第一篇：工業(yè)機器人開題報告

工業(yè)機器人開題報告

一、選題的目的和意義：

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且可以保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本。因此，研究和設(shè)計各種用途的機器人特別是工業(yè)機器人、推廣機器人的應(yīng)用是有現(xiàn)實意義的。由于工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)字控制機床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組部分。

二、國內(nèi)外研究綜述：

20世紀(jì)50年代末，美國在機械手和操作機的基礎(chǔ)上，采用伺服機構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機器人。我國工業(yè)機器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。

我國工業(yè)機器人經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn)出部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；機器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)；運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。

雖然中國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要瓶頸。

在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。

機器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了4個重點發(fā)展方向，機器人技術(shù)就是其中之一。一個國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機器人是實現(xiàn)工業(yè)自動化，提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場。

三、畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的主要技術(shù)與方法：

在本次設(shè)計中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機械原理機械設(shè)計類，機械繪圖類，機械工程控制類，機械工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機器人或工業(yè)機器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方案的初步制定；最后，機器人手臂設(shè)計過程中的所需材料的選擇，設(shè)計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。

機器人本體由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。機器人采用電動機驅(qū)動。這種驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點，這也是現(xiàn)代機器人應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。為實現(xiàn)機器人靈活自由地移動，驅(qū)動系統(tǒng)使用了蓄電池供電。電動機可以選擇步進(jìn)電機或直流伺服電機。使用直流伺服電機能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價格較高，而步進(jìn)電機驅(qū)動具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點。確定這種機器人的6 個關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動，開環(huán)控制。各部件組成和功能描述如下：(1)底座部件： 底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動部件和步進(jìn)電機等。底座部件固定在自動引導(dǎo)車（AGV）上，支持整個操作機，步進(jìn)電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時起到減速作用。2)腰部回轉(zhuǎn)部件： 腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和步進(jìn)電機、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運動。在腰部支上固定著驅(qū)動大臂俯仰和小臂俯仰的電機。(3)大臂部件：包括大臂和傳動部件。(4)小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅(qū)動手腕三個運動的步進(jìn)電機(5)手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等(6)末端執(zhí)行器： 為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體，末端執(zhí)行器設(shè)計得開合范圍比較大，為 0～100mm?？紤]在指尖的平面上貼傳器片，進(jìn)行力的控制。

四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：

[1].孟慶鑫、王曉東.《機器人技術(shù)基礎(chǔ)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.[2].董華梁、彭文生.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工業(yè)機械人設(shè)計》.機械工業(yè)出版社，1995 [4].鄭堤、唐可洪.《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》.機械工業(yè)出版社，1997 [5].張鐵、謝存禧.《機械人學(xué)》.華南理工大學(xué)出版社，2004 [6].曲興華.《儀器制造技術(shù)》.機械工業(yè)出版社，2010 [7].柳暉.《互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)》.華東理工大學(xué)出版社，2006 [8].沈鴻.《機械工程手冊》.機械工業(yè)出版社，1983

五、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排（按周說明）第5-6周 收集并整理相關(guān)資料

第7-8周 研究資料、編寫開題報告

第9-10周 完成畢業(yè)設(shè)計論文的初稿

第11-12周 根據(jù)指導(dǎo)教師意見，修改和完善論文 第13-14周 進(jìn)一步完善論文，定稿并裝訂成冊 第15-17周 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯，提交論文

第二篇：直線軸工業(yè)機器人的設(shè)計 開題報告

燕 山 大 學(xué)

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告

課題名稱：直線軸工業(yè)機器人的設(shè)計

學(xué)院（系）：機械工程學(xué)院

年級專業(yè)：06級機電3班

學(xué)生姓名：張長華

指導(dǎo)教師：田行斌

完成日期：2010年3月22日

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科

先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來,機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用工業(yè)機器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,而且對保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。同計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式[1]。

自從工業(yè)機器人產(chǎn)生以來，取得了很大的發(fā)展。歸納起來，工業(yè)機器人分為以下三代[2]：

第一代：按示教/再現(xiàn)方式進(jìn)行工作而沒有感知功能（如力感覺、視覺、聽覺等）的工業(yè)機器人。

第二代：隨著科技的發(fā)展，最近出現(xiàn)的帶有感覺、視覺、聽覺等感知功能的工業(yè)機器人。

第三代：正在研制的智能化工業(yè)機器人。它不僅具有更發(fā)達(dá)的感知功能，而且還具有邏輯判斷和決策功能，可根據(jù)作業(yè)要求和環(huán)境信息自行工作。由于工業(yè)機器人的迅猛發(fā)展而給人類社會帶來了巨大利益，所以許多專家學(xué)者都在不斷的對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行研究，這將是促使這一新興產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的重要原因。

趙臣等對我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做了詳細(xì)的介紹，并對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式進(jìn)行探討，歸納出三種發(fā)展模式，即日本模式、歐洲模式和美國模式。同時，還揭示了我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題并針對性的提出了對于我國機器人產(chǎn)業(yè)化得幾點建議[3]。

夏鯤等對工業(yè)機器人做了詳細(xì)的解釋，并對工業(yè)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用做了細(xì)致的介紹；同時，闡述了工業(yè)機器人給人們的生產(chǎn)和生活帶了的效益[4]。

