搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告論文題目搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)姓名學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師填表日期姓名開(kāi)題時(shí)間學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組）論文題目中文搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)英文HandlingRobotDesign選題的背景和意義:從1914年到現(xiàn)在，機(jī)器人已從第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人、第二代帶感覺(jué)的機(jī)器人發(fā)展到第三代智能機(jī)器人，而服務(wù)機(jī)器人正是第三代機(jī)器人的典型代表。目前國(guó)外的科學(xué)家們?cè)谝苿?dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器融合與環(huán)境建模技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、能源技術(shù)、智能控制技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、成本控制等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。美國(guó)iRobot公司推出室內(nèi)地毯和地板清潔機(jī)器人，具有污物探測(cè)功能，可根據(jù)房間地面的具體情況進(jìn)行有重點(diǎn)的清潔[1]。本田公司的雙足機(jī)器人“ASIMO”，步行時(shí)速達(dá)3km幾乎與人類相同[2]。索尼QRIO機(jī)器人可以漫步、跳舞，做很多高難度動(dòng)作而且能識(shí)別口語(yǔ)并做出回應(yīng)[3]。三菱重工的家用機(jī)器人“Wakamaru”能識(shí)別家庭成員的臉部特征，并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)臉部和手腕來(lái)表現(xiàn)喜怒哀樂(lè)[4]。韓國(guó)的“irobi”機(jī)器人不僅能念書、唱歌、講故事當(dāng)家里無(wú)人的時(shí)候，它還可以確認(rèn)大門是否上鎖以及煤氣是否關(guān)閉[5]。假如有人闖進(jìn)家門，它還可以將其拍攝下來(lái)給主人發(fā)電子郵件。美國(guó)的“InTouch

Health”遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人具有時(shí)雙向的視頻和語(yǔ)音傳送系統(tǒng)以及行走系統(tǒng)，已成為醫(yī)與患者之間的連心橋[5]。配備有各種檢測(cè)裝置的機(jī)器人保更成為美國(guó)軍方后勤部門以及各大公司的新寵。雖然以上機(jī)器人的發(fā)展都是趨向于智能化，但是負(fù)載能力還是比較小。假如有間房屋倒塌了，一般都起重車不能進(jìn)去，或者有交通意外出現(xiàn)了，但是所在位置車是很難到的，那么在這種狀況下，怎樣去解決呢?處理這樣的事件，也是需要機(jī)器人，這樣能夠更加好的保護(hù)好人類安全。但是現(xiàn)有的機(jī)器人的負(fù)載太少了，就算剛剛的狀況先切小塊再用這個(gè)機(jī)器人處理也行，不過(guò)太浪費(fèi)時(shí)間和能源了。為了提高工作效率，為了增加人類安全，需要增加機(jī)器人的負(fù)載。因此選擇了液壓系統(tǒng)，一個(gè)完整的液壓系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油[6]。常用典型液壓元件（動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件）的工作原理、結(jié)構(gòu)、型號(hào)編制、選用注意事項(xiàng)、常見(jiàn)故障與排除方法[7]。德國(guó)KUKA機(jī)器人推出世界上最大負(fù)載機(jī)器人KR1000，最大負(fù)載達(dá)到1000kg，負(fù)載雖然大，但是是工業(yè)機(jī)器人，活動(dòng)受到限制[8]。美國(guó)大狗，是一種4足仿生機(jī)器人，它高2.3英尺，重165磅。采用汽油動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，體內(nèi)裝有維持機(jī)身平衡的回轉(zhuǎn)儀。它的最高負(fù)載量可達(dá)300磅，以每小時(shí)3.3英里的速度行走，而且可在丘陵地形上攀登前行，全靠本身的立體視覺(jué)系統(tǒng)或遠(yuǎn)程遙控器確認(rèn)路徑。雖然是這樣先進(jìn)，而且平衡能力強(qiáng)，但只能是搬運(yùn)貨物和甩障礙物，不能靠自身搬起重物。中國(guó)山東大學(xué)已經(jīng)有一項(xiàng)液壓雙足機(jī)器人的專利[9]，其具有負(fù)重能力的液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人下肢機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究以人的腿關(guān)節(jié)為基本仿生對(duì)象，開(kāi)展基于液壓驅(qū)動(dòng)的雙足機(jī)器人仿生結(jié)構(gòu)機(jī)理、突發(fā)情況下的身體平衡恢復(fù)方法等研究，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)適合雙足機(jī)器人的液壓動(dòng)力單元、電液伺服單元等關(guān)鍵部件，研究高速高精度液壓伺服系統(tǒng)的位置控制和力控制算法，開(kāi)發(fā)具有地形適應(yīng)能力、高負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)靈活的液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，完成不同地形環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)。在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問(wèn)題包括消耗的能量、效率、降低噪音[10]。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行中容易做到對(duì)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),調(diào)速方便而且調(diào)速范圍大，特別是隨著機(jī)電一體化的發(fā)展,與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,使液壓傳動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速的應(yīng)用更廣泛[11]。因此，負(fù)載大的機(jī)器人需要仿人形，這樣才能夠像人類一樣的靈活?？梢韵袢艘粯有凶吒鞣N地形，可以搬起是自身重的東西和移動(dòng)物體，科技重點(diǎn)是放在負(fù)載和平衡上。這樣就能夠在救援上，建筑上，上下貨物上等等方面投入使用，能夠增加安全度，提高效率。