水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 14021217 班 級(jí): 140212 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師: 開(kāi) 題 報(bào) 告 課題名稱(chēng)：水平多關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì) ——機(jī)身與大臂結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題介紹: 課題背景： 據(jù)有關(guān)專(zhuān)家介紹，機(jī)器人充分體現(xiàn)了人和機(jī)器的各自?xún)?yōu)長(zhǎng)，它比傳統(tǒng)機(jī)器具有更大的靈活性和更廣泛的應(yīng)用范圍。機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用是人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì)進(jìn)步的需要，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)工具進(jìn)化的必然。 　　在制造業(yè)中誕生的工業(yè)機(jī)器人是繼動(dòng)力機(jī)、計(jì)算

2、機(jī)之后而出現(xiàn)的全面延伸人的體力和智力的新一代生產(chǎn)工具，作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要自動(dòng)化裝備在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，并將在未來(lái)的制造企業(yè)中扮演越來(lái)越重要的角色。 　　機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備已成為目前國(guó)內(nèi)外極受重視的高新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備是指以機(jī)器人為核心，以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為媒介，將所有設(shè)備連接到一起而形成的大型自動(dòng)化生產(chǎn)線。它是先進(jìn)制造裝備的典型代表，是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的重要手段。 　　據(jù)介紹，機(jī)器人及其成套設(shè)備的應(yīng)用將使現(xiàn)代制造業(yè)產(chǎn)生變革，對(duì)改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，全面提升企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有重大作用。機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備的擁有量和水平是衡量

3、一個(gè)國(guó)家制造綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一。 在機(jī)器人中，人（操作者）是不可缺少的重要組成部分，在用這種裝置完成一項(xiàng)操作任務(wù)的整個(gè)過(guò)程中，自始至終都必須有人的參加。同時(shí)，人通過(guò)觀察系統(tǒng)對(duì)從動(dòng)部件的工作情況及其周?chē)h(huán)境保持直接或間接的視覺(jué)監(jiān)視，從而能充分的依靠人的感覺(jué)和智力及時(shí)做出判斷和決策，以適應(yīng)工作對(duì)象或其周?chē)h(huán)境的變化，隨機(jī)應(yīng)變地完成那些較為復(fù)雜的、或者事先難以預(yù)料的操作任務(wù)。 目前，機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越多、越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。金字塔探密，機(jī)器人功不可沒(méi)。美國(guó)攻打伊拉克，機(jī)器人也發(fā)揮了重要作用。中國(guó)神州五號(hào)的成功發(fā)射，充分顯示了我國(guó)在機(jī)器人某個(gè)領(lǐng)域的實(shí)力。 我國(guó)現(xiàn)代

4、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究 1、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)概念 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人技術(shù)是綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的

5、特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)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(shuō)它也是機(jī)器的進(jìn)化過(guò)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(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。 2、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 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(tái)數(shù)的10%，銷(xiāo)售額的36%） （1）機(jī)械結(jié)構(gòu) ①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(kāi)發(fā)的適應(yīng)于窄

6、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。 ②應(yīng)3K和汽車(chē)、建筑、橋梁等行業(yè)需求，超大型機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。如焊接樹(shù)10米長(zhǎng)、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)。 ③CAD、CAE等技術(shù)已普遍用于設(shè)計(jì)，仿真和制造中。 （2）控制技術(shù) ①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。 ②協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實(shí)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(shí)現(xiàn)多智能體的協(xié)調(diào)控制。 ③采用基于PC的開(kāi)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)功能。

7、 （3）驅(qū)動(dòng)技術(shù) ①80年代發(fā)展起來(lái)的AC侍服驅(qū)動(dòng)已成為主流驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于工業(yè)機(jī)器人中。DD驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(dòng)新技術(shù)。 （4）應(yīng)用智能化的傳感器 裝有視覺(jué)傳感器的機(jī)器人數(shù)量呈上升趨勢(shì)，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）通用機(jī)器人編程語(yǔ)言 在ABB公司的20多個(gè)小型號(hào)產(chǎn)品中，采用了通用模化塊語(yǔ)言RAPID。最近美國(guó)“機(jī)器人工作空間技術(shù)公司”開(kāi)發(fā)了Robot Script V

