工業(yè)機器人機械結構設計

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1、河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文開題報告 題目名稱 工業(yè)機器人機械結構設計 一、選題的目的和意義: 工業(yè)機器人在工業(yè)生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè),或 是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè),例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料 制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上,以及在原子能工業(yè)等部門中,完成對人體 有害物料的搬運或工藝操作。廣泛采用工業(yè)機器人,不僅可提高產品的質量與產量, 而且可以保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產率,節(jié)約原材料消 耗以及降低生產成本。因此,研究和設計各種用途的機器人特別是工業(yè)機器人、推 廣機器人的應用是有現(xiàn)實意義的。由于工業(yè)機器人

2、具有一定的通用性和適應性,能 適應多品種中、小批量的生產, 70年代起,常與數字控制機床結合在一起,成為柔性 制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組部分。 二、國內外研究綜述: 20世紀 50年代末,美國在機械手和操作機的基礎上,采用伺服機構和自動控制 等技術,研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置,并將其稱為工業(yè)機器人; 60 年代初,美 國研制成功兩種工業(yè)機器人,并很快地在工業(yè)生產中得到應用; 1969年,美國通 用汽車公司用 21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后,各工業(yè)發(fā) 達國家都很重視研制和應用工業(yè)機器人。我國工業(yè)機器人起步于 70年代初期,經過 20多年的發(fā)展,大致經歷了

3、 3個階段: 70年代的萌芽期, 80年代的開發(fā)期和 90年代 的適用化期。我國工業(yè)機器人經過 20多年的發(fā)展已經初具規(guī)模。目前我國已生產 出部分機器人關鍵元器件,開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、 噴漆等工業(yè)機器人。一批國產工業(yè)機器人已服務于國內諸多企業(yè)的生產線上;一批 機器人技術的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關科研機構和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人 操作機的優(yōu)化設計制造技術;工業(yè)機器人控制、驅動系統(tǒng)的硬件設計技術;機器人軟 件的設計和編程技術;運動學和軌跡規(guī)劃技術;弧焊、點焊及大型機器人自動生產線 與周邊配套設備的開發(fā)和制備技術“乘機安全小貼士”安全出行要重視等。某些關鍵 技術已達到

4、或接近世界水平。 雖然中國的工業(yè)機器人產業(yè)在不斷的進步中,但和國際同行相比,差距依舊明 顯。從市場占有率來說,更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術,目前我們尚未 掌握,這是影響我國機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。在發(fā)達國家中,工業(yè)機器人自 動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主 流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經大 量使用工業(yè)機器人自動化生產線,以保證產品質量,提高生產效率,同時避免了大量的 工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業(yè)機器人的使用實踐表明,工業(yè)機器人的 普及是實現(xiàn)自動化生產,提高社會生產效率,推動企業(yè)和社會生產力發(fā)展的有效手 段。 機器人技術是

5、具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協(xié)會 IEEE的科學家在對未來科技發(fā)展方向進行預測中提出了 4個重點發(fā)展方向,機器人 技術就是其中之一。一個國家要引入高技術并將其轉移為產業(yè)技術（產 業(yè)化,必須具備 5個要素即 5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Marketo 廣泛使用機器人是實現(xiàn) 工業(yè)自動化,提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機 器人產業(yè),引進國外技術和設備,培養(yǎng)人才,打開市場。 三、畢業(yè)設計（論文所用的主要技術與方法: 在本次設計中,擬應用到的文獻涉及機械原理機械設計類,機械繪圖類,機械工程

6、控制類,機械工程材料和力學以及工業(yè)機器人或工業(yè)機器人手臂相關的資料,在設計 過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機器人手臂相關的技術以及現(xiàn)在國 內外的發(fā)展趨勢;其次,利用這些資料,可以 在設計過程中進行合理的結構分析和設計方案的初步制定;最后,機器人手臂設 計過程中的所需材料的選擇,設計與校核計算,運動過程的控制以及其他的注意事項, 都可以在相關文獻資料中得到一些指導與幫助。機器人本體由機座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅動裝置組成。共有六個自由度,依次為腰部回轉、大 臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉、手腕俯仰、手腕側擺。機器人采用電動機驅動。這 種驅動方式具有結構簡單、易于控制、

7、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點,這也是 現(xiàn)代機器人應用最多的驅動方式。為實現(xiàn)機器人靈活自由地移動,驅動系統(tǒng)使用了 蓄電池供電。電動機可以選擇步進電機或直流伺服電機。使用直流伺服電機能構成 閉環(huán)控制,精度高,額定轉速高,但價格較高,而步進電機驅動具有成本低,控制系統(tǒng)簡 單的優(yōu)點。確定這種機器人的 6個關節(jié)都采用步進電驅動,開環(huán)控制。各部件組成 和功能描述如下: (1 底座部件:底座部件包括底座、回轉部件、傳動部件和步進電機等。底座部 件固定在自動引導車(AGV上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶 傳動將運動傳遞到腰部回轉軸,同時起到減速作用。 (2腰部回轉部件:腰部回轉部件包

8、括腰部支架、回轉軸、支架、諧波減速器和 步進電機、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉運動。在腰部支上固 定著驅動大臂俯 仰和小臂俯仰的電機。 (3 大臂部件:包括大臂和傳動部件。 (4 小臂部件:包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端(靠近大 臂的一端固定驅動手腕三個運動的步進電機。 (5 手腕部件:包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等 (6 末端執(zhí)行器:為抓取不同形狀、不同材質的物體，末端執(zhí)行器設計得開合范圍 比較大，為0?100 mm。考慮在指尖的平面上貼傳器片，進行力的控制。 四、 主要參考文獻與資料獲得情況: [1].孟慶鑫、王曉東.《機

9、器人技術基礎》. 哈爾濱工業(yè)大學出版社,2006. [2].董華梁、彭文生.《機械設計基礎》.高等教育出版社, 2007. [3].周伯英.《工業(yè)機械人設計》.機械工業(yè)出版社,1995 [4].鄭堤、唐可洪.《機電一體化設計基礎》.機械工業(yè)出版社,1997 [5].張鐵、謝存禧.《機械人學》.華南理工大學出版社, 2004 [6].曲興華.《儀器制造技術》.機械工業(yè)出版社，2010 [7].柳暉.《互換性與技術 測量基礎》 . 華東理工大學出版 社，2006 [8].沈鴻.《機械工程手冊》.機械工業(yè)出 版社，1983五、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明） 第 5-6 周收集并整理相 關資料第 7-8 周 研究資料、編寫開題報告第 9-10周完成畢業(yè)設 計論文的初稿 第 11-12周 根據指導教師意見，修改和完善論文 第 13-14周 進一步完善論文，定稿 并裝訂成冊第 15-17 周 準備畢業(yè)答辯，提交論文六、 指導教師審批意見： 指導 教師： （簽名） 年月 日