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外 文 翻 譯
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件設(shè)計(jì)
原文1：Compliance effects in a parallel jaw gripper
譯文1：一個(gè)平行夾爪夾持器的合規(guī)性效果
原文2：Design and feasibility tests of a flexible gripper based on inflatable rubber pockets
譯文2：一個(gè)平行夾爪夾持器的合規(guī)性效果
基于充氣橡膠袋的一個(gè)靈活機(jī)械手的設(shè)計(jì)和可行性測(cè)試
作者：Ho Choi, Muammer Koc
國(guó)籍：美國(guó)
出處：2005年密歇根大學(xué)安阿伯工程學(xué)院NSF ERC的可重構(gòu)制造系統(tǒng)
摘要：在本文中，基于對(duì)于不同類型、設(shè)計(jì)和控制范疇的現(xiàn)有夾具的文獻(xiàn)調(diào)查，我們展示了一個(gè)靈活的夾具設(shè)計(jì)的可行性測(cè)試結(jié)果。在報(bào)告中我們?cè)O(shè)計(jì)、分析、建立、測(cè)試了基于對(duì)符合規(guī)范的材料（如橡膠）與氣動(dòng)充氣相結(jié)合使用的靈活性?shī)A具。參數(shù)化有限元分析的進(jìn)行用來(lái)調(diào)查過(guò)程和設(shè)計(jì)參數(shù)如橡膠材料，壓力，初始夾頭位移和摩擦的影響。
基于有限元分析的結(jié)果，我們?cè)O(shè)計(jì)和建造了一個(gè)簡(jiǎn)單的，單一的橡膠袋靈活?yuàn)A具?？尚行詫?shí)驗(yàn)的進(jìn)行展示且獲得了設(shè)計(jì)的可能性和局限性的整體理解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我們可以抓取和放置不同的形狀（圓柱形，棱柱形和復(fù)雜形狀）、不同重量（20g-50g）、不同類型（雞蛋，鋼半球，蠟缸等）的對(duì)象，而不會(huì)失去對(duì)對(duì)象的控制。兩個(gè)不同的部分的形狀（即，棱柱形或圓柱形）的定位誤差范圍被發(fā)現(xiàn)為20-90mm（平移）和0.03-0.91mm（旋轉(zhuǎn)）。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手設(shè)計(jì) 策略 靈活性 選擇 機(jī)器人 橡膠
1介紹：
機(jī)械手是一種應(yīng)用在機(jī)器人上使用手臂末端的工具，在材料被做其他處理的時(shí)候，它具有對(duì)材料實(shí)現(xiàn)抓取、握持、升降、移動(dòng)和控制的功能。人的手掌在抓取材料方面一直是最常見(jiàn)的、最多功能的、也是最有效和最微妙的形式，但是，在重復(fù)周期、重載荷和極端環(huán)境下，人類必須發(fā)展機(jī)械手以代替自己的手。在20世紀(jì)60年代現(xiàn)代機(jī)器人出現(xiàn)以后，機(jī)械手在更多的場(chǎng)合下代替了人手。盡管有由于其可靠性、耐用性和生產(chǎn)效率而帶來(lái)的初始成本和日常維護(hù)費(fèi)用較高等問(wèn)題，但是，我們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)機(jī)械手系統(tǒng)在重復(fù)抓取和處理材料方面是極其有效的。然而，機(jī)械手的成本可能比一個(gè)機(jī)器人成本還要高20%，這要取決于機(jī)械手的具體應(yīng)用和部分零件的復(fù)雜性了。如果對(duì)于制造系統(tǒng)中需要的靈活性有要求，一個(gè)合適的機(jī)械手的成本甚至可能更高，因?yàn)樗麄冃枰~外的控制器，傳感器和設(shè)計(jì)需求，以至于到能夠處理的不同部分的問(wèn)題。
在21世紀(jì)全球化的影響下生產(chǎn)制造企業(yè)都需要去滿足客戶不斷變化的需求，如產(chǎn)品數(shù)量、品種繁多、快速交貨等等。靈活的和可重構(gòu)的制造系統(tǒng)（FMS，RMS）作為對(duì)不可預(yù)知的和經(jīng)常變化的市場(chǎng)環(huán)境的一種解決方案，已變成一種科學(xué)和工業(yè)的實(shí)踐。為了充分實(shí)現(xiàn)RMS和FMS，機(jī)械手——作為很少與最末端產(chǎn)品直接接觸的一種工具，必須設(shè)計(jì)的具有靈活性。
在機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的初期，大多數(shù)機(jī)械手被設(shè)計(jì)為使用于專門的任務(wù)，而且形狀、尺寸、重量改變的條件下不能進(jìn)行修改。后來(lái)，各種各樣靈活性的克服這些缺點(diǎn)的機(jī)械手被設(shè)計(jì)了出來(lái)，但除了他們普遍擁有的較高成本是一個(gè)障礙外，日常維護(hù)和一些材料和應(yīng)用上的限制也是個(gè)問(wèn)題。盡管機(jī)械手的不足有很多，但合適成本的”柔性的機(jī)械手設(shè)計(jì)”作為設(shè)想的FMS和RMS中的一個(gè)重要元素，一直是我們尋求的解決靈活的材料處理系統(tǒng)問(wèn)題的方案。例如，許多工廠的裝配作業(yè)廣泛使用專用夾具和固定裝置。這些應(yīng)用是部分特定的，因此當(dāng)模式轉(zhuǎn)變時(shí)，這些裝置必須改變或替換掉。重新設(shè)計(jì)、制造、安裝和拆卸這些機(jī)械手和固定裝置的成本是很高的（汽車制造商每年個(gè)工廠需要大約1億美元的錢，但是，隨著更加靈活好用的替代品的開(kāi)發(fā)，這個(gè)成本肯定會(huì)逐漸降低。
