是縱向改進的效率和范圍。機器人范圍的擴大和性能水平的提高相輔相成，相互促進。應用范圍的擴大對機器人提出了持續(xù)的要求，也提高了機器人技術(shù)的水平。提高機器人的性能和智能，反過來又能使機器人的應用范圍擴大。1．工業(yè)機械手機械系統(tǒng)性能的提高。機器人運動的精度的不斷提高。機器人是一個多級開路結(jié)構(gòu)，所以機器人手臂的剛度一般不高。此外，部件中存在的尺寸誤差和傳輸缺陷，以及機器人手臂末端誤差的影響增大，都會增加機器人手臂的誤差。使當前機器人的定位與運動還不能達到很高的精度。度大.精度高的數(shù)控機床相比，機器人在工作精度上大為遜色。因此，至今工業(yè)機械手在精密裝配及其它精密作業(yè)中的應用仍受到了很大的限制。除了精密的工作，這種需要非常精確的機器人。對于離線編程的工業(yè)機器人系統(tǒng)，機器人還必須有足夠精確的定位和運動。進一步提高機器人精度的主要途徑有：提高機器人的加工和裝配精度，使用無間隙減速機構(gòu)，使用直接驅(qū)動電機，校準機器人位置。2.誤差補償，通過實時測試改善機器人運動誤差。提高機器人手臂的靈活性和避障能力：目前的機器人手臂沒有足夠的靈活性，也就是說，當手臂的尖端到達某個操作點時。手臂可能采取的姿態(tài)是有限的，有時要有很大的靈活度和很強的避障能力.例如。當用噴涂機器人噴涂車身內(nèi)表面時，要求機器人能將車身內(nèi)表面的各個角落都噴上漆，必須要有高靈活度機器人手有才行。另外，復雜、受限和有障礙物的環(huán)境中工作的機器人，如核電站，也需要高度靈活的機器人手臂。為了提高工業(yè)機器人手臂的靈活性，在機器人手臂機構(gòu)中使用了具有冗余自由度和擴展膨鉸關(guān)節(jié)及可雙向彎曲的手臂。3．為了提高傳感機器人的效率和響應時間，必須提高機器人運動的速度和頻率，這對裝配機器人來說尤其重要。為此，可以通過在機器人手臂的結(jié)構(gòu)中使用高強度或輕質(zhì)材料（如碳纖維復合材料）來減輕手臂的重量并改善其動態(tài)特性，并通過使用直接驅(qū)動電機或其他高性能執(zhí)行器來提高機器人系統(tǒng)在執(zhí)行和控制方面的速度和響應速度。4．提高機器人的手或手腕的靈活性和反應能力：機器人必須有靈活和反應靈敏的手和手腕，以完成類似人類的復雜任務，如組裝、維護和操作機器。這對裝配機器人、核工業(yè)中的機械手和空間站上使用的機器人尤為重要。5.為了提高機器人快速維護的效率，采用了模塊化復合機器人設(shè)計：根據(jù)優(yōu)化的設(shè)計，生產(chǎn)各種不同尺寸和規(guī)格的手臂模塊和配件。少量的模塊可以用來組合幾個機器人的配置。這種機器人能夠快速維修，并能自動修復。因此，這種機器人設(shè)計最適合用于空中機器人、核工業(yè)的機械手等。如果這種模塊化結(jié)構(gòu)能夠擴展到一般的工業(yè)機器人，那么它將降低工業(yè)機器人的成本、生產(chǎn)周期和維修周期。五．主要參考文獻[1]于復生,段登家,杜桂林,等.基于S7-200PLC的四自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓與氣動,2013(8):3.[2]唐立平,馬俊峰.基于PLC的四自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓氣動與密封,2007,27(4):3.[3]葉多芳,葛為民.4自由度機械手的滑模變結(jié)構(gòu)軌跡跟蹤控制[J].制造業(yè)自動化,2009(5):3.[4]應明峰,杜鵑,王林娜,等.圓柱坐標式四自由度機械手結(jié)構(gòu):,CN203853995U[P].[5]葉青青.液壓式四自由度機械手設(shè)計研究[J].科學技術(shù)創(chuàng)新,2020(24):2.[6]檀杰.四自由度物料搬運機械手的研制[D].武漢理工大學.[7]何芳,歐陽云.基于圓柱坐標方式的小型機械手的PLC控制系統(tǒng)[J].