基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),基于,Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),arduino,樹干,噴涂,機(jī)器人,設(shè)計(jì) 開題報(bào)告 論 文 題 目： 基于 Arduino 樹干噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè) 、班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師（職稱）： 2016 年 12 月 26 日填 一、選題依據(jù) 1．論文（設(shè)計(jì)）題目： 基于 Arduino 樹干噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì) 2．研究領(lǐng)域： 機(jī)器人結(jié)構(gòu)及傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì) 算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn) 技術(shù) 于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從 1962 年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái) 工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng) 化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。 經(jīng)過五十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。 如在毛坯制造、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面 涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展 以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。機(jī)器人正在為提高人類的生活 質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。 人類的演變長(zhǎng)河中，凡是對(duì)工作強(qiáng)度大，對(duì)人體健康有損害的工種最終都會(huì)被高 科技設(shè)備所替代。噴涂，正是這樣一個(gè)由機(jī)器人替代人工的例子。1969 年，挪威一家 公司最先嘗試開發(fā)，經(jīng)過數(shù)十年的進(jìn)步，目前技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且在汽車、手機(jī)、 五金衛(wèi)浴等行業(yè)應(yīng)用廣泛。 噴涂機(jī)器人又叫噴漆機(jī)器人（spray painting robot）， 是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其 他涂料的工業(yè)機(jī)器人。噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其 二是提高噴涂質(zhì)量和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；其四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá) 90%-95%。噴涂機(jī)器人的大量運(yùn)用 2 極大地解放了在危險(xiǎn)環(huán)境下工作的勞動(dòng)力，也極大提高了汽車制造企業(yè)的生產(chǎn)效率， 并帶來穩(wěn)定的噴涂質(zhì)量，降低成品返修率，同時(shí)提高了油漆利用率，減少?gòu)U油漆、廢 溶劑的排放，有助于構(gòu)建環(huán)保的綠色工廠。 從理論價(jià)值來說，噴漆機(jī)器人是集智能化、現(xiàn)代化于一身的先進(jìn)工業(yè)設(shè)備，將運(yùn) 動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能源、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電器控制及一身的新型設(shè)備。 從應(yīng)用價(jià)值來說，噴漆機(jī)器人能夠研制出來，對(duì)人類在體力勞動(dòng)的解放，用機(jī)器 取代體力勞動(dòng)，代替人去在復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行高危作業(yè)。不但可提高工作效率，提高 工作質(zhì)量，而且在構(gòu)建綠色工廠上做出巨大貢獻(xiàn)。 總結(jié)，機(jī)器人的發(fā)展很快，對(duì)人類雙手的解放做出了杰出的貢獻(xiàn)。噴漆機(jī)器人可 以在復(fù)雜環(huán)境下代替人類去工作，既可以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的工作，同時(shí)起到了保 護(hù)人類健康的作用。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 研究概況 噴涂機(jī)器人又稱為噴漆機(jī)器人（spray painting robot），是可進(jìn)行噴涂油漆或者其 他材料的工業(yè)設(shè)備。1969 年由挪威 Trallfa 公司（后并入 ABB 集團(tuán)）發(fā)明。