輕型垃圾清理機械手設計與運動仿真開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　　開 題 報 告</b></p><p>　　1 選題的背景和意義</p><p>　　工廠金工車間的切屑垃圾多，目前用鏟子清理垃圾，操作困難，費力，有時還會劃傷操作者，有一定的安全隱患；在鄉(xiāng)村河道中，污物多為水草、青苔、樹枝、樹葉、木材以及

2、泥沙等；在沿海，污物多為海草、貝殼及海生物等；另外，有醫(yī)療垃圾、建筑垃圾、生活垃圾等；這些垃圾污染環(huán)境，清理困難，為改變這一現(xiàn)狀，設計了清理垃圾機械手，用以抓垃圾，運垃圾，卸垃圾，實現(xiàn)清理垃圾機械化。該機械手既減輕操作者的勞動負荷，又提高了生產(chǎn)效率，有較大的應用推廣價值[1]。</p><p><b>　　1.1 選題的背景</b></p><p>　　機械手是指能模

3、仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，國家在工業(yè)方面也得到了迅猛發(fā)展，機械手作為工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的一種工具，對其技術的不斷突破也變得日趨重要，目前，機械手的種類大至可按驅(qū)動方式分為液

4、壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等[3]。</p><p>　　用機械手作為垃圾清理的對象既可以節(jié)約人力，而且對工人的安全也起到了一定的保障作用，而且對于生產(chǎn)效率也有一定程度的提高。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1954年

5、，被稱為“機器人之父”的美國科學家George Devol取得了附有重放必然結果。1970年，機器入學界早期的改革家之一，Victor Schenman在斯坦福大學演示了一種計算機控制的機械手，這就是非常著名的斯坦福機械手。</p><p>　　70年代以后，機械手和以機械手為核心的自動化設備在工業(yè)發(fā)達國家，尤其在日本，有了廣泛的應用。由機械手與其它設備組成的生產(chǎn)線極大的提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)

6、量，大大縮短了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。</p><p>　　80年代，人們?yōu)榱俗寵C器人技術向各行各業(yè)擴展、應用，于是有了用于社會服務、海洋開發(fā)、宇宙窄間、地下采礦、軍事作戰(zhàn)、救災搶險等領域的機器人。</p><p>　　到了上世紀90年代，隨著計算機技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等的快速發(fā)展和它們之間的相互整合，機械手技術得到了飛速發(fā)展。現(xiàn)代控制理論使得機械手控制系統(tǒng)的性能進一步提高[3]。<

7、;/p><p>　　近年來，隨著人類活動領域的進一步擴大，人們對非制造業(yè)用機械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結構化和不確定性，因而對機械手的要求更高，需要機械手具有對外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等[5]。核工業(yè)用機械手，國外的研究主要集中在機構靈巧，動作準確可靠、反應快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手。目前，機械手技術發(fā)達的國家都在競相開發(fā)地下機械手、醫(yī)用機械手

8、、建筑用機械手、軍用機械手、平面機械手[7]，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結果。</p><p><b>　　2 研究的基本內(nèi)容</b></p><p>　　（1）輕型垃圾車機械手的整體結構設計；</p><p>　　（2）機械手傳動結構的設計；</p><p>　?。?）機械手運動的設計；</p><

9、p>　?。?）機械手主要部件的運動仿真；</p><p><b>　　2.1 基本框架</b></p><p>　?。?）分析運動方式：確定合適的機械手運動方式。</p><p>　?。?）確立原理方案：以機械設計和機械原理為基礎確立合適的原理方案。</p><p>　?。?）總體結構方案：總體設計滿足功能要求的運

10、動方式和運動范圍。</p><p>　　（4）設計計算：包括機械手的連桿等的計算、各部位的受力分析以及輕型垃圾車各部件尺寸的計算。</p><p>　?。?）動態(tài)仿真：用UG畫出整機的三維裝配圖，再對主要運動部件進行運動仿真。</p><p>　　2.2 研究的重點和難點</p><p>　?。?）垃圾車整體的平衡。</p>&

