垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（腰部關(guān)節(jié)）

垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（腰部關(guān)節(jié)）,垂直,關(guān)節(jié),機(jī)器人,位置,控制,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),腰部 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名：（3號(hào)楷體）學(xué) 號(hào)：（用3號(hào)楷體）專 業(yè)：（用3號(hào)楷體）設(shè)計(jì)(論文)題目：垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（腰部關(guān)節(jié)）指 導(dǎo) 教 師:（用3號(hào)楷體） 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：文 獻(xiàn) 綜 述摘要 文章闡述了機(jī)器人在機(jī)械制造噴漆中的發(fā)展，并分析了機(jī)械的組成部分及其工作原理和設(shè)計(jì)的過(guò)程。同時(shí)闡述了垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及機(jī)器人的分類。最后闡述了該課題的意義，及主要研究?jī)?nèi)容及研究方法。關(guān)鍵詞 機(jī)器人 ，垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人 ，自動(dòng)噴涂 1 噴涂機(jī)器人概述目前，噴涂機(jī)器人的定義，世界各國(guó)尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給噴涂機(jī)器人下的定義：噴涂機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過(guò)改變動(dòng)作程序，來(lái)完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。參考國(guó)外的定義，結(jié)合我國(guó)的習(xí)慣用語(yǔ)，對(duì)噴涂機(jī)器人作如下定義：噴涂機(jī)器人是一種機(jī)體獨(dú)立，動(dòng)作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動(dòng)化程度高的自動(dòng)操作機(jī)械。是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人。噴涂機(jī)器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運(yùn)動(dòng)速度，可以搬運(yùn)更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)進(jìn)行各種操作。噴涂機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)控制下可編程的自動(dòng)機(jī)器。采用噴涂機(jī)器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的一種有效手段。機(jī)器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強(qiáng)大的生命力1-2。1.1 噴涂機(jī)器人功能 根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，噴涂機(jī)器人具有可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料功能（如視覺，力覺，觸覺等）。以及語(yǔ)音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進(jìn)行作業(yè)。本次設(shè)計(jì)就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型噴涂機(jī)器人，利用錐齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)，利用機(jī)電缸實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)以及對(duì)零件自動(dòng)噴漆或噴涂。在步進(jìn)電機(jī)的控制下，機(jī)器達(dá)到精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3-4。1.2 噴涂機(jī)器人的發(fā)展噴涂機(jī)器人的發(fā)展，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由初級(jí)到高級(jí)逐步完善，它的發(fā)展過(guò)程可分為三代：第一代噴涂機(jī)器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型噴涂機(jī)器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過(guò)示教存貯信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進(jìn)行反饋的能力。其控制方式較第一代噴涂機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人從1980年開始進(jìn)入了實(shí)用階段，不久即將普及應(yīng)用。第三代噴涂機(jī)器人即智能機(jī)器人。這種機(jī)器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認(rèn)識(shí)自身和周圍的環(huán)境，識(shí)別對(duì)象的有無(wú)及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識(shí)別自動(dòng)選擇程序進(jìn)行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對(duì)象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機(jī)器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用4。1.3 噴涂機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)噴涂機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述：它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))、控制檢測(cè)系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。(1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是噴涂機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。(a) 末端執(zhí)行器：機(jī)器人為了進(jìn)行作業(yè)而配置的操作機(jī)構(gòu)，直接噴漆工件。(b) 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。(c) 臂部：聯(lián)接機(jī)座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機(jī)器人的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機(jī)座。(d) 機(jī)身：機(jī)器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。(2) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)電傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)。(3) 控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(4) 檢測(cè)系統(tǒng)：作用是通過(guò)各種檢測(cè)裝置、傳感裝置檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動(dòng)符合要求。 實(shí)踐證明，噴涂機(jī)器人可以代替人手的繁重勞動(dòng)，顯著減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運(yùn)和長(zhǎng)期頻繁、單調(diào)的操作，采用機(jī)器人是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進(jìn)行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途4-8。2 不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噴涂機(jī)器人的比較噴涂機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式可分為四種：(1) 氣力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：氣源壓力一般只有60Mpa左右，適宜小的場(chǎng)合。(2) 液力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)且動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場(chǎng)合工作，要求的制造精度較高，成本較高。(3) 電力驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：無(wú)環(huán)境污染，易于控制，運(yùn)動(dòng)精度高，成本低，驅(qū)動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)用最為廣泛。(4) 新型驅(qū)動(dòng)式的機(jī)器人：例如靜電驅(qū)動(dòng)器，壓電驅(qū)動(dòng)器，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器，人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等4。3 噴涂機(jī)器人3.1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)(1) 手部：是機(jī)器人與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指夾緊力來(lái)完成夾放工件的任務(wù)。(2) 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。(3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。(4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)器人的立柱通常為固定不動(dòng)的。(5) 機(jī)座：是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分。