在這片論文中，第一部分介紹的是廣泛的閱讀和討論不同類型、不同設(shè)計(jì)的機(jī)械手；第二部分講的是基于規(guī)范材料和內(nèi)部壓力（如把氣沖入橡膠袋中）的一種機(jī)械手設(shè)計(jì)，這種類型的機(jī)械手用彈性?shī)A持元件和同過(guò)加壓裝置來(lái)確定活躍自由度的方法，來(lái)確定抓取物體的形狀；在第三部分中展示了一個(gè)參數(shù)的有限元分析的結(jié)果，它描述了在不同載荷和部分條件下靈活機(jī)械手選擇的配置性能，以便確定合適的參數(shù)設(shè)置和材料；最后，在第四部分做了后原型設(shè)計(jì)和可行性表征測(cè)試，用來(lái)描述靈活機(jī)械手的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
2對(duì)機(jī)械手的設(shè)計(jì)和類型進(jìn)行的文獻(xiàn)調(diào)查
2.1機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法
Wright等人分析比較了機(jī)械手與人手抓取系統(tǒng)，并把機(jī)械手分成與機(jī)器人手臂和控制系統(tǒng)相兼容、安全抓取和握持對(duì)象、準(zhǔn)確的完成復(fù)雜性任務(wù)三種類別。許多工廠的機(jī)械手的例子和機(jī)械手設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針也被描述進(jìn)去了。Pham等人總結(jié)了機(jī)械手在不同應(yīng)用環(huán)境下設(shè)計(jì)方案應(yīng)該如何選擇。在他們的研究中，影響機(jī)械手如何選擇的變量如下：（a）成分，（b）任務(wù),(c)環(huán)境，（d）機(jī)械臂和控制條件?！俺煞帧边@個(gè)變量包括幾何、形狀、重量、表面質(zhì)量和溫度，這些因素都需要考慮好。對(duì)于可重構(gòu)系統(tǒng)，他們以形狀和大小為標(biāo)準(zhǔn)又把這個(gè)變量分成了其他家族。對(duì)于“任務(wù)”這個(gè)變量，除了機(jī)械手的類型、不同組成部分的數(shù)量、準(zhǔn)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(dòng)和放置都要考慮。在合適的地方設(shè)計(jì)核實(shí)的機(jī)械手，必須考慮所有的因素，而且驗(yàn)證性的測(cè)試必須要多做。為了減少疲勞效應(yīng)，pham等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于選擇機(jī)械手的專家系統(tǒng)。他們建立了一個(gè)混合型專家系統(tǒng)，這是采用以規(guī)則為基礎(chǔ)面向?qū)ο蟮木幊谭椒ā?
2.2 機(jī)械手的分類
機(jī)械手也可以有他們的目的、大小、載荷、和驅(qū)動(dòng)力來(lái)分類。通常情況下，機(jī)械手的工作機(jī)制和主要特征有驅(qū)動(dòng)力的分類來(lái)定義。機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)力通常有電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓，或在某些情況下有真空磁六變流體和形狀記憶等。
一個(gè)平行爪機(jī)械手的合規(guī)性效應(yīng)
作者：A.J.G. Nuttall, A.J. KleinBreteler
國(guó)籍：荷蘭
出處：2002年荷蘭代爾夫特設(shè)計(jì)學(xué)院
摘要：本文討論了平行爪機(jī)械手的機(jī)械合規(guī)性效應(yīng)。在研究專用機(jī)械手設(shè)計(jì)的一個(gè)案例中，分析了兩種不同設(shè)計(jì)元素對(duì)兼容特性的影響——預(yù)加載彈簧的彈性和由摩擦引起的阻力。這種機(jī)械手通過(guò)操縱半自動(dòng)旋鎖來(lái)保護(hù)海輪貨物集裝箱。這種適應(yīng)性效應(yīng)能有效的減少偏差和對(duì)機(jī)械手的過(guò)載。
關(guān)鍵字：機(jī)械合規(guī)性 扭鎖操作 預(yù)裝載彈簧 摩擦力
1 介紹：
機(jī)械手在夾具的幫助下抓取和操作對(duì)象。通常把被操作的對(duì)象放在一個(gè)指定的位置，機(jī)器人可以抓取住并將其移動(dòng)到另一個(gè)指定的位置。當(dāng)開(kāi)始的抓取位置和最后放置的目的位置是能由外部干擾而移動(dòng)的沉重剛體時(shí)，抓取就會(huì)出現(xiàn)困難。如果機(jī)械手無(wú)法在抓取和釋放中適應(yīng)這種動(dòng)作，那么這種運(yùn)動(dòng)的巨大力量就會(huì)被傳遞到機(jī)械手本身，可能導(dǎo)致機(jī)械手破壞。因此，機(jī)械手應(yīng)該變成靈活的或者能適應(yīng)復(fù)雜僵硬的環(huán)境。
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的終端效應(yīng)或夾具，適應(yīng)性可以引入到機(jī)械手中。這個(gè)可以用不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們?cè)谖墨I(xiàn)中能發(fā)現(xiàn)各種各樣的關(guān)于機(jī)械手合規(guī)性的主題，這些都主要集中在對(duì)通用夾具和精細(xì)操作的控制理論中。在這種環(huán)境中適應(yīng)性被調(diào)查用于剛度模型，而且可以引入遠(yuǎn)程合規(guī)中心。這些調(diào)查借助特殊的傳感器和執(zhí)行器的可靠力量和可能的位置控制把合規(guī)性整合進(jìn)控制系統(tǒng)。這種形式的電子控制的通用夾持器可以管理許多不同的任務(wù)和對(duì)象。
