移動機器人轉(zhuǎn)臺的設計,移動,挪動,機器人,轉(zhuǎn)臺,設計 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 王風 學 號： 0601510150 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 移動機器人轉(zhuǎn)臺的設計 指 導 教 師: 周建平 2010 年 4 月 4 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備[1]。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務性設備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設備。它大都用于簡單、重復、繁重的工作，如上、下料，搬運等，以及工作環(huán)境惡劣的場所，如噴漆、焊接、清砂和清理核廢料等[2]。它使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生了根本性的變化,使人類的生產(chǎn)方式從手工作業(yè)、自動化跨入了智能化的時代。 關(guān)鍵詞 移動作業(yè)機器人 旋轉(zhuǎn)臺 驅(qū)動方式 1 移動作業(yè)機器人的應用和發(fā)展趨勢 自從20世紀60年代初人類創(chuàng)造了第一臺機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，在短短40多年的時間中，機器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，工業(yè)機器人已在工業(yè)發(fā)達國家的生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。目前，機器人已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)等領(lǐng)域中[3]。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等小型機器人都已被大量采用[4] ,在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，應用工業(yè)機器人最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè)[5]。 就國際上而言，現(xiàn)在機器人的應用主要有兩種方式，一種是機器人工作單元，另一種是帶機器人的生產(chǎn)線，并且后者在國外已經(jīng)成為機器人應用的主要方式。 目前小型機器人技術(shù)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(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化（例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。）；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)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[6] [7]。在國內(nèi)機器人技術(shù)也有了很大發(fā)展，在機器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機器人機構(gòu)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(shù)、遙控機器人的控制技術(shù)等均取得長足進展，并在實際工作中得到應用[8]。 2 小型移動機器人的構(gòu)成 小型移動機器人的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的，但歸納起來看，機器人基本上是由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三部分組成[9]。這三部分之間及其與檢測系統(tǒng)、工作對象之間的相互關(guān)系可以用下圖來表示行程速度檢測 控制系統(tǒng) 其它傳感器 驅(qū)動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu) 工作對象 圖1 機器人各組成部分關(guān)系圖 2．1 執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)也叫操作機，由一系列連桿或其它形式的運動副所組成，可實現(xiàn)各個方向的運動，它包括帶輪履帶、車身、運動臂、腕關(guān)節(jié)和手部等部件。有時也可裝備偵察設備等。 圖2 機器人的執(zhí)行機構(gòu) （1）帶輪履帶是機器人的基礎(chǔ)部分，整個裝置的行走機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)。行走機構(gòu)多用滾輪式或履帶式，行走方式分為有軌和無軌兩種。有時為了能使機器人完成較高攀爬的操作，可以增加電機驅(qū)動擺臂機構(gòu)，進行爬行作業(yè)。 （2）旋轉(zhuǎn)臺是外接裝置的承載平臺，要保證與行走、擺動、驅(qū)動機構(gòu)進行可靠地連接，所以必須具有足夠的強度和剛度?；剞D(zhuǎn)功能是指小型機器人的工作裝置在車體上進行± 90 度的往復轉(zhuǎn)動。小型機器人在行走裝置的車體上與工作裝置之間采用了回轉(zhuǎn)機構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)是由電機減速器、回轉(zhuǎn)軸、渦輪、蝸桿共同組成，其摩擦系數(shù)微乎其微，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)靈活，即使很小的位移也能控制，克服了無回轉(zhuǎn)功能的不足，且承載平臺還需實現(xiàn)自鎖功能，滿足實際工作的要求。 圖3 轉(zhuǎn)臺及手臂結(jié)構(gòu)簡圖 （3）手臂是執(zhí)行機構(gòu)的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和手部，并使它們在工作空間內(nèi)運動。手臂的運動及機構(gòu)與機器人所采用的坐標系直接相關(guān)。手臂的運動可歸結(jié)為直線運動。直線運動多通過油（氣）缸驅(qū)動來實現(xiàn)，也可通過齒輪。齒條、滾珠絲桿來實現(xiàn)。 （4）腕關(guān)節(jié)是連接手臂和手部的部件，用于調(diào)整手部的方向、姿態(tài)。腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大體上可以分為彎曲式和轉(zhuǎn)動式兩種結(jié)構(gòu)。為了使機器人有較好的動力學特性，一般將作動器裝在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通過鏈條、齒形帶或者連桿，將作動器的運動傳遞到腕關(guān)節(jié)。 （5）手部裝置一般指夾持裝置，主要用來按操作順序和位置傳送工作。