搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　題目4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) 名 稱 飛行器動力工程</p><p>　　班 級 學(xué) 號 08033101</p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p&

2、gt;<p>　　填 表 日 期 2012 年 3 月 12 日</p><p><b>　　說 明</b></p><p>　　開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改

3、。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。</p><p>　　一、選題的依據(jù)及意義：</p><p>　　傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人常用于搬運(yùn)、噴漆、焊接和裝配工作。工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機(jī)器代替,這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)度,另一方面可以大大提高勞動生產(chǎn)率。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于

4、搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人逾10萬臺，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成。搬運(yùn)機(jī)器人是近代自動控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項高新技術(shù)，涉及到了

5、力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電器液壓氣壓技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系中的一項重要組成部分。它的優(yōu)點(diǎn)是可以通過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機(jī)器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應(yīng)性。</p><p>　　應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合

6、加工自動線上，目前幾乎都有搬運(yùn)機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。</p><p>　　可見，有效的應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢機(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率,改善勞動條件,減輕工人勞動強(qiáng)度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段,國內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。搬運(yùn)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對

7、未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。</p><p>　　二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：</p><p>　?。?）國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的分類方法有多種, 按其應(yīng)用可分為：工業(yè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人和娛樂機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)械人的是工業(yè)機(jī)器人的一

8、個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，如圖1、圖2的搬運(yùn)機(jī)器人。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　圖1. 搬運(yùn)機(jī)器人 圖2.六自由度機(jī)器人</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手是在機(jī)

9、械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，搬運(yùn)機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展，使得搬運(yùn)機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。搬運(yùn)機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，搬運(yùn)機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用&l

10、t;/p><p>　　國內(nèi)搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢主要可以概括為以下幾點(diǎn)：</p><p>　　①搬運(yùn)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價格不斷下降。</p><p>　　②機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造搬運(yùn)機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配搬運(yùn)機(jī)械手產(chǎn)

11、品問市。 </p><p>　?、郯徇\(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。 </p><p>　　④搬運(yùn)機(jī)械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，搬運(yùn)機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器， </p><p>　　

12、⑤虛擬現(xiàn)實技術(shù)在搬運(yùn)機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱搬運(yùn)機(jī)械手。 </p><p>　?。?）國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動化已成為突出的主題。因此其各種生產(chǎn)流水線以及物流管理中更是多元化的使用著氣動機(jī)械手，如圖3。其中化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機(jī)械工

13、業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，搬運(yùn)機(jī)器人就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。搬運(yùn)機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。國外機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料如圖4，減輕工人的勞動強(qiáng)度。并和機(jī)床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用搬運(yùn)機(jī)械手在流水線進(jìn)行生產(chǎn)更是目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計算機(jī)連在一起，能確定零

14、件的方位達(dá)到準(zhǔn)確搬運(yùn)的目的。</p><p>　　圖3.氣動搬運(yùn)機(jī)械手</p><p>　　圖4.自動上下料機(jī)械手</p><p>　　國外搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的搬運(yùn)機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。視覺功能即在搬運(yùn)機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機(jī)。</p>&l

15、t;p>　　觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。</p><p>　　總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將搬運(yùn)機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。</p><p>　　三、研究內(nèi)容及實驗方

16、案： </p><p><b>　　(1)主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分）和簡單的三維實體造型工作。</p&

17、gt;<p><b>　　(2)主要實驗方案</b></p><p>　?、俑鶕?jù)系統(tǒng)的要求，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式；</p><p>　?、诖_定驅(qū)動系統(tǒng)的類型；</p><p>　?、鄞_定四自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，進(jìn)行力學(xué)校核；</p><p>　　④選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計；<

18、/p><p>　?、堇L制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸；</p><p>　　⑥運(yùn)用三維軟件完成三維實體造型工作。</p><p>　　四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度</p><p>　　(1)本課題研究的目標(biāo)</p><p>　　以4-DOF SCARA機(jī)器人為研究對象，基于三維軟件完成4-DOF SCARA機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計及

19、運(yùn)動模擬。</p><p>　　要求機(jī)器人手爪最大負(fù)載能力是1.0kg</p><p>　　各軸運(yùn)動范圍為：0～360°,0～200°,0～200mm,0～200°</p><p>　　各軸最大運(yùn)動速度≤1.8rad/s</p><p>　　(2)本課題需要解決的問題</p><p>　　

20、完成4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行力學(xué)分析校核確保機(jī)器人工作的可靠性；畫出機(jī)器人的各個零件圖，同時運(yùn)用三維軟件畫出實體圖。</p><p><b>　　(3)主要特色</b></p><p>　　本設(shè)計的特色就是設(shè)計一個小型氣動搬運(yùn)機(jī)器人，應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動，同時又可以

21、提高勞動生產(chǎn)率。</p><p>　　(4)計劃和工作進(jìn)度</p><p>　?、俨殚喯嚓P(guān)資料，外文資料翻譯，撰寫題報告 2.20-3.15 4周</p><p>　?、谙嚓P(guān)外文文獻(xiàn)資料的閱讀與翻譯（6000字符以上） 3.8-3.19 2周</p><p>　?、劭傮w傳動

22、方案設(shè)計 3.22-4.2 2周</p><p>　?、芰悴考慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計 4.7-4.25 2周</p><p>　　⑤零部件的強(qiáng)度計算與校核 4.26-6.5

23、 2周</p><p>　?、拮珜懏厴I(yè)論文 6.7-6.20 3周</p><p>　?、弋厴I(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 2012.06.06～2012.06.23 2周</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)

24、</b></p><p>　　【1】馬光 申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].組合機(jī)床與與自動化加工技術(shù)，2002（3）</p><p>　　【2】曾孔庚.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2006, (06)</p><p>　　【3】杜志俊.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程師, 2002(5)</p>&

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