噴涂機(jī)器 人主要由機(jī)器本體，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成，通過液壓、氣壓或電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，多采 用 5—6 個(gè)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，可以進(jìn)行復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其執(zhí)行 機(jī)構(gòu)即腕部有 2—3 個(gè)自由度，可以靈活運(yùn)動(dòng)。噴漆機(jī)器人廣泛運(yùn)用于汽車、儀表、 電器、搪瓷等工藝部門。 噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其二是提高噴涂質(zhì)量 和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；其 四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá) 90%-95%。 汽車噴涂：按是否具有沿著車身輸送鏈運(yùn)行方向水平移動(dòng)的功能，分為帶軌道式 和固定安裝式機(jī)器人；按安裝位置的不同，分為落地式和懸臂式機(jī)器人。落地式機(jī)器 人具有易于維護(hù)清潔的優(yōu)點(diǎn)。帶軌道式機(jī)器人則具有工作范圍相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn)。而懸 臂式機(jī)器人則可減少噴房寬度尺寸，達(dá)到減少能耗的作用。機(jī)器人在其它焊接、切割, 鑄件的清理、加工及表面處理等方面的應(yīng)用, 也在擴(kuò)大。 (1)點(diǎn)焊：汽車零件點(diǎn)焊是機(jī)器人應(yīng)用得最早和最多的領(lǐng)域之一。汽車工業(yè)中的 機(jī)器人點(diǎn)焊,已占點(diǎn)焊工作量的 80 %以上。這是由于,機(jī)器人本身的位置重復(fù)精度高, 一般為士 0.5—士 1.0mm,最好的甚至達(dá)士 0.lmm。同時(shí),與其配套的焊裝夾具的定位精 3 度也很高,能滿足技術(shù)要求,且焊接質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高。 （2）上下料搬運(yùn)：上下料搬運(yùn)是汽車工業(yè)機(jī)器人的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。上下料機(jī)器人是固定的，而搬運(yùn)機(jī)器人是移動(dòng)的，主要有自移動(dòng)式、吊裝積木式等。 （3）噴漆：汽車噴漆的主要部位是車身、汽車底盤、車箱等。噴漆機(jī)器人現(xiàn)在從單機(jī)使用走向了生產(chǎn)線使用。 （4）裝配：現(xiàn)在裝配機(jī)器人在汽車的裝配車間廣泛的應(yīng)用，其因其裝配精度高，裝配速度快等優(yōu)勢(shì)，很快占據(jù)汽車裝配市場(chǎng)。 下面我們主要介紹下噴漆機(jī)器人的研究： 噴漆是目前我國(guó)汽車工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人最多的領(lǐng)域。主要噴漆部位是車身和箱。第二汽車制造廠車箱廠采用兩臺(tái)日本 TOK10CO.ARMSTAR 噴漆機(jī)器人(加長(zhǎng)臂)和一臺(tái)往復(fù)機(jī)，它們能完成全部噴漆工作量的 75% —90%(可噴底漆、面漆等)。在兩班工作制情況下,它們已成功地運(yùn)轉(zhuǎn)了 4 年,平均無故障時(shí)間達(dá) 10Oh 以上(如不計(jì)人為因素,則 平均無故障時(shí)間達(dá) 300h 以上)。第二汽車制造廠車身廠使用了北京自動(dòng)化研究所研制的 7 臺(tái)噴漆機(jī)器人、兩臺(tái)頂噴機(jī)兩臺(tái)日本 IWATA 公司的側(cè)噴機(jī),它們可完成車身噴漆工作量的 80%以上,且配有電視監(jiān)督系統(tǒng)。此外,第一汽車制造廠車箱廠有 1 臺(tái) TRALLFA 型噴漆機(jī)器人;北京吉普車公司有 1 臺(tái)北京自動(dòng)化研究所研制的噴漆機(jī)器人,北京汽車制造廠有 l 臺(tái) ROBOTPJ 一 1 和 1 臺(tái) TRALLFA 噴漆機(jī)器人,南京汽車廠有 1 臺(tái)自制的五軸噴漆機(jī)器人。 汽車工業(yè)中,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的數(shù)量增加和技術(shù)進(jìn)步都很快。目前,我國(guó)機(jī)器人本體技術(shù)設(shè)計(jì)與制造水平同國(guó)外相比,差距不大。其位置重復(fù)精度可達(dá)士 0 .5 mm 左右,運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性基本能夠滿足生產(chǎn)需要(但機(jī)器人手臂的材質(zhì)不過關(guān),影響了機(jī)器抓重級(jí)和工作精度)。通過引進(jìn)與消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù),使微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電液伺服閥等元器件的研制和生產(chǎn)得到迅速發(fā)展。我國(guó)對(duì)機(jī)器人人工智能的研究比較重視,現(xiàn)已經(jīng)取得了一定成果。但由于國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是單機(jī)生產(chǎn),價(jià)格一直很高;且維修服務(wù)和用戶技術(shù)培訓(xùn)等配套措施跟不上,所以普遍存在故障率高、精度低、操作速度慢等缺點(diǎn)。 