王楠介紹了機器人領(lǐng)域的相關(guān)情況,包括國內(nèi)外研究設(shè)計情況、工業(yè)機器人研究趨向、工業(yè)機械手的設(shè)計技術(shù)、機器人應(yīng)用技術(shù)、我國工業(yè)機器人的發(fā)展前景、機器人網(wǎng)絡(luò)化等相關(guān)問題[5]。

司震鵬等指出模塊化機器人是21世紀(jì)機器人發(fā)展的主要方向,并設(shè)計了一種模塊化機器人,在機械結(jié)構(gòu)上分別設(shè)計出了關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊,而且模塊

之間具有很好的互換性,可以提高機器人的研發(fā)速度,降低成本,并且對其進(jìn)行運動學(xué)分析,得出了機器人的正解和逆解,為機器人進(jìn)一步設(shè)計提供了方向及理論依據(jù)[6]。

陳雪華等提出三種模塊化轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié),詳述它們的結(jié)構(gòu)參數(shù),并用這三種模塊化關(guān)節(jié)裝配了寫字機器人,對其進(jìn)行運動參數(shù)計算、運動學(xué)分析和寫字的模擬實驗。結(jié)果表明,提出的三種模塊化關(guān)節(jié)在一定范圍內(nèi)能較好地實現(xiàn)模塊化機器人的運動功能[7]。

李平針對工業(yè)機器人現(xiàn)有末端執(zhí)行器的應(yīng)用缺陷,結(jié)合人手構(gòu)造,在保證具有良好機械特性及適合物體抓取的前提下,通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化,設(shè)計了一種多指型末端執(zhí)行器。建立了單手指的運動學(xué)模型并對抓持狀態(tài)下各手指的運動姿態(tài)進(jìn)行了仿真分析,在此基礎(chǔ)上完成了分層模塊化控制系統(tǒng)的設(shè)計[8]。

由此看來，廣大學(xué)者對工業(yè)機器人的發(fā)展都非常的關(guān)注，并且不斷的在工業(yè)機器人的制造技術(shù)上進(jìn)行研究和創(chuàng)新，使這一產(chǎn)業(yè)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，取得了驕人的成就。

現(xiàn)在的直架型工業(yè)機器人由于自身結(jié)構(gòu)的限制，只能在水平和垂直方向做移動，有的還可以繞某一軸轉(zhuǎn)動，這樣就使該類型的工業(yè)機器人在其工作空間上有了很大的限制。而現(xiàn)在的關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人，盡管在手臂工作空間的問題上有了很大的改進(jìn)，但是由于其安裝方式和工作環(huán)境都有一定的限制，依然有待改進(jìn)[9]。

然而，直線軸工業(yè)機器人融合了直架型和多關(guān)節(jié)型機器人的優(yōu)點。頂部安裝的機器人只占用有限的空間，可提供更高的活動范圍，從而有助于提高生產(chǎn)靈活性。該型工業(yè)機器人是一種高成本效益的靈活解決方案，可以用于多個機器或站點，而性能不受影響。這種自身具備的靈活性有助于快速方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠提高正常運行時間。通過調(diào)整直線軸的長度和高度，該類型工業(yè)機器人的作業(yè)范圍可以適用于各種不同的應(yīng)用。機器臂可以安裝在側(cè)面或倒置安裝，從而確保達(dá)到最大的工作范圍。這是最為理想的靈活自動化。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題

我研究的基本內(nèi)容是直線軸工業(yè)機器人，對其機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并進(jìn)行必要的計算以及完成直線軸工業(yè)機器人的三維造型設(shè)計和運動仿真，并完成設(shè)計圖紙和部分零件圖。直線軸工業(yè)機器人能完成物料搬運、動力傳動系組裝、重型弧焊等工作，具有很大的研究意義。

通過對文獻(xiàn)[4][9][10][13]的閱讀可知直線軸工業(yè)機器人面臨著許多待解決的問題：

（1）有些直線軸工業(yè)機器人承載能力不強，這就使該類型機器人在某些工作領(lǐng)域受到限制。不僅如此，這還限制了機器人本身安裝傳感器，進(jìn)而對機器人的功能改進(jìn)有了一定的限制。所以，需要改進(jìn)現(xiàn)有直線軸工業(yè)機器人的機械機構(gòu)設(shè)計，使其能夠承受更大的負(fù)載。

（2）該類型機器人工作時的位置精度和運動精度還達(dá)不到一些工作領(lǐng)域的要求。前者決定機器人能否符合精度要求進(jìn)行工作，后者直接關(guān)系到機器人能否適應(yīng)生產(chǎn)節(jié)拍的要求。要解決這一問題，應(yīng)解決好機器人平穩(wěn)工作這一基本問題。這就要求對其結(jié)構(gòu)剛性和抗震性等方面進(jìn)一步改進(jìn)。

（3）直線軸工業(yè)機器人的機械本體體積很大，而且重量也隨著適應(yīng)各種工作而變大。這就在一些工作領(lǐng)域受到限制，進(jìn)而使它的工作靈活性不能得到發(fā)揮。

