开题报告-数控机床自动上下料桁架机械手设计.doc

毕业设计（论文）开题报告 院（部）： （学生填表） 课题名称 数控机床自动上下料直臂机械手设计 学生姓名 学号 班级 指导教师 职称 学位 课题类型 □设计 □论文 课题来源 □科研□实验□工程□社会□其它 1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 选题背景意义 目前，我国的数控加工领域处于迅速发展阶段，国内许多机械加工企业，仍采用人 工手动上下料的方式进行机械加工。然而随着科学技术发展，在制造业中，逐渐寻求更 高加工精度、更快的加工速度的制造方式。因此许多企业逐渐应用自动上下料机械手与数控车 床（或数控加工中心等）组合最终形成自动化生产线，实现加工过程（上料、加工、下料） 的自动化、无人化，通过运用自动化来辅助数控机床提高生产效率。自动上下料机械手与数控 车床相结合成为数控车床自动上下料机械手上下料系统，不但使作业者摆脫繁重及重复的体力 劳动，而且可以减少加工的准备和辅助时间，大大提高生产效率；同时其节能环保、适 应性强的卓越优点，使其对制造业的飞速发展担负重要作用。 在科技日益精进的过程中，机器人展示出了巨大的应用潜力，它也因此受到了各国 政府的广泛关注。我国将机器人技术纳入到863等多个国家级项目中。2014年，中德两 国公布了《中德合作行动纲要》，揭开了两国合作的新序幕。此后不久，《中国制造2025》 纲领面世，国内机器人和自动化工厂迎来新的发展阶段⑵。2015年，李克强在出席两会 时公布了“中国制造2025计划”⑶；这一计划对制造业的发展进行了全面的部署，提出 了八项举措，其中包括了智能制造工程、工业强基工程、质量与品牌提升计划、绿色制 造工程、高端设备创新工程等。“智造”会是未来制造企业的发展方向，这一点已经取 得了企业的共识；比如富士康早已实施“机器换人”策略。桁架式机器人凭借其结构简 单、活动范围广、控制简单、精度高等优势，在智能工厂中得到了广泛的应用。制造企 业对机器人的需求日益旺盛，再加上政府的大力支持，更多的品牌开始投入到机器人这 一产业中来，建造了大量的自动上下料机械手工厂。 国内的自动上下料机械手的发展较晚，多数企业其起步阶段是对欧美、日本等工业发达国 家现有的自动化系统的局部改进。鉴于自动上下料机械手系统具有“生产效率高效”、“人力 成本节约”、“适合批量生产”等优势，以及它在制造系统中至关重要的作用。我国自 动化产业急需加大投入，进行桁架自动化的自主研发和推广。从事自动上下料机械手制造的企 业需要不断开发出性能更好、可靠耐用的新型自动上下料机械手系统来满足更大的市场需求。 这就需要不断解决当前国产桁架系统常见的问题，例如：设计多凭借设计者经验，尺寸 性能没有科学以及合理的策划；自动上下料机械手系统结构不合理，存在强度富余或局部强度 低；材料浪费，成本过高，售价过高等。因此，本文对数控车床自动上下料机械手开发设计及系列化进行研究具有重要参考的意义的。 国内外发展现状 国外发展现状 从上世纪50年代二战后开始，工业机器人的研究就在国外诸国展开。 1950年，美国国家实验室米用机械手搬运原料。1970年，德国使用工业机器人进行焊接、起重以及装卸料的作业。1974年，机床制造商辛辛那提公司研发研制出智能工业机器人T3,是世界上第首 台由小型计算机控制的工业机器人。 1978年，美国Unimation公司采用全电机驱动和中央处理器控制技术与机器人技术 相结合推出通用机器人PUMA。1978年，美国麻省理工等共同研发制造采用微机作为控制系统的工业机器人。1980,德国KUKA公司研发出呈Z形手臂的机器人，更加节省占地面积。同期， 在美国内基梅隆大学研发出首台可重构的模块化机械手系统。1981年，美国卡内基梅隆大学设计并制造出一款直驱机器人，和之前的产品相比， 其最显著的创新之处是并未应用减速机减速的方法，所以其运动误差更小，动作的精度 显著提高。1983年，法国Pedene等研发了名为“MAGAL”的工业机器人，用于苹果收割。 1994年，韩国Jang等研制采用伺服电机驱动关节的六自由度机器人用于采摘作业。 以六自由度手臂作为工业机器人的机械手主体，该机器人的各个关节运动由伺服电机驱 动。2010年，日本发那科公司推出R2000iB型学习控制机器人。该产品具备振动控制 功能，因此在移动过程中振动不太明显，能够更快的实现速度的调节，其循环时间仅为 之前产品的95%,该款新机器人智能化水平高，编程操作简单。这种机器人可以在更短 的时间内完成同样的动作，因此能够实现更高的工作效率⑺。 上世纪末到本世纪初期，自动上下料机械手技术随着计算机科学技术的进步而加速前行。 在自动控制理论日益丰富的过程中，机器人控制系统的性能水