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1、寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱一種搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 課題來源 （1） 學(xué)生姓名項杰 課題類型 （A） 指導(dǎo)教師 朱火美 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及 其自動化 學(xué) 號 091280626 1. 本課題的研究目的及意義 1.1課題簡介: 隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，對汽車零部件生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量都提出了更高的要求。 發(fā)動機(jī)氣門作為汽車中的重要零件，市場需求量大，國內(nèi)的產(chǎn)量也在不斷的增加。為了 提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢。而機(jī)器人正是 自動化生產(chǎn)中的重要工具。 本課題的主要任務(wù)是對國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械

2、手的工作原理，熟 悉了搬運機(jī)械手的運動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運 機(jī)械手的運動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計，包括傳動部 分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分和簡單的三維實體造型工作，并完成總裝配圖和零件圖的繪制 要求對機(jī)器人模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，估算各關(guān)節(jié)所需轉(zhuǎn)矩和功率，對機(jī)構(gòu)中的重要連接 件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1.2搬運機(jī)械手、機(jī)器人概要及研究意義 搬運機(jī)械手是在機(jī)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(jī)械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中。機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)殿起 來的一門新興的技術(shù)。它更加促進(jìn)了搬運機(jī)械手的發(fā)展，使得搬

3、運機(jī)械手能更好地實現(xiàn) 與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。搬運機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能 不斷重復(fù)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(jī)械手越來越廣泛地得到了應(yīng)用，也是今后工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 對于任何一種機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，都要從流程中改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)而提高效率，這種稱之 謂“工作研究和時間研究”的方法，在流水生產(chǎn)線中應(yīng)廣泛應(yīng)用。隨著新型材料的出現(xiàn), 還使得氣門整體性能進(jìn)一步提高，生產(chǎn)需要快度、高精度的制造出各種形狀的產(chǎn)品。提 高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的市場競爭力，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的 必然趨勢。 機(jī)器人已被越來越多的應(yīng)用到科技

4、、生產(chǎn)加工、服務(wù)等各個領(lǐng)域，并將有著更加廣 泛的發(fā)展。機(jī)器人是提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量的重要工具，而機(jī)械手的性能直接影 響機(jī)器人的應(yīng)用水平。因此，在機(jī)器人的設(shè)計過程中，對機(jī)器人系統(tǒng)開展機(jī)械手操作方 面的研究是必要的。 1.3本課題研究目的 本課題最終目的在于研制機(jī)器搬運取代人工搬運工作，以實現(xiàn)真正的全自動一體化 新型現(xiàn)代化的工業(yè)。將機(jī)器人應(yīng)用于生產(chǎn)具有如下優(yōu)點 ： 1、 以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度，有效的完成工業(yè)生產(chǎn)的各種操作流程， 以及人 工所不能完成的一些操作，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2、 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、

5、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，而搬運機(jī)器人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(fù)，特別是較笨重的操作中，可以避免由于操作疲勞或疏忽 而造成的人身事故。 3、 可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)，代替人進(jìn)行工作，直接減少人力勞作， 同時由于還可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機(jī)床的綜合 加工自動線上，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)， 是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢 通過機(jī)器人及搬運機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析研究，熟悉了機(jī)器人設(shè)計分析的思路和流 程，了

6、解了我國和世界其他各國機(jī)器人的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，認(rèn)知了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的最新 前沿科技，檢測了自己在分析理論和解決實際問題上的能力，為日后的研究工作打下了 良好的基礎(chǔ)。 2. 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 自從20世紀(jì)60年代初人類制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出了極強(qiáng) 的生命力。經(jīng)過四十年的迅速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽 車及汽車零部件制造業(yè)、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)等諸多領(lǐng)域中。機(jī)器人的分類方法有多種 ，按其應(yīng)用可分為：工業(yè)機(jī) 器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人和娛樂機(jī)器人。 作

