《工業(yè)機器人機械手及其控制系統(tǒng)設計開題報告.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《工業(yè)機器人機械手及其控制系統(tǒng)設計開題報告.doc（6頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

開題報告 工業(yè)機器人機械手及其控制系統(tǒng)設計 系　　　　　　別： 機械與汽車工程系 專業(yè)名稱： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學　　　　　　號： 指導教師姓名、職稱： 完成日期 2014 年 1 月 15 日 畢業(yè)論文（設計）開題報告 選 題 工業(yè)機器人機械手及其控制系統(tǒng)設計 院 系 吉林大學珠海學院機械與汽車工程系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 本選題的意義及國內外發(fā)展狀況： 1、 本選題的意義： 工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代的工業(yè)機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。工業(yè)機器人技術是近年來新技術發(fā)展的重要領域之一，是以微電子技術為主導的多種新興技術與機械技術交叉、融合而成的一種綜合性的高新技術。這一技術在工業(yè)、農業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公自動化及生活服務等眾多領域有著越來越多的應用。工業(yè)機器人在提高產品質量、加快產品更新、提高生產效率、促進制造業(yè)的柔性化、增強企業(yè)和國家的競爭力等諸多方面有著舉足輕重的地位。而機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一；是現代控制理論與工業(yè)生產自動化實踐相結合的產物，并以成為現代機械制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分；是提高生產過程自動化、改善勞動條件、提高產品質量和生產效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的高度重視。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件；電氣方面由交流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、檢測技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。因此選擇此課題不僅能夠豐富知識，開闊眼界，而且可以將書本上的理論知識應用于實踐。實踐出真知，實踐是檢驗真理的唯一標準，所謂紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，只有通過實踐才能使自己找到薄弱環(huán)節(jié)，查漏補缺。 2、 國內外發(fā)展狀況： 1954年，美國人戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利要點為借助伺服技術控制機器人的關節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，使其實現動作的記錄和再現，被稱為示教在現機器人，現有機器人基本上都是該控制方式。1958年，被譽為“工業(yè)機器人之父”的Joseph F.Engel Berger創(chuàng)建了世界上第一個機器人公司——Unimation公司，并參與設計了第一臺Unimate機器人。這是一臺用于壓鑄作業(yè)的五軸液壓驅動機器人，手臂控制由一臺專用計算機完成。它采用分離式固體數控元件，并裝有存儲信息的磁鼓，能夠記憶和完成180個工作步驟。與此同時，另一家美國公司——AMF公司也開始研制工業(yè)機器人。它主要用于機器之間的物料運輸，采用液壓驅動。該機器人的手臂可以繞底座回轉，沿垂直方向升降，也可以沿半徑方向伸縮。一般認為，這兩種機器人是世界上最早的工業(yè)機器人。隨著計算機技術和人工智能技術的飛速發(fā)展，機器人在功能和技術層次上有了很大的提高，移動機器人和機器人的視覺與觸覺就是典型的代表。這些技術的發(fā)展推動了機器人概念的延伸。20世紀80年代，將具有感覺、思考、決策和動作能力的系統(tǒng)稱之為智能機器人。水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現實。將機器人的技術擴散和滲透到各個領域，便形成了各式各樣的新機器——機器人化機器。當前，與信息技術的交互和融合又產生了“軟件機器人”、“網絡機器人”的名稱，這也說明了機器人所具有的創(chuàng)新活力。美國的機器人技術一直處于世界領先水平。在1967—1974年的幾年時間里，由于政府對機器人發(fā)展重視度不夠，且機器人處于發(fā)展初期， 價格昂貴，適用性不強，所以發(fā)展緩慢。此后，由于美國機器人協(xié)會、制造工工程師協(xié)會積極主動的進行機器人技術推廣工作，且美國為了高效生產，適應市場多變的需求，以機器人為核心的柔性自動化生產線恰好有這些優(yōu)點，所以機器人技術得以迅猛發(fā)展。日本機器人的發(fā)展經過了20世紀60年代的搖籃期，70年代的實用化時期，以及80年代的普及、提高期3個基本階段。在1967年，日本東京機械貿易公司首次從美國引進機器人。