11、lt;p>　　（2）合理設計機械手的傳動方式和運動方式。</p><p>　?。?）機械手抓物體時的受力情況的計算。</p><p>　　2.3 擬解決的關鍵問題</p><p>　?。?）機械手的設計應該滿足上下運動、旋轉運動、前后移動、手爪的張合等運動功能。</p><p>　?。?）設計中盡量避免機構中過多的磨損。</p&g

12、t;<p>　　（3）采用合適的材料，對于整體結構控制在一定的長寬高范圍內(nèi)，以減輕機械手的自重。</p><p>　?。?）機械手有足夠的力夾起垃圾，對于大型的垃圾有足夠拉力拉起垃圾。</p><p>　　（5）利用運動仿真還原機械手的工作情況。</p><p>　　3 研究的方案及措施</p><p>　　3.1輕型垃圾車機械

13、手的總體方案</p><p>　　該方案結構圖中包括1 萬向輪，2 手拉桿，3 車廂，4 拉桿，5 升降液壓缸，6搖桿，7機械手，8轉盤等組成。主體運動靠8 轉盤，4 拉桿，6 搖桿在兩個5升降液壓缸的作用下帶動，完成機械手的上下、左右、前后、升降運動。依靠8轉盤的各方向自由運動帶動各部件靈活轉向與定位，完成左右、前后運動。升降液壓缸5將搖桿6帶動來控制機械手的上下、升降運動。垃圾車的運動主要靠底座下面安裝4個滾

14、輪，前兩個滾輪9為萬向輪。后兩個滾輪l為固定輪，手拉桿2通過滾輪運動可使機械手手部在水平方向上達到不同位置。</p><p>　　1 固定輪 2 手拉桿 3 手動液壓泵組件 4 立柱 5 升降液壓缸</p><p>　　6搖桿 7機械手 8 轉盤 9萬向輪</p><p><b>　　圖1 機械手原理圖</b></p>

15、<p><b>　　3.2 機械手結構</b></p><p>　　機械手的由1 手爪，2 搖桿，3 機架，4升降液壓缸等組成。機械手的運動靠4 升降液壓缸的工作來工作，升降液壓缸安裝在3機架上，由其內(nèi)部的活塞帶動手爪的運動。而手部要求能實現(xiàn)兩個運動動作，一是手爪l的張開，二是手爪l的閉合；手爪1的張開和閉合是由手部運動鏈來實現(xiàn)的，手部運動鏈是由兩套平面六桿機構組成的組合機構組

16、成，兩套機構都固定于3機架上，手爪1既可通過升降液壓缸帶動運動，也可由機械手上的搖桿上下運動實現(xiàn)抓取和松開。其中平面六桿機構是由1個活塞桿5、2個搖桿2、2個手爪1和機架3構成。當活塞桿直線運動時，通過組合機構，實現(xiàn)四個手爪的張合運動。</p><p>　　1 手爪 2 搖桿 3 機架 4升降液壓缸 5 活塞桿 6 連接板</p><p><b>　　圖2 機械手結構圖

17、</b></p><p><b>　　4 預期成果</b></p><p>　　完成輕型垃圾車機械手設計，包括總體裝配圖、總體圖、零件圖各一套、三維運動仿真圖一套，標準件列表以及設計說明書一份。</p><p>　　5 研究工作進度計劃</p><p>　　2013.11.15～2012.12.31

18、 完成前期準備材料</p><p>　　2014.1.1～2014.3.1 完成總體方案設計</p><p>　　2014.3.2～2014.3.31 完成輕型垃圾車主體結構設計</p><p>　　2014.4.1～2014.4.30 完成傳動結構的設計</p><p>　　2014.5.1

19、～2014.5.15 完成機械手的設計</p><p>　　2014.5.16 ～2014.5.30 完成設計說明書</p><p>　　2012.6.1～2014.6.15 整理各類文件，準備答辯</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王正

20、剛，朱龍英，葛友華等．清理垃圾機械手的設計[J]． 機械設計與制造， 2009， 7： 65-67．</p><p>　　[2] 李忠晚．淺析機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]．管理觀察，2011 (14)：165．</p><p>　　[3] 郭洪武．淺析機械手的應用與發(fā)展趨勢[J]．中國西部科技，2012（10）：3-12．</p><p>　　[4] 一機部情報所．