這些問題都是本次設(shè)計中要重點考慮和解決的關(guān)鍵問題。

三、研究步驟、方法及措施

首先查閱文獻(xiàn)資料，從文獻(xiàn)資料中了解一些關(guān)于直線軸工業(yè)機器人的基本知識，確定研究方案。

然后按照給定的設(shè)計參數(shù)對研究方案進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定各零部件的尺寸形狀，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計計算，用CAXA制作直線軸工業(yè)機器人的裝配圖和部分零件圖。

用Solidworks對零件進(jìn)行設(shè)計造型，再將每個零件裝配起來，利用仿真模塊進(jìn)行運動仿真，從而確認(rèn)其工作特性是不是符合給定的設(shè)計參數(shù)。

設(shè)計思路：結(jié)合直架型和關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)特點來進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。

四、研究工作進(jìn)度

第一階段（第一周~第四周），查閱相關(guān)資料和閱讀參考文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外直線軸工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，明確研究方案的意義及其可行性，并且確定大體的機械結(jié)構(gòu)，完成文獻(xiàn)綜述和開題報告，準(zhǔn)備節(jié)點考核。

第二階段（第五周~第十周），對研究方案進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計計算，通過校核選擇電機并進(jìn)行運動學(xué)分析，用CAXA繪制直線軸機器人設(shè)計裝配圖，翻譯外文文獻(xiàn)。

第三階段（第十一周~第十四周），選擇直線軸機器人的部分典型零件繪制零件圖。

第四階段（第十五周~第十六周），用Solidworks繪制機器人的三維實體零部件，并進(jìn)行裝配進(jìn)而完成運動仿真模擬，著手準(zhǔn)備設(shè)計說明書。

第五階段（第十七周~第十八周），完成畢業(yè)設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。

五、主要參考文獻(xiàn)

[1] 顧振宇.全球工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與趨勢.機電一體化.2006，（2）

[2] 馬香峰,余達(dá)太.工業(yè)機器人的操作機設(shè)計（1）.北京:冶金工業(yè)出版社,1996,1-10

[3] 趙臣,王剛.我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè).機器人技術(shù)與應(yīng)用.2009,（2）

[4] 夏鯤,徐濤,李靜鋒.工業(yè)機器人的發(fā)展與應(yīng)用研究.機械與電氣.2008,(8)

[5] 王楠.小型工業(yè)機器人的設(shè)計狀況與前景.機械與電氣.2008,(3)

[6] 司震鵬,曹西京,姜小放.4自由度模塊化機器人的設(shè)計.輕工機械.2009,27(4)

[7] 陳雪華,梁錫昌.基于模塊化關(guān)節(jié)的機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動學(xué)分析.現(xiàn)代制造工程.2005,（2）

[8] 李平.一種工業(yè)機器人新型末端執(zhí)行器的研究與設(shè)計.設(shè)計與研究.2008,（12）

[9] 侯奎孝,易平.龍門機器人的研制.組合機床與自動化加工技術(shù).1999,（2）

[10] 張君,朱海濤,譚定忠.十字龍門式機器人的研究.機械工程師.2007,（1）

[11] 熊建國.工業(yè)機器人的應(yīng)用和發(fā)展趨勢.科技天地.2009,（5）

[12] 原魁.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.工廠自動化.2007,（1）

[13] 石煒.工業(yè)機器人控制的穩(wěn)定性研究.包鋼科技.2007,33（2）

[14] Koji Yoshida,Khalil W.Verification of the positive definiteness of the inertial matrix of manipulators using base inertial parameters.Roborics Research.2000,(5):498-510.[15] B.Subudhi and A.S.Morris.Dynamic modeling,simulation and control of a manipulator with flexible link and joints.Robotics and

Autonomous Systems,2002,(41):257-270.[16] Garcia,E,J Estremera,and P.Gonzalezde Santos.A Compara-tive StudyofStabilityMargin for WalkingMachines.Robotica.2002,Vol 20.[17] L.Zhou,T.Lin,S.B.Chen.Autonomous Acquisition of Seam Coordinates for Arc Welding Robot Based on Visual Servoing[J].Journal of Intelligent and Robotic Systems,2006,47(3).[18] S.S.Ge,Y.J.Cui.Dynamic Motion Planning for Mobile Robots Using Potential Field Method[J].Autonomous Robots,2002,13(3).六、指導(dǎo)教師意見

同意

指導(dǎo)教師簽字：

2010年03月22日

七、系級教學(xué)單位審核意見：

審查結(jié)果： □ 通過□ 完善后通過□ 未通過

負(fù)責(zé)人簽字：

2010年03月22日

第三篇：工業(yè)機器人調(diào)研報告

調(diào)研報告

一、本課題的來源及意義

本課題研究的是直角坐標(biāo)電力控制機械手升降、伸縮部分的設(shè)計。機械手是機器人的一個重要組成部分，它是隨著機器人技術(shù)和傳感器技術(shù)的不斷成熟而不斷發(fā)展的。而機器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，作用越來越重要，工業(yè)機械手尤其如此，因此設(shè)計實用高效的機械手對于機械設(shè)計者來說是個富有意義和挑戰(zhàn)的課題。

