四自由度气动机械手的设计-开题报告 .pdfVIP

毕业设计（论文）开题报告

1选题背景及其意义

1.1课题来源

本课题来自教师科研课题、教学需求和社会需要，是设计一种性能先进、满足教师

教学、学生实践和模拟工业化生产的，基于单片机控制的四自由度气动机械手。它简化

了结构，增加了可控性，可实现机械手在XY平面的旋转，大小臂的升降、伸缩，手爪

的抓紧和放松等功能，并配合物料台的自动送料，实现水平面定点取物和放物的功能，

具有结构简单、操作方便、可靠性高等特点，为机电一体化教学提供了很好的范例，为

工业化生产提供实用的机械手系统。

1.2课题目的

机器人技术是一种利用电子技术、信息技术使机械系统实现柔性化和智能化的自动

化技术，在工科高校的本科教育和研究生培养中，占有举足轻重的地位，对于提高学生

的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义。机械手能模仿人手和臂的某些动作功

能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人在生产中

位置，提高自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、能在有害环

境（高温高压，低温低压，有毒气体、放射性等）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。

在工业生产线中，机械手臂具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个

重要组成部分。它的基本作用是从指定位置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装

配。机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品的质量和生产效率。

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，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。

目前我过的工业机器人技术及其应用水平与国外相比，还是有着一定的差距，应

用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，

从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

四自由度气动机械手的设计，是通过对机械电子工程、机电一体化专业的本科四年

所学的知识的一个整合，能够比较好的体现机电一体化专业毕业生的理论研究水平，实

践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论

和实践的有机结合。

1.3课题意义

四自由度气功机械手由机械手（机械本体）、控制器（单片机）、伺服驱动系统构成，

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是一种自动控制、可重复编程、完成各种上下料作业的机电一体化自动化生产设备。气

动机械手作为机械手的一种，具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和

不污染环境等优点而被广泛应用，特别适合于多工序、变工件的柔性生产。它对稳定、

提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作

用。

四自由度气动机械手是综合了单片机、控制论、机构学、电子电气学等多学科而形

成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛。目前，在国内很多工厂的生产线

上数控机床装卸工件仍由工人完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工

作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产，针对

具体生产工艺，利用机器人技术，设计一台自动上下料机械手，它可自动地为机床抓取

工件，取代操作人员频繁取料，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高工作

效率和生产力。

由此可见，气动机械手对于现代工业技术和普通应用方面有着重要的意义，可以迅

速提高生产力水平和生产效率，减少人力资源和时间的消耗，大大增加了工业生产的效

益，同时也便于工人无法涉及的地方，条件受限制的领域，比如空间狭小、温度过低或

过高、障碍物较多的地方，完成预想的目的。

2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）

我国工业机械手的研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70

年代，1972年我国第一台机械手在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机

械手。从第七个五年计划（1986～1990年）开始，我国政府大大加大了对工业机器人

的重视程度，并且为此项目投入大量的资金，在众多学者及研究人员的参与下，研究开

发并且制造了一系列的工业机器人，其中有由北京机械自