發(fā)展趨勢(shì) 目前世界上所有發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、蘇聯(lián)、西德等, 都把發(fā)展機(jī)器人技術(shù)或 智能自動(dòng)化控制技術(shù)擺在科技發(fā)展戰(zhàn)略中最優(yōu)的地位推廣。各國(guó)政府都在采取一切 鼓勵(lì)措施,對(duì)機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與利用給予極大的關(guān)注。譬如在捷克斯洛伐克,對(duì)生產(chǎn) 單位國(guó)家除撥給?？?改造和更新設(shè)備使之適合生產(chǎn)機(jī)器人需要外,還給予價(jià)格補(bǔ)貼, 4 以彌補(bǔ)機(jī)器人的生產(chǎn)成本與售價(jià)之間的差額。采用單位可獲得價(jià)格優(yōu)惠,并可得到年息 低于 4%的貨款,貸款可長(zhǎng)達(dá) 5 年之久, 還可加快折舊提成,企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和設(shè)計(jì)人員可獲 得物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。由于各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采取一系列鼓勵(lì)政策,機(jī)器人技術(shù)發(fā)展很快。如美國(guó) 華盛頓州里奇蘭的巴特爾太平洋西北實(shí)驗(yàn)室正研制一種最復(fù)雜最尖端的計(jì)算機(jī)控制 的酷似真人的機(jī)器人。這個(gè)取名為曼尼的機(jī)器人,從四肢、軀干到整個(gè)形體的大小部位 都與人體非常類似。它能摸擬人體的復(fù)雜活動(dòng)如姿態(tài)、呼吸、體內(nèi)體表溫度和出汗等。 人類發(fā)展到今天, 經(jīng)歷了一段長(zhǎng)期曲折的道路,大約每隔 100 年就有一次革新運(yùn)動(dòng),現(xiàn) 在正處于第三次革新浪潮中,估計(jì)到本世紀(jì)末將可能卷入到以“機(jī)器人革命”為基礎(chǔ)的 浪潮中去,這必將以第五代計(jì)算機(jī)的實(shí)用化為轉(zhuǎn)機(jī),迎來一場(chǎng)“向機(jī)械電子人接近”的 風(fēng)暴。智能機(jī)器人進(jìn)工廠、農(nóng)場(chǎng)、戰(zhàn)場(chǎng)、太空、商店及家庭的時(shí)代為期不遠(yuǎn)了?，F(xiàn)在 就主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概況分述于后。 自工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)以來 , 汽車工業(yè)就一直是其最重要的市場(chǎng)。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 UNIMAT 就安裝在美國(guó)通用汽車公司。機(jī)器人應(yīng)用早期, 汽車工業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求量 占機(jī)器人市場(chǎng)份額的 50 %以上,目前占 3 5 %。自機(jī)器人誕生以來的三十年中，它已由 一般性可編程示教再現(xiàn)式機(jī)器人, 發(fā)展到數(shù)控式機(jī)器人或智能化機(jī)器人。其控制系統(tǒng) 已由簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置發(fā)展到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)控制; 結(jié)構(gòu)型式由單級(jí)發(fā)展到多級(jí)結(jié) 構(gòu); 應(yīng)用領(lǐng)域也有了很大擴(kuò)展。機(jī)器人在汽車工業(yè)中的應(yīng)用有著很大優(yōu)勢(shì)和廣闊的 前景。 目前世界各國(guó)所使用的機(jī)器人尚屬第一、第二代機(jī)器人。而第三代機(jī)器人正是當(dāng) 前主攻的方向, 一旦第五代計(jì)算機(jī)研制成功, 則機(jī)器人的智能化程度更高、功能更完 善。 (一) 從機(jī)器人工業(yè)這方面來說有三種趨勢(shì)： 1、大型化趨勢(shì)：大型化是指機(jī)器人制造廠經(jīng)調(diào)整組合, 主要制造廠家規(guī)模越來越 大。如瑞典 ASEA 公司在 15 個(gè)國(guó)家設(shè)有機(jī)器人中心,并在美國(guó)、西班牙和法國(guó)設(shè)立分 廠,機(jī)器人銷售額達(dá) 7 千萬美元。近年來機(jī)器人制造業(yè)出現(xiàn)兼并現(xiàn)象。如世界著名的噴 漆機(jī)器人生產(chǎn)廠—挪威的 Trallfa 公司被瑞典的 AsEA 公司兼并,美國(guó) uinmaiton 公司可 控制美國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)的 50 %。有關(guān)專家預(yù)言到 1996 年世界將有大批機(jī)器人工廠倒閉, 機(jī)器人本體生產(chǎn)將集中在幾家大公司。 2 、微型化趨勢(shì)這種趨勢(shì)主要在日本體現(xiàn)明顯。日本的三百個(gè)機(jī)器人廠家中,資金 在 10 億以下的中小企業(yè)約占 60%。這些小企業(yè)雇員一般少于 12 人。小廠與大廠在產(chǎn) 5 品上互相配合,才不會(huì)被大廠擠垮。 3 、電子化趨勢(shì)近年來,日、美的電子電器廠紛紛進(jìn)入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中, 開始成為機(jī) 器人產(chǎn)生中的主體。