开题报告(工业机械手)
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机械手主要由执行机构、驱动-传动系统和控制系统三大部分组成。执行机构是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度 。自由度是机械手设计的关键参数 。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度[6]。
[10]Asada H,Stotine J J.Robot Analysis and Control[M].Wiley,1986
指导教师意见
签名：
月 日
教研室（学术小组）意见
教研室主任（学术小组长）（签章）：
月 日
[7]宗光华等编著.机器人的创意设计与实践[M].北京航空航天大学出版社，2004
[8]吴广玉、姜复兴主编.机器人工程导论[M].哈尔滨工业大学出版社，1988
[9]Craig JJ.Introduction to Roborics[J].New York:Addison Wesky PublishingCo.,1989
3.4机电一体化
由“可编程序控制器- 传感器- 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件, 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。
2机械手的发展与现状
它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手[3]。
3机械手的发展趋势与前景
3.1重复高精度
精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。
3.2.3运动速度
机械手的运动速度是指在全程范围内的平均运行速度，它反映了机械手的使用效率与生产水平。机械手的运动速度越高，则使用效率越高，生产水平越高；但速度越高，机械手在运动过程中启动和制动时产生的冲击和振动也较大，对机械手的定位精度的影响也越大。本设计的速度范围是：移动速度250mm/s,回转速度50o/s
城南学院
毕业设计(论文)开题报告
题目：液压式工业机械手总体及机身设计
课 题 类 别： 设计论文□
学 生 姓 名：赵觅
学 号：200779250415
班 级：机电07-02班
专业（全称）：机械设计制造及其自动化
指 导 教 师：王志安
2011年3月
一、本课题设计（研究）的目的：
机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门学科综合技术。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、帮运或操作动作的自动化装置。本机械手要求完成上料、转位和翻转等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。
对于现代智能机械手而言、还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”，是它能识别物体和躲避障碍物，以及机械手的触觉装置。机械手的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单叠加在一起，而是构成一个整体。机械手各部分必然存在着相互关联、相互影响和相互制约的关系[7-9]。
3.3无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步, 新型材料(如烧结金属石墨材料) 的出现, 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门[4][5]。
3.2.4行程范围
机械手手臂运动行程范围与机械手的抓重、坐标形式、驱动方式、运动速度等多方面因素有关。一般的说，对于通用机械手，其手臂回转的行程范围应尽可能大些，使机械手具有较大的通用性。本设计的最大操作范围为：提升高度1.5m,回转半径为1m。
3.2.5位置精度
位置精度是衡量机械手工作质量的一项重要指标，它包括位置设定精度和重复定位精度。本设计的定位精度为 0.5-1mm。
早期的机械手的结构和功能都比较简单，专业性强，仅能配合某台主机完成辅助性工作，如抓取工件、上料下料、换夹刀具等。这种机械手称为专用机械手。随着工业技术的发展，出现了能够独立地按控制程序、自动重复操作的机械手，这种机械手具有能很快地改变程序功能，适应性强，在中小批量、多品种的工业生产中得到了广泛应用[1]。这种机械手称为通用机械手，通用机械手又称为“工业机器人”（industral robot），即第一代机器人。机器人在此基础上得到了进一步发展，出现了具有某些感觉功能（如视觉、触觉、听觉）的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有某些思维和语言功能的智能机器人，称为第三代机器人[2]。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
3.2主要参数
3.2.1自由度
机械手的自由度标志着机械手具有的功能大小，自由度越大，机械手的动作越灵活，适应性越强，但结构也越复杂。一般通用机械手有5到6个自由度即可满足要求。本设计为5个自由度机械手。
3.2.2抓重
机械手的抓重是指机械手手臂所能抓取的物件的最大重量。本Hale Waihona Puke Baidu计为中型机械手，最大抓取重量为20kg
3.3机身的结构设计与校核
机身是直接支撑和带动手臂的部件，并实现手臂的回转、升降、俯仰等运动。设计机身应注意刚度、精度、平稳性等几个方面。
3.4整体的性能校核及协调设计
机械手的整体设计形式，主要取决于机械手的工作要求、运动形式、作业环境等。协调设计好各组成部分，机身与手臂的连接部分要参数匹配。手臂和机身的配置形式大致可以分为立柱式、机座式、屈伸式、悬挂式。立柱式的手臂可以在水平面内回转，具有占地面积小、工作范围大的特点。本设计采用立柱式。
四、设计（研究）进度计划：
1-2周调研、收集资料
3-4周外文翻译、开题报告
5 周 方案确定
6-7周设计计算
8-9周 结构设计
10-11周 总装图
12-14周 零部件图
15周 撰写设计说明书
16周 设计总结、整理设计资料、准备答辩
17周 答辩
五、参考文献：
[1]天津大学编.工业机械手设计基础[M].天津：天津人民出版社，1980
本设计采用液压式机械手。
3.1.2坐标形式
机械手的坐标形式有直角坐标式、圆坐标式、球坐标式、多关节坐标式。本设计采用回转型机械手，其手臂除了可以伸缩，可以升降外，还可以绕立柱回转。这种机械手与直角坐标式机械手相比，占地面积小而活动范围大，结构亦较简单，并能达到较高的定位精度，因而应用广泛。
