多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

1、 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開題報(bào)告 題目： 多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 班 級(jí)： 所在院系： 機(jī)電工程學(xué)院 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告內(nèi)容課題的目的、意義；國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)課題的目的及意義隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，勞動(dòng)力成本的不斷增大，工業(yè)機(jī)器人的長足發(fā)展已是一個(gè)必然的趨勢(shì)。現(xiàn)如今，機(jī)器人技術(shù)在我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了較廣泛的應(yīng)用，所以，通過對(duì)此課題的研究，一方面可以使我在走上工作崗位之前將理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行一次緊密的聯(lián)系，將所學(xué)知識(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)性的回顧與應(yīng)用，從而更加深刻的理解和掌握所學(xué)的知識(shí)。另一方面，通過這次課題的設(shè)計(jì)

2、，可以加強(qiáng)我的實(shí)踐能力，為最終順利走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)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%，銷售額的36%）。（1）在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，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年代初開發(fā)的適應(yīng)于窄小空間、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。應(yīng)3K和汽車、建筑、橋梁等行業(yè)需求，超大型機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。（如焊接數(shù)10米長、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)。）CAD、C

3、AE等技術(shù)已普遍用于設(shè)計(jì)，仿真和制造中。（2）在控制技術(shù)方面，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。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。采用基于PC的開放結(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。（3）在驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面，80年代發(fā)展起來的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）裝有視覺傳感器的

4、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）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。（6）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。在國外，應(yīng)用于制造業(yè)的機(jī)器人取得了較顯著進(jìn)展，已成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國際上較有影響力的、知名機(jī)器人公司。如德國的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。據(jù)專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算

5、機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，2002年至2004年，世界機(jī)器人市場(chǎng)年增長率平均在10%左右，2005年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的30%，2007年全球機(jī)器人實(shí)際安裝量達(dá)到650萬臺(tái)，機(jī)器人安裝量比2006年增加3%，達(dá)到了114365臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來全球機(jī)器人行業(yè)發(fā)展迅速，2008年全球機(jī)器人行業(yè)總銷售量比2006年增長25。而無論在使用、生產(chǎn)還是出口方面，日本一直是全球領(lǐng)先者，目前日本已經(jīng)有130余家專業(yè)的機(jī)器人制造商。在發(fā)達(dá)國家，以工業(yè)機(jī)器人為基礎(chǔ)的自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電

6、子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已大量使用機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，典型的成套裝備有：大型轎車殼體沖壓自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，大型機(jī)器人車體焊裝自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)和成套裝備，電子電器等機(jī)器人柔性自動(dòng)化裝配及檢測(cè)成套技術(shù)和裝備，機(jī)器人發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱裝配自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)成套裝備及板材激光拼焊成套裝備等。這些機(jī)器人自動(dòng)化成套裝備的使用，大大推動(dòng)了其行業(yè)的快速發(fā)展。國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)：1工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的103萬美元降至97年的65萬美元。2機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例

7、如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可*性、易操作性和可維修性。4機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)

8、展到用于過程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人。課題的目的、意義；國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，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；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可

9、*性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可*性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。課題的主要任務(wù)；研究和設(shè)計(jì)中可能遇到的問題以及解決的方法和措施課題主要任務(wù)本課題的主要任務(wù)是時(shí)機(jī)機(jī)器人各個(gè)活動(dòng)桿件及其關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這

10、也是此次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。另一個(gè)就是機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)體積小、重量輕、活動(dòng)范圍大等要求。設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)1. 自由度數(shù)：6（包括腰、肩、肘的回轉(zhuǎn)、手腕的回轉(zhuǎn)、偏擺和旋轉(zhuǎn)）。2. 各軸回轉(zhuǎn)范圍：腰回轉(zhuǎn)：300o；肩回轉(zhuǎn)：320o；肘回轉(zhuǎn)：270o；手腕回轉(zhuǎn)：575o；手腕偏擺：240o；手腕旋轉(zhuǎn)：180o 。3. 額定負(fù)載：30N。可能遇到的問題活動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)，減速裝置的選用，活動(dòng)范圍的控制，活動(dòng)連桿的尺寸設(shè)計(jì)與優(yōu)化等這些都會(huì)是在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。解決方法和措施技術(shù)指標(biāo)中6自由度，額定負(fù)載30N，驅(qū)動(dòng)裝置選電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，更適合這種中低負(fù)荷、動(dòng)作及運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)

11、雜的機(jī)器人?？紤]到機(jī)器人的整體強(qiáng)度剛度及手部運(yùn)動(dòng)的靈敏度的問題，小臂和腕部采用諧波減速器，使靠近終端的機(jī)構(gòu)輕便，而腰部、肩部則可采用普通些的減速器使“根基”粗大些以增加機(jī)器人的可靠性等。減速裝置可涉及到齒輪、鏈輪、帶輪等，但從運(yùn)動(dòng)靈活性、定位精度等方面考慮無疑齒輪傳動(dòng)是最佳選擇。查相關(guān)資料可知，目前市場(chǎng)上多采用日本的RV減速器，是一種二級(jí)封閉行星齒輪系，具有體積小、重量輕、精度穩(wěn)定，從整體上可減小機(jī)器人體積。對(duì)于各個(gè)關(guān)節(jié)的繞轉(zhuǎn)角度范圍的控制，小于360o的采用兩個(gè)限位開關(guān)進(jìn)行控制，大于360o的可采用角位移檢測(cè)裝置（旋轉(zhuǎn)變壓器）進(jìn)行控制。前期的文獻(xiàn)資料收集、調(diào)研、實(shí)習(xí)及設(shè)計(jì)條件準(zhǔn)備情況參考文獻(xiàn)

12、：1李團(tuán)結(jié).機(jī)器人技術(shù).電子工業(yè)工業(yè)出版社，20092賈振元，王福吉.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).科學(xué)出版社， 20113陸鳳儀，鐘守炎.機(jī)械設(shè)計(jì)，20094周開勤.機(jī)械零件手冊(cè).高等教育出版社， 20015鄭甲紅，朱建儒，劉喜平機(jī)械原理北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20066龔振邦.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社，20027工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津科技技術(shù)出版社，1979畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作的進(jìn)度安排周次 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及要求第1-2周 熟悉課題：收集機(jī)器人設(shè)計(jì)相關(guān)資料，熟悉機(jī)器人整體架構(gòu)。第3-4周 方案論證：掌握設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)可行方案進(jìn)行分析論證。第5-7周 總體設(shè)計(jì)：確定總體方案，繪制總體、原理草圖。第 8-13 周 部件設(shè)計(jì)：子系統(tǒng)、部件尺寸、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及草圖繪制。第14-16周 撰寫資料：撰寫說明書，完善圖紙并進(jìn)行審閱。第 17 周 答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)每周指導(dǎo)時(shí)間、地點(diǎn)安排及畢業(yè)設(shè)計(jì)紀(jì)律要求時(shí)間： 每周二上午10：0012：00、周四下午4：006：00地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)樓2B-408紀(jì)律要求：1.每周應(yīng)按時(shí)完成本周的設(shè)計(jì)任務(wù)；如有事請(qǐng)假，