通常機械手由多自由度機械臂和末端夾持器組成。機械手通過多自由度機械臂的姿態(tài)調(diào)整和末端夾持器的動作完成操作任務(wù)。球坐標(biāo)機械手突出特點是具有較強的機動性、靈活性，機構(gòu)承載能力強，具有較好的通用性，重復(fù)定位精度高，動作速度快，能夠成功的應(yīng)用于包裝、上下料以及工業(yè)生產(chǎn)等廣泛領(lǐng)域；而電力控制中步進(jìn)電機可直接實現(xiàn)數(shù)字控制，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，通常不需要反饋就能對位置和速度進(jìn)行控制，位置誤差不會累積；在機器人中，機械手起著連接和承受外力的作用，機械臂需要承受物料的重量和手部、手腕、手臂自身的重量，其結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小、定位精度等對機械手性能影響很大。綜上所述，設(shè)計球坐標(biāo)步進(jìn)電機驅(qū)動的機械手是個很有意義的課題。

二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機械手為標(biāo)志的年代。通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展又促進(jìn)了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視。幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷修改，品種在不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。

早在20世紀(jì)40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，以出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。

1968～1970年，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，使第二代機械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段，70年代機械手可以說是處于技術(shù)發(fā)展階段。

80年代以來，國際機械手的發(fā)展速度平均保持在25%～30%的年增長率（其中1986、1987、1993、1994年略低，無增長）。如此高的增長率有其深刻的社

會背景。首先，60年代末70年代初，由于世界石油價格的沖擊，國際競爭加劇，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來越快，致使30年代～50年代逐步建立起來的單一產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)流水線上遇上了在改變產(chǎn)品品種是，原有的單一產(chǎn)品專用生產(chǎn)裝置改變的困難（時間、投資、停產(chǎn)等）以及如何實現(xiàn)多品種、中小批量或混流生產(chǎn)的自動化難題。為此，“柔性生產(chǎn)”的概念及其試驗性的設(shè)計就誕生了。這些因素都促進(jìn)了機械手的高速發(fā)展。

我國機械手起步較晚,經(jīng)過30多年的發(fā)展。我國機器手的研究，有了長足的發(fā)展，有的方面已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但與先進(jìn)的國家相比，還有很大距離，從總體上看，我國機器手的研究仍然任重道遠(yuǎn)。

三、本課題研究目標(biāo)和內(nèi)容 本文研究的直角坐標(biāo)電液控制機械手升降伸縮部分的設(shè)計，包括機械結(jié)構(gòu)方案的確定，電動機控制系統(tǒng)的確定（設(shè)計選型和校核），編制PLC梯形圖，繪制I/O端子接線圖，控制系統(tǒng)原理圖，驅(qū)動電路原理圖，升降及伸縮機構(gòu)零件圖和裝配圖。（任務(wù)量為3張零號圖紙）目標(biāo)是希望通過本課題，能鞏固和加強專業(yè)基本理論知識，理解機械手的功能、組成及工作原理，研究步進(jìn)電機的性能，熟悉以PLC為核心的編程與控制裝置應(yīng)具備的基本功能，掌握整個機電一體會系統(tǒng)的設(shè)計思想和具體方法；同時訓(xùn)練專業(yè)基本技能，提高自己查閱資料，獨立分析問題和解決問題的能力，為以后深造研究打下良好基礎(chǔ)。

四、本課題研究的方法和手段 研究方法：主要是搜索相關(guān)文獻(xiàn)，包括圖書館電子資源CNKI學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)總庫，Springer link電子期刊，專業(yè)圖書上課筆記，以及機器人等期刊，網(wǎng)上的豆丁網(wǎng)以及百度文庫中的許多論文和專利；通過對已有產(chǎn)品的分析，對信息進(jìn)行分類和整理，作為依據(jù)，確定在我的機械手設(shè)計中相應(yīng)的參數(shù)，并對其進(jìn)行改進(jìn)和提高。研究手段：首先是前期準(zhǔn)備，收集相關(guān)資料，查閱中外文獻(xiàn)，請教老師和同學(xué)；同時學(xué)習(xí)使用AutoCAD軟件。然后進(jìn)行機械手的總體設(shè)計包括機械手俯仰伸縮機械結(jié)構(gòu)方案的確定，機械傳動部分的結(jié)構(gòu)，繼而進(jìn)行電力驅(qū)動部分選型和計算，分析工藝流程，繪制PLC的端子接線圖和控制圖，最后編寫論文。努力在老師的指導(dǎo)下，定期完成工作任務(wù)。

五、本課題可行性分析和已具備的實驗條件

已具備的條件：

我國的機器人研究始于70年代。經(jīng)過近20年努力，特別是經(jīng)過“七11.”攻關(guān)、“ 863”計劃，取得了一批重要成果，已經(jīng)系統(tǒng)掌握了機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、機器人語言等技術(shù)。就全國來說，目前我國機器人研究開發(fā)工作做得較好的地區(qū)是:以中科院沈陽自動化研究所為首的東北地區(qū)機器人工程中心，以機電部廣州機床所為龍頭的華南地區(qū)的機器人工程中心。而各工程中心_L作的側(cè)重點又有所不同:東北地區(qū)以特種機器人、水下機器人開發(fā)為L,華北地區(qū)以噴漆Y1lt人、焊接機器人開發(fā)為主，華東地區(qū)以搬運機器人、裝配機器人、移動機器人開發(fā)為主。