本设计采圆柱坐标式，回转型机械手。
本设计主要目的是：机械手的总体的设计，满足机械手的功能要求及各组成部分协调工作的要求。机身的设计，满足机械手臂的支撑及安装。
二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：
1机械手概述
机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门[1]。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”（mechanical hand）
3.2模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置, 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是机械手的一个重要的发展方向。
[2]王承义编著.机械手及其应用[M].北京：机械工业出版社，1981
[3]蔡自兴主编.机器人学[M].清华大学出版社，2000
[4]张铁，谢存禧主编.机器人学[M].华南理工大学出版社，2001
[5]周伯英编著.工业机器人设计[M].北京：机械工业出版社，2002
[6]费仁元、张慧慧主编.机器人机械设计和分析[M].北京工业大学出版社， 1998
随着科学与技术的发展, 机械手的应用领域也不断扩大.目前, 机械手不仅应用于传统制造业如采矿,冶金,石油,化学,船舶等领域,同时也已开始扩大到核能,航空,航天,医药,生化等高科技领域以及家庭清洁,医疗康复等服务业领域中.如,水下机器人,抛光机器人,打毛刺机器人,擦玻璃机器人,高压线作业机器人,服装裁剪机器人,制衣机器人,管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人,作战机器人,侦察机器人,哨兵机器人,排雷机器人,布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用于各行各业.而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺[7][10]。
三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：
1重点：
1.1原理方案的确定
1.2主要参数的确定
1.3机身的结构设计与校核
2难点：
整机的性能校核及协调设计
3采用途径（研究手段）：
3.1原理方案：
3.1.1驱动方式
机械手按用途可分为液压传动机械手、气压气压传动机械手、店里传动机械手和机械传动机械手，由于液压传动具有单位面积压力大，体积小，介质可压缩性小，工作平稳，并可实现高精度定位及频繁换向，因为液压传动机械手应用最为广泛。
[10]Asada H,Stotine J J.Robot Analysis and Control[M].Wiley,1986
指导教师意见
签名：
月 日
教研室（学术小组）意见
教研室主任（学术小组长）（签章）：
月 日
[7]宗光华等编著.机器人的创意设计与实践[M].北京航空航天大学出版社，2004
[8]吴广玉、姜复兴主编.机器人工程导论[M].哈尔滨工业大学出版社，1988
[9]Craig JJ.Introduction to Roborics[J].New York:Addison Wesky PublishingCo.,1989
3.4机电一体化
由“可编程序控制器- 传感器- 液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面;发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件, 使液压技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”; 省配线的复合集成系统, 不仅减少配线、配管和元件, 而且拆装简单, 大大提高了系统的可靠性。而今, 电磁阀的线圈功率越来越小, 而PLC的输出功率在增大, 由PLC直接控制线圈变得越来越可能。
2机械手的发展与现状
它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手[3]。
3机械手的发展趋势与前景
3.1重复高精度
精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度, 它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次, 机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要, 如果一个机器人定位不够精确, 通常会显示一个固定的误差, 这个误差是可以预测的, 因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围, 它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展,机械手的重复精度将越来越高, 它的应用领域也将更广阔, 如核工业和军事工业等。
3.2.3运动速度
机械手的运动速度是指在全程范围内的平均运行速度，它反映了机械手的使用效率与生产水平。机械手的运动速度越高，则使用效率越高，生产水平越高；但速度越高，机械手在运动过程中启动和制动时产生的冲击和振动也较大，对机械手的定位精度的影响也越大。本设计的速度范围是：移动速度250mm/s,回转速度50o/s
城南学院
毕业设计(论文)开题报告
题目：液压式工业机械手总体及机身设计
课 题 类 别： 设计论文□
学 生 姓 名：赵觅
学 号：200779250415
班 级：机电07-02班
专业（全称）：机械设计制造及其自动化
指 导 教 师：王志安
2011年3月
一、本课题设计（研究）的目的：
机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门学科综合技术。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、帮运或操作动作的自动化装置。本机械手要求完成上料、转位和翻转等多种功能，并按自动线的统一生产节拍和生产纲领完成以上动作。
对于现代智能机械手而言、还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”，是它能识别物体和躲避障碍物，以及机械手的触觉装置。机械手的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单叠加在一起，而是构成一个整体。机械手各部分必然存在着相互关联、相互影响和相互制约的关系[7-9]。