1968年，日本川崎重工業(yè)公司與美國Unimation公司締結國際技術合作協(xié)議，引進機器人。1970年，日本機器人實現國產化。從此，日本進入了開發(fā)和應用機器人時期。幾年后，美國反而要向日本進口機器人。1983年，美國從日本進口機器人占進口機器人總數的78%。日本政府和企業(yè)一直充分信任機器人，大膽使用機器人。在解決勞動力不足、提高生產率、改進產品質量、降低產品成本方面，機器人發(fā)揮著越來越顯著的作用，成為日本保持經濟增長速度和產品競爭能力的不可缺少的隊伍。日本在汽車、電子行業(yè)大量使用機器人生產，是日本汽車及電子產品生產量猛增，質量日益提高，而制造成本則大幅降低，從而使日本汽車能夠以廉價的絕對優(yōu)勢進軍號稱“汽車王國”的美國市場。據統(tǒng)計，2007年日本機器人的銷售額為5850億日元，其中出口額達到3730億日元。日本推動機器人發(fā)展的主要原因是向海外發(fā)展的日本企業(yè)數量逐漸增加，同時海外的汽車制造商也開始積極地引進日本機器人。現在，日本機器人主要用于汽車制造業(yè)和電子機械產業(yè)，而電子機械產品中的電子零件封裝、半導體封裝、無塵室、組裝等領域占了日本機器人銷售額的一半?，F在日本擁有機器人的總量為美國的7倍。 我國工業(yè)機器人起步于上世紀1970年初期，經過20多年的發(fā)展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。1970年我國也發(fā)射了人造衛(wèi)星。世界上工業(yè)機器人應用掀起一個高潮，尤其在日本發(fā)展更為迅猛，它補充了日益短缺的勞動力。在這種背景下，我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機器人。進入80年代后，在高技術浪潮的沖擊下，隨著改革開放的不斷深入，我國機器人技術的開發(fā)與研究得到了政府的重視與支持?！捌呶濉逼陂g，國家投入資金，對工業(yè)機器人及其零部件進行攻關，完成了示教再現式工業(yè)機器人成套技術的開發(fā)，研制出了噴涂、點焊、弧焊和搬運機器人。1986年國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）開始實施，智能機器人主題跟蹤世界機器人技術的前沿，經過幾年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特種機器人。從90年代初期起，我國的國民經濟進入實現兩個根本轉變時期，掀起了新一輪的經濟體制改革和技術進步熱潮，我國的工業(yè)機器人又在實踐中邁進一大步，先后研制出了點焊、弧焊、裝配、噴漆、切割、搬運、包裝碼垛等各種用途的工業(yè)機器人，并實施了一批機器人應用工程，形成了一批機器人產業(yè)化基地，為我國機器人產業(yè)的騰飛奠定了基礎。雖然中國的工業(yè)機器人產業(yè)在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術，當前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。 研究內容： 本課題將設計一臺四自由度的工業(yè)機器人，將會被用作自動送料裝置。主要工作部件及設計重點就是機械手。第一，本人將設計該機器人的底座、大臂、小臂以及執(zhí)行機構機械手爪的結構和模型；第二，再設計出適合于該機器人的驅動、傳動方式，以期構成其的結構平臺。最后，在此基礎上再將其控制系統(tǒng)設計出來，由下面幾個步驟組成：數據采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設計以及控制軟件的設計。其中重點要加強控制軟件的可靠性和機器人運行過程的安全性，最終要實現的目標包括：關節(jié)的伺服控制和制動問題、實時監(jiān)測機器人的各個關節(jié)的運動情況、機器人的示教編程和在線修改程序、設置參考點和回參考點。 研究方法、手段及步驟： 1、 研究機械手的機械結構，并繪制機械零件圖和裝配圖 2、 機械手驅動、傳動方式的選擇 3、 控制系統(tǒng)模式的選擇 4、 研究所選控制系統(tǒng)的構成及搭建 5、 控制系統(tǒng)軟件的選擇及操作 6、 誤差與性能提升分析 參考文獻： 1、 工業(yè)機器人技術 西安電子科技大學出版社 2、機電傳動控制 華中科技大學出版社 3、工業(yè)機器人圖冊 機械工業(yè)出版社 4、機電一體化實用手冊 科學出版社 5、控制電氣及應用 清華大學出版社 6、C語言程序設計教程 華南理工大學出版社 7、機械制造裝備設計 機械工業(yè)出版社 8、電工與電子技術 高等教育出版社 9、機電一體化技術 西安電子科技大學出版社 10、機械技術基礎 機械工業(yè)出版社 11、大學C++程序設計教程 高等教育出版社 12、大學Visual C++程序設計案例教程 高等教育出版社 13、Industrial robot technology Oxford Press 14、Craig, John J. Introduction to robotics 15、Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced Model-Based Controllers Design Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2005 16、Introduction to Robotics Mechanics and Control - Third Edition - John J. Craig