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1、一、选题依据1.论文(设计)题目压铸机自动浇注机械手设计2.研究领域控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术, 本课题研究领域为机械手结构设计。3 .论文(设计)工作的理论意义和应用价值工业机械手是近几十年发展起来的一种 高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在 构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业 的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过 程中,机械手被
2、广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高技术邻域 内,迅速发殿起来的一门新兴的技术,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力大的特 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。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和 计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并 可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个 不同环境中工作。随着科
3、学技术的发展,机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中,铸、焊、 钏、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。 其他部门,如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。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百 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
4、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。尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力,在 国民经济领域有着广泛的发展空间。根据王素粉在基于PLC的气动机械手控制系统设计中设计的机械手是一 种能自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器,在工业自动化生产中占据 着重要位置。驱动方式可以液压传动,也可以气压传动,也可以是电气控制等方法 并且机械手具有动作快速、灵活、能适应危险和恶劣的环境、重复定位精度高及可 长时间连续作业等优点,采用机械手上进行浇注可减轻工人的劳
5、动量,降低生产成 本,提高生产效率。在同一份论文中,她设计的气动机械手模型基于专用计算机一 PLC (Programmable logic Controller,简称PLC)的控制系统设计,首先对搬运 机械手的基本应用和基本结构进行介绍,然后提出了实现“原点位置开始启动,完 成向左摆动、臂水平伸出、臂垂直下降、夹紧工件、臂垂直缩回、臂水平缩回、向 右摆回、臂水平伸出、臂垂直下降、放开工件、臂垂直上升、臂水平缩回至原位” 的位置控制。搬运物料气动技术驱动,用气爪气缸实现最大总重量为10kg搬运。 气动技术控制采用工业专用计算机一可编程控制技术(PLC)控制的设计方案。对搬 运机械手驱动系统中采用
6、气压传动,控制系统中基于三菱公司的FX2N系列PLC为 控制单元完成升降、抓物、水平与左右移动等动作的控制。之后介绍了各组成部件 的作用、传感器的选型PLC控制系统的硬件连接等,通过对机械手的各功能实现形 式和控制方式研究,给出各部分的实现方案。刘明保等在机械手的组成机构及其技术指标的确定中论述了工业机器人 和机械手的机构组成,并讨论了工业机器人和机械手的工作空间、看管区域、位置 函数、运动速度等技术指标的确定方法。为机械手的结构组成合技术指标的确定打 下了坚实的理论基础。在同一篇论文中,刘明保,吕春红,张春梅等指出机械手和工 业机器人的工作性能是由一系列的技术指标来表示的,其主要技术指标是:
7、工作空 间的形状和尺寸;机械手的灵活性;摆动的角度和系数;基本机构的自由度数目等。根 据他的研究我们能够确定这些参数,从而完成机械手的结构方面的设计。曹环军等于压铸机浇铸机械手的工作流程及PLC系统控制加中研究了浇 铸机械手包括诸多方面的组成部分,如手臂、倾倒机构、浇包、倾倒油缸以及回转 油缸和升降油缸等,这些结构在设计中都能表现出来。戴勤的自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究皿一文中,为了增强机械 手的通用性和互换性,使同一机械手由于应用不同的模块而具有不同的功能,而采 用模块化气动机械手,对基座、立柱、手臂、手部等模块进行结构设计,通过模块 选择与组合,以构成一定范围内的不同功能或同功能
8、不同性能、不同规格的系列产 品,并且在产品变化或临时对机械手进行新任务分配时,可以允许方便地改动或重 新设计其新部件,能很快地投产,降低安装和转换工作的费用,便于机械手的标准 化生产和使用。胡海洪在四自由度液压机械手液压系统设计中以能够实现自动抓取及搬 运操作的自由度液压机械手为研究对象。根据用途分析了机械手的动作循环及工作 原理,设计了机械手的液压系统、油箱及液压元件集成块。首先,本文介绍机械手 的作用,液压驱动系统的发展现状和趋势,介绍了液压方案和液压系统图的确定过 程和依据。同时,给出了这台机械手的主要性能规格参数。其次,文章中介绍了液 压驱动的设计理论与方法步骤。全面详尽的讨论了四自由
