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本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 開題報告 題目： 多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計— 機(jī)械系統(tǒng) 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 班 級： 所在院系： 機(jī)電工程學(xué)院 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告內(nèi)容 課題的目的、意義；國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 課題的目的及意義 隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，勞動力成本的不斷增大，工業(yè)機(jī)器人的長足發(fā)展已是一個必然的趨勢?，F(xiàn)如今，機(jī)器人技術(shù)在我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了較廣泛的應(yīng)用，所以，通過對此課題的研究，一方面可以使我在走上工作崗位之前將理論知識與實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行一次緊密的聯(lián)系，將所學(xué)知識可以進(jìn)行系統(tǒng)性的回顧與應(yīng)用，從而更加深刻的理解和掌握所學(xué)的知識。另一方面，通過這次課題的設(shè)計，可以加強(qiáng)我的實踐能力，為最終順利走上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)推廣，成為主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人已占有一定比重（占日本1998年安裝臺數(shù)的10%，銷售額的36%）。（1）在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，已關(guān)節(jié)型為主流，80年代發(fā)明的使用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)機(jī)器人約占總量的1/3。90年代初開發(fā)的適應(yīng)于窄小空間、快節(jié)奏、360度全工作空間范圍的垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人大量用于焊接和上、下料。應(yīng)3K和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)需求，超大型機(jī)器人應(yīng)運而生。（如焊接數(shù)10米長、10噸以上大構(gòu)件的弧焊機(jī)器人群，采取螞蟻啃骨頭的協(xié)作機(jī)構(gòu)。）CAD、CAE等技術(shù)已普遍用于設(shè)計，仿真和制造中。（2）在控制技術(shù)方面，大多數(shù)采用32位CPU，控制軸數(shù)多達(dá)27軸，NC技術(shù)、離線編程技術(shù)大量采用。協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位機(jī)、多機(jī)器人的協(xié)調(diào)控制，正逐步實現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。采用基于PC的開放結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)已成為一股潮流，其成本低、具有標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)功能。（3）在驅(qū)動技術(shù)方面，80年代發(fā)展起來的AC侍服驅(qū)動已成為主流驅(qū)動技術(shù)用于工業(yè)機(jī)器人中。DD驅(qū)動技術(shù)則廣泛地用于裝配機(jī)器人中。2、新一代的侍服電機(jī)與基于微處理器的智能侍服控制器相結(jié)合已由FANUC等公司開發(fā)并用于工業(yè)機(jī)器人中，在遠(yuǎn)程控制中已采用了分布式智能驅(qū)動新技術(shù)。（4）裝有視覺傳感器的機(jī)器人數(shù)量呈上升趨勢，不少機(jī)器人裝有兩種傳感器，有些機(jī)器人留了多種傳感器接口。（5）大部分機(jī)器人采用了Ether網(wǎng)絡(luò)通訊方式，占總量的41.3，其它采用RS-232、RA-422、RS-485等通訊接口。（6）目前，最快的裝配機(jī)器人最大合成速度為16.5m/s。位置重復(fù)精度為正負(fù)0.01mm。但有一種速度競達(dá)到80m/s；而另一種并連機(jī)構(gòu)的NC機(jī)器人，其位置重復(fù)精度大1微秒。 在國外，應(yīng)用于制造業(yè)的機(jī)器人取得了較顯著進(jìn)展，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國際上較有影響力的、知名機(jī)器人公司。如德國的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。據(jù)專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計，2002年至2004年，世界機(jī)器人市場年增長率平均在10%左右，2005年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的30%，2007年全球機(jī)器人實際安裝量達(dá)到650萬臺，機(jī)器人安裝量比2006年增加3%，達(dá)到了114365臺。據(jù)統(tǒng)計，近年來全球機(jī)器人行業(yè)發(fā)展迅速，2008年全球機(jī)器人行業(yè)總銷售量比2006年增長25％。而無論在使用、生產(chǎn)還是出口方面，日本一直是全球領(lǐng)先者，目前日本已經(jīng)有130余家專業(yè)的機(jī)器人制造商。 在發(fā)達(dá)國家，以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)的自動化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動化裝備的主流及未來發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已大量使用機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，典型的成套裝備有：大型轎車殼體沖壓自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，大型機(jī)器人車體焊裝自動化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，電子電器等機(jī)器人柔性自動化裝配及檢測成套技術(shù)和裝備，機(jī)器人發(fā)動機(jī)、變速箱裝配自動化系統(tǒng)技術(shù)成套裝備及板材激光拼焊成套裝備等。