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1、 畢業(yè)設 計（ 論 文） 開 題 報 告 題 目 四自由度圓柱坐標 機器人設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 生 指導教師 2007 年 一、 畢業(yè)設計 (論文 )課題來源、類型 來源：工程 類型：工業(yè)機器人 二、選題的目的及意義 機器人是人類 19 世紀的重大發(fā)明之一。據(jù)國外專家預測， 21 世紀將是機器人技術革命的世紀，機器人作為全面延伸和擴展人的體力和智力的手段將實現(xiàn)“當代最高意義上的自動化”。機器人的應用和普及正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式和作戰(zhàn)方式。在非常規(guī)和極端制造過程中，工業(yè)機器人是不可缺少的自動化裝備。 與發(fā)達國家相比，我國的機器人技術與產(chǎn)業(yè)有很大差距，但是隨著

2、我國國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，適應加快實現(xiàn)經(jīng)濟結構調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級，提高整個工業(yè)的自動化水平和滿足人民生活的需要，我國機器人技術將取得更大的發(fā)展。作為 21 世紀的中國大學生，我們將是經(jīng)濟建設的主干力量，也將挑起科技興國的重任。機器人技術作為推動經(jīng)濟發(fā)展的重要工具。 三、 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 我國的機器人研究開發(fā)工作始于上世紀 70 年代初，到現(xiàn)在已 經(jīng)歷了 30 年的歷程。前 10 年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。 1985 年后開始列入國家有關計劃，發(fā)展比較快。特別是在“七五”、“八五”“九五”機器人技術國家攻關、“ 863”高技術發(fā)展計劃的重點支持下，我國的機器

3、人技術取得了重大發(fā)展。在機器人基礎技術方面：諸如機器人機構的運動學、動力學分析與綜合研究，機器人運動的控制算法及機器人編程語言的研究，機器人內(nèi)外部傳感器的研究與開發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術、遙控機器人的控制技術等均取得長足進展，并在實際工作中得到應用。 在機器人 的單元技術和基礎元部件的研究開發(fā)方面：諸如交直流伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)、測速發(fā)電機、光電編碼器、液壓（氣動）元部件、滾珠絲杠、直線滾動導軌、諧波減速器、 RV 減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等均開發(fā)出一些樣機或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。 在機器人控制裝置的研制方面：已開發(fā)出具有雙 CUP、多 CU

4、P 和分級分層控制的機器人控制裝置多臺，主控計算機的檔次也逐漸升級。 在機器人操作機研制方面：已開發(fā)出一些先進的操作機和特種機器人，如 AGV（自動導引車），壁面爬行機器人，重復定位精度為 0.024mm 的裝配機器人，可潛入海底 6000m 的水下機器人，移動機器人，移動遙控機器人，主從操作機器人等，有些已達實用化水平并用于實際工程。 在機器人的應用工程方面：目前國內(nèi)已建立了多條弧焊機器人生產(chǎn)線，裝配機器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。國內(nèi)的機器人技術研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機器人工程設計和實施的能力，整體性能已達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，而整體價格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很

5、好的性能價格比和市場競爭力。 機器人涉及到機械、電子、控制、計算機、人工智能、傳感器、通訊與 網(wǎng)絡等多個學科和領域，是多種高新技術發(fā)展成果的綜合集成。因此它的發(fā)展與上述學科發(fā)展密切相關。機器人在制造業(yè)的應用范圍越來越廣闊，其標準化、模塊化、網(wǎng)絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強，并向著成套技術和裝備的方向發(fā)展。機器人應用從傳統(tǒng)制造業(yè)向非制造業(yè)轉變，向以人為中心的個人化和微小型方向發(fā)展，并將服務于人類活動的各個領域?？傏厔菔菑莫M義的機器人概念向廣義的機器人技術（ RT）概念轉移；從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向解決工程應用方案業(yè)務的機器人技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機器人技術（ RT）的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應用機器人技術

6、的、具有實 在動作功能的智能化系統(tǒng)”。目前，工業(yè)機器人技術正在向智能機器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化；控制技術的開放化、 PC 化和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。 四、 本課題主要研究內(nèi)容 1) 電機的選擇及傳動比的確定： 按照數(shù)控機床選用電機的原則選用機器人的電機，經(jīng)過查閱各種資料，結果如下： 在兩個移動關節(jié)和手腕關節(jié)中用步進電機： 步進電機又稱脈沖電機，是將電脈沖信號變換成角位移或線位移的一種機電式數(shù)模轉換器。它每接受數(shù)控裝置輸出的一個電脈信號，電機機軸就轉過

7、一定的角度，步距角成為。步距角一般為 0.5。 3。 ，角位移與輸入脈沖個數(shù)成嚴格的比例關系，步進電動機的轉速與控制脈沖的頻率成正比。 步距角 。 =360/PZK 式中， P 為相數(shù)； Z 為轉子的步數(shù)； K 為通電方式，當三相三拍導電方式時 K=1,三相六拍導電方式時 K=2. 而腰部旋轉關節(jié)因為其功率較大，采用交流伺服電動機通過諧波減速器和一對減速齒輪驅(qū)動 ,選用原則是： T=Jn*an*KA 式中 J 為轉動慣量， a 為加速度， KA 為公況系數(shù) 2) 手爪的結構及夾緊力的計算： 因為工件的質(zhì)量不重，且沒有夾緊力不能過大的規(guī)定，擬采用齒輪齒條平行連桿式平移夾持器 。 其夾緊力 FN

8、與驅(qū)動力 FP 的關系為： FN=FPR/2Lcos 并且采用氣動夾緊方式，因為此工作過程對穩(wěn)定性的要求小，而經(jīng)氣動夾緊方式濟實惠，其缺點就是噪音太大。 3) 機構簡圖的繪制： 機構簡圖的確定，有利于運動方程的計算，對機器人的控制有著重要意義。 4) 剛度強度的校核： 在結構初步確定后，就可以初步確定各個零件的尺寸了，這時就要進行重要零件剛度強度的校核，其中包括軸承的校核，齒輪的校核，以及重要軸的校核。 五、 完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑） 首先按照設計任務書的要求，通過查閱大量的文獻、資料以及優(yōu)秀論文，仔細的研究工業(yè)機器人的結構、運動過程及各種參數(shù)的計算方法，并通過研究原始參數(shù)，確

9、定大致的結構及設計過程。然后經(jīng)過準確的計算，確定設計參數(shù)，包括運動方程的構建，電機的選擇，傳動比的確定，減速器的結構，手爪夾緊力的計算等，接著按要求設計完整的結構參數(shù)，確定具體的結構，計算結構尺寸并進行剛度、強度的校驗，最后用 Aoto-CAD 做出具體的裝配圖、四個關節(jié)的結構圖及重 要零件的零件圖 六、本課題進度安排、各階段預期達到的目標 第五周：搜集、查找有關機器人設計方面的文獻及資料，掌握文獻檢索步驟、方法，學會對文獻篩選和應用。 第六周：查找機器人總體方案設計、確定方案，完成開題報告、文獻綜述。 第七八周：完成機器人的運動分析。完成四個運動關節(jié)電機的選擇、減速器的參數(shù)選擇計算。完成機器人手爪結構的設計與夾緊力，驅(qū)動力大小選擇計算。 第九十周：繪制整體機器人結構設計圖。 第十一十二周：繪制機器人底座旋轉，大臂伸縮，小臂伸縮及手腕回轉四個機構結構設計圖。 第十四十五周：撰寫畢業(yè)論文、中英文摘及外文翻譯。 第十六周：準備答辯。 七 、 指 導 教 師 意 見 對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見