機械臂開題報告

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BatchDoc Word文檔批量處理工具 附件b： 畢業(yè)設計（論文）開題報告 1課題的目的及意義（含國內外的研究現(xiàn)狀分析或設計方案比較、選型分析等） 1.1 研究背景及課題意義 機器人是二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一，人類對于機器人的研究由來已久。上世紀70年代之后，計算機技術、控制技術、傳感技術和人工智能技術迅速發(fā)展，機器人技術也隨之進入高速發(fā)展階段，成為綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多門學科而形成的高新技術。其本質是感知、決策、行動和交互四大技術的綜合，是當代研究十分活躍，應用日益廣泛的領域。機器人應用水平是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志[1] [2]。 機器人技術的研究在經歷了第一代示教再現(xiàn)型機器人和第二代感知型機器人兩個階段之后進入第三代智能機器人的發(fā)展階段。 機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產率。機械手越來越廣泛地得到了應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應于中、小批量生產，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。 此外，醫(yī)療機器人是目前國外機器人研究領域中最活躍、投資最多的方向之一,其發(fā)展前景非?？春?。近年來,醫(yī)療機器人技術引起美、法、德、意、日等國家學術界的極大關注, 研究工作蓬勃興起。二十世紀九十年代起，國際先進機器人計劃已召開過的多屆醫(yī)療外科機器人研討會己經立項,開展基于遙控操作的外科研究,用于戰(zhàn)傷模擬手術、手術培訓、解剖教學。歐盟、法國國家科學研究中心也將機器人輔助外科手術及虛擬外科手術仿真系統(tǒng)作為重點研究發(fā)展的項目之一 在發(fā)達國家已經出現(xiàn)醫(yī)療，外科手術機器人市場化產品，并在臨床上開展了大量病例研究。而目前我國的機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平低。機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產及醫(yī)療水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計是非常有意義的。 1.2 國內外研究狀況 1.2.1 國外研究狀況 機器人主要分為兩類：工業(yè)機器人以及其他特種機器人，自1962年美國推出世界上第一臺unimate型和versatra型工業(yè)機器人以來，機器人在工業(yè)發(fā)達國家得到了迅速發(fā)展。根據(jù)國際工業(yè)機器人聯(lián)合會(ifr)前幾年的統(tǒng)計[3]：2000年全世界工業(yè)機器人的總數(shù)達到82萬臺，比1996年增加24％。其中日本擁有42萬臺，占全世界機器人總數(shù)的50％左右，繼續(xù)保持“機器人王國”的地位。除日本外，世界上還有許多工業(yè)發(fā)達國家，如美國、前蘇聯(lián)和西歐一些國家的機器人產業(yè)也發(fā)展得很快。例如，在美國，1970—1980年間的機器人臺數(shù)增加20倍以上。盡管美國所擁有的機器人在臺數(shù)上不如日本．但其技術水平較高．占有一定的優(yōu)勢。在亞洲，韓國的機器人產業(yè)發(fā)展也很迅速，現(xiàn)排名世界前列．而日本、韓國和新加坡的機器人密度(即制造業(yè)中每萬名雇員占有的工業(yè)機器人數(shù)量)居世界第1-3位，包攬了前三名。西歐的意大利、法國、英國和東歐的匈牙利、波蘭等，機器人制造業(yè)及應用機器人的情況都有很大發(fā)展。 圖1 圖2 其他特種機器人是國外近年來才迅速發(fā)展起來的，是機器人技術的一個重要發(fā)展方向，主要研究方向有：空間機器人，醫(yī)用機器人，水下機器人，建筑機器人和軍用排爆機器人等等[4]。 現(xiàn)在國外的機器人各個方面的技術發(fā)展現(xiàn)狀為[5]： ① 機械結構 以關節(jié)型為主流，80年代發(fā)明的適用于裝配作業(yè)的平面關節(jié)型機器人約占總量的1／3。90年代初開發(fā)的適應于窄小空間、快節(jié)奏、全工作空間范圍的垂直關節(jié)型機器人大量用于焊接和上、下料。應3k和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)的需求，超大型機器人應運而生。 ② 控制技術 大多采用32位cpu，控制軸數(shù)多達27軸，nc技術、離線編程技術大量采用。協(xié)調控制技術日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位機、多機器人的協(xié)調控制。采用基于pc的開放結構的控制系統(tǒng)已成為一股潮流。 ③ 驅動技術 80年代發(fā)展起來的ac伺服驅動已成為主流驅動技術應用于工業(yè)機器人中。新一代的伺服電機與基于微處理器的智能伺服控制器相結合已開發(fā)并用于工業(yè)機器人中：在遠程控制中已采用了分布式智能驅動新技術。 ④ 應用智能化的傳感器 裝有視覺傳感器的機器人數(shù)量呈上升趨勢，不少機器人裝有兩種以上傳感器，有些機器人留了多種機器人接口。 ⑤ 網絡通訊方式 大部分機器人采用了ether網絡通訊方式，占總量的41．3％，其他采用rs一232，rs一485等通訊接口。 ⑥ 高速、高精度、多功能化 目前，最快的裝配機器人最大合成速度為16．5m／s，有一種大直角坐標搬運機器人，其最大合成速度竟達80m／s：而另一種并聯(lián)結構的nc機器人，其位置重復精度達1um。90年代末的機器人一般都具有兩、三種功能，向多功能化方向發(fā)展。 ⑦ 集成化與系統(tǒng)化 當今機器人技術的另一特點是機器人的應用從單機、單元向系統(tǒng)發(fā)展。百臺以上的機器人群與微機及周邊設備和操作人員形成一個大群體?？鐕蠹瘓F的壟斷和全球化的生產將世界眾多廠家的產品聯(lián)接在一起，實現(xiàn)了標準化、開放化、網絡化的“虛擬制造”，為工業(yè)機器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。 1.2.2 國內研究狀況 我國有組織有計劃地發(fā)展機器人事業(yè)．應該說是從“七五”期間的科技攻關及實施“863計劃”開始的。經過十幾年來的研制、生產、和應用，有了長足的進步。目前在一些方面[6]，如噴涂機器人、弧焊機器人、點焊機器人、搬運機器 人、裝配機器人、特種機器人(水下、爬壁、管道、遙控等機器人)，已掌握了機器人的設計制造技術，解決了控制、驅動系統(tǒng)的設計和配置、軟件的設計和編制 等關鍵技術；還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線(工作站)及其周邊配套設備的全線自動通信、協(xié)調控制技術。 