這是與被設(shè)計(jì)用于特定任務(wù)和對(duì)象的有特殊用途的端部執(zhí)行器相反的，通過(guò)利用簡(jiǎn)單的傳感器和與以機(jī)械形式的合規(guī)性效應(yīng)相結(jié)合的執(zhí)行器，一種有效的、可靠的、強(qiáng)大的機(jī)械手就能產(chǎn)生，這種機(jī)械手能夠適應(yīng)運(yùn)動(dòng)（以有限制的方式）的握持點(diǎn)。適應(yīng)這種形式的合規(guī)性?shī)A具配置已被證明很難在文獻(xiàn)中找到。
本文給出了在夾持器的機(jī)械合規(guī)效應(yīng)影響下的一個(gè)觀點(diǎn)。這是一個(gè)對(duì)夾具設(shè)計(jì)的案例研究。作為例子，它討論了兩種不同的機(jī)械合規(guī)模式。這個(gè)例子由一個(gè)用于操縱半自動(dòng)旋鎖的平行爪機(jī)械手配置組成。
2扭鎖機(jī)械手的背景
機(jī)械手被要求能自動(dòng)連接和從和到集裝箱的底部角配件移除半自動(dòng)旋鎖。在左邊圖1所示為一種半自動(dòng)的扭鎖，這種類型的扭鎖是一種綁扎設(shè)備，用于固定海域航行貨柜船舶的甲板。它由一本體，一上部和下部旋轉(zhuǎn)錐和一個(gè)用于錐位置手動(dòng)操作的手柄組成。
通過(guò)下側(cè)錐體的旋轉(zhuǎn)的解鎖，上部錐體可以被插入到右圖所示的底部的角鑄件。因?yàn)樗目椎男螤钕嗥ヅ?，所以最上方的領(lǐng)口修正成的孔的角鑄件。當(dāng)錐體旋轉(zhuǎn)回其原始位置時(shí)，旋轉(zhuǎn)式鎖銷被固定在底部的角鑄件，手柄是用于手動(dòng)操作，如果它被拉到該軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，錐體就連接在一起。為了這種固定過(guò)程的自動(dòng)化和反向操作這種夾具必須被設(shè)計(jì)成能通過(guò)其脖子上的足夠的抓力來(lái)抓取不同類型的旋鎖。當(dāng)機(jī)械手定位在開(kāi)放式平行爪扭鎖時(shí)，平行爪也必須打開(kāi)的足夠大來(lái)防止和錐體發(fā)生碰撞
圖1半自動(dòng)扭鎖和邊角集裝箱
因?yàn)樗鼤?huì)通過(guò)連接線被懸掛在空氣中或擱在有氣動(dòng)輪胎的軋制底盤(pán)上，所以這種容器能夠在由于外部干擾而產(chǎn)生的抓取和釋放操作中移動(dòng)。風(fēng)就是一個(gè)干擾的例子，它能夠在集裝箱的側(cè)面上產(chǎn)生波動(dòng)力量，這可能會(huì)導(dǎo)致振蕩運(yùn)動(dòng)。由于大型集裝箱（30噸）的可能的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的扭鎖，這種機(jī)械手將必須是兼容的，以防止對(duì)自身或?qū)C(jī)器的其他部件造成破壞。機(jī)械合規(guī)性有助于解決在集裝箱上的移動(dòng)抓取點(diǎn)的問(wèn)題，也有助于保持必要的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化。
因?yàn)檩S環(huán)是不同的扭鎖設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的元素，所以它被選擇作為與夾具接觸的表面。它必須適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化的角鑄件的孔，所以形狀和大小大體相同。盡管孔的寬度的公差只允許被控制在1.5毫米以內(nèi)，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，軸環(huán)的寬度可以取在57毫米和62毫米之間。在這5毫米的范圍內(nèi)，軸環(huán)的尺寸必須對(duì)夾具的可靠性操作加以考慮。
這是在扭鎖操作過(guò)程中必須要保證的最小的作用力，可以用于所有軸口的類型。在圖2a中顯示了在抓取過(guò)程中由鉗口施加的作用力。套環(huán)側(cè)上產(chǎn)生的摩擦力必須足夠大，以補(bǔ)償在扭鎖上產(chǎn)生的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的力。在與軸環(huán)表面平行的方向上必須進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目偟淖饔昧Γ‵tot）大小是200 N，這是通過(guò)確定由操作器和靜電引力造成的動(dòng)態(tài)力計(jì)算出來(lái)的。靠著為0.125（升）的摩擦系數(shù)可以計(jì)算每個(gè)的鉗口施加的抓取力，如下
圖2扭鎖抓取力和必要的抓取行程
圖2b顯示了在打開(kāi)和閉合位置的夾爪。它顯示了在打開(kāi)的夾具的定位中機(jī)械爪必須打開(kāi)多大的距離。因?yàn)閳A錐直徑大于凸緣的寬度，所以在圓錐體和機(jī)械手之間必須有足夠的間隙以防止碰撞。為了得到一個(gè)間隙為15毫米的位移的鉗口，機(jī)械手必須具有40毫米。
3找到一個(gè)合適的夾具配置
圖3a闡述了現(xiàn)有的能夠產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的夾緊力和大位移的夾持器，它由兩個(gè)由雙作用氣缸驅(qū)動(dòng)的平行機(jī)械爪組成。連接到氣缸的s活塞桿是一個(gè)雙齒條齒輪，它能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分扇區(qū)的小齒輪。兩對(duì)對(duì)稱平行布置閉合聯(lián)系是直接安裝在行星小齒輪上的部分扇區(qū)和提供加緊力的。
這樣的設(shè)計(jì)只適合應(yīng)用于就被抓取物體的寬度具有兼容的行為，如果被抓取的對(duì)象大于閉合鉗口之間的距離，它們將會(huì)在全部關(guān)閉之前與對(duì)象接觸，因此在關(guān)閉操作的期間，活塞將不會(huì)移動(dòng)到結(jié)束位置，
它使抓取不同尺寸的物體變成可能。然而，檢測(cè)閉合位置的機(jī)械爪將變得更加困難。這需要一種特殊的檢測(cè)方法如作用力檢測(cè)將要求測(cè)量閉合位置。
