1、 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 开 题 报 告 1 1 选题的背景和意义 工厂金工车间的切屑垃圾多，目前用铲子清理垃圾，操作困难，费力，有时还会 划伤操作者，有一定的安全隐患；在乡村河道中，污物多为水草、青苔、树枝、树叶、 木材以及泥沙等；在沿海，污物多为海草、贝壳及海生物等；另外，有医疗垃圾、建 筑垃圾、生活垃圾等；这些垃圾污染环境，清理困难，为改变这一现状，设计了清理 垃圾机械手，用以抓垃圾，运垃圾，卸垃圾，实现清理垃圾机械化。该机械手既减轻 操作者的劳动负荷，又提高了生产效率，有较大的应用推广价值1。 1.1 选题的背景 机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬
2、运物件或 操作工具的自动操作装置。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。随着 我国经济的腾飞，国家在工业方面也得到了迅猛发展，机械手作为工业生产中非常重 要的一种工具，对其技术的不断突破也变得日趋重要，目前，机械手的种类大至可按 驱动方式分为液压式、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 3。 用机械手作为垃圾清理的对象既可以节约人力， 而且对
3、工人的安全也起到了一定 的保障作用，而且对于生产效率也有一定程度的提高。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1954 年，被称为“机器人之父”的美国科学家 George Devol取得了附有重放必 然结果。1970 年，机器入学界早期的改革家之一，Victor Schenman 在斯坦福大学演 示了一种计算机控制的机械手，这就是非常著名的斯坦福机械手。 70 年代以后，机械手和以机械手为核心的自动化设备在工业发达国家，尤其在 日本，有了广泛的应用。由机械手与其它设备组成的生产线极大的提高了企业的劳动 生产率，提高和稳定了产品质量，大大缩短了产品更新换代的周期。 80 年代，人们为了让机器人技术
4、向各行各业扩展、应用，于是有了用于社会服 务、海洋开发、宇宙窄间、地下采矿、军事作战、救灾抢险等领域的机器人。 到了上世纪 90 年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展和 它们之间的相互整合，机械手技术得到了飞速发展。现代控制理论使得机械手控制系 统的性能进一步提高3。 2 近年来，随着人类活动领域的进一步扩大，人们对非制造业用机械手的研究空前 活跃起来。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性， 因而对机械手的要求更高， 需要机械手具有对外感知能力以及局部的自主规划能力等 5。核工业用机械手，国外的研究主要集中在机构灵巧，动作准确可靠、反应快、重 量轻、
5、刚度好、便于装卸与维修的高性能伺服手。目前，机械手技术发达的国家都在 竞相开发地下机械手、医用机械手、建筑用机械手、军用机械手、平面机械手7，并 已经取得了一些卓有成效的结果。 2 研究的基本内容 （1）轻型垃圾车机械手的整体结构设计； （2）机械手传动结构的设计； （3）机械手运动的设计； （4）机械手主要部件的运动仿真； 2.1 基本框架 （1）分析运动方式：确定合适的机械手运动方式。 （2）确立原理方案：以机械设计和机械原理为基础确立合适的原理方案。 （3）总体结构方案：总体设计满足功能要求的运动方式和运动范围。 （4）设计计算：包括机械手的连杆等的计算、各部位的受力分析以及轻型垃圾 车
6、各部件尺寸的计算。 （5） 动态仿真： 用 UG 画出整机的三维装配图， 再对主要运动部件进行运动仿真。 2.2 研究的重点和难点 （1）垃圾车整体的平衡。 （2）合理设计机械手的传动方式和运动方式。 （3）机械手抓物体时的受力情况的计算。 2.3 拟解决的关键问题 （1）机械手的设计应该满足上下运动、旋转运动、前后移动、手爪的张合等运 动功能。 （2）设计中尽量避免机构中过多的磨损。 （3）采用合适的材料，对于整体结构控制在一定的长宽高范围内，以减轻机械 手的自重。 3 （4）机械手有足够的力夹起垃圾，对于大型的垃圾有足够拉力拉起垃圾。 （5）利用运动仿真还原机械手的工作情况。 3 研究的方案及措施 3.1 轻型垃圾车机械手的总体方案 该方案结构图中包括 1 万向轮，2 手拉杆，3 车厢，4 拉杆，5 升降液压缸，6 摇杆，7 机械手，8 转盘等组成。主体运动靠 8 转盘，4 拉杆，6 摇杆在两个 5 升降 液压缸的作用下带动，完成机械手的上下、左右、前后、升降运动。依靠 8 转盘的各 方向自由运动带动各部件灵活转向与定位，完成左右、前后运动。升降液压缸 5
