搬運機器人設計開題報告

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(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 ( 含文獻綜述 ) 、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容以下填寫內(nèi)容可根據(jù)具體情況適當各專業(yè)修改但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應保持一致一、選題的依據(jù)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(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)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)自動化的一個重要手段 , 國內(nèi)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二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 :(1) 國內(nèi)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(chǎn)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(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(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(nèi)，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(nèi)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(chǎn)品問市搬運機械手的控制系統(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(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 (2) 國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，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(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)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(nèi)容及實驗方案 :(1) 主要研究內(nèi)容本文研究了國內(nèi)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(jù)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(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4.26-6.52 周?撰寫畢業(yè)論文 6.7-6.20 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, 2007 年【 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【 6】彭堅 . 氣動機械手及其 PLC 控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [J]. 通用機械 , 2004.7(2):1 -7【 7】王巍 , 汪玉鳳 . 基于 PLC氣動機械手研究 [J]. 遼寧工程技術大學學報 , 2005, 1(06):55-68【 8】孫樹棟主編 . 工業(yè)機器人技術基礎 [M]. 西安 : 西北工業(yè)大學出版社， 2006年【 9】吳振彪主編 . 工業(yè)機器人 [M]. 武漢 : 華中科技大學出版社， 2004 年【 10】謝存禧 張鐵主編 . 機器人技術及其應用 [M]. 北京 : 機械工業(yè)出版社，2008 年【 11】G L Batten. Programmable Logical Controllers: hardware, software andapplications. 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,2002,37:1395,1411【 14】Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallelarchitectures with four degrees of freedom.Journal of Compulational Kinematics,2001(5):57,66【 15】GASPARETTO A, ZANOTTO V. A new method for smooth trajectory planning of robot manipulators[J]. Mechanism and Machine Theory, 2007, 42(4): 455 –471。