如 1985 年,日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中,電子電器廠家占廠家總數(shù)的 62%。 （二）機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)據(jù)專家預(yù)側(cè):機(jī)器人技術(shù)在未來 15 年內(nèi)將進(jìn)入一個(gè) 新時(shí)期,其發(fā)展趨勢(shì)為： 材料:機(jī)器人材料趨向輕型化和高強(qiáng)度化,包括有機(jī)材料和無機(jī)材料,而純金屬型 機(jī)器人將日益減少。形狀記憶合金新材料視為第三代機(jī)器人的突破口。 功力:趨于輕型能源。包括使用核能和燃料電池,以減輕重量提高機(jī)器人的靈活性。 傳動(dòng)構(gòu)件:趨于高效、輕便和高度自動(dòng)化傳動(dòng)的控制機(jī)構(gòu),并且形式多種多樣。傳 感器系統(tǒng):工作更可靠、準(zhǔn)確,并將廣泛采用視覺、聽覺和觸覺傳感器,來提高辯識(shí)能力。 控制系統(tǒng):趨于采用微電腦控制,大幅度降低研制成本。 通訊系統(tǒng):日趨于遙控、采用光纜和無線電通訊。工作方式:采用非機(jī)械加工方法 如激光來切割、焊接或其它高能加工法。 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu):將采用生物機(jī)械設(shè)計(jì)概念,驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)趨于擬人化和高級(jí)化。 軟件: 發(fā)展專門機(jī)器人語(yǔ)言,其設(shè)計(jì)趨向標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)單化。 集成系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)人—機(jī)對(duì)話,更好地與外部設(shè)備相連接。 精密裝配機(jī)器人:主要用在汽車裝配、計(jì)算機(jī)、彩電、手表、大規(guī)模集成電路等 裝配線機(jī)器人。 據(jù)稱瑞典 AsEA 公司生產(chǎn)的 IRB 一 100 型精密裝配機(jī)器人是世界上最快速的機(jī)器 人。目前正努力使裝配機(jī)器人能適應(yīng)工作節(jié)拍更快、環(huán)境有變化的、更精密的裝配線。 水下機(jī)器人：目前水下機(jī)器人多采用有纜遙控方式,通過系纜輸出能源和交換信 息。而系纜又嚴(yán)重地影響水下機(jī)器人的工作范圍與活動(dòng)能力。因而研制各種無纜自治 式智能水下機(jī)器人是當(dāng)今世界深潛器的發(fā)展方向。法國(guó)、英國(guó)和意大利等都研制出不 同程度的無纜水下機(jī)器人。 6 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1.重點(diǎn)解決的問題 （1） 噴漆機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的搭建. （2）噴漆機(jī)器人噴漆工作的實(shí)現(xiàn)方式. （3）噴漆機(jī)器人的智能控制手段 （4）Arduino 控制系統(tǒng)的組成及其端口的應(yīng)用. （5）控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合 2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路） 首先通過查閱大量的相關(guān)資料，在論文前面要突出地介紹一下樹干噴涂機(jī)械系 統(tǒng)；并說明其現(xiàn)在的研究成果以及今后的發(fā)展趨勢(shì)[25]。本研究主要從樹干噴涂機(jī)器人 的信息捕捉、信息處理、路線優(yōu)化、噴漆功能的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的整體控制等方面著手工 作，最終做出相應(yīng)的產(chǎn)品。并在最后在撰寫文章的時(shí)候可以對(duì)其進(jìn)行推廣，把噴涂機(jī) 器人應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域中去。 1．緒論 1.1 課題研究背景 1.2 工業(yè)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 1.4 本章小結(jié) 2．系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.2 傳感系統(tǒng)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.3 控制系統(tǒng)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.4 本章小結(jié) 3．系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算 3.1 Arduino 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3.2 電機(jī)選型 3.3 車體尺寸設(shè)計(jì) 3.4 噴涂機(jī)械手臂及龍門架設(shè)計(jì) 3.5 傳感器選型 3.6 傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3.7 本章小結(jié) 4．