開題報告-物料搬運機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題 目 物料搬運機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計系 部 機械工程系專 業(yè) 機械工程及其自動化學(xué)生姓名 范和平 學(xué)號 2110011219指導(dǎo)教師 張月芹 職稱 講師畢設(shè)地點 2014年 3月 1 日填 寫 要 求1開題報告只需填寫“文獻(xiàn)綜述”、“研究或解決的問題和擬采用的方法”兩部分內(nèi)容，其他信息由系統(tǒng)自動生成，不需要手工填寫。2為了與網(wǎng)上任務(wù)書兼容及最終打印格式一致，開題報告采用固定格式，如有不適請調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)表格大小并保持整體美觀，切勿輕易改變格式。3任務(wù)書須用A4紙，小4號字，黑色宋體，行距1.5倍。4使用此開題報告模板填寫完畢，可直接粘接復(fù)制相應(yīng)的內(nèi)容到畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫15002000字左右的文獻(xiàn)綜述：1.1 工業(yè)機器人定義、應(yīng)用及其發(fā)展1.1.1 工業(yè)機器人定義由于機器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說和影視作品的宣傳，人們往往把機器人想象成為外貌象人的機電裝置。但事實并非如此。機器人，特別是工業(yè)機器人，與人的外貌毫無相象之處，在國家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機器人被定義為：“一種能自動定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機。它能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。”機器人賴以完成各種作業(yè)的機械實體(稱作操作機或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機械裝置?！笨梢?，工業(yè)機器人是一機電系統(tǒng)，操作機(器)是它的執(zhí)行機構(gòu)，該機構(gòu)與電子器件密切相關(guān)，它的靈活程度和動態(tài)性能，直接影響著機器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。1.1.2 機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用上世紀(jì)60年代初人類創(chuàng)造了第一臺工業(yè)機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，工業(yè)機器人已在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機器人密度最高的行業(yè)，如，2004年德國制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為162臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量則為1140臺；意大利的這一數(shù)值更能說明問題，2004 年意大利制造業(yè)中每1 萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量為123臺，而在汽車制造業(yè)中每1萬名工人中擁有工業(yè)機器人的數(shù)量則高達(dá)1600臺。隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機械加工行業(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)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對工業(yè)機器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求比例相當(dāng)，均在7%左右。另外諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用,而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業(yè)服務(wù)機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場的繁榮興旺將指日可待。1.1.3 工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢（1）朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展提高運動速度和運動精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機械模塊、信息檢測模塊、和控制模塊等),以降低制造成本和提高可靠性。近年來,世界各國注意發(fā)展組合式機器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機器人用的各種伺服電機、傳感器外,手臂、手腕和機身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸；手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸、固定臺身、機座、移動軸等。（2）研究新型機器人結(jié)構(gòu)隨著工業(yè)機器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動機構(gòu)保證動作精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。（3）朝著智能化方向發(fā)展在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動化技術(shù)中,特別是機器人自動裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機器人對外部環(huán)境和對象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等,即有很強的檢測功能和判斷功能。為此,必須開發(fā)類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測距傳感器等) ,發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過各種傳感器得到關(guān)于工作對象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫中存儲的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗、規(guī)劃的資料,以完成模式識別,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)問題求解,動作規(guī)劃。（4）研究機器人協(xié)作控制先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對協(xié)作機器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機器人已從當(dāng)初的柔上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上，機器人是作為一個群體工作的，不論每個機器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點出發(fā),來研究工業(yè)機器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機器人柔性裝配系統(tǒng)和機器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機器人的集成,還有機器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點來發(fā)展新的機器人控制系統(tǒng),有大量的理論與實踐的工作要做。1.2工業(yè)機器人的研究意義物料搬運機器人是機器人里的很重要的分支。 物料搬運機器人在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，在許多行業(yè)都可以看到物料搬運機器人的身影，承擔(dān)著搬運，碼垛，噴涂等作用，本課題研究四個自由度物料搬運機器人的設(shè)計，從底座，大臂，小臂，到腰身及手腕進(jìn)行整體設(shè)計，傳動系統(tǒng)采用直線傳動和回轉(zhuǎn)傳動與其他傳動相比更加簡便易于操作，縮短了力的傳遞路徑，減少了動力損耗，減輕了機器人的整體質(zhì)量，更重要的是節(jié)約成本。參考文獻(xiàn)1徐龍祥.機械設(shè)計M.航空工業(yè)出版社，1999.2機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊.機械工業(yè)出版社,2007.3唐劍兵，機械基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計重慶，重慶大學(xué)出版社2006.24郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術(shù).科學(xué)出版社,2008.5周伯英.工業(yè)機器人設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1995：60806機電一體化技術(shù)手冊編委會.機電一體化技術(shù)手冊（第二卷）.機械工業(yè)出版社，1999：2022457王淑英.電氣控制與PLC應(yīng)用北京，機械工業(yè)出版社2009.18李烈.我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談J.科技向?qū)?2011.9林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版綜合教程.電子工業(yè)出版社,2009.10叢明，徐曉飛.玻璃基搬運機器人的設(shè)計.自動化學(xué)報，2008，17（4）.2. 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要研究或解決的問題和擬采用的方法：2.1設(shè)計任務(wù)擬解決的問題通過利用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識并查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，根據(jù)所要設(shè)計及要求的物料搬運機器人的預(yù)期的搬運目的，初步設(shè)立四個自由度，具體的物料搬運機器人的自由度、傳動方案及控制系統(tǒng)的確立。如下：2.1.1自由度的確立（1）基座基座是整個機器人本體的支撐。為保證機器人運行的穩(wěn)定性，采用兩塊“Z”字形實心鑄鐵作支撐。實現(xiàn)預(yù)定的搬運目的，機身擬采用固定式基座。（2）腰部腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動再加上臂部的平面運動，就能使腕部作空間運動。腰部是執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運動精度和平穩(wěn)性，對機器人的定位精度有決定性的影響。經(jīng)過分析：腰部所實現(xiàn)的自由度為回轉(zhuǎn)運動。（3）臂部手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內(nèi)任意一點。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實現(xiàn)。因此，給臂部設(shè)置兩個自由度，即手臂的伸縮、升降（或俯仰）運動。（4）手爪手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動型。手部多為兩指；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。通過前面已經(jīng)設(shè)定的自由度能夠完成物料搬運的預(yù)定目的，因此手爪不設(shè)置自由度，通過手爪的張開與嚙合能夠抓取和放下物料即可。2.1.2傳動方案的確立（1)直線運動直線運動可以通過滾珠絲杠，齒輪齒條，液壓缸等傳動機構(gòu)來實現(xiàn)。（2)回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動可以利用電機帶動齒輪副、擺動氣缸（液壓缸）來實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。具體的采用方案在后期的設(shè)計過程中具體選用。2.1.3控制系統(tǒng)的確立根據(jù)本科所學(xué)的已有積累的知識，選用的控制系統(tǒng)是PLC。與其他控制系統(tǒng)相比較