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寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 一種搬運機器人的結構設計 課題來源 （1） 課題類型 （A） 指導教師 朱火美 學生姓名 項杰 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 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。而機器人正是自動化生產(chǎn)中的重要工具。 本課題的主要任務是對國內(nèi)外機器人發(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，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對機器人模型進行靜力學分析，估算各關節(jié)所需轉矩和功率，對機構中的重要連接件進行強度校核。 1.2搬運機械手、機器人概要及研究意義 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。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，搬運機械手越來越廣泛地得到了應用，也是今后工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 對于任何一種機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，都要從流程中改進薄弱環(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)線中應廣泛應用。隨著新型材料的出現(xiàn)，還使得氣門整體性能進一步提高，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。 機器人已被越來越多的應用到科技、生產(chǎn)加工、服務等各個領域，并將有著更加廣泛的發(fā)展。機器人是提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量的重要工具，而機械手的性能直接影響機器人的應用水平。因此，在機器人的設計過程中，對機器人系統(tǒng)開展機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)。將機器人應用于生產(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、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，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面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，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)，是現(xiàn)代機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢 通過機器人及搬運機械手結構設計的分析研究，熟悉了機器人設計分析的思路和流程，了解了我國和世界其他各國機器人的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，認知了當今機械行業(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。 2. 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 自從20世紀60年代初人類制造出第一臺工業(yè)機器人以后，機器人就顯示出了極強的生命力。經(jīng)過四十年的迅速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達國家中，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(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)等諸多領域中。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。作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人是機器人中的一個重要分支，是機器人領域的重要研究發(fā)展方向。對工業(yè)機器人運動軌跡規(guī)劃和控制的研究，一直受到人們的普遍關注。工業(yè)機器人已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。 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。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。 目前，對機器人技術的發(fā)展有最重要影響的國家是日本和美國。美國在機器人技術的綜合性水平上仍處于領先地位，日本生產(chǎn)的機器人數(shù)量和種類則居世界首位。我國發(fā)展機器人技術起步于20世紀70年代末。目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。但是我國的工業(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?？傮w來說，我國仍是一個機器人設備的消費市場，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。國外在這方面的運用不僅在單機、專機上采用，以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)。同時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。所以搬運機器人以及搬運機械手的研究發(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。 為了實現(xiàn)上述目標，本文擬進行的研究內(nèi)容如下: ①根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇機器人的坐標形式。 ②確定驅動系統(tǒng)的類型。 ③確定機器人的結構設計方案，進行力學校核。 ④選擇各部件的具體結構，進行機器人總裝圖的設計。 ⑤繪制機器人的零件圖，并確定尺寸。 ⑥運用三維軟件完成三維實體造型工作。 3.2設計要求 1.搬運機器人結構設計 2.機器人機械手受力分析與校核 3.機器人機械手三維實體造型 4.機器人機械手總裝配圖及零件圖繪制 3.3 關鍵的技術問題 完成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 4、本課題計劃、進度及預期效果 4.1實施計劃和進度 本課題的實施計劃和進度如下： ①查閱相關資料，外文資料翻譯，撰寫開題報告 9.1710.8 3周 ②文獻綜述，3000字符以上 10.810.22 2周 ③總體傳動方案設計 10.2211.5 2周 ④零部件的結構設計 11.5 11.19 2周 ⑤零部件的強度計算與校核 11.19 12.3 2周 ⑥撰寫畢業(yè)論文 12.3 12 .17 2周 ⑦畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 12.17 12.31 2周 4.2 預期效果 本設計就是設計一個小型搬運機器人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 5、參考資料： 【1】鄭笑紅，唐道武.工業(yè)機器人技術及應用.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004 【2】IO.M索羅門采夫.工業(yè)機器人圖冊[M].于東英，安永辰譯.北京：機械工業(yè)出版社，1991 【3】費仁元，張慧慧.機器人機械設計及分析[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，1998 【4】馬香峰.機器人機構學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991 【5】周伯英.工業(yè)機器人設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995 【6】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) 【7】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 【8】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 【9】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 【10】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 【12】SIEMENS AG. 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