系統(tǒng)三維建模及其功能 4.1 機(jī)械系統(tǒng)架構(gòu) 4.2 機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 4.3 傳感系統(tǒng)構(gòu)架 4.4 傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 4.5 控制系統(tǒng)構(gòu)架 4.6 本章小結(jié) 5．仿真分析 5.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核 5.2 運(yùn)動(dòng)分析 5.3 運(yùn)動(dòng)仿真 5.4 系統(tǒng)測(cè)試 5.5 本章小結(jié) 6.畢業(yè)設(shè)計(jì)感想 7.附錄 3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 (1)噴涂機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (2)系統(tǒng)總體裝配圖及零件圖 (3)系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) 8 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)） 第一步：通過 Solickworks 三維設(shè)計(jì)軟件，將機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第二步：基于工作室的平臺(tái)搭建機(jī)器人。 第三步：應(yīng)用 Arduino 控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制檢測(cè)各方面的性能。 第四步：將超聲波傳感器、視覺傳感器等傳感器安裝在機(jī)器人上。 第五步：設(shè)置模擬日常樹干涂白工作環(huán)境，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際的檢驗(yàn)。 第六步：撰寫研究成果報(bào)告。 2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第一周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，收集資料，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。第二周：閱讀參考文獻(xiàn)，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案。 第三周：總體方案設(shè)計(jì)，撰寫開題報(bào)告。 第四周：修改及完善開題報(bào)告，擬定設(shè)計(jì)方案。第五周：分析設(shè)計(jì)方案可行性，并做修改。 第六周：各機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方案分析。 第七周：分塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)方案。第八周：對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維構(gòu)圖設(shè)計(jì)。 第九周：對(duì)機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，檢查功能。第十周：進(jìn)行控制部分傳感器選型，及三維構(gòu)圖。第十一周：將控制部分與機(jī)械結(jié)構(gòu)合并。 第十二周：對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，檢查是否能夠完成預(yù)定功能。第十三周：進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題做修改。 第十四周：參照系統(tǒng)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。第十五周：完善畢業(yè)論文。 第十六周：準(zhǔn)備答辯內(nèi)容，參加畢業(yè)答辯。 9 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 熊宣明 江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院. 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢(shì)[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技 2016 年第 27 卷第 22 期（總第 402 期） [2] 計(jì)時(shí)鳴，黃希歡 浙江工業(yè)大學(xué) 特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部/浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室. 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J]. 第 32 卷第 1 期 2015 年 1 月. [3] 張紅霞 武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院. 國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)研究[J]. 探索與觀察 [4] 陳榮祥 劉霄惠 渝州大學(xué) 自電系.國(guó)外機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展[J]. 渝 州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1990 年 第 1.2 期. [5] 王世禮 上海交通大學(xué) 來可偉 第二汽車制造廠. 