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1、河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文開題報告
題目名稱
工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、選題的目的和意義:
工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè),或 是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè),例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料 制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上,以及在原子能工業(yè)等部門中,完成對人體 有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量, 而且可以保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強(qiáng)度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消 耗以及降低生產(chǎn)成本。因此,研究和設(shè)計各種用途的機(jī)器人特別是工業(yè)機(jī)器人、推 廣機(jī)器人的應(yīng)用是有現(xiàn)實意義的。由于工業(yè)機(jī)器人
2、具有一定的通用性和適應(yīng)性,能 適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn), 70年代起,常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起,成為柔性 制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組部分。
二、國內(nèi)外研究綜述:
20世紀(jì) 50年代末,美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上,采用伺服機(jī)構(gòu)和自動控制 等技術(shù),研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置,并將其稱為工業(yè)機(jī)器人; 60 年代初,美
國研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人,并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用; 1969年,美國通 用汽車公司用 21臺工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后,各工業(yè)發(fā) 達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。我國工業(yè)機(jī)器人起步于 70年代初期,經(jīng)過 20多年的發(fā)展,大致經(jīng)歷了
3、 3個階段: 70年代的萌芽期, 80年代的開發(fā)期和 90年代 的適用化期。我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過 20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn) 出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、 噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上;一批 機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人 操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù);工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù);機(jī)器人軟 件的設(shè)計和編程技術(shù);運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù);弧焊、點焊及大型機(jī)器人自動生產(chǎn)線 與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)“乘機(jī)安全小貼士”安全出行要重視等。某些關(guān)鍵 技術(shù)已達(dá)到
4、或接近世界水平。
雖然中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中,但和國際同行相比,差距依舊明 顯。從市場占有率來說,更無法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù),目前我們尚未 掌握,這是影響我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國家中,工業(yè)機(jī)器人自 動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主
流及未來的發(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)已經(jīng)大 量使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線,以保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,同時避免了大量的 工傷事故。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實踐表明,工業(yè)機(jī)器人的 普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn),提高社會生產(chǎn)效率,推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手 段。
機(jī)器人技術(shù)是
5、具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國際電氣電子工程師協(xié)會
IEEE的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了 4個重點發(fā)展方向,機(jī)器人 技術(shù)就是其中之一。一個國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)(產(chǎn)
業(yè)化,必須具備 5個要素即
5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Marketo 廣泛使用機(jī)器人是實現(xiàn) 工業(yè)自動化,提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī) 器人產(chǎn)業(yè),引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備,培養(yǎng)人才,打開市場。
三、畢業(yè)設(shè)計(論文所用的主要技術(shù)與方法:
在本次設(shè)計中,擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計類,機(jī)械繪圖類,機(jī)械工程
6、控制類,機(jī)械工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料,在設(shè)計 過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國 內(nèi)外的發(fā)展趨勢;其次,利用這些資料,可以
在設(shè)計過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方案的初步制定;最后,機(jī)器人手臂設(shè) 計過程中的所需材料的選擇,設(shè)計與校核計算,運(yùn)動過程的控制以及其他的注意事項, 都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動裝置組成。共有六個自由度,依次為腰部回轉(zhuǎn)、大 臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。機(jī)器人采用電動機(jī)驅(qū)動。這 種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、
7、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點,這也是 現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。為實現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動,驅(qū)動系統(tǒng)使用了 蓄電池供電。電動機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成 閉環(huán)控制,精度高,額定轉(zhuǎn)速高,但價格較高,而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動具有成本低,控制系統(tǒng)簡 單的優(yōu)點。確定這種機(jī)器人的 6個關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動,開環(huán)控制。各部件組成 和功能描述如下:
(1 底座部件:底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部 件固定在自動引導(dǎo)車(AGV上,支持整個操作機(jī),步進(jìn)電機(jī)固定在底座上,一級同步帶 傳動將運(yùn)動傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸,同時起到減速作用。
(2腰部回轉(zhuǎn)部件:腰部回轉(zhuǎn)部件包
8、括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和 步進(jìn)電機(jī)、制動器等。作用是支承大臂部件,并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動。在腰部支上固 定著驅(qū)動大臂俯
仰和小臂俯仰的電機(jī)。
(3 大臂部件:包括大臂和傳動部件。
(4 小臂部件:包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等,在小臂前端(靠近大 臂的一端固定驅(qū)動手腕三個運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。
(5 手腕部件:包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機(jī)械接口等
(6 末端執(zhí)行器:為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體,末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍
比較大,為0?100 mm??紤]在指尖的平面上貼傳器片,進(jìn)行力的控制。
四、
主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況:
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