汽车发动机曲轴止推片外观检测系统设计开题报告.docx

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汽车发动机曲轴止推片外观检测系统设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

1课题的来源、意义

1.1课题来源

临安东方滑动轴承有限公司（原浙江省临安止推片总厂）是中国内燃机工业协会理事单位，曲轴止推片国家标准起草单位。

公司创建于1982年，生产农机、汽车、制冷、工矿等四大类1000余个机型的滑动轴承和垫片、侧片。

为中国一汽集团、东风汽车公司、中国重型汽车集团、微型车等48家主机厂配套。

优质的产品，优惠的价格，优良的服务使公司赢得了国内90％的市场份额，并出口东南亚、欧洲、非洲、中东等国。

目前对曲轴止推片外观的检测主要依靠人工检测，这种检测方法成本高，效率低，不能满足大批量产品检测的需求，为了解决产品大量检测速度慢的矛盾。

1.2课题意义

本课题的目标是通过对机械电子工程专业大学本科四年的所学知识进行整合，为临安东方滑动轴承有限曲轴止推片外观检测研发了专用设备，能够大大提高检测的效率，能够比较好地体机械电子工程专业学生的理论研究水平，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。

2文献综述（国内外研究现状与发展趋势）

自动分拣系统（AutomatedSortingSystem）是二次大战后在美国，日本等发达国家的物流中心，配送中心或流通中心所必须得设施条件之一。

该系统的作用过程可以简单描述如下：

物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点等参数进行快速准确的分类，并将这些商品运送到指定地点（如制定的货架、加工区域、出货站台等）；同时，当供应商或货主通知物流中心按配送知识发货是，自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货架存储系统或其他指定地点中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，江从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。

机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，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。

目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：

A．机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。

B．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

C．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。

D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发；

E．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。

总的来说，大体是两个方向：

其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要采用性价比高的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。

3研究的内容

3.1执行机构

机械手的执行机构分为手部、手臂、躯干；

1、手部

手部安装在手臂的前端。

手臂的内孔中装有传动轴，可把运用传给手腕，以转动、伸曲手腕、开闭手指。

机械手手部的构造系模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节3种。

手指的数量又可分为二指、三指、四指等，其中以二指用的最多。

可根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和大小的夹头以适应操作的需要。

所谓没有手指的手部，一般都是指真空吸盘或磁性吸盘。

2、手臂

手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需的位置上。

为了使机械手能够正确地工作，手臂的3个自由度都要精确地定位。

3、躯干躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的支架

3.2驱动机构

机械手所用的驱动机构主要有4种：

液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。

其中以液压驱动、气压驱动用得最多。

1、液压驱动式

液压驱动式机械手通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械手执行机构进行工作。

通常它的具有很大的抓举能力（高达几百千克以上），其特点是结构紧凑、动作平稳、耐冲击、耐震动、防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。

2、气压驱动式

其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便、动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。

但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。

3、电气驱动式电力驱动是机械手使用得最多的一种驱动方式。

其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400kg），信号检测、传动、处理方便，并可采用多种灵活的控制方案。

驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机（AC）为主要的驱动方式。

由于电机速度高，通常须采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋传动和多杆机构等）。

有此机械手已开始采用无减速机构的大转矩、低转速电机进行直接驱动（DD）这既可使机构简化，又可提高控制精度。

4、机械驱动式

机械驱动只用于动作固定的场合。

一般用凸轮连杆机构来实现规定的动作。

其特点是动作确实可靠，工作速度高，成本低，但不易于调整。

其他还有采用混合驱动，即液-气或电-液混合驱动,目前采用的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式。

根据设计要求选择最优的驱动系统。

3.3控制系统

机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度、加减速度等。

机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种。

控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。

它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。

分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等。

这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合，即连续控制的情况下使用。

其中插销板使用于需要迅速改变程序的场合。

换一种程序只需抽换一种插销板限可，而同一插件又可以反复使用；穿孔带容纳的程序长度可不受限制，但如果发生错误时就要全部更换；穿孔卡的信息容量有限，但便于更换、保存，可重复使用；磁蕊和磁鼓仅适用于存储容量较大的场合。