3.3无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求, 不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步, 新型材料(如烧结金属石墨材料) 的出现, 构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件, 不仅节省润滑油、不污染环境, 而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。
机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门[4][5]。
3.2.4行程范围
机械手手臂运动行程范围与机械手的抓重、坐标形式、驱动方式、运动速度等多方面因素有关。一般的说，对于通用机械手，其手臂回转的行程范围应尽可能大些，使机械手具有较大的通用性。本设计的最大操作范围为：提升高度1.5m,回转半径为1m。
3.2.5位置精度
位置精度是衡量机械手工作质量的一项重要指标，它包括位置设定精度和重复定位精度。本设计的定位精度为 0.5-1mm。
早期的机械手的结构和功能都比较简单，专业性强，仅能配合某台主机完成辅助性工作，如抓取工件、上料下料、换夹刀具等。这种机械手称为专用机械手。随着工业技术的发展，出现了能够独立地按控制程序、自动重复操作的机械手，这种机械手具有能很快地改变程序功能，适应性强，在中小批量、多品种的工业生产中得到了广泛应用[1]。这种机械手称为通用机械手，通用机械手又称为“工业机器人”（industral robot），即第一代机器人。机器人在此基础上得到了进一步发展，出现了具有某些感觉功能（如视觉、触觉、听觉）的机器人，称为第二代机器人，以后又出现了具有某些思维和语言功能的智能机器人，称为第三代机器人[2]。
机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
3.2主要参数
3.2.1自由度
机械手的自由度标志着机械手具有的功能大小，自由度越大，机械手的动作越灵活，适应性越强，但结构也越复杂。一般通用机械手有5到6个自由度即可满足要求。本设计为5个自由度机械手。
3.2.2抓重
机械手的抓重是指机械手手臂所能抓取的物件的最大重量。本Hale Waihona Puke Baidu计为中型机械手，最大抓取重量为20kg
3.3机身的结构设计与校核
机身是直接支撑和带动手臂的部件，并实现手臂的回转、升降、俯仰等运动。设计机身应注意刚度、精度、平稳性等几个方面。
3.4整体的性能校核及协调设计
机械手的整体设计形式，主要取决于机械手的工作要求、运动形式、作业环境等。协调设计好各组成部分，机身与手臂的连接部分要参数匹配。手臂和机身的配置形式大致可以分为立柱式、机座式、屈伸式、悬挂式。立柱式的手臂可以在水平面内回转，具有占地面积小、工作范围大的特点。本设计采用立柱式。
四、设计（研究）进度计划：
1-2周调研、收集资料
3-4周外文翻译、开题报告
5 周 方案确定
6-7周设计计算
8-9周 结构设计
10-11周 总装图
12-14周 零部件图
15周 撰写设计说明书
16周 设计总结、整理设计资料、准备答辩
17周 答辩
五、参考文献：
[1]天津大学编.工业机械手设计基础[M].天津：天津人民出版社，1980
本设计采用液压式机械手。
3.1.2坐标形式
机械手的坐标形式有直角坐标式、圆坐标式、球坐标式、多关节坐标式。本设计采用回转型机械手，其手臂除了可以伸缩，可以升降外，还可以绕立柱回转。这种机械手与直角坐标式机械手相比，占地面积小而活动范围大，结构亦较简单，并能达到较高的定位精度，因而应用广泛。
本设计采圆柱坐标式，回转型机械手。
本设计主要目的是：机械手的总体的设计，满足机械手的功能要求及各组成部分协调工作的要求。机身的设计，满足机械手臂的支撑及安装。
二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：
1机械手概述
机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门[1]。在工业中应用的机械手称为“工业机械手”（mechanical hand）
3.2模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术, 而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置, 使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能, 扩大了机械手的应用范围, 是机械手的一个重要的发展方向。
[2]王承义编著.机械手及其应用[M].北京：机械工业出版社，1981
[3]蔡自兴主编.机器人学[M].清华大学出版社，2000
[4]张铁，谢存禧主编.机器人学[M].华南理工大学出版社，2001
[5]周伯英编著.工业机器人设计[M].北京：机械工业出版社，2002
[6]费仁元、张慧慧主编.机器人机械设计和分析[M].北京工业大学出版社， 1998
随着科学与技术的发展, 机械手的应用领域也不断扩大.目前, 机械手不仅应用于传统制造业如采矿,冶金,石油,化学,船舶等领域,同时也已开始扩大到核能,航空,航天,医药,生化等高科技领域以及家庭清洁,医疗康复等服务业领域中.如,水下机器人,抛光机器人,打毛刺机器人,擦玻璃机器人,高压线作业机器人,服装裁剪机器人,制衣机器人,管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人,作战机器人,侦察机器人,哨兵机器人,排雷机器人,布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用于各行各业.而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺[7][10]。
三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：
1重点：
1.1原理方案的确定
1.2主要参数的确定
1.3机身的结构设计与校核
2难点：
整机的性能校核及协调设计
3采用途径（研究手段）：
3.1原理方案：
3.1.1驱动方式
机械手按用途可分为液压传动机械手、气压气压传动机械手、店里传动机械手和机械传动机械手，由于液压传动具有单位面积压力大，体积小，介质可压缩性小，工作平稳，并可实现高精度定位及频繁换向，因为液压传动机械手应用最为广泛。