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1、 搬運機器人設計開題報告 畢業(yè)設計 ( 論文 ) 開題報告 題目 4-DOF搬運機器人的結構設計 專 業(yè) 名 稱 飛行器動力工程 班 級 學 號 08033101 學生姓名 指導教師 填表日期2012 年3 月12 日 說 明 開題報告應結合自己課題而作，一般包括 : 課題依據及課題的意義、國內外研 究概況及發(fā)展趨勢 ( 含文獻綜述 ) 、研究內容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內容。以下填寫內容可根據具體情況適當。各

2、專業(yè)修改但每個專業(yè)填寫內容應保持一致。 一、選題的依據及意義 : 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 , 另一方面可以大大提高勞動生產率。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

3、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、沖壓機自動化生產線、自動裝配流水線、碼垛搬運、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。 應用搬運機器人進行工作，這是直

4、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的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產。 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 生產率 , 改善勞動條件 , 減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的一個重要手段 , 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業(yè)，將對未來生產和社會發(fā)展起越來越重要的作用。 二、國內外研究

5、概況及發(fā)展趨勢 : (1) 國內現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 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設備。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，在國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。

6、 圖 1. 搬運機器人 圖 2. 六自由度機器人 搬運機械手是在機械化，自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代 生產過程中，搬運機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成 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 目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不

7、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 國內搬運機械手的發(fā)展趨勢主要可以概括為以下 幾點 : ?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。 ?機械結構向模塊化、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品問市。 ?搬運機械手的控制系統(tǒng)向基于

8、 PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、 網絡化 ; 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。 ?搬運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， ?虛擬現(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生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱搬運機械手。 (2) 國 外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題。因此其各種

9、生產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，減輕工人的勞動強度。并和機床共同組成一個綜合的數控加工系統(tǒng)。采用搬運機械手在流水線進行生產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

10、準確搬運的目的。 圖 3. 氣動搬運機械手 圖 4. 自動上下料機械手 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。 觸覺功能即是在

11、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生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。 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)。 三、研究內容及實驗方案 : (1) 主要研究內容 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

12、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。 (2) 主要實驗方案 ?根據系統(tǒng)的要求，選擇機器人的坐標形式 ; ?確定驅動系統(tǒng)的類型 ; ?確定四自由度機器人的結構設計方案，進行力學校核 ; ?選擇各部件的具體結構，進行機器人總裝圖的設計 ; ?繪制機器人的零件圖，并確定尺寸 ; ?運用三維軟件完成三維實體造型工作。 四、目標、主要特色及工作進度 (1) 本課題研究的目標 以 4-DOF SCARA機器人為研究對象，基于三維軟件

13、完成 4-DOF SCARA機器人的 結構設計及運動模擬。 要求機器人手爪最大負載能力是 1.0kg 各軸運動范圍為 :0,360?,0,200?,0,200mm,0,200? 各軸最大運動速度 ?1.8rad/s (2) 本課題需要解決的問題 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。 (3) 主要特色 本設計的特色就是設計一個小型氣動搬運機器人，應用于工業(yè)自動化生產線， 把工業(yè)產品從一條生產線搬運到另外一條

14、生產線，實現(xiàn)自動化生產，減輕產業(yè)工人 大量的重復性勞動，同時又可以提高勞動生產率。 (4) 計劃和工作進度 ?查閱相關資料，外文資料翻譯，撰寫題報告  2.20-3.15 4  周 ?相關外文文獻資料的閱讀與翻譯  (6000  字符以上 ) 3.8-3.19 2  周 ?總體傳動方案設計 3.22-4.2 2 周 ?零部件的結構設計 4.7-4.25 2 周 ?零部件的強度計算與校核 4.26-6.5 2 周 ?撰寫畢業(yè)論文 6.

15、7-6.20 3 周 ?畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 2012.06.06,2012.06.23 2 周 五、參考文獻 【 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) 【 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) 【 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) 【 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,

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