8、.10通用語(yǔ)言，運(yùn)行于該公司的通用機(jī)器人控制器URC的Win NT/95環(huán)境。該語(yǔ)言易學(xué)醫(yī)用，可用于各種開(kāi)發(fā)環(huán)境，與大多數(shù)WINDOWS軟件產(chǎn)品兼容。 （6）網(wǎng)絡(luò)通用方式 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。 （7）高速、高精度、多功能化 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(jìng)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。 （8）集成化與系統(tǒng)化 當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的另一特點(diǎn)是應(yīng)用從單機(jī)、單

9、元向系統(tǒng)發(fā)展。百臺(tái)以上的機(jī)器人群與微機(jī)及周邊智能設(shè)備和操作人員形成一個(gè)大群體（多智能體）。跨國(guó)大集團(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品連接在一起，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造”，為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。 3、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及在系統(tǒng)（FMS、CIMS）中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應(yīng)“敏捷制造”（Agile Manufacturing），滿足多樣化、個(gè)性化的需要，并適應(yīng)多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)，向非制造領(lǐng)域進(jìn)軍。 （1）感覺(jué)功能 感覺(jué)功能方

10、面將實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的融合，以檢測(cè)多變的外部環(huán)境，做出判斷和決策，其實(shí)質(zhì)類(lèi)似于人的五官和身體的綜合感覺(jué)功能，包括視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、滑覺(jué)、接近覺(jué)、壓覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、臭覺(jué)、溫覺(jué)等。研究包括各類(lèi)傳感信息的采集及融合處理、傳感器與驅(qū)動(dòng)器一體化技術(shù)、感覺(jué)功能繼承模塊等。 （2）控制智能化 由引導(dǎo)教向NC，離線編程發(fā)展，進(jìn)而發(fā)展到進(jìn)一步應(yīng)用。隨著系統(tǒng)化、集成化生產(chǎn)的發(fā)展，基于PC的開(kāi)放式控制系統(tǒng)將機(jī)器人控制和車(chē)間一級(jí)控制的發(fā)展方向，國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè)，2007年它將占30％。 （3）移動(dòng)功能的智能化 為解決長(zhǎng)距離搬運(yùn)作業(yè)、大作業(yè)對(duì)象、多作業(yè)對(duì)象及極限作業(yè)等問(wèn)題，需開(kāi)發(fā)自主移動(dòng)系統(tǒng)（包括滑

11、動(dòng)、滾動(dòng)、行走、爬行、跳躍、飛行等）。 （4）系統(tǒng)應(yīng)用與集成化 支持以人為核心的生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人群體協(xié)調(diào)功能、群智能和多機(jī)通訊協(xié)議，開(kāi)發(fā)能理解人的意志的“同事機(jī)器人”。國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè)，2000你后有可能IMS要走向MA(R)S（多智能體系統(tǒng)），而該系統(tǒng)中的“同事機(jī)器人”（Cobot）將成為操作人員不可或缺的伙伴。圍繞著各種機(jī)器人與人共存的諸多課題，正在興起一門(mén)新學(xué)科“軟機(jī)器人學(xué)”。 （5）安全可靠性 由于大量不確定因素的存在，要實(shí)現(xiàn)智能化的安全可靠性，機(jī)器人必須具有對(duì)各種意外情況的應(yīng)變能力，及時(shí)采取預(yù)防措施和安全對(duì)策，包括硬件級(jí)、軟件級(jí)、應(yīng)用級(jí)和人機(jī)系統(tǒng)級(jí)的

12、自診斷和自修復(fù)故障。 （6）微型化 向微型化發(fā)展，開(kāi)發(fā)毫米級(jí)機(jī)器人，用于微加工、醫(yī)學(xué)、宇宙和海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。就使用性和成本來(lái)看，毫米級(jí)最可行。 （7）多傳感器信息融合與配置技術(shù) ①機(jī)器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過(guò)程控制和污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用：包括面向工藝過(guò)程的多傳感器融合和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；面向工藝要求的新型傳感器研制。 ②機(jī)電一體化智能傳感器：包括具有感知、自主運(yùn)動(dòng)、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機(jī)電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和清污的自主運(yùn)動(dòng)；調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 與