如圖3a所示的機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖中，在圖3b中機(jī)械手可以被給予額外的約束。為了在水平方向能夠得到約束，預(yù)加載的彈簧已經(jīng)被添加到機(jī)械手中。預(yù)載彈簧提供了兩個(gè)好處，首先，所有需要建立足夠的抓力的行程會(huì)變短。如果預(yù)壓被設(shè)置為所需的最小的抓取力，那機(jī)械手在抓取到對(duì)象之后，彈簧幾乎不需要一段安全抓取的距離。第二，需要抓取的最小的力在傳感器的幫助下能保證，檢測(cè)到端部位置的氣壓缸。如果機(jī)械爪之間的抓取對(duì)象到達(dá)氣缸閉合行程的末端，那彈簧必須受壓，而且抓取力必須至少等于設(shè)定的預(yù)緊力。
圖3平行機(jī)械手合規(guī)性配置
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
楊永賀 同學(xué)（專業(yè) / 班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化09(4)）
現(xiàn)下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書(shū)，望能保質(zhì)保量地認(rèn)真按時(shí)完成。
課題名稱
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件設(shè)計(jì)
主要任務(wù)與
目標(biāo)
工業(yè)機(jī)械手是現(xiàn)代生產(chǎn)線設(shè)備，機(jī)械手可快速準(zhǔn)確地完成規(guī)定動(dòng)作，縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。由于機(jī)械手的重要作用，國(guó)內(nèi)外已研制有大量機(jī)械手，多數(shù)屬專用設(shè)備，單種機(jī)械手只能應(yīng)用固定場(chǎng)合，對(duì)新的應(yīng)用，須研制新機(jī)械手。在借鑒已有機(jī)械手的基礎(chǔ)上，可對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)和功能加以改進(jìn)，以適應(yīng)多種需要。
課題主要設(shè)計(jì)一套氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件，功能為將工件移位并實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)方式的選擇、傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、支撐方式的選擇、夾持部件的設(shè)計(jì)、以及其他結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)解決氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和夾持部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
主要任務(wù)是：
1）氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件方案設(shè)計(jì)；
2）重要零部件分析計(jì)算；
3）氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
目標(biāo)：
設(shè)計(jì)一套氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件，功能為將工件移位并實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，圖紙滿足生產(chǎn)要求。
主要內(nèi)容與基本要求
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1）氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件方案的確定；
2）工況及受力分析；
3）傳動(dòng)方式選擇；
4）重要尺寸計(jì)算；
5）部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
6）零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
7）技術(shù)要求的制定。
基本要求：
按照題目?jī)?nèi)容，完成方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，裝配圖和零件圖繪制，總計(jì)不少于2張零號(hào)圖紙，方案結(jié)構(gòu)合理。
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的各種文檔，包括文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文等。
按照進(jìn)度安排，認(rèn)真按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
主要參
考資料
及文獻(xiàn)
閱讀任務(wù)
查閱與課題有關(guān)的文獻(xiàn)（論文、書(shū)籍或手冊(cè)等）不少于10篇（部），寫(xiě)出符合要求的文獻(xiàn)綜述報(bào)告。主要參考文獻(xiàn)如下：
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[6] A. J. G. Nuttall, A. J. Klein Breteler. Compliance effects in a parallel jaw gripper [J]. Mechanism and Machine Theory, 2003, 38(12): 1509-1522.