我國的高等院校，如長沙國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等在步行機器人、精密裝配機器人及7自由度機器人研制等前沿領(lǐng)域內(nèi)也做出了可喜的成績，有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)。

通過調(diào)研，我知道直角坐標(biāo)型機器人能夠在空間中的任意兩點距離中移動，所以能夠抓取離地面較高，或者中間有障礙的工件，其位置精度高，位置誤差與臂長成正比等。為了在X軸和Y軸的自由移動，可以滾珠絲杠與螺母相連接完成旋轉(zhuǎn)便直線的運動，通過行星齒輪減速機可以使機器人運轉(zhuǎn)更穩(wěn)使控制更精確。通過交流伺服電機的閉環(huán)反饋能達(dá)到相當(dāng)高的精度要求。

該機械手的基本技術(shù)參數(shù)如下： 水平橫梁：3500mm,50mm/s 豎直大臂：1500mm,50mm/s 負(fù)載重量：200Kg；

驅(qū)動方式：交流伺服電機驅(qū)動 樣式如圖1-1

圖1-1 直角坐標(biāo)機械手

六、進(jìn)度安排

第一周：獲得設(shè)計題目，制定畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度計劃；查閱相關(guān)資料；著手進(jìn)行外文

翻譯。

第二周：通過實地調(diào)查研究和查閱相關(guān)資料，完成實習(xí)（調(diào)研）報告；完成外文翻譯，并對其進(jìn)行完善。

第三周：對機械手相關(guān)知識，軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備工作。第四周：選定傳動機構(gòu)，確定機械手整體機械結(jié)構(gòu)部分。第五周：計算選定結(jié)構(gòu)的參數(shù)和精度，并著手畫AutoCAD圖。第六周：確定具體的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，著手畫裝配圖。

第七周：對相關(guān)的電機進(jìn)行選型，查閱在實際中能買到的型號。第八周：對機械部分進(jìn)行計算校核。第九周：PLC選型。

第十周：對機械手控制部分，分析動作順利，畫梯形圖。第十一周：對控制部分進(jìn)行整理。第十二周：編寫設(shè)計計算說明書1份。

第十三周：整理畢業(yè)設(shè)計材料，對其進(jìn)行完善、補充；準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。第十四周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計答辯。

七、主要參考文獻(xiàn)

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第四篇：調(diào)研報告(工業(yè)機器人)

大連交通大學(xué)信息工程學(xué)院2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）實習(xí)（調(diào)研）報告

調(diào)研報告工業(yè)機器人的概念工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。工業(yè)機器人展現(xiàn)狀與前景展望 2.1工業(yè)機器人的發(fā)展簡史

1920年捷克作家卡雷爾·查培克在其劇本《羅薩姆的萬能機器人》中最早使用機器人一詞，劇中機器人“Robot”這個詞的本意是苦力，即劇作家筆下的一個具有人的外表，特征和功能的機器，是一種人造的勞力。它是最早的工業(yè)機器人設(shè)想。

20世紀(jì)40年代中后期，機器人的研究與發(fā)明得到了更多人的關(guān)心與關(guān)注。50年代以后，美國橡樹嶺國家實驗室開始研究能搬運核原料的遙控操縱機械手，如圖0.2所示，這是一種主從型控制系統(tǒng)，主機械手的運動。系統(tǒng)中加入力反饋，可使操作者獲知施加力的大小，主從機械手之間有防護墻隔開，操作者可通過觀察窗或閉路電視對從機械手操作機進(jìn)行有效的監(jiān)視，主從機械手系統(tǒng)的出現(xiàn)為機器人的產(chǎn)生為近代機器人的設(shè)計與制造作了鋪墊。

1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進(jìn)行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人。現(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1959年第一臺工業(yè)機器人在美國誕生，開創(chuàng)了機器人發(fā)展的新紀(jì)元。

2.2工業(yè)機器人的特點

戴沃爾提出的工業(yè)機器人有以下特點:將數(shù)控機床的伺服軸與遙控操縱器的連桿機構(gòu)聯(lián)接在一起，預(yù)先設(shè)定的機械手動作經(jīng)編程輸入后，系統(tǒng)就可以離開人的輔助而獨立運行。這種機器人還可以接受示教而完成各種簡單的重復(fù)動作，示教過程中，機械手可依次通過工作任務(wù)的各個位置，這些位置序列全部記錄在存儲器內(nèi)，任務(wù)的執(zhí)行過程中，機器人的各個關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動下依次再現(xiàn)上述位置，故這種機器人的主要技術(shù)功能被稱為“可編程”和“示教再現(xiàn)”。

1962年美國推出的一些工業(yè)機器人的控制方式與數(shù)控機床大致相似，但外形主要由類似人的手和臂組成。后來，出現(xiàn)了具有視覺傳感器的、能識別與定位的工業(yè)機器人系統(tǒng)。