13、國(guó)外相比，我國(guó)機(jī)器人的擁有量還很少，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，適應(yīng)加快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高整個(gè)工業(yè)的自動(dòng)化水平的需要，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)將取得高速發(fā)展。中國(guó)入世后，客觀上迫使國(guó)內(nèi)企業(yè)加快技術(shù)步伐，提高企業(yè)自動(dòng)化水平，提高企業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 工作內(nèi)容和要求： 1、設(shè)計(jì)參數(shù)及要求： （1）要求： 關(guān)節(jié)式機(jī)器人，三個(gè)自由度以上。 （2）參數(shù)： ①最大持重：1.0kg（包括手爪重量） ②結(jié)構(gòu)形式：關(guān)節(jié)式 ③運(yùn)動(dòng)范圍：大臂180 小臂115 手腕300 垂直距離150mm ④驅(qū)動(dòng)方式：

14、步進(jìn)電機(jī) ⑤尺 寸：340x380x645 ⑥用PLC控制 （3）工作量： ①機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)：CAD繪圖，A03（裝配圖2張，零件圖1張） ②電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)：CAD繪圖，A01（電氣原理圖） ③零件設(shè)計(jì)：100句以上 ④說(shuō)明書(shū)：20000字 ⑤外文翻譯：5000漢字 ⑥查閱有關(guān)資料：15篇以上 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)： 1、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人自由度的設(shè)計(jì)。 2、與水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。 3、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 4、多關(guān)節(jié)機(jī)器人電氣原理設(shè)計(jì)。 可能用到

15、的主要知識(shí)和技能： 1、 液壓系統(tǒng)控制等驅(qū)動(dòng)方式。 2、 與機(jī)械手有關(guān)的結(jié)構(gòu)知識(shí)。 3、 單片機(jī)的工作原理及引腳接法。 4、 相關(guān)的編程軟件。如：可編程序控制器。 需要自學(xué)的知識(shí)和技能： 1、對(duì)現(xiàn)階段機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的了解。 2、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人有關(guān)的基本計(jì)算、機(jī)器人基本機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、多關(guān)節(jié)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式、電氣原理的認(rèn)識(shí)。單片機(jī)的工作原理及引腳接法 4、熟練掌握CAD繪圖方法 二、工作計(jì)劃 1、第七學(xué)期第一周~第八學(xué)期第四周： （1）調(diào)研，收集有關(guān)資料 （2）整理和篩選有關(guān)資料 （3）消化理解設(shè)計(jì)中涉及到的知識(shí) （4）翻譯5000字 （5）開(kāi)題

16、報(bào)告 2、第八學(xué)期第五周~第八學(xué)期第十六周： （1）第五周~十周：完成草圖 ①：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（完成機(jī)械系統(tǒng)裝配圖1張，CAD繪圖，AO圖紙）； ②：電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)：a:硬件設(shè)計(jì)（電氣原理圖一張，CAD繪圖，AO圖紙） b:軟件編程 （2）第十一周~十四周：完成CAD繪圖和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě) （3）第十五周~十六周：出圖、打印說(shuō)明書(shū)、準(zhǔn)備答辯 三、參考文獻(xiàn) 01、許灝主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 機(jī)械工業(yè)出版社，1998，5 02、濮良貴、紀(jì)名剛主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 第六版. 西北工業(yè)大學(xué)出版社， 03、甘永立、陳曉華主

17、編. 機(jī)械精度設(shè)計(jì). 吉林人民出版社，1998，7 04、鄧堤、唐可洪主編. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，2001，3 05、張毅剛.單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 06、龔振邦.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社 07、機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)原理——理論、方法和算法 08、何友華.可編程序控制器及常用控制電器 09、機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析. 10、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 11、工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津科學(xué)技術(shù)出版社.1979，8 12、可編程序控制器原理與程序設(shè)計(jì). 13、可編程序控制器原理及應(yīng)用. 14、可編程序控制器控制器（PLC）應(yīng)用技術(shù).