根據(jù)工作原理的不同，夾持裝置可分為機械夾緊式、真空抽吸式、氣（液）壓張緊式和磁力式四種。 2．2 驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)主要是指驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的傳動裝置，根據(jù)動力源的不同，可分為電動、液壓和氣動三種[10] [11]。根據(jù)需要也可以由這三種類型組成復合式的驅(qū)動系統(tǒng)。 （1）液壓技術(shù)具有動力大、力慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點，適用于承載能力大、慣量大以及在防爆環(huán)境中工作的機械手。 （2）氣動驅(qū)動系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、價格低等特點，適用于中小負載的系統(tǒng)中。由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全可靠! 可以在高溫、震動、易燃、易爆、 多塵埃、 強磁、 輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、 易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。但難于實現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機械手中。如在上、下料和沖壓機械手中應用較多。 （3）電動驅(qū)動系統(tǒng)一般采用低慣量、大轉(zhuǎn)矩的交直流電機和配套的伺服驅(qū)動器。 2．3 控制系統(tǒng) 小型機器人的控制系統(tǒng)的主要任務是控制小型機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及運動的時間等項目[12]?？刂葡到y(tǒng)的典型部件有傳感器、控制系統(tǒng)的硬件和軟件等。其控制方式有點位式、軌跡式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四種[13]。 （1）點位式能準確的控制末端執(zhí)行器的工作位置，而路徑無關(guān)緊要，比較簡單。 （2）軌跡式能讓機器人末端執(zhí)行器按照示教的軌跡和速度運動。 （3）力（力矩）控制方式除了準確定位之外，還能控制力或力矩進行工作。 其中應用比較廣泛的是PLC系統(tǒng)，可編程序控制器(PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了廣泛的應用。它是以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的自動控制裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點;氣動技術(shù)也是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要手段，并且已廣泛地應用于各工業(yè)部門，在機械產(chǎn)品自動化、工業(yè)自動化及企業(yè)技術(shù)改造方面占有重要的地位[14] [15]。 3 研究方案 1．根據(jù)設計指標,首先對移動載體和搭載平臺進行了構(gòu)型分析,然后對各零部件進行詳細的設計。 2. 從總體尺寸、系統(tǒng)自重等方面考慮，選擇出合適的電機、減速器等部件，因轉(zhuǎn)臺還需搭載運動臂等外部，故還需考略轉(zhuǎn)臺因有一定的承載能力。對搭載平臺進行應力和強度校核,在滿足設計要求的前提下,對轉(zhuǎn)塔結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,完成了輕量化設計。 3. 轉(zhuǎn)臺要有回轉(zhuǎn)和俯仰兩個自由度（轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動范圍:360°俯仰平臺轉(zhuǎn)動范圍25°），可參考塔吊的運動原理，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動平穩(wěn)可以考慮使用推力球軸承，為使其達到自鎖的目的，可使用蝸輪蝸桿裝置。 4 總結(jié) 綜上所述，小型機器人轉(zhuǎn)臺的設計的主要部分就在于選擇合適的機構(gòu)。根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇出合適的運動和自鎖部件并對各部分進行設計計算。目前小型機器人的發(fā)展十分迅速，在各行業(yè)中起著重要作用，而我國對在各種危險環(huán)境下作業(yè)的小型機器人要求十分迫切。 參 考 文 獻 [1] 減速機信息網(wǎng). 工業(yè)機器人技術(shù)[EB/OL]. http://www.gkcity.com/n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006. 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[15] 機器與智能網(wǎng). 工業(yè)機器人應用領(lǐng)域分析網(wǎng)絡[DB/OL]. http://www.robotain.com/yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題以小型地面移動機器人的轉(zhuǎn)臺為研究對象，要求綜合運用所學基礎(chǔ)理論知識,根據(jù)給定的總體結(jié)構(gòu)尺寸、重量及運動特性指標，進行結(jié)構(gòu)選型、機構(gòu)設計。通過本課題的研究，通過對設計要求、工作原理和機構(gòu)動作的分析和理解，構(gòu)思機構(gòu)運動方式和傳動布局，并進行機構(gòu)、零部件設計計算等環(huán)節(jié)的實踐，來培養(yǎng)設計、計算、制圖及計算機應用能力，以提高分析與解決工程實際問題的能力。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 該同學的“文獻綜述”是在較好的理解和分析設計任務書的要求，廣泛搜集并研究相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上寫成的。綜述對移動機器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀作了分析和歸納，對本課題的設計提出了自己的初步構(gòu)想，為課題的深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 本課題通過對移動機器人轉(zhuǎn)臺和俯仰的機構(gòu)設計、三維造型與計算、零件圖、裝 配圖繪圖等多方面的鍛煉，具有綜合訓練作用。其中同時考慮結(jié)構(gòu)的輕量化、緊湊性和穩(wěn)定性，具有一定的難度。預計通過努力能完成移動機器人轉(zhuǎn)臺和俯仰系統(tǒng)的設計。 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日