我國機器人技術主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標是[8]：根據(jù)2l世紀初我國國民經濟對先進制造及自動化技術的需求，瞄準國際前沿高技術發(fā)展方向創(chuàng)新性地研究和開發(fā)工業(yè)機器人技術領域的基礎技術、產品技術和系統(tǒng)技術。未來工業(yè)機器人技術發(fā)展的重點有：第一，危險、惡劣環(huán)境作業(yè)機器人：主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測、油汽管道等機器人：第二，醫(yī)用機器人：主要有腦外科手術輔助機器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機器人：主要有移動機器人，網絡遙控操作機器人等。其發(fā)展趨勢是智能化、低成本、離可靠性和易于集成。 我國的機器人研究開發(fā)與應用已經取得了一定的成績，但是總的來看，我國的機器人技術及其工程應用的水平和國外的相比還有一定的距離，無論從機器人的數(shù)量上還是技術上，我們都有一定的差距。進入新世紀以后，國際競爭日益激烈，對機器人的需求越來越大，我國的機器人產業(yè)將面臨新的發(fā)展機遇和來自國外的挑戰(zhàn)，因此我們需要自主發(fā)展機器人高技術，解決產業(yè)化前期的關鍵技術。積極推進我國的機器人產業(yè)化的進程。 1.3機械臂的要求 ① 承載能力足: 手臂是支承手腕的部件，設計時不僅要考慮抓取物體的重量或攜帶工具的重量，還要考慮運動時的動載荷及轉動慣性。 ② 剛度高： 為了防止臂部在運動過程中產生過大的變形，手臂的截面形狀要合理選擇。工字型截面的彎曲剛度一般比圓截面大，空心管的彎曲剛度和扭轉剛度都比實心軸大得多。 ③ 導向性能好，定位精度高： 為防止手臂在直線運動中，沿運動軸線發(fā)生相對轉動，應設置導向裝置。同時要采用一定形式的緩沖措施。 ④ 重量輕、轉動慣量?。? 為提高機器人的運動速度，要盡量減少臂部運動部分的重量，以減少整個手臂對回轉軸的轉動慣量[9]。 ⑤ 合理設計與腕部和機身的連接部位： 臂部的安裝形式和位置不僅關系到機器人的強度、剛度和承載能力，而且還直接影響到機器人的外觀。 1.4機械臂的選型分析 方案一： 圖3 分析：上圖為常見的六軸關節(jié)機器人的機械結構,六個伺服電機直接通過諧波減速器、同步帶輪等驅動六個關節(jié)軸的旋轉,注意觀察一、二、三、四軸的結構，關節(jié)一至關節(jié)四的驅動電機為空心結構，關節(jié)機器人的驅動電機采用空心軸結構應該不常見，空心軸結構的電機一般較大。采用空心軸電機的優(yōu)點是：機器人各種控制管線可以從電機中心直接穿過，無論關節(jié)軸怎么旋轉，管線不會隨著旋轉，即使旋轉，管線由于布置在旋轉軸線上，所以具有最小的旋轉半徑。此種結構較好的解決了工業(yè)機器人的管線布局問題。對于工業(yè)機器人的機械結構設計來說，管線布局是難點之一，怎樣合理的在狹小的機械臂空間中布置各種管線（六個電機的驅動線、編碼器線、剎車線、氣管、電磁閥控制線、傳感器線等） ，使其不受關篇二：機械手開題報告 附表6： 鄭州科技學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 注：課題來源要填寫明確（如教師擬定、學生建議、某企事業(yè)單位項目等） 課題類型：（1）a—工程設計；b—技術開發(fā)；c—軟件工程；d—理論研究；e—調研報告 （2）x—真實課題；y—模擬課題；z—虛擬課題； 要求（1）、（2）均要填，如ay，by等。 開題報告內容：（調研資料的準備，設計的目的、要求、思路與預期成果；任務完成的 階段內容及時間安排；完成設計（論文）所具備的條件因素等。）篇三：機械手設計_開題報告 沈 陽 工 程 學 院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課程名稱： 機械手設計 專 業(yè)： 機械制造與自動化 班 級： 機制專101 學 號： 2010543112 學生姓名： 李曉軍 1、課題來源 目前在我國的許多中小型汽車生產以及輕工業(yè)生產中，往往流水線上的作業(yè) 工作還需要人工上下料，既費時費力，又影響效率。而隨著電子技術特別是電子 計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一 門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和 自動化的有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞 動強度，提高勞動生產力。機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和 移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種 新型裝置。機械手越來越廣泛的得到了應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組 裝 ，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普 遍。 近年來，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)fms和柔性制造單元fmc中一個重 要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應于中、小批量生產，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應 性很強。當工件變更時，柔性生產系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對 路的品種，提高產品質量，更好地適應市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器 人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規(guī)模和產業(yè)化水平 低，機械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產水平的提高，從經濟上、技 術上考慮都是十分必要的。為此，我們把設計制作輸送線上助力搬運機械手作為 我們研究的課題。 2、研究的目的、意義 2.1 課題研究的目的 現(xiàn)代汽車制造工廠的生產流水線，尤其是主要工藝的焊接生產線，大多采用 了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指 定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個 工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應用之一。 