搬運機器人畢業(yè)設計開題報告

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　題目4-DOF搬運機器人的結構設計</p><p>　　專 業(yè) 名 稱 飛行器動力工程</p><p><b>　　班 級 學 號</b></p><p><b>　　學 生 姓 名 </b></p>

2、<p><b>　　指 導 教 師 </b></p><p>　　填 表 日 期 2013 年 10 月 28 日</p><p>　　一、選題的依據(jù)及意義：</p><p>　　傳統(tǒng)的工業(yè)機器人常用于搬運、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器代替,這一方面可以減輕工人的勞動強度,另一方面可以大

3、大提高勞動生產(chǎn)率。搬運機器人是可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人。最早的搬運機器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機器人首次用于搬運作業(yè)。搬運作業(yè)是指用一種設備握持工件，是指從一個加工位置移到另一個加工位置。搬運機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機器人逾10萬臺，被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼

4、垛搬運、集裝箱等的自動搬運。部分發(fā)達國家已制定出人工搬運的最大限度，超過限度的必須由搬運機器人來完成。搬運機器人是近代自動控制領域出現(xiàn)的一項高新技術，涉及到了力學，機械學，電器液壓氣壓技術，自動控制技術，傳感器技術，單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)體系中的一項重要組成部分。它的優(yōu)點是可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優(yōu)勢，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應性。</p>&l

5、t;p>　　應用搬運機器人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用搬運機械人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都有搬運機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。</p><p>　　可見，有效的應用搬運機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢機械手是提高勞動生產(chǎn)率,改善勞動條件,減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要

6、手段,國內外都很重視它的應用和發(fā)展。搬運機器人是典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起越來越重要的作用。</p><p>　　二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢：</p><p>　?。?）國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設

7、備。機器人的分類方法有多種, 按其應用可分為：工業(yè)機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、服務機器人、水下機器人、空間機器人和娛樂機器人。搬運機械人的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性，如圖1、圖2的搬運機器人。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　圖1

8、. 搬運機器人 圖2.六自由度機器人</p><p>　　搬運機械手是在機械化，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，搬運機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了搬運機械手的發(fā)展，使得搬運機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。搬運機械手雖然目前還不如人手

9、那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，搬運機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用</p><p>　　國內搬運機械手的發(fā)展趨勢主要可以概括為以下幾點：</p><p>　　①搬運機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降。</p><p>　?、跈C械結構

10、向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造搬運機械手整機;國外已有模塊化裝配搬運機械手產(chǎn)品問市。 </p><p>　?、郯徇\機械手的控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構: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

11、機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，搬運機械手還應用了視覺、力覺等傳感器， </p><p>　?、萏摂M現(xiàn)實技術在搬運機械手中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機械手操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱搬運機械手。 </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)過程的機械

12、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、搬運等工序機械化的迫切性，搬運機器人就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。搬運機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。國外機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機、專機上采用機械手上下料如圖4，減輕工人的勞動

13、強度。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用搬運機械手在流水線進行生產(chǎn)更是目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到準確搬運的目的。</p><p>　　圖3.氣動搬運機械手</p><p>　　圖4.自動上下料機械手</p><p>　　國外搬運機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的搬運機械手。使它具有一定的

14、傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。視覺功能即在搬運機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。</p><p>　　觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。</p><p>　　總之，隨著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。更重要的是

15、將搬運機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。</p><p>　　三、研究內容及實驗方案： </p><p><b>　　(1)主要研究內容</b></p><p>　　本文研究了國內外機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了搬運機械手的運動機理。在此基礎上，確定了四自由度搬運機械手的基

16、本系統(tǒng)結構，對搬運機械手的運動進行了簡單的力學模型分析，完成了機械手機械方面的設計（包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅動部分）和簡單的三維實體造型工作。</p><p><b>　　(2)主要實驗方案</b></p><p>　?、俑鶕?jù)系統(tǒng)的要求，選擇機器人的坐標形式；</p><p>　　②確定驅動系統(tǒng)的類型；</p><p>

17、;　　③確定四自由度機器人的結構設計方案，進行力學校核；</p><p>　　④選擇各部件的具體結構，進行機器人總裝圖的設計；</p><p>　?、堇L制機器人的零件圖，并確定尺寸；</p><p>　?、捱\用三維軟件完成三維實體造型工作。</p><p>　　四、目標、主要特色及工作進度</p><p>　　(1)本

18、課題研究的目標</p><p>　　以4-DOF SCARA機器人為研究對象，基于三維軟件完成4-DOF SCARA機器人的結構設計及運動模擬。</p><p>　　要求機器人手爪最大負載能力是1.0kg</p><p>　　各軸運動范圍為：0～360°,0～200°,0～200mm,0～200°</p><p>

19、;　　各軸最大運動速度≤1.8rad/s</p><p>　　(2)本課題需要解決的問題</p><p>　　完成4-DOF搬運機器人的結構設計，進行力學分析校核確保機器人工作的可靠性；畫出機器人的各個零件圖，同時運用三維軟件畫出實體圖。</p><p><b>　　(3)主要特色</b></p><p>　　本設計的特

20、色就是設計一個小型氣動搬運機器人，應用于工業(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)工人大量的重復性勞動，同時又可以提高勞動生產(chǎn)率。</p><p>　　(4)計劃和工作進度</p><p>　?、俨殚喯嚓P資料，外文資料翻譯，撰寫題報告 2.20～3.15 4周</p><p>　?、谙?/p>

21、關外文文獻資料的閱讀與翻譯（6000字符以上） 3.15～3.29 2周</p><p>　　③總體傳動方案設計 3.29～4.13 2周</p><p>　?、芰悴考慕Y構設計 4.13～5.7 3

22、周</p><p>　?、萘悴考膹姸扔嬎闩c校核 5.7～5.23 2周</p><p>　?、拮珜懏厴I(yè)論文 5.23～6.6 2周</p><p>　　⑦畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯

23、 6.6～6.20 2周</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　【1】馬光 申桂英.工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].組合機床與與自動化加工技術，2002（3）</p><p>　　【2】曾孔庚.工業(yè)機器人技術發(fā)展趨勢[J].機器人技術與應用, 2006, (06)&

24、lt;/p><p>　　【3】杜志俊.工業(yè)機器人的應用及發(fā)展趨勢[J].機械工程師, 2002(5)</p><p>　　【4】唐立平. 基于PLC的四自由度機械手控制系統(tǒng)設計[D]. 江蘇: 無錫職業(yè)技術學院, 2007年</p><p>　　【5】陳忠華. 可編程控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社[M], 2006年</p><p>　

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