搬運(yùn)機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、廣東技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)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(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) 飛行器動(dòng)力工程班 級(jí) 學(xué) 號(hào)學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 2013 年 10 月 28 日一、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(chǎng)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(guó)，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)

2、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(lèi)繁重的體力勞動(dòng)。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人逾10萬(wàn)臺(tái)，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(guó)家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過(guò)限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來(lái)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(guò)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(shì)，尤其體現(xiàn)出了人工智能和

3、適應(yīng)性。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(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(jiàn)，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(shì)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(guó)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(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來(lái)越重要的作用。二、國(guó)內(nèi)外研究概況及

4、發(fā)展趨勢(shì)：（1）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的分類(lèi)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(lè)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(guò)編程來(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 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(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，搬

5、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(lái)的一門(mén)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(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用國(guó)內(nèi)搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)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(cè)系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模

6、塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造搬運(yùn)機(jī)械手整機(jī);國(guó)外已有模塊化裝配搬運(yùn)機(jī)械手產(chǎn)品問(wèn)市。 搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)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(jiàn)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(jué)、力覺(jué)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(guò)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(jué)來(lái)操縱搬運(yùn)機(jī)械手。 （2）國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代國(guó)際工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。因此其各種生產(chǎn)

7、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(guò)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(guó)外機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機(jī)、專(zhuān)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(guó)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)到準(zhǔn)確搬運(yùn)的目的。圖3.氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)

8、械手圖4.自動(dòng)上下料機(jī)械手國(guó)外搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)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(jué)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(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。觸覺(jué)功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)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(guò)安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺(jué)作用，然后伸向前方，抓住工件?？傊?，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?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： (1)主要研究?jī)?nèi)容本文研究了國(guó)內(nèi)外

9、機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)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(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jì)（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和簡(jiǎn)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(lèi)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(duì)象，基于三維軟件完成

10、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：0360,0200,0200mm,0200各軸最大運(yùn)動(dòng)速度1.8rad/s(2)本課題需要解決的問(wèn)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(huà)出機(jī)器人的各個(gè)零件圖，同時(shí)運(yùn)用三維軟件畫(huà)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(xiě)題報(bào)告 2.203

11、.15 4周 相關(guān)外文文獻(xiàn)資料的閱讀與翻譯（6000字符以上） 3.153.29 2周 總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 3.294.13 2周 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.135.7 3周 零部件的強(qiáng)度計(jì)算與校核 5.75.23 2周 撰寫(xiě)畢業(yè)論文 5.236.6 2周畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 6.66.20 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(shì)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(shì)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(shì)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)

12、設(shè)計(jì)D. 江蘇: 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 2007年【5】陳忠華. 可編程控制器與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社M, 2006年【6】彭堅(jiān). 氣動(dòng)機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 通用機(jī)械, 2004. 7(2):1 -7【7】王巍, 汪玉鳳. 基于PLC氣動(dòng)機(jī)械手研究J. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 1(06): 55-68【8】孫樹(shù)棟主編.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)M. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年【9】吳振彪主編.工業(yè)機(jī)器人M. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004年【10】謝存禧 張鐵主編.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年【11】G L Batten

13、. Programmable Logical Controllers: hardware, software and applications. Mc Graw-Hill. 1994【12】SIEMENS AG. SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004【13】Gao F,Li W M.New kinematic strctures for 2-,3-,4-,and 5-DOF parallel manipulator designs.Mechanism and machine Theory,2002,37：13951411【14】Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallel architectures with four degr