[7] Ho Choi, Muammer Koc. Design and feasibility tests of a flexible gripper based on inflatable rubber pockets [J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, 46(12-13):1350-1361.
外文
翻譯任務(wù)
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[1] A. J. G. Nuttall, A. J. Klein Breteler. Compliance effects in a parallel jaw gripper [J]. Mechanism and Machine Theory, 2003, 38(12): 1509-1522.
[2] Ho Choi, Muammer Koc. Design and feasibility tests of a flexible gripper based on inflatable rubber pockets [J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, 46(12-13):1350-1361.
計(jì)劃進(jìn)度：
起止時(shí)間
內(nèi)容
12月初~12月上旬
前期資料準(zhǔn)備、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯布置。
12月上旬~01月上旬
查閱資料(包括外文資料)，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告及外文資料翻譯。
01月上旬~01月中旬
完成開(kāi)題報(bào)告。開(kāi)題報(bào)告答辯。
01月下旬~02月中旬
(寒假)
總體方案設(shè)計(jì)，分析計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
02月下旬~04月上旬
方案設(shè)計(jì)，分析計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，圖紙繪制，撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。
04月上旬~04月中旬
畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查完成情況及表格與記錄的填寫(xiě)。
04月中旬~05月上旬
完成圖紙繪制，說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。
05月上旬~05月中旬
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的審閱；評(píng)議小組分組審閱。
05月中旬~05月下旬
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
實(shí)習(xí)地點(diǎn)
指導(dǎo)教師
簽 名
年 月 日
系 意 見(jiàn)
系主任簽名：
年 月 日
學(xué)院
蓋章
主管院長(zhǎng)簽名：
年 月 日
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
班 級(jí)
09機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4）班
姓 名
楊永賀
課題名稱
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手部件設(shè)計(jì)
目 錄
1 選題的背景與意義
1.1背景與意義
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
2 發(fā)展趨勢(shì)
2.1重復(fù)高精度
2.2模塊化
2.3無(wú)給油化
3 研究的基本內(nèi)容
3.1氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維建模、裝配
4 研究方案、可行性分析及預(yù)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(jì)劃
參考文獻(xiàn)
成績(jī)：
答 辯
意 見(jiàn)
答辯組長(zhǎng)簽名：
年 月 日
系
主
任
審
核
意
見(jiàn)
簽名：
年 月 日
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與分析
楊永賀
(機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化09(4)班 B09370126)
1 選題的背景與意義
1.1 背景與意義
氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)力為氣壓，機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)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(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。所以氣動(dòng)機(jī)械手能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。但它的缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)闅怏w具有很大的可壓縮性, 要做到氣動(dòng)機(jī)械手精確定位難度很大, 尤其是難以實(shí)現(xiàn)任意位置的多點(diǎn)定位；而且可壓縮性也帶來(lái)不能承受過(guò)重的負(fù)載的限制。傳統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng)只能靠機(jī)械定位置的調(diào)定位置而實(shí)現(xiàn)可靠定位, 并且其運(yùn)動(dòng)速度只能靠單向節(jié)流閥單一調(diào)定, 經(jīng)常無(wú)法滿足許多設(shè)備的自動(dòng)控制要求[1-2]。
近20年來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬， 尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合, 使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高, 控制方式更靈活, 性能更加可靠; 氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展, 對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求;由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和成本低廉等特點(diǎn), 國(guó)內(nèi)外都在大力研發(fā)氣動(dòng)機(jī)械手[1]。
目前生產(chǎn)線上的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程只能實(shí)現(xiàn)一次抓取和翻轉(zhuǎn)的功能，效率太低。本次設(shè)計(jì)針對(duì)這個(gè)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一個(gè)運(yùn)動(dòng)進(jìn)程能實(shí)現(xiàn)兩次抓取和翻轉(zhuǎn)，提高了工作效率，加快生產(chǎn)效率。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)外氣動(dòng)機(jī)械手狀況
從各國(guó)的行業(yè)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看, 近30多年來(lái), 氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代, 液壓與氣動(dòng)元件的產(chǎn)值比約為9：1, 而30多年后的今天, 在工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美、日本等國(guó)家, 該比例已達(dá)到6：4, 甚至接近5：5。