這些機(jī)器人自動化成套裝備的使用，大大推動了其行業(yè)的快速發(fā)展。 國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： 1．工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。 2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、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(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可*性、易操作性和可維修性。 4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 5．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。 課題的目的、意義；國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，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；其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，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，如：可*性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可*性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 課題的主要任務(wù)；研究和設(shè)計中可能遇到的問題以及解決的方法和措施 課題主要任務(wù) 本課題的主要任務(wù)是時機(jī)機(jī)器人各個活動桿件及其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計，這也是此次設(shè)計的一個重點。另一個就是機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化，最終實現(xiàn)機(jī)構(gòu)體積小、重量輕、活動范圍大等要求。 設(shè)計技術(shù)指標(biāo) 1. 自由度數(shù)：6（包括腰、肩、肘的回轉(zhuǎn)、手腕的回轉(zhuǎn)、偏擺和旋轉(zhuǎn)）。 2. 各軸回轉(zhuǎn)范圍：腰回轉(zhuǎn)：300o；肩回轉(zhuǎn)：320o；肘回轉(zhuǎn)：270o；手腕回轉(zhuǎn)：575o； 手腕偏擺：240o；手腕旋轉(zhuǎn)：180o 。 3. 額定負(fù)載：30N。 可能遇到的問題 活動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，驅(qū)動裝置與驅(qū)動結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計，減速裝置的選用，活動范圍的控制，活動連桿的尺寸設(shè)計與優(yōu)化等這些都會是在設(shè)計過程中遇到的問題。 解決方法和措施 技術(shù)指標(biāo)中6自由度，額定負(fù)載30N，驅(qū)動裝置選電動驅(qū)動器，更適合這種中低負(fù)荷、動作及運動軌跡復(fù)雜的機(jī)器人。 考慮到機(jī)器人的整體強(qiáng)度剛度及手部運動的靈敏度的問題，小臂和腕部采用諧波減速器，使靠近終端的機(jī)構(gòu)輕便，而腰部、肩部則可采用普通些的減速器使“根基”粗大些以增加機(jī)器人的可靠性等。 減速裝置可涉及到齒輪、鏈輪、帶輪等，但從運動靈活性、定位精度等方面考慮無疑齒輪傳動是最佳選擇。查相關(guān)資料可知，目前市場上多采用日本的RV減速器，是一種二級封閉行星齒輪系，具有體積小、重量輕、精度穩(wěn)定，從整體上可減小機(jī)器人體積。 對于各個關(guān)節(jié)的繞轉(zhuǎn)角度范圍的控制，小于360o的采用兩個限位開關(guān)進(jìn)行控制，大于360o的可采用角位移檢測裝置（旋轉(zhuǎn)變壓器）進(jìn)行控制。 前期的文獻(xiàn)資料收集、調(diào)研、實習(xí)及設(shè)計條件準(zhǔn)備情況 參考文獻(xiàn)： [1]李團(tuán)結(jié).機(jī)器人技術(shù).電子工業(yè)工業(yè)出版社，2009 [2]賈振元，王福吉.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).科學(xué)出版社， 2011 [3]陸鳳儀，鐘守炎.機(jī)械設(shè)計，2009 [4]周開勤.機(jī)械零件手冊.高等教育出版社， 2001 [5]鄭甲紅，朱建儒，劉喜平．機(jī)械原理．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2006 [6]龔振邦.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計.電子工業(yè)出版社，2002 [7]工業(yè)機(jī)械手設(shè)計基礎(chǔ).天津科技技術(shù)出版社，1979 畢業(yè)設(shè)計主要工作的進(jìn)度安排 周次 設(shè)計（論文）任務(wù)及要求 第1-2周 熟悉課題：收集機(jī)器人設(shè)計相關(guān)資料，熟悉機(jī)器人整體架構(gòu)。 第3-4周 方案論證：掌握設(shè)計任務(wù)，對可行方案進(jìn)行分析論證。 第5-7周 總體設(shè)計：確定總體方案，繪制總體、原理草圖。 第 8-13 周 部件設(shè)計：子系統(tǒng)、部件尺寸、結(jié)構(gòu)的設(shè)計及草圖繪制。 第14-16周 撰寫資料：撰寫說明書，完善圖紙并進(jìn)行審閱。 第 17 周 答辯。 畢業(yè)設(shè)計每周指導(dǎo)時間、地點安排及畢業(yè)設(shè)計紀(jì)律要求 時間： 每周二上午10：00~12：00、周四下午4：00~6：00 地點： 實驗樓2B-408 紀(jì)律要求： 1.每周應(yīng)按時完成本周的設(shè)計任務(wù)；如有事請假，應(yīng)提前完成自己的工作，不能延誤安排的設(shè)計進(jìn)度。 2.每次設(shè)計指導(dǎo)時應(yīng)帶上設(shè)計筆記及相應(yīng)完成的設(shè)計文檔、圖紙。 3.遇到問題及時向指導(dǎo)老師請教，每周應(yīng)對設(shè)計的完成情況匯報至少1次 4.不得隨便缺席，否則將不予參加畢業(yè)答辯。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告考核 一、導(dǎo)師對開題報告的評語： 指導(dǎo)教師 20 年 月 日 成績 二、開題報告答辯評語及成績: 答辯小組負(fù)責(zé)人 20 年 月 日