搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)開題報(bào)告

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1、 搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)開題報(bào)告 畢業(yè)設(shè)計(jì) ( 論文 ) 開題報(bào)告 題目 4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱 飛行器動(dòng)力工程 班 級 學(xué) 號 08033101 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 填表日期2012 年3 月12 日 說 明 開題報(bào)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(shí)驗(yàn)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)容可根據(jù)具體情況適當(dāng)。各

2、專業(yè)修改但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。 一、選題的依據(jù)及意義 : 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(dòng)必將由機(jī)器代替 , 這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 , 另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)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(gè)加工位置移到另一個(gè)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

3、力勞動(dòng)。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(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)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(dòng)控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，涉及到了力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電器液壓氣壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)和計(jì)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(xiàng)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。 應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行工作，這是直

4、接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)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(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)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)。 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(dòng) 生產(chǎn)率 , 改善勞動(dòng)條件 , 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)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(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。 二、國內(nèi)外研究

5、概況及發(fā)展趨勢 : (1) 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 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(dòng)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)器人的一個(gè)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。

6、 圖 1. 搬運(yùn)機(jī)器人 圖 2. 六自由度機(jī)器人 搬運(yùn)機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)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(dòng)，不

7、知疲勞，不怕危 險(xiǎn)，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 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) : ?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(jià)格不斷下降。 ?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)品問市。 ?搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)向基于

8、 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。 ?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， ?虛擬現(xiàn)實(shí)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。 (2) 國 外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。因此其各種

9、生產(chǎn)流水線以及物流管理中更是多元化的使用著氣動(dòng)機(jī)械手，如圖 3。其中化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(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(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度。并和機(jī)床共同組成一個(gè)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(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到

10、準(zhǔn)確搬運(yùn)的目的。 圖 3. 氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手 圖 4. 自動(dòng)上下料機(jī)械手 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(jì)算機(jī)。 觸覺功能即是在

11、機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)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。 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)。 三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案 : (1) 主要研究內(nèi)容 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(dòng)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(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成

12、了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì) ( 包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分 ) 和簡單的三維實(shí)體造型工作。 (2) 主要實(shí)驗(yàn)方案 ?根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式 ; ?確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型 ; ?確定四自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行力學(xué)校核 ; ?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(jì) ; ?繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸 ; ?運(yùn)用三維軟件完成三維實(shí)體造型工作。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 (1) 本課題研究的目標(biāo) 以 4-DOF SCARA機(jī)器人為研究對象，基于三維軟件

13、完成 4-DOF SCARA機(jī)器人的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)模擬。 要求機(jī)器人手爪最大負(fù)載能力是 1.0kg 各軸運(yùn)動(dòng)范圍為 :0,360?,0,200?,0,200mm,0,200? 各軸最大運(yùn)動(dòng)速度 ?1.8rad/s (2) 本課題需要解決的問題 完成 4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(gè)零件圖，同時(shí)運(yùn)用三維軟件畫出實(shí)體圖。 (3) 主要特色 本設(shè)計(jì)的特色就是設(shè)計(jì)一個(gè)小型氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)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

14、生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人 大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 (4) 計(jì)劃和工作進(jìn)度 ?查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯，撰寫題報(bào)告  2.20-3.15 4  周 ?相關(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 ?總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 3.22-4.2 2 周 ?零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.7-4.25 2 周 ?零部件的強(qiáng)度計(jì)算與校核 4.26-6.5 2 周 ?撰寫畢業(yè)論文 6.

15、7-6.20 3 周 ?畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 2012.06.06,2012.06.23 2 周 五、參考文獻(xiàn) 【 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(dòng)化加工技術(shù)， 2002(3) 【 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) 【 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) 【 4】唐立平 . 基于 PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D]. 江蘇 : 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué) 院,

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