當(dāng)今工業(yè)機器人技術(shù)正逐漸向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應(yīng)能力的方向發(fā)展。目前，對全球機器人技術(shù)的發(fā)展最有影響的國家是美國和日本。美國在工業(yè)機器人技術(shù)的綜合研究水平上仍處于領(lǐng)先地位，而日本生產(chǎn)的工業(yè)機器人在數(shù)量、種類方面則居世界首位。

2.3工業(yè)機器人的構(gòu)造與分類工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。

工業(yè)機器人按臂部的運動形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個直角坐標(biāo)移動；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動作；球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮；關(guān)節(jié)型的臂部有多個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

工業(yè)機器人按執(zhí)行機構(gòu)運動的控制機能，又可分點位型和連續(xù)軌跡型。點位型只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準(zhǔn)確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。

工業(yè)機器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機器人控制柜。

示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒)，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構(gòu)按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機構(gòu)，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機器人自動工作時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行機構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。示教輸入程序的工業(yè)機器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機器人。

具有觸覺、力覺或簡單的視覺的工業(yè)機器人，能在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作；如具有識別功能或更進(jìn)一步增加自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能，即成為智能型工業(yè)機器人。它能按照人給的“宏指令”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。

2.3.1 點焊機器人

焊接機器人具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運動速度快和負(fù)荷能力強等特點，焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了點焊作業(yè)的生產(chǎn)率。

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產(chǎn)過程由各大汽車主機廠負(fù)責(zé)完成。國際工業(yè)機器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長期合作關(guān)系，向各大型汽車

生產(chǎn)企業(yè)提供各類點焊機器人單元產(chǎn)品并以焊接機器人與整車生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國，在該領(lǐng)域占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內(nèi)首臺165公斤級點焊機器人，并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國外同類機器人水平。

2.3.2弧焊機器人

弧焊機器人主要應(yīng)用于各類汽車零部件的焊接生產(chǎn)。在該領(lǐng)域，國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)主要以向成套裝備供應(yīng)商提供單元產(chǎn)品為主。本公司主要從事弧焊機器人成套裝備的生產(chǎn)，根據(jù)各類項目的不同需求，自行生產(chǎn)成套裝備中的機器人單元產(chǎn)品，也可向大型工業(yè)機器人企業(yè)采購并組成各類弧焊機器人成套裝備。在該領(lǐng)域，本公司與國際大型工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)既是競爭亦是合作關(guān)系。關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)弧焊機器人系統(tǒng)優(yōu)化集成技術(shù)：弧焊機器人采用交流伺服驅(qū)動技術(shù)以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波減速器，具有良好的低速穩(wěn)定性和高速動態(tài)響應(yīng)，并可實現(xiàn)免維護功能。

(2)協(xié)調(diào)控制技術(shù)：控制多機器人及變位機協(xié)調(diào)運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態(tài)以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術(shù)：結(jié)合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優(yōu)點，采用激光傳感器實現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復(fù)雜工件進(jìn)行焊接的柔性和適應(yīng)性，結(jié)合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統(tǒng)計獲得補償數(shù)據(jù)并進(jìn)行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質(zhì)量。

2.3.3激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用于激光加工中，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)。本系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行在線操作，也可通過離線方式進(jìn)行編程。該系統(tǒng)通過對加工工件的自動檢測，產(chǎn)生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數(shù)據(jù)直接加工?？捎糜诠ぜ募す獗砻嫣幚怼⒋蚩?、焊接和模具修復(fù)等。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)激光加工機器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：采用大范圍框架式本體結(jié)構(gòu)，在增大作業(yè)范圍的同時，保證機器人精度；

(2)機器人系統(tǒng)的誤差補償技術(shù)：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，采取非模型方法與基于模型方法相結(jié)合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數(shù)誤差和非幾何參數(shù)誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術(shù)：將三坐標(biāo)測量技術(shù)和機器人技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現(xiàn)技術(shù)：根據(jù)激光加工及機器人作業(yè)特點，完成激光加工機器人專用語言。

(5)網(wǎng)絡(luò)通訊和離線編程技術(shù)：具有串口、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊功能，實現(xiàn)對機器人生產(chǎn)線的監(jiān)控和管理；并實現(xiàn)上位機對機器人的離線編程控制。

2.3.4真空機器人真空機器人是一種在真空環(huán)境下工作的機器人，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中，實現(xiàn)晶圓在真空腔室內(nèi)的傳輸。真空機械手難進(jìn)口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導(dǎo)體裝備整機的研發(fā)進(jìn)度和整機產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵部件。而且國外對中國買家嚴(yán)加審查，歸屬于禁運產(chǎn)品目錄，真空機械手已成為嚴(yán)重制約我國半導(dǎo)體設(shè)備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅(qū)型真空機器人技術(shù)屬于原始創(chuàng)新技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)真空機器人新構(gòu)型設(shè)計技術(shù)：通過結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計，避開國際專利，設(shè)計新構(gòu)型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；

(2)大間隙真空直驅(qū)電機技術(shù)：涉及大間隙真空直接驅(qū)動電機和高潔凈直驅(qū)電機開展電機理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉(zhuǎn)矩控制、小型多軸驅(qū)動器等方面。