機(jī)器人技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J]. [6] 楊書評(píng)，宮迎輝，王海丹，王思斯 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所. 機(jī)器人自動(dòng)化及生產(chǎn)線關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 中圖分類號(hào)：TP242 [7] 趙俊英,戈美凈,王青云 ,溫國(guó)強(qiáng)天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院. 機(jī)器人自動(dòng)噴涂系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與三維建模 M]. 中圖分類號(hào)：TP242.2. [8] 張麗娟 蘭州工業(yè)學(xué)院.基于凱恩方法的 6Ｒ 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模與仿真.自動(dòng)化與儀器儀表 2016 年第 4 期( 總第 198 期). [9] ABB 機(jī)器人部供稿. 綠色機(jī)器人 以機(jī)器人為基礎(chǔ)的自動(dòng)化幫助塑料工業(yè)實(shí)現(xiàn)增效節(jié)能. [10] 戢磷 樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院.面向中國(guó)制造 2025 的先進(jìn)制造技術(shù)課程教學(xué)研究—— 培養(yǎng)掌握新型工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維修技術(shù)的高職人才 民普新技 2015 年 [11] 吳孝園 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)第四設(shè)計(jì)院。噴涂機(jī)器人 涂料工業(yè)[J] 1988 年 [12] 梅江平,楊志永,張大衛(wèi).天津大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,噴漆機(jī)器人尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)總體規(guī)劃 [13]. 郭 武.第二汽車制造廠車箱廠. 噴漆機(jī)器人的功能、選型及應(yīng)用[J] 機(jī)器人 1990 年 [14] 徐其元，欒尊祿，孫漢旭. 北京實(shí)驗(yàn)工廠.噴漆機(jī)器人關(guān)節(jié)模型的閉環(huán)參數(shù)辨識(shí) [15] A motion sensing-based framework for robotic manipulation . Hao Deng1,2, Zeyang Xia1,2* , Shaokui Weng1,2, Yangzhou Gan1,2, Peng Fang1,2 and Jing Xiong1 Deng et al. Robot. Biomim. (2016) 3:23 [16] Gantry Robot with Extended Workspace for Pavement Sign Painting Operations. Daehie Hong Journal of Mechanical Science and Technology (KSME Int. J.) [17] 孟慧杰，尹志新.廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 噴漆機(jī)器人工藝分析及優(yōu)化研究[J]設(shè)計(jì)與研究 [18] 王育哲. 上海大眾汽車有限公司. 噴漆機(jī)器人在汽車車身涂裝中的應(yīng)用[J] china-coating 2007 年 4 月 10 [19] 呂永軍，劉 峰，鄭飂默，孫一蘭 . 通用和修正 D-H 法在運(yùn)動(dòng)學(xué)建模中的應(yīng)用分析. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用 2016 年第 25 卷 第 5 期 [20] 王小剛，紀(jì)慎之. 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所. 我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)品的研制與開發(fā).中國(guó)工程師 1995 年 2 月 [21] 陳欠根，1, 2,彭南華.中南大學(xué)現(xiàn)代復(fù)雜裝備設(shè)計(jì)與極端制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一種經(jīng)濟(jì)型噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析. 