9、度液压机械手的液压系 统,油箱以及液压元件集成块的设计。最后使用软件对油箱和液压元件集成块装配 图及零件图进行绘制。全面而又具体地对机械手的液压系统进行了设计。赵献丹等在压铸机浇铸机械手PLC控制系统设计中介绍了压铸机浇铸 机械手的工作流程及其液压系统,根据机械手的控制要求,设计了 PLC控制系统, 对PLC的输入输出端口进行了分配,编制了 PLC控制梯形图。并且得出PLC体 积小、可靠性高、抗干扰能力强,能适用浇铸机械手所处的高温多尘的恶劣环境的 结论,在机械手的控制中,采用PLC代替传统的继电器接触器控制,不但可以提 高机械手工作的可靠性,而且PLC具有强大的编程能力,可以通过改变程序来改
10、 变机械手的动作,从而大大提高了机械手的灵活性和适应性。综上所述,压铸机自动浇注系统与机械手都拥有着巨大发展,本文将结合之前 所提及的文献对压铸机自动浇注机械手进行设计。指导教师评阅意见(对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行 阅)签字:年 月 日教研室主任意见签字:学院教学指导委员会意见签字:年 月 日公章: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
11、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。4 .目前研究的概况和发展趋势机械手一般分为三类:第一类是不需要人工操作的通 用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序,以完成各项规定的操作。 它的特点是具备普通机械的性能之外,还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二 类是需要人工才做的,称为操作机。它起源于原子、军事工业,先是通过操作机来完 成特定的作业,后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻 造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手,主要附属于自动机床或自动线上, 用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“Mec
12、hanical Hand,它是 为主机服务的,由主机驱动;除少数以外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。在国外,目前主要是搞第一类通用机械手,国外称为机器人。本课题所做的机械 手是属于第三类机械手。1、简史机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械 手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制 系统是示教形的。1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机 械手。商名为Unimate (即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、 伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械
13、手就是在这 个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工 业机械手。1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中 央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出 现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种 Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位 误差小于1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重 运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KnKa公司还
14、生产一种点焊机械手,采用关节式结构和程序控制。日本 是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手,至1977年底,其中一半是国产,一半 是进口。目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依靠工人进行控制;改进的方向主 要是降低成本和提高精度。第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统,具有视觉、触觉能 力,甚至听、想的能力。研究安装各种传感器,把感觉到的信息反馈,是机械手具有 感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保 持联系,并逐步发展成为柔性制造系统FMS和柔性