(3)真空環(huán)境下的多軸精密軸系的設(shè)計。采用軸在軸中的設(shè)計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

(4)動態(tài)軌跡修正技術(shù)：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準(zhǔn)位置之間的偏移，通過動態(tài)修正運動軌跡，保證機器人準(zhǔn)確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

(5)符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的真空機器人語言：根據(jù)真空機器人搬運要求、機器人作業(yè)特點及SEMI標(biāo)準(zhǔn)，完成真空機器人專用語言。

(6)可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)：在IC制造中，設(shè)備故障會帶來巨大的損失。根據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進(jìn)行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

2.3.5潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環(huán)境中使用的工業(yè)機器人。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，其對生產(chǎn)環(huán)境的要求也日益苛刻，很多現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)都要求在潔凈環(huán)境進(jìn)行，潔凈機器人是潔凈環(huán)境下生產(chǎn)需要的關(guān)鍵設(shè)備。

關(guān)鍵技術(shù)包括：

(1)潔凈潤滑技術(shù)：通過采用負(fù)壓抑塵結(jié)構(gòu)和非揮發(fā)性潤滑脂，實現(xiàn)對環(huán)境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

(2)高速平穩(wěn)控制技術(shù)：通過軌跡優(yōu)化和提高關(guān)節(jié)伺服性能，實現(xiàn)潔凈搬運的平穩(wěn)性。

(3)控制器的小型化技術(shù)：根據(jù)潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術(shù)減小潔凈機器人的占用空間。

(4)晶圓檢測技術(shù)：通過光學(xué)傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

2.4工業(yè)機器人的應(yīng)用

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。20世紀(jì)50年代末，美國在機械手和操作機的基礎(chǔ)上，采用伺服機構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機器人。由于工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)字控制機床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。

2.5工業(yè)機器人的發(fā)展前景

在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流機器人發(fā)展前景及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀(jì)的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普及是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。機器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE的科學(xué)家在對未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測中提出了4個重點發(fā)展方向，機器人技術(shù)就是其中之一。1990年10月，國際機器人工業(yè)人士在丹麥?zhǔn)锥几绫竟匍_了一次工業(yè)機器人國際標(biāo)準(zhǔn)大會，并在這次大會上通過了一個文件，把工業(yè)機器人分為四類：⑴順序型。這類機器人擁有規(guī)定的程序動作控制系統(tǒng)；⑵沿軌跡作業(yè)型。這類機器人執(zhí)行某種移動作業(yè)，如焊接。噴漆等；⑶遠(yuǎn)距作業(yè)型。比如在月球上自動工作的機器人；⑷智能型。這類機器人具有感知、適應(yīng)及思維和人機通信機能。日本工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)普及了第一和第二類工業(yè)機器人，并達(dá)到了其工業(yè)機器人發(fā)展史的鼎盛時期。而今已在第發(fā)展三、四類工業(yè)機器人的路上取得了舉世矚目的成就。日本下一代機器人發(fā)展重點有：低成本技術(shù)、高速化技術(shù)、小型和輕量化技術(shù)、提高可靠性技術(shù)、計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、高精度化技術(shù)、視覺和觸覺等傳感器技術(shù)等。根據(jù)日本政府2007年指定的一份計劃，日本2050年工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到1.4兆日元，擁有百萬工業(yè)機器人。按照一個工業(yè)機器人等價于10個勞動力的標(biāo)準(zhǔn)，百萬工業(yè)機器人相當(dāng)于千萬勞動力，是目前日本全部勞動人口的15%。我國工業(yè)機器人起步于70年代初，其發(fā)展過程大致可分為三個階段：70年代的萌芽期；80年代的開發(fā)期；90年代的實用化期。而今經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn)出部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；機器人軟件的設(shè)計和編程技術(shù)；運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點焊及大型機器人自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。一個國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化），必須具備5個要素即5M: Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有著“機器人王國”之稱的日本相比，我國有著截然不同的基本國情，那就是人口多，勞動力過剩。刺激日本發(fā)展工業(yè)機器人的根本動力就在于要解決勞動力嚴(yán)重短缺的問題。所以，我國工業(yè)機器人起步晚發(fā)展緩。但是正如前所述，廣泛使用機器人是實現(xiàn)工業(yè)自動化，提高社會生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場。日本工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的輝煌得益于本國政府的鼓勵政策，我國在十一五綱要中也體現(xiàn)出了對發(fā)展工業(yè)機器人的大力支持。

3結(jié)束語

工業(yè)機器人是機械科學(xué)技術(shù)的一個分支，它的發(fā)展需要機械及其他門類學(xué)科的發(fā)展來推動，它的發(fā)展也能推動工業(yè)系統(tǒng)的整體發(fā)展。它有其獨特的優(yōu)勢與劣勢，和其他技術(shù)一樣，需要不斷地設(shè)計應(yīng)用修改和完善。

