開(kāi)題報(bào)告-水平4關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱水平4關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題來(lái)源(4)課題類型A指導(dǎo)教師學(xué)生姓名專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造極其自動(dòng)化學(xué)號(hào)工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性和靈活性很強(qiáng)的柔性自動(dòng)化設(shè)備，它對(duì)穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和改善勞動(dòng)條件起著十分重要的作用。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力發(fā)展產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。所以，國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展十分迅速。國(guó)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)器人的性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作與維修），而單機(jī)價(jià)格不斷下降，平均單機(jī)價(jià)格從91年的10.3萬(wàn)美元降至97年的6.5萬(wàn)美元。2．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速器、檢測(cè)系統(tǒng)三為一體；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(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)世。3．工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)控制向基于PC機(jī)的開(kāi)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(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、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(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)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)展到用于過(guò)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(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。7．機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”計(jì)劃科技攻堅(jiān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻堅(jiān)，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(kāi)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）上獲得廣泛應(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(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步比較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線技術(shù)系統(tǒng)與國(guó)外比還有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)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(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)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(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(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。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種。在機(jī)器人視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、聲覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在二十一世紀(jì)立于世界先進(jìn)行列之中。2、課題研究方法及途徑機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的步驟設(shè)計(jì)類型而不同。創(chuàng)新設(shè)計(jì)可分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)等四個(gè)階段。（一）產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計(jì)任務(wù)，通常應(yīng)在市場(chǎng)調(diào)查與預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上識(shí)別產(chǎn)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計(jì)任務(wù)書。在產(chǎn)品規(guī)劃階段將綜合運(yùn)用技術(shù)預(yù)測(cè)、市場(chǎng)學(xué)、信息學(xué)等理論和方法來(lái)解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。1．需求分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)是為了滿足市場(chǎng)的要求，而市場(chǎng)的需求往往是不具體的，有時(shí)是模糊的、潛在的，甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。需求分析的任務(wù)是使這些需求具體化和恰到好處。明確設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。需求分析的任務(wù)本身就是設(shè)計(jì)工作的一部分，是設(shè)計(jì)工作的一部分，是設(shè)計(jì)工作的開(kāi)始，而且自始至終指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行。需求分析一般包括對(duì)銷售市場(chǎng)和原材料市場(chǎng)的分析(1)調(diào)查研究(2)調(diào)查研究包括市場(chǎng)調(diào)研、技術(shù)調(diào)研和社會(huì)環(huán)境調(diào)研三個(gè)部分(3)預(yù)測(cè)(4)定性預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)(5)可行性分析(6)編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(二)方案設(shè)計(jì)階段1．對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的抽象2．建立功能結(jié)構(gòu)3．尋求原理與求解方法4．初步設(shè)計(jì)方案的形成5．設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)與賽選（三）技術(shù)設(shè)計(jì)階段1．確定結(jié)構(gòu)原理方案2．總體設(shè)計(jì)3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（四）設(shè)計(jì)階段1．零件圖設(shè)計(jì)在零件圖中包含了為制造零件所需的全部信息，這些信息包括幾何形狀、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和熱處理要求、其他特殊技術(shù)要求等。2．完善裝配圖在繪制零件圖時(shí)，更加具體地從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化等方面進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不可避免地要對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)階段提供的裝配圖做些修改。3．編寫技術(shù)文檔三、設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求以及了解相關(guān)方法和設(shè)計(jì)構(gòu)想以現(xiàn)有的機(jī)器人為原型，對(duì)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械手的主要技術(shù)參數(shù)要求如下：工作半徑：800mm； 負(fù)載：5kg；關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍：軸1旋轉(zhuǎn)+125°－-125°，速度250°/s軸2旋轉(zhuǎn)+145°－-145°，速度250°/s軸3手臂200mm，速度1500mm/s軸4手腕+360°－-360°，速度320°/s重復(fù)定位精度：0.5mm。完成以下幾方面的具體設(shè)計(jì)：4個(gè)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的選型、機(jī)械減速驅(qū)動(dòng)方案的確定；整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮關(guān)節(jié)潤(rùn)滑等；4、機(jī)構(gòu)整體剛度要進(jìn)行校核。（二）設(shè)計(jì)工作大體的可分為三個(gè)步驟：1．調(diào)查研究（1）學(xué)習(xí)有關(guān)設(shè)計(jì)的方針、政策，明確設(shè)計(jì)要求；（2）到使用單位調(diào)查了解所涉及機(jī)床所要承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)和加工工藝；（3）到制造單位調(diào)查，了解制造廠的設(shè)備條件、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；（4）收集國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)床的技術(shù)文獻(xiàn)和圖紙資料。2．方案擬定在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，通?？蓴M定出多個(gè)方案進(jìn)行比較分析。每個(gè)方案所包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總體布局、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。在制定方案時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）處理好使用和制造之間的關(guān)系：應(yīng)首先滿足使用要求，其次是盡可能便于制造。（2）注意傾聽(tīng)各方面意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)分析比較，去粗取精，最后形成一個(gè)比較使用方案。（3）繼承性和創(chuàng)造性的相結(jié)合，盡量采用先進(jìn)技術(shù)，迅速提高生產(chǎn)力。3.工作圖設(shè)計(jì)4.說(shuō)明書的撰寫畢業(yè)論文進(jìn)程安排各部分所占時(shí)間分配大致如下：1－3周，完成資料準(zhǔn)備查詢、方案確定；4－7周，確定各傳動(dòng)方案和整體設(shè)計(jì)思路；8－9周，結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；10－13周，結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真；5、14－15周，設(shè)計(jì)說(shuō)明書撰寫，最后完善和改進(jìn)。五、五、有關(guān)參考文獻(xiàn)資料[1]章宏甲.液壓傳動(dòng)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[2]王積偉.液壓與氣壓傳動(dòng)[M],北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社,1999.[3]陳作模.機(jī)械原理第六版[M]，北京：高等教育出版社，2001.[4]王愛(ài)玲.機(jī)械設(shè)計(jì)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.[5]趙世華.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M],北京:航空工業(yè)出版社,2001.[6]羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M],北京:高等教育出版社,1999.[7]盧秉恒.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M],上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979.[8]倪森壽．機(jī)械制造工藝與裝備[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.[9]徐惠元、曾家駒．機(jī)械制造工藝學(xué)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.[10]王明耀、張兆?。畽C(jī)械制造技術(shù)[M]，北京：高等教育出版社，2008.[11]ShojiKasaiYuichiTsumaki.ControlofaWearableRobotUsingaPow