論文（設計）題目 碼垛機器人設計一、本課題目的、意義及相關研究動態(tài)：1、課題目的：機械設計制造及其自動化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機械設計、制造行業(yè)的人才而開設的專業(yè)。而碼垛機器人課程設計不僅培養(yǎng)設計者對機械的認識、運用能力而且也增進了對機械工業(yè)發(fā)展的了解和認知。碼垛機器人的設計涉及：機械設計原理、電氣傳動及單片機、PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。設計目的：（1）養(yǎng)學生的機械設計能力；（2）擴展學生的知識結構；（3）幫助學生培養(yǎng)綜合運用能力；（4）是課堂教學的有益補充。2、課題意義：在機械工業(yè)中，應用碼垛機器人的意義可以概括如下： （1）以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應用碼垛機器人有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，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，而應用碼垛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，以碼垛機器人代替人進行工作，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) 應用碼垛機器人代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用碼垛機器人可以連續(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，目前幾乎都沒有碼垛機器人，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)。綜上所述，有效的應用碼垛機器人，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（1）國內(nèi)的研究現(xiàn)狀碼垛機器人最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。碼垛機器人延伸和擴大了人的 手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作：代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應用與制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。碼垛機器人與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，碼垛機器人的應用領域日益擴大。我國的碼垛機器人發(fā)展主要是逐步擴大其應用范圍。在應用專業(yè)碼垛機器人的同時，相應的發(fā)展通用碼垛機器人，研制出示教式碼垛機器人、計算機控制碼垛機器人和組合式碼垛機器人等?？梢詫⒋a垛機器人各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，設計成典型的通用機構，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型機構，組裝成各種用途的碼垛機器人，即便于設計制造，又便于跟換工件，擴大了應用范圍。目前國內(nèi)碼垛機器人主要用于機床加工、鍛造。所以，在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的碼垛機器人，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專業(yè)碼垛機器人的同時，相應的發(fā)展通用碼垛機器人，有條件的要研制示教式碼垛機器人、計算機控制碼垛機器人和組合碼垛機器人等。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮碼垛機器人的作用。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的碼垛機器人，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。（2）國外研究現(xiàn)狀國外碼垛機器人在機械制造行業(yè)中應用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。國外碼垛機器人的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的碼垛機器人。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如 發(fā)生少許偏差時候，即能更正并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定的成績。（3）發(fā)展趨勢目前世界高端碼垛機器人均具有高精化，高速化，多軸化，輕量化等的發(fā)展趨勢。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到3M/S，良新產(chǎn)品可以達到6軸，負載 2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破100KG。更重要的是將碼垛機器人、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相互結合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時，隨著碼垛機器人的小型化和微型化，其應用領域將會突破傳統(tǒng)的機械領域，從而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。二、課題的主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處：1、 本課題主要研究內(nèi)容安排如下：（1）查閱資料，撰寫開題報告，掌握機械產(chǎn)品設計的基本步驟。（2）結合題目進行市場調(diào)研，深入工廠進行畢業(yè)實習，在實習過程中，了解現(xiàn)場工程問題，積累相關資料，做好調(diào)研筆記，完成實驗報告。（3）了解碼垛機器人工作原理與性能及各部件零件的設計方法，進行設計方案比較后優(yōu)選。2、創(chuàng)新之處由傳統(tǒng)的機械式改為機電綜合式，從而實現(xiàn)結構簡單、占地面積少、適用性強、能耗低、操作非常簡單的碼垛機器人。三、研究方法、設計方案或論文撰寫提綱：1、研究方法：根據(jù)設計要求首先設計碼垛機器人的總體結構方案，根據(jù)所選機器人參數(shù)確定結構及尺寸，再重點對氣動手爪部分進行詳細設計，包括氣缸的設計、氣動系統(tǒng)原理圖的繪制等。第一階段：準備階段：了解工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，查閱課題相關的國內(nèi)外文獻，擬訂設計思路。 第二階段：設計階段：確定碼垛機器人總體結構方案，根據(jù)選定的工業(yè)機器人參數(shù)確定結構及尺寸，再重點對氣動手爪部分進行詳細設計。第三階段：制圖階段：利用 CAD 制圖分別做出裝配圖和零件圖。第四階段：總結階段：撰寫設計說明書，檢查圖紙，準備答辯。2、設計方案本次設計的碼垛機器人由手爪、手臂、手腕和基座組成，總體結構方案如下圖：3、論文撰寫提綱第 1 章 緒論第 2 章 結構的設計2.1 手部機構2.2 手腕結構設計2.3 手臂伸縮、升降的尺寸設計與校核第 3 章 控制系統(tǒng)設計總 結參考文獻致謝四、完成期限和預期進度：1、畢業(yè)設計課題調(diào)研階段；第 1—2 周，收集畢業(yè)設計（論文）資料。2、畢業(yè)設計開題報告階段；第 3—4 周，翻譯英文原文，撰寫開題報告。3、畢業(yè)設計中期檢查階段；2016 年 4 月 12 日。4、畢業(yè)設計主要工作階段；第 5—12 周，學習軟件基本知識與課題有關專題部分二周，五周用于擬定設計方案，進行圖紙設計，撰寫設計說明書，一周總結。5、畢業(yè)設計預答辯階段；第 13 周，指導教師審定畢業(yè)設計資料。6、答辯時間：2015 年 6 月 23 日 五、主要參考資料：[1] 李超，氣動通用上下料碼垛機器人的研究與開發(fā).陜西科技大學，2003[2] 陸祥生 ，楊繡蓮 .碼垛機器人.中國鐵道出版社,1985.1[3] 張建民.工業(yè)機械人 .北京：北京理工大學出版社,1992[4] 史國生.PLC 在碼垛機器人步進控制中的應用.中國工控信息網(wǎng),2005.1[5] 李允文.碼垛機器人設計.機械工業(yè)出版社,1996.4 [6] 蔡自興.機械人學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略.機械人技術,2001，4[7] 周洪.氣動技術的新發(fā)展.液壓氣動與密封,1999，4[8] 金茂青，曲忠萍，張桂華.國外工業(yè)機械人發(fā)展的態(tài)勢分析.機械人技術與應用,2001，2[9] 王雄耀.近代氣動機械人（碼垛機器人）的發(fā)展及應用.液壓氣動與密封,1999，5[10] 李明.單臂回轉碼垛機器人設計.制造技術與機床，2004. [11] 張軍， 封志輝.多工步搬運碼垛機器人的設計.機械設計,2004.4：21[12] Cole Thompson Associates． “Directory of Intelligent Buildings”1999.指導教師意見簽 名： 年 月 日