90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y.Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開(kāi)發(fā)研制的電子氣動(dòng)機(jī)器人--"阿基里斯"六腳勘測(cè)員，也被稱為FESTO的"六足動(dòng)物"[12]。Y.Bando教授采用了世界上著名的德國(guó)FESTO生產(chǎn)的氣動(dòng)元件、可編程控制器和傳感器等，創(chuàng)造了一個(gè)在荷馬史詩(shī)中最健壯最勇敢的希臘英雄--阿基里斯。它能在人不易進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域、污染或放射性的環(huán)境中進(jìn)行地形偵察。六腳電子氣動(dòng)機(jī)器人的上方安裝了一個(gè)照相機(jī)來(lái)探視障礙物，能安全的繞過(guò)它，并在行走過(guò)程中記錄和收集數(shù)據(jù)。六腳電子氣動(dòng)機(jī)器人行走的所有程序由FPC101-B可編程控制器控制，F(xiàn)PC101-B能在六個(gè)不同方向控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，最大行走速度0.1m/s。通常如果有三個(gè)腳與地面接觸，機(jī)器人便能以一種平穩(wěn)的姿態(tài)行走，六腳中的每一個(gè)腳都有三個(gè)自由度，一個(gè)直線氣缸把腳提起、放下，一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)控制腳伸展、退回，另一個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)則負(fù)責(zé)圍繞腳的軸心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)氣缸都裝備了調(diào)節(jié)速度用的單向節(jié)流閥，使機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持平穩(wěn)，即在無(wú)級(jí)調(diào)速狀態(tài)下工作?？刂茪飧椎拈y內(nèi)置在機(jī)器人體內(nèi)，由FPC101-B可編程控制器控制。當(dāng)接通電源時(shí)，氣動(dòng)閥被切換到工作狀態(tài)位置，當(dāng)關(guān)閉電源時(shí)，他們便回到初始位置。此外，操作者能在任何一點(diǎn)上停止機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，如果機(jī)器人的傳感器在它的有效范圍內(nèi)檢測(cè)到障礙物，機(jī)器人也會(huì)自動(dòng)停止[13]。
由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動(dòng)攀墻機(jī)器人，它能在兩個(gè)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(jī)器人軸心的圓周邊上裝備著等距離(根據(jù)步距設(shè)置)的吸盤(pán)和氣缸，一組吸盤(pán)吸力與另一組吸盤(pán)吸力的交替交換，類似腳踏似的運(yùn)動(dòng)方式，使機(jī)器人產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這種攀墻式機(jī)器人可被用于工具搬運(yùn)或執(zhí)行多種操作，如在核能發(fā)電站、高層建筑物氣動(dòng)機(jī)械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究或船舶上進(jìn)行清掃、檢驗(yàn)和安裝工作。機(jī)器人用遙控方式進(jìn)行半自動(dòng)操作，操作者只需輸入運(yùn)行的目標(biāo)距離，然后計(jì)算機(jī)便能自動(dòng)計(jì)算出必要的單步運(yùn)行。操作者可對(duì)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控[7]。
國(guó)外的設(shè)計(jì)人員對(duì)于機(jī)械手的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)非常成熟。Wright等人分析比較了機(jī)械手與人手抓取系統(tǒng)，并把機(jī)械手分成與機(jī)器人手臂和控制系統(tǒng)相兼容、安全抓取和握持對(duì)象、準(zhǔn)確的完成復(fù)雜性任務(wù)三種類別。許多工廠的機(jī)械手的例子和機(jī)械手設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針也被描述進(jìn)去了。Pham等人總結(jié)了機(jī)械手在不同應(yīng)用環(huán)境下設(shè)計(jì)方案應(yīng)該如何選擇。在他們的研究中，影響機(jī)械手如何選擇的變量如下：（a）成分，（b）任務(wù),(c)環(huán)境，（d）機(jī)械臂和控制條件?！俺煞帧边@個(gè)變量包括幾何、形狀、重量、表面質(zhì)量和溫度[5]，這些因素都需要考慮好。對(duì)于可重構(gòu)系統(tǒng)，他們以形狀和大小為標(biāo)準(zhǔn)又把這個(gè)變量分成了其他家族。對(duì)于“任務(wù)”這個(gè)變量，除了機(jī)械手的類型、不同組成部分的數(shù)量、準(zhǔn)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(dòng)和放置都要考慮。在合適的地方設(shè)計(jì)核實(shí)的機(jī)械手，必須考慮所有的因素，而且驗(yàn)證性的測(cè)試必須要多做。為了減少疲勞效應(yīng)，pham等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于選擇機(jī)械手的專家系統(tǒng)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)氣動(dòng)機(jī)械手情況
我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，氣動(dòng)行業(yè)發(fā)展很快。1986年至2003年間，氣動(dòng)元件產(chǎn)值的年第增率達(dá)24.2，高于中國(guó)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率10的水平。雖然市場(chǎng)和應(yīng)用發(fā)展迅速，但是我國(guó)的氣動(dòng)技術(shù)與歐美、日本等國(guó)相比，還存在著相當(dāng)大的差距。我國(guó)在氣動(dòng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)的方面，缺乏先進(jìn)的儀器與設(shè)備，研究開(kāi)發(fā)手段落后，技術(shù)力量差，每年問(wèn)世的新產(chǎn)品數(shù)量極其有限。在許多開(kāi)發(fā)與研究領(lǐng)域還是空白，因此必須跟蹤國(guó)外氣動(dòng)技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向，以減小差距，提高我國(guó)氣動(dòng)技術(shù)的水平[8]。
2 發(fā)展趨勢(shì)
2.1 重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的, 因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定[15] 。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展, 以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)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(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的氣動(dòng)機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動(dòng)機(jī)械手比組合
導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)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(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。由于模塊化氣動(dòng)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)部件采用了特殊設(shè)計(jì)的
滾珠軸承, 使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要特點(diǎn)。模塊化氣動(dòng)機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是氣動(dòng)機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。智能閥島的出現(xiàn)對(duì)提高模塊化氣動(dòng)機(jī)械手和氣動(dòng)機(jī)器人的性能起到了十分重要的支持作用。因?yàn)橹悄荛y島本來(lái)就是模塊化的設(shè)備, 特別是緊湊型CP 閥島, 它對(duì)分散上的集中控制起了十分重要的作用, 特別對(duì)機(jī)械手中的移動(dòng)模塊。