至于选择哪一种控制元件，则根据动作的复杂程序和精确程序来确定。

对动作复杂的机械手，采用求教再现型控制系统。

更复杂的机械手采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。

控制系统以插销板用的最多，其次是凸轮转鼓。

它装有许多凸轮，每一个凸轮分配给一个运动轴，转鼓运动一周便完成一个循环。

3.4自动检测传送系统

根据质检传感器的检测结果，按一定的规则（如商品品种、送达地点或按主的类别）对产品进行自动分类，从而决定产品的流向。

4研究方案

4.1拟定方案

1.产品规格：

a）材料：

⑴双金属复合材料卷带（铝合金层和钢背结合）

b）铝合金硬度HB30~40，钢背硬度HB160~220

c）双金属粉末烧结卷带（铜粉和钢背结合）铜层硬度HB40~60，钢背硬度HB85~100

2.产品尺寸：

a）外径Φ60~Φ120毫米（半圆型），单边宽度6~10毫米

b）总厚度2.5~3.5毫米

3.技术要求：

A.实现全自动数最终成品检验，检测项目：

壁厚、外观有无严重划伤、漏工序等

B.不合格品自动剔除，收集

C.每班（8小时）检测速度25000件

D.产品厚度采用激光检测

E.外观采用相机检测

F.采用机械手上下料

G.检测平台采用输送带

工作原理：

机械手将以生产好的产品夹取放在运输带上，第一个传感器检测是否产品厚度合格，第二个传感器检测工序和表面师傅合格，厚度偏厚产品由第一通道推出，工序漏加工产品从第二通道推出，其余不合格产品由第三通道推出，合格产品沿传送带至终点从第四通道流出，实现了产品表面不合格厚度不合格和合格产品

4.2上下料机械手的拟定方案

4.2.1机械手的座标型式和自由度

工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。

考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。

该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和手臂的直线移动和手臂夹紧。

综合考虑，机械手自由度数目取为2，坐标形式选择圆柱坐标形式，即两个移动自由度，其特点是:

结构比较简单,手臂运动范围大,且有较高的定位准确度

图4-2圆柱式坐标机械手

4.2.2机械手各执行机构的设计

（1）手部就是用来握持工件或工具的部分。

由于被握持的工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部机构也是多种多样。

本课题中的产品应选用气吸式手部：

;

图4-3末端执行手爪结构图

（2）机械手臂部设计

本机械手的手臂有往复的直线运动，不需要很大的行程，考虑到结构的简单性和设计的经济性，选用缸体固定活塞杆运动的双作用单活塞杆气缸。

如图4-4所示

（3）机座

本机械手的手臂有往复的直线运动，不需要很大的行程，考虑到结构的简单性和设计的经济性，选用步进电机直接驱动机械手臂，让它沿着固定轨道远动

4.2.3设计出机械手的驱动系统

驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。

通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计选择气压驱动的方式。

内容包括气动元件的选择及其工作原理、气动回路的设计和气动原理图的绘制

控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。

本机械手采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制，主要包括对PLC的型号选择、传感器类型进行选择、I/O口的选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容

4.2.4自动检测系统

自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。

图4-5分拣系统

根据设计的要求，本课题采用气缸侧推式分类机构。

机械手将以生产好的产品夹取放在运输带上，第一个传感器检测是表面检测，不合格则气缸把不合格产品从道口一推下，合格产品继续被运输至第二个传感器，第二个传感器进行产品厚度合格，如果不合格则气缸把不合格产品从第二个道口推下，合格产品直接从第三个道口流出，实现了产品表面不合格厚度不合格和合格产品的分检。

4.3机械手手部的选择

4.3.1夹钳式取料手

4.3.2吸附式取料手

由于本产品对表面有要求，为避免表面受到来自取料手的损坏，但考虑成本问题，故选择气流负压式取料手。

4.4动力原件的选择

4.4.1机械手臂动力选择：

考虑到检测产品的速度与产品的质量，机械手臂的动力系统为气动。

4.4.2传输带动力选择：

由于要求较快，速度要求平缓，其动力系统选择为电动机带传动。

4.4.3推动装置动力选择：

根据产品的各项要求，综合机械手臂的动力系统，为了提高资源利用率以及对产品检测的效率，其动力系统为气动。

4.5输送带的选择

考虑到被测物品外形及检测速度，加上尼龙输送带的特性（带体薄，强度高，耐冲击，性能好，层间粘合强度大，屈挠性优异使用寿命长等特点。

）初步决定选择为尼龙输送带，

5.论文框架

（1）绪论

（2）曲轴止推片外观检测系统的总体设计

（3）机械手系统设计

（4）运输分拣系统的设计

（5）控制系统的设计

（6）结论

6.进度计划

201311.30-2013.12.31明确设计任务，收集相关资料

201401.01-2014.03.01拟订功能实现原理,拟订总体设计方案

2014.03.01-2014.03.30机械结构设计,绘制总装图,主要零部件设计计算，

2014.04.01-2014.04.30绘制零件图,电气控制系统设计,绘制电气原理图

2014.05.01-2014.05.14撰写设计计算说明书

2014.05.15-2014.05.24修改及答辩

参考文献

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指导教师意见

程明同学拿到论文题目后能够认真查找相关文献，并到现场进行参观学习，也经常与指导老师联系，相互沟通该怎么做这个题目，及时对开题报告进行修改。

该同学表现较为认真，态度端正。

该同学能够对所设计题目有正确的理解，独立完成了“汽车发动机曲轴止推片外观检测系统的设计”的整体方案的工作，并完成了开题报告。

开题报告内容充实、结构完整、格式符合标准，同意该同学按时开题。

指导教师签名：

年月日