三自由度工業(yè)機器人設計[3自由度]
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畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目 3—DOF工業(yè)機器人的結構設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 0781052 19
學 生 姓 名 李明明
指 導 教 師 許 瑛
填 表 日 期 2010 年 3 月 3 日
說 明
開題報告應結合自己課題而作,一般包括:課題依據及課題的意義、國內外研究概況及發(fā)展趨勢(含文獻綜述)、研究內容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內容。以下填寫內容各專業(yè)可根據具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內容應保持一致。
1、 選題的依據及意義:
在現代工業(yè)中,生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題?;さ冗B續(xù)性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中,加工、裝配等生產是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產自動化的有效辦法;程控機床、數控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè),有待于進一步實現機械化。機器人的出現并得到應用,為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎。
“工業(yè)機器人”(Industrial Robot):多數是指程序可變(編)的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置(國內稱作工業(yè)機器人或通用機器人)。
機器人是一種具有人體上肢的部分功能,工作程序固定的自動化裝置。機器人具有結構簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢,但功能較少,適應性較差。目前我國常把具有上述特點的機器人稱為專用機器人,而把工業(yè)機械人稱為通用機器人。
而少自由度工業(yè)機械人中大多數為機械手,而機械手機器人主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件,根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式,如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構,使手部完成各種轉動(擺動)、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作,改變被抓持物件的位置和姿勢(圖1-1)。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式,稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有 6個自由度(圖1-2)。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多,機械手的靈活性越大,通用性越廣,其結構也越復雜。一般專用機械手有2~3個自由度。
機械手的種類,按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手;按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種;按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。
圖 1-1 圖 1-2
二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢(含文獻綜述):
機器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智能等多種學科的最新研究成果,是當代科學技術發(fā)展最活躍的領域之一,也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機器人的研究、制造和應用水平,是一個國家科技水平和經濟實力的象征,正受到許多國家的廣泛重視。
目前,工業(yè)機器人的定義,世界各國尚未統(tǒng)一,分類也不盡相同。最近聯合國國際標準化組織采納了美國機器人協會給工業(yè)機器人下的定義:工業(yè)機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置,可以通過改變動作程序,來完成各種工作,主要用于搬運材料,傳遞工件。
據國際機器人聯盟(IFR)2006年5月發(fā)布的“2006世界機器人調查”顯示,2005年世界新安裝工業(yè)機器人121000臺,比2004年的97000臺增長25%。這是繼2003年工業(yè)機器人安裝數量重回增長態(tài)勢后的重大突破,2005年也成為近15年來世界工業(yè)機器人新安裝臺數最多的年份,比上一個峰值――2000年的99000臺增長22000臺。
圖2-1: 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機器人臺數
資料來源:World Robotics 2006
據國際機器人聯盟統(tǒng)計局預測,截至2005年底,全世界在運行中的工業(yè)機器人共有914000臺,比2004年增加8%。其中,有50%來源于亞洲地區(qū);歐洲和美洲分別占1/3和16%;而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。
資料來源:World Robotics 2006
圖2-2: 1991-2005年各年全世界運行中的工業(yè)機器人總數
就2005年幾大應用領域的工業(yè)機器人類型來看,機械手的產量遙遙領先于其他類型的工業(yè)機器人,約達到43500臺。其中,亞洲地區(qū)機械手的產量比2004年增加了27%;美洲地區(qū)機械手的產量幅度更是高達53%;雖然歐洲地區(qū)2005年機械手的產量比上年略有下降,但其產量仍接近14000臺。接下來依次是:點焊接機器人、弧焊機器人、裝配機器人和分配機器人,其產量分別約為20500臺、17500臺、13000臺和4500臺。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機器人的產量增幅情況。
表1-1: 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機器人產量增幅表
類 型
機械手
點焊接機器人
弧焊機器人
裝配機器人
分配機器人
地 增
區(qū) 幅
亞洲地區(qū)
27%
64%
82%
101%
23%
美洲地區(qū)
53%
22%
33%
36%
121%
歐洲地區(qū)
-6%
-27%
6%
1%
-23%
資料來源:World Robotics 2006
三、研究內容及主要特色:
本次設計是根據對工業(yè)六自由度機器人的總體結構及傳動系統(tǒng)的分析和探討,進行三自由度工業(yè)機器人的結構設計。關鍵在于三軸(臂)的傳動系統(tǒng)的設計以及整體的結構設計,避免運動的干涉。在本次設計中主要負責第一臂與底座的結構設計。
3.1課題工作內容:
1 開題報告,外文資料翻譯
2 機器人本體的組成方案設計
3 第一臂、底座的結構分析與設計
4 Auto CAD平臺上建立各零部件與裝配圖
5 畢業(yè)論文整理 及答辯準備
四、目標、主要特色及工作進度:
4.1 3—DOF工業(yè)機器人結構設計:
以3自由度機器人的結構設計,主要設計要求如下:
第一軸:轉動角速度為 90/s,轉角范圍為0~270
底 座:能夠實現第一臂轉角(0-270度)轉角范圍控制
圖4-1
4.2 畢業(yè)設計(論文)工作進度的時間:
1 開題報告,外文資料翻譯 第01周-第02周
2 機器人本體的組成方案設計 第03周-第04周
3 結構分析與設計 第05周-第08周
4 虛擬平臺的建立與裝配 第09周-第12周
5 機器人抓取作業(yè)的運動模擬 第13周-第15周
6 畢業(yè)論文整理 及答辯準備 第16周-第17周
5、 參考文獻
1 孫桓 等主編.機械原理(第六版) .高等教育出版社,2001
2 馬香峰 主編.工業(yè)機器人的操作機設計. 冶金工業(yè)出版社 ,1996
3 宗光華 張慧慧譯.機器人設計與控制. 科學出版社 , 2004
4鄭笑級 工業(yè)機器人技術及應用[M]. 北京:煤炭工業(yè)出版社,2004
5 Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33~42
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