2.3 無(wú)給油化
為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無(wú)污染要求, 不加潤(rùn)滑脂的不供油潤(rùn)滑元件已經(jīng)問(wèn)世。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步, 新型材料(如燒結(jié)金屬石墨材料) 的出現(xiàn), 構(gòu)造特殊、用自潤(rùn)滑材料制造的無(wú)潤(rùn)滑元件, 不僅節(jié)省潤(rùn)滑油、不污染環(huán)境, 而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)[16]。
2.4 機(jī)電氣一體化
由“可編程序控制器- 傳感器- 氣動(dòng)元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動(dòng)元件, 使氣動(dòng)技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡(jiǎn)單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
而今, 電磁閥的線圈功率越來(lái)越小, 而PLC 的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制越來(lái)越離不開(kāi)PLC, 而閥島技術(shù)的發(fā)展, 又使PLC 在氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)控制中變得更加得心應(yīng)手[17-22]。
3 研究的基本內(nèi)容
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括：
3.1 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的抓取系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)和連接系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括抓取部件、翻轉(zhuǎn)部件及連接部件和氣動(dòng)執(zhí)行部件。根據(jù)氣動(dòng)執(zhí)行部件來(lái)驅(qū)動(dòng)抓取部件中的齒條運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪、齒條一起運(yùn)動(dòng)，最終造成兩個(gè)齒條的相互運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)外部的抓取功能。然后通過(guò)連接部件實(shí)現(xiàn)兩根軸在同一條線上的不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)翻轉(zhuǎn)部件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)抓取物件同時(shí)翻轉(zhuǎn)的功能。
下面是可能方案一：
下面是可能方案2：
3.2 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維建模、裝配
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手各部分的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Pro/Engineer軟件建立三維模型，進(jìn)行裝配分析，進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分別對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模，再裝配分析是否出現(xiàn)尺寸大小不配套還有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死等問(wèn)題，如果有的話必須調(diào)整方案或數(shù)據(jù)。最后通過(guò)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)最后的裝配。裝配完后進(jìn)行投影二維圖紙并標(biāo)注，某些重要的零部件要進(jìn)行剖視處理。最后得到較好的裝配圖、二維圖紙和三維圖紙。
3.3 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
通過(guò)建立的三維模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，分抓取系統(tǒng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和連接系統(tǒng)三個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)要看能不能運(yùn)動(dòng)的起來(lái)，確保氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和氣動(dòng)的功能。
4 研究思路方案、可行性分析及預(yù)期成果
本設(shè)計(jì)論文擬采用理論分析與三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)的方法，在前人的基礎(chǔ)上，通過(guò)三維Pro/E環(huán)境完成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)仿真，并對(duì)其進(jìn)行初步的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
4.1 研究思路方案
具體思路方案包含以下三個(gè)方面：
4.1.1 根據(jù)抓取物件大小與形狀對(duì)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
包括整體移動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、抓取系統(tǒng)、連接及可翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，基于以上理論可進(jìn)行對(duì)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)原理分析。
4.1.2 氣動(dòng)機(jī)械手Pro/ E三維建模、裝配
目前,隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的不斷發(fā)展,三維造型軟件功能不斷完善,傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)正逐漸被三維實(shí)體設(shè)計(jì)所代替。
Pro /Engineer是美國(guó)PTC公司于1988年開(kāi)發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化的三維實(shí)體模型(3DS)設(shè)計(jì)軟件,它不僅具有CAD 的強(qiáng)大功能,同時(shí)還具有CAE 和CAM 的功能,廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、加工制造及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理等領(lǐng)域。而且能同時(shí)支持針對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行同步設(shè)計(jì),具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)、全相關(guān)性、以特征為基礎(chǔ)的參數(shù)式模型和尺寸參數(shù)化等優(yōu)點(diǎn)。采用三維CAD 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,是和實(shí)物完全相同的數(shù)字產(chǎn)品,零部件之間的干涉一目了然,Pro/Engineer 軟件能計(jì)算零部件之間的干涉和體積,把錯(cuò)誤消滅在設(shè)計(jì)階段[9]。