機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支承和聯(lián)接的作用7。3.2 機(jī)器人的分類(1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點(diǎn)，噴涂機(jī)器人可分為以下三類：(a)承擔(dān)搬運(yùn)工作的機(jī)器人：這種機(jī)器人在主要工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，用來(lái)完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人。(b)生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)器人：可用于完成工藝過(guò)程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。(c) 專用噴涂機(jī)器人：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)9。 (3)按驅(qū)動(dòng)方式分：(a)機(jī)電傳動(dòng)機(jī)器人(b)氣壓傳動(dòng)機(jī)器人(c)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)器人(4)按控制方式分：(a)固定程序機(jī)器人：控制系統(tǒng)是一個(gè)固定程序的控制器。程序簡(jiǎn)單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點(diǎn)定位。(b)可編程序機(jī)器人：控制系統(tǒng)是一個(gè)可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變10-15。4 結(jié)束語(yǔ)本課題通過(guò)應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對(duì)噴涂機(jī)器人進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)電傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)。它能垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的研究是有必要的，也必將成為新一代替代人力，噴涂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來(lái)設(shè)定。相信未來(lái)噴涂在機(jī)械工業(yè)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。參 考 文 獻(xiàn)1 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.2 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)4M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.3 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)5M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.4 張建民.工業(yè)機(jī)器人M.北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.5 工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人編寫組.工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人-機(jī)械結(jié)構(gòu)上M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005.6 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)3M.北京：機(jī)械工業(yè)出版，1999.7 丁樹模.液壓傳動(dòng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.8 顏永年.機(jī)械制圖M.大連：大連理工大學(xué)工程畫教教研室，1998.9 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書M.山東：青島海洋出版社，1990.10 王棟梁.機(jī)械基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械基礎(chǔ)，1995.14 李允文.工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社,北京，1996. 12 黃鶴汀.機(jī)械制造技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.13 吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：高等教育出版社，200614 Suk-Han Sun,Jung-Jae Lee. Prototype Intergrated Robotic Painting System: Software Development J.Journal of Manufacturing Systems, 2005,10(12):314. 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：1 要研究的問(wèn)題了解垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的特點(diǎn)：根據(jù)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人的特點(diǎn)，執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機(jī)身機(jī)座等，其中最主要是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。腕部、臂部、機(jī)身是將手部抓取的工件或工具進(jìn)行搬運(yùn)或操作的部件。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)臂部、腕部、手部和垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置，常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓、氣動(dòng)、機(jī)械、電氣或其他的組合。控制系統(tǒng)是支配垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人按規(guī)定程序和要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的裝置，他們主要用來(lái)控制：位置（點(diǎn)位控制或連續(xù)軌跡控制）時(shí)間、速度 和加速度等參數(shù)垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人與主機(jī)及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系。噴涂機(jī)器人系統(tǒng)總體方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根椐設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案，對(duì)方案進(jìn)行總體分析和論證，最后確定總體方案。伺服系統(tǒng)的選擇：旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，選用快速步進(jìn)電機(jī)。開環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)檢測(cè)元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，調(diào)整和維修都容易。執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定：為保證系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝配時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（1）盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。（2）盡量消除傳動(dòng)間隙。（3）縮短傳動(dòng)鏈?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)誤差?？梢圆捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。例如，在絲杠的兩支承端軸向固定，并加預(yù)緊拉伸的結(jié)構(gòu)等來(lái)提高傳動(dòng)剛度。2 要采用的手段1) 在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。通過(guò)書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)向，盡量在保證原來(lái)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計(jì)具有實(shí)用性和時(shí)代性。2) 通過(guò)老師的指導(dǎo)。通過(guò)老師的指導(dǎo)，可以便捷地設(shè)計(jì)步驟。3) 通過(guò)瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。網(wǎng)上有很多關(guān)于垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人設(shè)計(jì)指導(dǎo)。4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。學(xué)習(xí)AutoCAD等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時(shí)對(duì)照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件，畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖，同時(shí)通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)對(duì)每一個(gè)可執(zhí)行的方案進(jìn)行最后的分析和確認(rèn)。 5) 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見：1對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：（小4號(hào)宋體，1.5倍行距）。2對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：（小4號(hào)宋體，1.5倍行距）。 指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日