現(xiàn)代制造工程 [22] A Novel Trajectory Planning Scheme for Parallel Machining Robots Enhanced with NURBS Curves Javad Jahanpour·Mehdi Motallebi· Mojtaba Porghoveh J Intell Robot Syst (2016) 82:257–275 [23] On Events in Multi-Robot Patrol in Adversarial Environments Noa Agmon [24] OPTIMAL VELOCITY TRAJECTORY GENERATION FOR SPRAY PAINTING ROBOT IN OFFLINE MODE ，Mayur V Andulkar Shital S Chiddarwar Anshul K Paigwa， Department of Mechanical Engineering, Visvesvaraya National Institute of Technology, Nagpur [25] Workspace and dynamic performance evaluation of the parallel manipulators in a spray-painting equipment, Jun Wu, Ying Gao , Binbin Zhang,Li Pi wang, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 44 (2017) 199–207 11 文獻(xiàn)綜述 1.Arduino 平臺(tái)簡(jiǎn)介 Arduino 是源自意大利的一個(gè)教學(xué)用開源硬件項(xiàng)目，主要是為希望嘗試創(chuàng)建交互 式物理對(duì)象的實(shí)踐者、喜歡創(chuàng)造發(fā)明的人及藝術(shù)家所構(gòu)建的，它秉承開源硬件思想， 程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。其硬件系統(tǒng)是高度模塊化的，通過 USB 接口與計(jì)算機(jī)連接，包括 14 通道數(shù)字輸入/輸出，其中包括 6 通道 PWM 輸出、6 通道 10 位 ADC 模擬輸入/輸出通道，電源電壓主要有 5V 和 3.3V。在核心控制板的外 圍，有開關(guān)量輸入輸出模塊、各種模擬量傳感器輸入模塊、總線類傳感器的輸入模 塊，還有網(wǎng)絡(luò)通信模塊，只要在核心控制板上增加網(wǎng)絡(luò)控制模塊，就可以容易地與 互聯(lián)網(wǎng)連接。Arduino 還提供了自己的開發(fā)語(yǔ)言，支持 Windows、Linux、MacOS 等 主流的操作系統(tǒng)。Arduino 系統(tǒng)是基于單片機(jī)開發(fā)的，并且大量應(yīng)用通用和標(biāo)準(zhǔn)的電 子元器件，包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)，代碼均采用開源方式發(fā)布，因此采購(gòu) 的成本較低，在各種電子制作競(jìng)賽、電子藝術(shù)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)等越來越多地使用 Arduino 作為開發(fā)平臺(tái)。甚至可以接受 Macromedia Flash 軟件制作的動(dòng)畫發(fā)送的信號(hào), 并由 此來控制一些動(dòng)作器件(如舵機(jī)等)。 2.Arduino 互動(dòng)媒體開發(fā) 正是由于 Arduino 易于使用，才能使用戶或開發(fā)者把精力關(guān)注于設(shè)計(jì)本身。 Arduino 甚至提供了自己的開發(fā)語(yǔ)言，這種借鑒了 C/C++和 Java 的語(yǔ)言，對(duì)于有一 定 Flash 的 ActionScript 腳本的開發(fā)者也相對(duì)容易掌握。再次，Arduino 基于單片 機(jī)開發(fā)，并且大量應(yīng)用通用和標(biāo)準(zhǔn)的電子元器件，包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)， 代碼均采用開源方式發(fā)布，因此采購(gòu)的成本較低。由于開源（open source）的緣故， Arduino 周邊聚集豐富的外圍軟件庫(kù)和硬件控制器、傳感器。另外，Arduino 可以支 持 Windows、Linux、MacOS 等主流的操作系統(tǒng)。綜上所述，互動(dòng)媒體的制作者擁有 更多的自由度，為互動(dòng)媒體的創(chuàng)作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用 Arduino 提高 Flash 的互 動(dòng)能力的途徑有很多，比如利用聲音傳感器、紅外傳感器、重力傳感器等。作為互 動(dòng)媒體而言，其主要特征是通過與周圍環(huán)境的交流、反饋來展現(xiàn)自身內(nèi)容，而各種 類型的傳感器能很好地傳達(dá)環(huán)境給予的各類刺激。 3.工業(yè)機(jī)器人發(fā)展 自工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)以來 , 汽車工業(yè)就一直是其最重要的市場(chǎng)。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器 人 UNIMAT 就安裝在美國(guó)通用汽車公司。機(jī)器人應(yīng)用早期, 汽車工業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求 12 量 占機(jī)器人市場(chǎng)份額的 50 %以上,目前占 3 5 %。自機(jī)器人誕生以來的三十年中， 它已由一般性可編程示教再現(xiàn)式機(jī)器人, 發(fā)展到數(shù)控式機(jī)器人或智能化機(jī)器人。其 控制系統(tǒng) 已由簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置發(fā)展到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)控制; 結(jié)構(gòu)型式由單級(jí)發(fā) 展到多級(jí)結(jié)構(gòu); 應(yīng)用領(lǐng)域也有了很大擴(kuò)展。機(jī)器人在汽車工業(yè)中的應(yīng)用有著很大優(yōu) 勢(shì)和廣闊的 前景。 目前世界各國(guó)所使用的機(jī)器人尚屬第一、第二代機(jī)器人。