運(yùn)用Pro/ E三維設(shè)計(jì)平臺(tái),通過(guò)對(duì)特征工具的操作,避免高級(jí)語(yǔ)言的復(fù)雜編程,所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手,便于研究人員通過(guò)對(duì)界面特征工具的操作,生成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手實(shí)體模型，甚至輸出所需要的工程圖及相關(guān)分析數(shù)據(jù)。這樣既可輔助研究人員完成其設(shè)計(jì)構(gòu)思、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率和精度、改善視覺(jué)的立體效果,并可有效地縮短研制周期,提高設(shè)計(jì)制造的成功率;也為后續(xù)的3D運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析奠定了基礎(chǔ)。
4.1.3 氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手Pro/ E運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析
運(yùn)動(dòng)仿真是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容, 在Pro /E的Mechanism模塊中,通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其運(yùn)動(dòng)起來(lái),來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)仿真技術(shù)可以在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)后, 對(duì)各種零件進(jìn)行裝配后模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng), 從而檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求, 可以檢查機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中各種運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間是否發(fā)生干涉，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)軌跡校核。同時(shí), 可直接分析各運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件在某一時(shí)刻的位置、運(yùn)動(dòng)量以及各運(yùn)動(dòng)副之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系及關(guān)鍵部件的受力情況。在Pro /E環(huán)境下進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析,不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模、也不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程,而是以實(shí)體模型為基礎(chǔ),集設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析于一體,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析的參數(shù)化和全相關(guān),反映機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以PTC公司的三維建模軟件Pro/E及其中的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真功能建立氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真模型。首先在Pro/E中建立氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的三維CAD模型，然后完成氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的裝配，設(shè)置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的初始位置，添加驅(qū)動(dòng)和約束，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。在整個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)建立模型等前續(xù)工作進(jìn)行不斷的修改和完善，才能生成所要求的氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的仿真模型。
4.2 可行性分析
抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究是機(jī)械手方面研究的基礎(chǔ)。因此，對(duì)具有理想結(jié)構(gòu)的抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、控制理論、信息集成等方面的研究是最有效也是最有意義的。因此,要進(jìn)行抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，從幾何、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)關(guān)系等不同角度對(duì)機(jī)械手進(jìn)行研究, 使機(jī)械手能比較完美的在抓取和翻轉(zhuǎn)物體。在前人研究工作基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)論文進(jìn)行氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手設(shè)計(jì)與仿真，在基本原理上是可行的。
本設(shè)計(jì)的工作主要涉及力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，以及Pro/ E設(shè)計(jì)工具，本人已學(xué)習(xí)了這些相關(guān)課程，并取得了較好的成績(jī)，掌握了本設(shè)計(jì)所需的基本知識(shí)。
指導(dǎo)老師在氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的相關(guān)研究方面具有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的研究方法思路經(jīng)過(guò)深思熟慮，切實(shí)可行，能夠確保畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成并取得預(yù)期的研究成果。
4.3 預(yù)期研究成果
設(shè)計(jì)出氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手，完成三維建模和二維圖紙，并對(duì)其中一些零部件進(jìn)行剖視建模和仿真。通過(guò)仿真分析，保證設(shè)計(jì)能較好的滿足設(shè)計(jì)要求。
5 研究工作計(jì)劃
表1 研究工作計(jì)劃
起止時(shí)間
內(nèi)容
2012.11.15~2012.12.10
調(diào)研、信息匯總，文獻(xiàn)查閱分析
2012.12.10~2012.12.31
外文翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告，并熟悉理論力學(xué)、機(jī)械原理等相關(guān)知識(shí)
2013.01.01~2013.01.10
提交開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述及外文翻譯
2013.01.11~2013.01.20
開(kāi)題答辯
2013.01.21~2013.03.01
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的整體方案設(shè)計(jì)
2013.03.02~2013.03.28
氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手抓取和翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零部件設(shè)計(jì)
2013.03.29~2013.04.11
三維CAD建模、裝配、三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析仿真
2013.04.12~2013.04.24
結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)及畢業(yè)論文撰寫(xiě)
2013.04.25~2013.05.02
完成并提交畢業(yè)論文
2013.05.03~2013.05.10
整理材料準(zhǔn)備答辯
參考文獻(xiàn)
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