15、制造单元FMC中的重要一环。2、应用简况 现代工业中,生产过程的机械化,自动化已成为突出的主题。化工 等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的。因 此,装卸、搬运等工序机械化的迫切性,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而 产生的。有资料统计:美国偏重于毛坯生产,日本偏重于机械加工。随着机械手技术的发 展,应用的对象还会有所改变。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力,改善热、累等劳 动条件。国内机械手工业、铁路工业中首先在单机、专机上采用机械手上下料,减轻工人 的劳动强度。国外铁路工业中应用机械手以加工铁路车轴、轮等大、中批零件。并和
16、机床共同 组成一个综合的数控加工系统。采用机械手进行装配更始目前研究的重点,国外已研究采用摄象机和力传感装置 和微型计算机连在一起,能确定零件的方位达到镶装的目的。3、发展趋势目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面,无论数 量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。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机械手等。将机械手各运动构 件,如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构,设计成 典型的通用机构,所
17、以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构,即可组成 不同用途的机械手。既便于设计制造,有便于更换工件,扩大应用范围。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。在国外机械制造业中工业机械手应用较多,发展较快。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。止匕外,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。
18、如位置发生稍许偏差时,即能 更正并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪(即距离传感器)以及微 型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号,然后送给计算机,以便分析 物体的种类、大小、颜色和位置,并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指 寻找工作,通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用,然后伸向前方,抓住工 件。手的抓力大小通过装在手指内的敏感元件来控制,达到自动调整握力的大小。总 之,随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将机
19、械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合,从而根本改变目前 机械制造系统的人工操作状态。二、论文(设计)研究的内容1 .重点解决的问题(1)压铸机自动浇注机械手结构设计方案和控制系统设计;(2)压铸机自动浇注机械手升降机构设计;(3)压铸机自动浇注机械手回转机构设计;(4)压铸机自动浇注机械手前后左右伸缩设计;(5)压铸机自动浇注机械手机座和行走机构的机构设计;(6)压铸机自动浇注机械手的定位和平稳性设计2 .拟开展研究的几个主要方面(论文写作大纲或设计思路)(1)压铸机自动浇注机械手总体结构设计;(2)压铸机自动浇注机械手系统组成设计;(3)压铸机自动浇注机械手达到预定动作设计;(4)有关参数
20、的设定、机械结构设计、零部件设计等领域。3 .本论文(设计)预期取得的成果结合具体的设计要求,通过学习及查阅相关方面的 资料,全面的了解和掌握压铸机自动浇注机械手工作原理和结构,完成机械手总体结构设计及相关功能部件的设 计。设计出的机械手,应能达到结构合理、可靠性高、抗干扰能力高、效率高的特点。 最终完成论文,压铸机自动浇注机械手3D模型,2D工程图(装配图,零件图),外 文文献翻译。8公斤3个类似球坐1105470 液压 继电器固定程序控制三、论文(设计)工作安排1.拟采用的主要研究方法(技术路线或设计参数);通过运用所学的专业知识( 机械原理、机械设计、液压传动、控制工程等)完成各部分的结
21、构设计和控制系统原理设计。对开展工作作技术可行性分析先做结构设计,确保结构合理后,完成控制系统 设计。本设计经济无污染,适合在工厂中广泛应用O规格参数浇包最大容量: 自由度数:坐标型式:手臂 运动参数:回转( ):俯仰(0):浇包最大倾转角(。1): 驱动方式:控制方式:2.论文(设计)进度计划第1-2周:了解设计的内容和要求,查阅资料,了解课题内容/3-4周:方案设计,完成开题报告与开题答辩第5-6周:查阅文献,初步进行方案设计第7-8周:完善设计方案并完成结构设计第9-10周:完成零件三维建模,完善装配图和零件图第11-12周:完成修改设计说明书四、需要阅读的参考文献1戴龙泉.压铸机单臂|
22、口|转式自动浇注机械手J.上海机 械,1980,7:13-14.朱小钢.全自动浇注机的研发和应用案例J.金属加工(热加工). 2015(11)引刘宗虎,乔会杰,苗晓军,郑延召.压铸技术及压铸合金的发展及应用研究 J.黑龙江科技信息.2017(18)4李进.280T卧式压铸机取件喷雾一体化直角坐标机械手的开发D.华中科技大学 20165郭洪武.浅析机械手的应用与发展趋势M.山西:中国西部科技,2012.6巴晓甫,李欢欢,王永宏,侣胜武,闫喜强.气动平衡助力机械手反馈控制系统设计J. 液压与气动.2017(12) 7康立新,马建华.工业机械手的设计J.中小企业管理与科 技,2009,9:218.