而第三代機(jī)器人正是 當(dāng)前主攻的方向, 一旦第五代計(jì)算機(jī)研制成功, 則機(jī)器人的智能化程度更高、功能 更完善。 4.噴漆機(jī)器人簡(jiǎn)介 噴涂機(jī)器人又稱為噴漆機(jī)器人（spray painting robot），是可進(jìn)行噴涂油漆或者其他材料的工業(yè)設(shè)備。1969 年由挪威 Trallfa 公司（后并入 ABB 集團(tuán)）發(fā)明。噴涂機(jī)器人主要由機(jī)器本體，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成，通過液壓、氣壓或電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，多采用 5—6 個(gè)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，可以進(jìn)行復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)即腕部有 2—3 個(gè)自由度，可以靈活運(yùn)動(dòng)。噴漆機(jī)器人廣泛運(yùn)用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝部門。 噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其二是提高噴涂質(zhì)量和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；其四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá) 90%-95%。 汽車噴涂機(jī)器人：按是否具有沿著車身輸送鏈運(yùn)行方向水平移動(dòng)的功能，分為帶軌道式和固定安裝式機(jī)器人；按安裝位置的不同，分為落地式和懸臂式機(jī)器人。落地式機(jī)器人具有易于維護(hù)清潔的優(yōu)點(diǎn)。帶軌道式機(jī)器人則具有工作范圍相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn)。而懸臂式機(jī)器人則可減少噴房寬度尺寸，達(dá)到減少能耗的作用。機(jī)器人在其它焊接、切割, 鑄件的清理、加工及表面處理等方面的應(yīng)用, 也在擴(kuò)大。 5.噴涂機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 主體噴涂機(jī)構(gòu)由噴涂機(jī)械手臂、龍門架及對(duì)應(yīng)的支撐運(yùn)動(dòng)等部分組成。其中噴 涂機(jī)械手臂是噴涂部分的主要結(jié)構(gòu)，其上裝有紅外線傳感器和噴頭，在俯仰關(guān)節(jié)的 帶動(dòng)下，噴涂機(jī)械手臂可以進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)械手臂的收放，以便在行 走過程中放下手臂，減少機(jī)構(gòu)的空間占用。噴涂機(jī)械手臂可以在縱向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 下與龍門架一起，實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)械手臂伸縮運(yùn)動(dòng)以調(diào)整機(jī)器人與樹木之間的距離；噴 涂機(jī)械手臂也在鏈條的帶動(dòng)下沿龍門架上的導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，在上下運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)樹 13 進(jìn)行噴涂。主體噴涂機(jī)構(gòu)安裝在帶有四輪的移動(dòng)小車上，小車具有避震機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn) 向利用左右輪速差實(shí)現(xiàn)。 6.傳感器選型 紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)， 只要它本身具有一定的溫度(高于絕對(duì)零度)，都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量 時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分 為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。 熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生 變化(這種變化可能是變大也可能是變小，因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻 和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光 敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜 等材料制成。 紅外線傳感器依動(dòng)作可分為: (1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱 型。 (2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因 PN 接合之光電動(dòng)勢(shì) 效果的量子型。 14 指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng) 閱） 審 核 教研室主任意見意 見  簽字： 年 月 日 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見 簽字： 年 月 日 公章： 15