工作任務(wù)分析：查找日本有關(guān)雙足機(jī)器人的設(shè)計(jì)資料；查找挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)控制和外形設(shè)計(jì)；查找人體關(guān)節(jié)自由度的資料并確定自由度；設(shè)計(jì)并利用solidworks建立模型；檢測(cè)運(yùn)動(dòng)與受力分析；確定材料和驅(qū)動(dòng)裝置；確定重心自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置；繪制圖紙，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。調(diào)研報(bào)告：仿生機(jī)器人現(xiàn)在的應(yīng)用前景有可在危險(xiǎn)、人難以達(dá)到的環(huán)境中從事檢測(cè)作業(yè)；能適應(yīng)砂石路面、茂密叢林、跨越障礙和深溝，具有潛在的軍事用途；能在倒塌的建筑物和瓦礫上行走，可用于搜索和營(yíng)救。根據(jù)調(diào)查，第一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是機(jī)器代替人工。原因主要來(lái)自于兩個(gè)方面：其一是低端勞動(dòng)力供給不足。80、90后已經(jīng)成為目前勞動(dòng)力市場(chǎng)的主力，相比60、70后，他們?cè)V求較多，其中的顯著變化之一是越來(lái)越少的人愿意從事工資低、單調(diào)重復(fù)繁重、環(huán)境差的工作，導(dǎo)致低端勞動(dòng)力供給不足，每到歲末年初這種“民工荒”現(xiàn)象在沿海地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯，用人單位越來(lái)越傾向于用機(jī)器人替代人工，從事這類工作。其二是工業(yè)機(jī)器人替代人工經(jīng)濟(jì)性不斷提升。一方面，勞動(dòng)力工資全面上漲。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)就業(yè)人員年平均工資基本保持兩位數(shù)增速，到2010年已經(jīng)超過(guò)5000美元，而且由于低端勞動(dòng)力供給不足，近年來(lái)農(nóng)民工工資漲幅比城鎮(zhèn)職工還要快。另一方面，機(jī)器人本體價(jià)格不斷下降。機(jī)器人價(jià)格下降不僅是國(guó)際趨勢(shì)，而且還因?yàn)橹饕獓?guó)際巨頭紛紛在中國(guó)設(shè)組裝線，降低本體成本和價(jià)格。繼ABB之后，安川和庫(kù)卡也開(kāi)始在中國(guó)建設(shè)組裝線，并于2013年投產(chǎn)，兩家在中國(guó)最終年產(chǎn)量將合計(jì)達(dá)11000臺(tái)，相當(dāng)于2011年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求的近一半。川崎于2012年12月24日也發(fā)布消息要在中國(guó)建組裝線。上述兩項(xiàng)因素，導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人替代人工的經(jīng)濟(jì)性不斷提升，工業(yè)機(jī)器人投資回收期越來(lái)越短，有的甚至兩年就可以回本。因此，仿人形機(jī)器人是適合未來(lái)的發(fā)展需求的。畢業(yè)論文撰寫提綱：目錄摘要緒論搬運(yùn)機(jī)器人的基本概述搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案確定材料與驅(qū)動(dòng)裝置確定重心自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置結(jié)論參考文獻(xiàn)方案擬定與分析：搬運(yùn)機(jī)器人的靈活性和平衡性要求非常高。靈活性就是要求有好的關(guān)節(jié)自由度和控制系統(tǒng)，關(guān)節(jié)自由度的選擇是以人類關(guān)節(jié)自由度為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)是選用三菱PLC。平衡性主要分兩種情況，一種是靜態(tài)平衡，另一種是動(dòng)態(tài)平衡。靜態(tài)平衡需要結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱和質(zhì)量的分配；動(dòng)態(tài)平衡選用能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)重心的儀器和選用能夠變形的材料。驅(qū)動(dòng)裝置初步選擇電啟動(dòng)引擎，如果有充足時(shí)間研究，就改用磁動(dòng)機(jī)，因?yàn)榇艅?dòng)機(jī)體積小，功率大，而且環(huán)保。因考慮到工作負(fù)載大，就采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)施計(jì)劃：1.1月1號(hào)-3月10號(hào)確定選題；2.1月1號(hào)-3月10號(hào)查找相關(guān)文獻(xiàn)閱讀；3.1月1號(hào)-3月10號(hào)開(kāi)題報(bào)告；4.1月1號(hào)-3月10號(hào)確定結(jié)構(gòu)和材料；5.1月1號(hào)-3月10號(hào)繪制圖紙；6.3月1號(hào)-5月9號(hào)撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書；7.5月10號(hào)準(zhǔn)備答辯。參考文獻(xiàn)：蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000劉極峰.機(jī)械人技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006趙然,李艷文,趙鐵石.微機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M].燕山：燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院出版社，2009李琳，李杞儀.機(jī)械原理[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009林良明.仿生機(jī)械學(xué)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1989段衛(wèi)民.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京：高等教育出版社，2012劉延俊.液壓元件使用指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007宋金虎.焊接機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[M].山東：山東交通職業(yè)學(xué)院出版社，2009山東大學(xué).具有負(fù)重能力的液壓驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)器人下肢機(jī)構(gòu)[P].中國(guó)：CN102582714B.2013-8-7王廣懷.液壓技術(shù)應(yīng)用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001指導(dǎo)教師（導(dǎo)師組）意見(jiàn)：同意開(kāi)題簽名：審查小