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寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱 一種搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 （1） 課題類型 （A） 指導(dǎo)教師 朱火美 學(xué)生姓名 項(xiàng)杰 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 091280626 1. 本課題的研究目的及意義 1.1課題簡(jiǎn)介： 隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)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(dòng)機(jī)氣門作為汽車中的重要零件，市場(chǎng)需求量大，國(guó)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(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。而機(jī)器人正是自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要工具。 本課題的主要任務(wù)是對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jì)，包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分和簡(jiǎn)單的三維實(shí)體造型工作，并完成總裝配圖和零件圖的繪制。要求對(duì)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(duì)機(jī)構(gòu)中的重要連接件進(jìn)行強(qiáng)度校核。 1.2搬運(yùn)機(jī)械手、機(jī)器人概要及研究意義 搬運(yùn)機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，搬運(yùn)機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中。機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)殿起來(lái)的一門新興的技術(shù)。它更加促進(jìn)了搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展，使得搬運(yùn)機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。搬運(yùn)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(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)。因此，搬運(yùn)機(jī)械手越來(lái)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(shì)。 對(duì)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(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 機(jī)器人已被越來(lái)越多的應(yīng)用到科技、生產(chǎn)加工、服務(wù)等各個(gè)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(jì)過(guò)程中，對(duì)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(yùn)取代人工搬運(yùn)工作，以實(shí)現(xiàn)真正的全自動(dòng)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(diǎn): 1、以提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2、以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而搬運(yùn)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(dòng)條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)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(shí)由于還可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)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(shì) 通過(guò)機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析研究，熟悉了機(jī)器人設(shè)計(jì)分析的思路和流程，了解了我國(guó)和世界其他各國(guó)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(cè)了自己在分析理論和解決實(shí)際問(wèn)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(guó)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(tái)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(guò)四十年的迅速發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(gè)重要分支，是機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究發(fā)展方向。對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(gè)國(guó)家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。 搬運(yùn)機(jī)械人的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)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(diǎn)。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(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 目前，對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有最重要影響的國(guó)家是日本和美國(guó)。美國(guó)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)的機(jī)器人數(shù)量和種類則居世界首位。我國(guó)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(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。但是我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)仍是一個(gè)機(jī)器人設(shè)備的消費(fèi)市場(chǎng)，行業(yè)市場(chǎng)處于發(fā)展壯大中。 因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，搬運(yùn)機(jī)器人就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。搬運(yùn)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(dòng)條件。國(guó)外在這方面的運(yùn)用不僅在單機(jī)、專機(jī)上采用，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。同時(shí)研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到準(zhǔn)確搬運(yùn)的目的。所以搬運(yùn)機(jī)器人以及搬運(yùn)機(jī)械手的研究發(fā)展是我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 3. 本課題的研究?jī)?nèi)容 3.1 主要的研究?jī)?nèi)容 本文研究了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jì)，包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分和簡(jiǎn)單的三維實(shí)體造型工作。 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下: ①根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式。 ②確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型。 ③確定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行力學(xué)校核。 ④選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)。 ⑤繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。 ⑥運(yùn)用三維軟件完成三維實(shí)體造型工作。 3.2設(shè)計(jì)要求 1.搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(shí)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(wèn)題 完成搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(gè)零件圖，同時(shí)運(yùn)用三維軟件畫出實(shí)體圖 4、本課題計(jì)劃、進(jìn)度及預(yù)期效果 4.1實(shí)施計(jì)劃和進(jìn)度 本課題的實(shí)施計(jì)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(bào)告 9.1710.8 3周 ②文獻(xiàn)綜述，3000字符以上 10.810.22 2周 ③總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 10.2211.5 2周 ④零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11.5 11.19 2周 ⑤零部件的強(qiáng)度計(jì)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(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 12.17 12.31 2周 4.2 預(yù)期效果 本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一個(gè)小型搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)同時(shí)又可以提高勞動(dòng)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(cè)[M].于東英，安永辰譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 【3】費(fèi)仁元，張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)及分析[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，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(jì)[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(shì)[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(jì)[D]. 江蘇: 無(wú)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(dòng)化系統(tǒng). 機(jī)械工業(yè)出版社[M], 2006年 【9】彭堅(jiān). 氣動(dòng)機(jī)械手及其PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 通用機(jī)械, 2004. 7(2):1 -7 【10】王巍, 汪玉鳳. 基于PLC氣動(dòng)機(jī)械手研究[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 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 designs.Mechanism and machine Theory,2002,3713951411 【14】Zlatanov D,Gosselin C M. A familiy of new parallel architectures with four degrees of freedom.Journal of Compulational Kinematics,2001(5)5766 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供 課題類型： A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；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(bào)告