7、為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段， 工業(yè)機(jī)器人是機(jī)器人中的一個重要分支， 是機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究發(fā)展方向。對工業(yè)機(jī)器人運動軌跡規(guī)劃和控制的研究，一直受 到人們的普遍關(guān)注。工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo) 志。 搬運機(jī)械人的是工業(yè)機(jī)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(yù) 期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng) 性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的 發(fā)展前景。 目前，對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有最重要影響的國家是日本和美國。美國在機(jī)器人技術(shù) 的綜合性水平上仍處于領(lǐng)先地位，日本生產(chǎn)

8、的機(jī)器人數(shù)量和種類則居世界首位。我國發(fā) 展機(jī)器人技術(shù)起步于20世紀(jì)70年代末。目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技 術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器 件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人。但是我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其 工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離?？傮w來說，我國仍是一個機(jī)器人設(shè)備的消費 市場，行業(yè)市場處于發(fā)展壯大中。 因此，裝卸、搬運等工序機(jī)械化的迫切性，搬運機(jī)器人就是為實現(xiàn)這些工序的自動 化而產(chǎn)生的。搬運機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善 熱、累等勞動條件。國外在這方面的運用不僅在單機(jī)、專機(jī)上采用，

9、以減輕工人的勞動 強(qiáng)度，并和機(jī)床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。同時研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置 和微型計算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到準(zhǔn)確搬運的目的。所以搬運機(jī)器人以及 搬運機(jī)械手的研究發(fā)展是我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 3. 本課題的研究內(nèi)容 3.1主要的研究內(nèi)容 本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運機(jī) 械手的運動機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對搬運機(jī)械手的運 動進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計，包括傳動部分、執(zhí)行部 分、驅(qū)動部分和簡單的三維實體造型工作。 為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下

10、⑥運用三維軟件完成三維實體造型工作。 3.2設(shè)計要求 1. 搬運機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 2. 機(jī)器人機(jī)械手受力分析與校核 3. 機(jī)器人機(jī)械手三維實體造型 4. 機(jī)器人機(jī)械手總裝配圖及零件圖繪制 3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 完成搬運機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行力學(xué)分析校核確保機(jī)器人工作的可靠性，畫出機(jī) 器人的各個零件圖，同時運用三維軟件畫出實體圖 4、本課題計劃、進(jìn)度及預(yù)期效果 4.1實施計劃和進(jìn)度 本課題的實施計劃和進(jìn)度如下: ①查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯, 撰寫開題報告 9.17 10.8 3 周 ②文獻(xiàn)綜述，3000 10.8 10.22 2 周 ③總體傳動方案

11、設(shè)計 10.22 11.5 2 周 ④ 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11.5 11.19 2 周 ⑤ 零部件的強(qiáng)度計算與校核 11.19 12.3 2 周 12.3 12 .17 2 ⑥ 撰寫畢業(yè)論文 ⑦ 畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 12.17 12.31 2 周 4.2預(yù)期效果 同時又可以提高勞動生產(chǎn)率 5、參考資料： 【1】鄭笑紅，唐道武.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 【2】IO.M索羅門采夫.工業(yè)機(jī)器人圖冊[M].于東英，安永辰譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1991 【3】費仁元，張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計及分析[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社

12、，1998 【4】馬香峰.機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 【5】周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 【6】杜志俊.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程師,2002(5) 【7】唐立平.基于PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[D].江蘇：無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 2007 年 【8】陳忠華.可編程控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社[M], 2006年 【9】彭堅.氣動機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].通用機(jī)械，2004. 7(2):1 -7 【10】王巍,汪玉鳳?基于PLC氣動機(jī)械手研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,200

13、5, 1(06): 55-68 【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 desig ns.Mecha nism and mach ine Theory,2002,37 1395 1411 【14】Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallel architectures with four degrees of freedom.Journal of Compulatio nal Kin ematics,2001(5) 57 66 指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日 課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供 課題類型：A —工程設(shè)計（藝術(shù)設(shè)計）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論（學(xué)術(shù)）研究；E—調(diào)研報告