23、8王素粉.基于PLC的气动机械手控制系统设计D.三门峡职业 技术学院,2016. 9刘明保,吕春红,张春梅.机械手的组成机构及其技术指标的确 定J.河南机电高等专科学校学报,2004,12(1):18-20 10曹环军,刘希璐.压铸机 浇铸机械手的工作流程及PLC系统控制J.湖南农 2014,41(7):101.口1戴勤.自动换刀机械手结构设计及PLC控制研究D.苏州:苏州大学.2010. 12赵献丹,张良栋,赵虎.压铸机浇铸机械手PLC控制系统设计J.机械工程师 ,2011,11:55-6013孙龙跃,张海鸥,王桂兰.面向压铸送料机械手的平面五杆机构优化设计J.机电工 程技术.2015(10
24、) 57-6214压铸机送料机械手的开发研究D.孙龙跃.华中科技大学.201515Xiao Fei Wei.The Design of Pneumatic Control System for CHT HydrolysisDeviceJ. Advanced Materials Research . 2012 (538)16Zong Zhang. Rapid Design Platform of Gear Box Based on Modem Design Methods of Pro/EJ. Applied Mechanics and Materials . 2014 (442)17Xiao
25、Fei Wei,Li Sheng Zhang,Pei Jie Wang,Yan Fang. The Design of Pneumatic Control System for CHT Hydrolysis DeviceJ. Advanced Materials Research . 2012 (538)附:文献综述或报告文献综述工业机械手作为机器人的一种,目前,工业机械手大部分还属于第一代,主要依 靠工人进行控制;改进的方向主要是降低成本和提高精度。近20年来,气动技术的 应用领域迅速拓宽,尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技 术与气动技术相结合,使整个系统自动化程度更高
26、,控制方式更灵活,性能更加可靠; 气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展,对气动技术提出了更多更高的要求;微电 子技术的引入,促进了电气比例伺服技术的发展,现代控制理论的发展,使气动技术 从开关控制进入一闭环比例伺服控制,控制精度不断提高;由于气劭脉宽调制技术具有1 结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点,国内外都在大力开发研究。机械手在机械制造行业中应用较多,发展也很快。目前主要用于注塑辅机上自 动取出产品、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。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
27、,作相应的变更。如位置发生 稍许偏差时,即能更正并自行检测,重点是研究视觉功能和触觉功能。在未来几年里 它的发展趋势如下也越来越明显,我国的机械手技术已日趋成熟,已形成了几家具有一定竞争力的机械手公司和产业化基地。机器人不但在数量上有所突破,在质量上也 有了质的飞跃。近年来,随着气动技术的迅速发展,气动元件及气动自动化技术已越 来越多的应用于机械手,构成气动机械手,气动机械手是集机械,电气,气动和控制 于一体的典型机电一体化产品。气动系统的最大优势就是低成本,模块化和集成化。 这种机械手在自动化领域中,与电动和液压驱动的机械手相比,显示出独特的优越性, 得到了越来越广泛的应用。以信息技术为代表
28、的现代科学技术的发展对机械制造业提 出了更高、更新的要求,更加体现了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动 整个社会技术进步和产业升级中不可替代的基础作用。而在工业自动化成果转移,用 信息化带动工业化、用高新技术改造传统产业已成为我国工业机器人发展的必由之 路。今后机器人将逐渐发展成为完全智能化的机器。由于机器人技术的发展,提高了 机器人可靠性和智能化程度,其应用领域正在不断扩大。在越来越多的工程技术领域, 我们将看到越来越多的机器人在神气绝妙地工作。机器人产业将随着机器人技术的发 展和对机器人要求的增加而稳步发展。由于机器人产业的发展,需要越来越多的机器 人的研究,随着计算机,传感,机电
29、一体化技术的发展,工业机械手的可靠性不断提 高,应用范围也不断扩大,并且向着产品高技术化、经营规模化、服务个性化、自动 化、人性化等方向不断深入,相信我们将会看到有形形色色的机械手在更多的机械领 域为人类服务。刘宗虎,乔会杰,苗晓军,郑延召在压铸技术及压铸合金的发展及应用研究中 写道压铸技术发展至今150余年的历史,与传统的、古老的铸造技术相比,只能说 是一种年轻的工艺技术。然而,由于压铸技术所具有的许多特点,使压铸件的应用 领域日益扩大,遍及各个工业门类,因而发展速度十分惊人,受到了普遍的关注。 压铸机是压铸生产中重要的基础技术装备,与压铸工艺的互存、互动关系非常突出, 压铸工艺的改进或采用新的技术,都要有与之相应的或新型的压铸机作为技术支撑。所 以,在压铸技术的发展进程中,压铸机始终担负着重要的角色,起着积极的、直接 的推动作用。康立新等在工业机械手的设计中说道工业机械手是近几十年发展起来的 一种高科技自动生产设备,工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点 是可以通过编程来完成各种预期的作业,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,
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