機電一體化,2003,9(1):3.[8]檀杰.四自由度物料搬運機械手的研制[D].武漢理工大學,2011.[9]王振,辛洪兵,周順豪.仿人機器人四自由度機械臂的設(shè)計與性能分析[J].科技視界,2020(9):3.[10]王文紅,秦艷,郭琳.四自由度機械手PLC控制[J].新技術(shù)新工藝,2013(5):4.[11]王文紅,秦艷,郭琳.四自由度機械手PLC控制[J].新技術(shù)新工藝,2013.[12]應明峰,劉利娟,劉旭明,等.圓柱坐標式四自由度限位保護機械手結(jié)構(gòu):,CN203853996U[P].[13]JanSwevers,BirgitNaumer,StefanPieters,etal.，AnExperimentalRobotLoadIdentificationMethodforIndustrialApplication[J]，SpringerTractsinAdvancedRobotics/HeidelbergVolume5/2003[14]VicenteMata,FrancescBenimeli,NidalFarhat,etal.，Dynamicparameteridentificationinindustrialrobotsconsideringphysicalfeasibility[J]，AdvancedRoboticsVolume19,Number1101–119[15]RomanKamnik,DragoMatko,TadejBajd，ApplicationofModelReferenceAdaptiveControltoIndustrialRobotImpedanceControl[J]，JournalofIntelligentandRoboticSystemsVolume22,Number2153-163六．分析研究的可行性、基本條件及能否取得實質(zhì)性進展圓柱坐標式四自由度的機械手，它主要的組成部件是手指，手腕，手臂，機器主體等。使用的是機器安置在固定機身上的方式，自己能夠?qū)⒕€路繞道機器的座上進行布置，它能實現(xiàn)機器手臂旋轉(zhuǎn)，手臂的上升和下降，手臂伸出和縮回，手腕可以自己轉(zhuǎn)動四個自由度，整體采用圓柱坐標型進行設(shè)計。目前針對機械手設(shè)計的研究非常全面，所以技術(shù)可行性是符合要求的。七．選題的研究方法和進度安排1．研究方法（1）確定機器手運動參數(shù)及工作行程。（2）根據(jù)工件的負載情況，工作空間以及各個運動的實現(xiàn)形式對工業(yè)機械手進行整體方案的設(shè)計；（3）對工業(yè)機械手的手爪，小臂，大臂，的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制各部分的結(jié)構(gòu)草圖；（4）由第2步所給定的條件和第3步的結(jié)構(gòu)特點，選取驅(qū)動系統(tǒng)并確定驅(qū)動電機的驅(qū)動方式和傳動方式；（5）對各結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進行粗估，完成對手爪的夾緊氣缸，小臂、大臂絲杠的驅(qū)動電機，以及腰部、腕部的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機的計算選型；（6）根據(jù)電機的外形尺寸及輸出軸軸徑，以及電機的重量完善結(jié)構(gòu)草圖。（7）通過以確定的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的分析，驗算重要零件的受力情況。2．進度安排第一周：開始選題，在實踐中與指導老師商討，確定畢業(yè)論文題目及寫作方向。第二周：通過查詢資料并結(jié)合寫作方向，完成論文開題報告。第三周：完成論文初稿，期間在圖書館及網(wǎng)上查閱并參考了大量相關(guān)資料。第四周：完成論文初稿第一次修改。根據(jù)指導