現(xiàn)在的機械手大多采用液壓傳動，液壓傳動存在以下幾個缺點: (1)液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失(摩擦損失、泄露損失等)； 液壓傳動易泄漏，不僅污染工作場地，限制其應用范圍，可能引起失火事故，而 且影響執(zhí)行部分的運動平穩(wěn)性及正確性。 (2)工作時受溫度變化影響較大。油溫變化時，液體粘度變化，引起運動特 性變化。 (3)因液壓脈動和液體中混入空氣，易產生噪聲。 (4)為了減少泄漏，液壓元件的制造工藝水平要求較高，故價格較高;且使用 維護需要較高技術水平。 鑒于以上這些缺陷，本機械手擬采用氣壓傳動，氣動技術有以下優(yōu)點: (1)介質提取和處理方便。氣壓傳動工作壓力較低，工作介質提取容易，而 后排入大氣，處理方便，一般不需設置回收管道和容器:介質清潔，管道不易堵 塞，不存在介質變質及補充的問題. (2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過程中，阻力損失較小(一般僅 為油路的千分之一)，空氣便于集中供應和遠距離輸送。外泄漏不會像液壓傳動 那樣，造成壓力明顯降低和嚴重污染。 (3)動作迅速，反應靈敏。氣動系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需 的壓力和速度。氣動系統(tǒng)也能實現(xiàn)過載保護，便于自動控制。 (4)能源可儲存。壓縮空氣可存貯在儲氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況 時，機器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應性好。在易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射、振動等惡 劣環(huán)境中，氣壓傳動與控制系統(tǒng)比機械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會因溫度 變化影響傳動及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動元、輔件的材 質和加工精度要求，制造容易，成本較低。 傳統(tǒng)觀點認為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實現(xiàn)高 精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低， 抓舉力較小。雖然氣動技術作為機器人中的驅動功能已有部分被工業(yè)界所接受， 而且對于不太復雜的機械手，用氣動元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動 機器人這一體系己經取得的一系列重要進展過去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動化 領域里，對氣動機械手、氣動機器人的實用性和前景存在不少疑慮。 2.2 課題研究的意義 在機械工業(yè)中，應用機械手的意義可以概括如下： 一、以提高生產過程中的自動化程度 應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝 配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。 二、以改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性 污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而 應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一 些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由 于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產 應用機械手代替人進行工作，這 是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(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，目前幾乎都沒有機 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。 綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 3、國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3.1 國內的研究現(xiàn)狀 工業(yè)機械手最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。 工業(yè)機械手延伸和擴大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、 有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調重復勞動，提高勞 動生產率，保證產品質量。目前主要應用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制 造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機械手與數(shù)控加工中心， 自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn) 生產自動化。隨著生產的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領 域日益擴大。 我國的工業(yè)機械手發(fā)展主要是逐步擴大其應用范圍。在應用專業(yè)機械手的同 時，相應的發(fā)展通用機械手，研制出示教式機械手、計算機控制機械手和組合式 機械手等。可以將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構， 設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構，組裝 成各種用途的機械手，即便于設計制造，又便于跟換工件，擴大了應用范圍。目 前國內機械手主要用于機床加工、鍛造。熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面 都不能滿足工業(yè)生產發(fā)展的需要。所以，在國內主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專業(yè)機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 3.2 國外研究現(xiàn)狀