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第五篇：工業(yè)機器人讀書報告

工業(yè)機器人讀書報告

今天剛好沒什么事，于是就應(yīng)老師的要求把我們《工業(yè)機器人》這本書老師讓我們自己課后看的第二章認(rèn)真看了一遍。

《工業(yè)機器人》第二章講的是工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計。這本書主要是從以下6個方面來講的：1.工業(yè)機器人總體設(shè)計；2.驅(qū)動機構(gòu)；3.機身和臂部設(shè)計；4.腕部設(shè)計；5.手部設(shè)計；6.行走機構(gòu)設(shè)計。

在2.1中，書中主要給我們講了一下工業(yè)機器人的總體設(shè)計思路。機器人總體設(shè)計一般分為系統(tǒng)分析和技術(shù)設(shè)計兩大步驟。其中系統(tǒng)分析主要分為以下幾步：1.根據(jù)使用場合，確定機器人的目的和任務(wù)；2.分析機器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境，包括機器人與已有設(shè)備的兼容性；3.分析系統(tǒng)的工作要求，確定機器人的基本功能和方案，準(zhǔn)備做技術(shù)設(shè)計；4.進(jìn)行必要的調(diào)查研究，搜集國內(nèi)外的有關(guān)資料，進(jìn)行綜合分析，找出可供借鑒之處，以及別人的經(jīng)驗教訓(xùn)。技術(shù)設(shè)計主要有以下幾個過程：1.確定機器人的基本參數(shù)（自由度數(shù)目、工作范圍、承載能力、運動速度、定位精度等）；2.確定機器人的運動形式；3.擬定檢測傳感系統(tǒng)框圖；4.確定控制系統(tǒng)總體方案，繪制框圖；5.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。

在2.2中，書中給我講了一下機器人的驅(qū)動機構(gòu)。首先它給我們分析了一下液壓、氣壓和電氣這三種驅(qū)動方式的優(yōu)缺點，其中液壓驅(qū)動的優(yōu)點是：1.體積小，可以獲得較大的推力和轉(zhuǎn)矩；2.介質(zhì)的可壓縮性小，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，精度高；3.容易實現(xiàn)對力、速度、方向的自動控制；4.油液介質(zhì)使系統(tǒng)具有防銹蝕和自潤滑性能。缺點是：1.油液的黏度受溫度影響，影響工作性能；2.液體泄漏難以克服，要求液壓元件制造精度高；3.需要提供相應(yīng)的供油系統(tǒng)和嚴(yán)格的濾油裝置。氣壓驅(qū)動的優(yōu)點是：1.壓縮空氣黏度小，容易達(dá)到高速（1m/s)；2.工廠一般都自有空氣壓縮機站，可提供壓縮空氣，不必再額外的添加動力設(shè)備，而且空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染，使用安全；3.氣動元件工作壓力低，因此制造要求也低一些，價格低廉；4.空氣具有壓縮性，是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護。缺點是：1.壓縮空氣一般為0.4~0.6Mpa，要想獲得較大的壓力，結(jié)構(gòu)就要增大；2.空氣具有壓縮性，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要實現(xiàn)準(zhǔn)確的位置控制更困難；3.壓縮空氣排水比較麻煩；4.排氣造成噪音污染。電氣驅(qū)動的特點是：1.步進(jìn)電機：多為開環(huán)控制，簡單，功率較小，多用于低精度、小功率的機器人；2.直流伺服電機：易于控制，有較理想的機械特性，但其電刷易磨損，易形成火花；3.交流伺服電機：結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，可以頻繁的啟動、制動。交流伺服電機和直流伺服電機相比：沒有電刷等易磨損部件，外形尺寸小，能在重載下高速運行，加速性能好，能實現(xiàn)動態(tài)控制和平滑運動，但控制較復(fù)雜。其次它把驅(qū)動機構(gòu)分為了直線驅(qū)動機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，然后分別深入地給我們講解了這兩種機構(gòu)。其中直線驅(qū)動可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產(chǎn)生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動元件由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換而得到。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動主要有齒輪鏈驅(qū)動、同步帶傳動裝置驅(qū)動、諧波齒輪驅(qū)動、擺線針輪傳動減速器驅(qū)動。

在2.3中，書中主要給我們介紹了一下機身和臂部設(shè)計，這一節(jié)主要是從三方面來給我們講的：首先是給我們介紹了一下機身設(shè)計過程，書中給我們介紹了幾種機身的典型機構(gòu)，并給我們講了一下機身驅(qū)動力和力矩的計算，還給我們列舉了一些設(shè)計機身時要注意的問題；其次給我們講了一下機器人的臂部設(shè)計，它是先給我們介紹了一下臂部設(shè)計的基本要求，再給我們介紹了一些手臂的常用機構(gòu)；最后還給我們舉了一個MOTOMAN SV3機器人的機身與臂部的例子。機身設(shè)計要注意以下問題：1.要有足夠的剛度和穩(wěn)定性；2.運動要靈活，升降運動的導(dǎo)套長度不宜過短，避免發(fā)生卡死現(xiàn)象，一般要有導(dǎo)向裝置；3.結(jié)構(gòu)布置要合理。通常工業(yè)機器人的機身具有具有回轉(zhuǎn)、升降、回轉(zhuǎn)與升降、回轉(zhuǎn)與俯仰、回轉(zhuǎn)與升降及俯仰等5種運動方式，采用哪一種方式由工業(yè)機器人的總體設(shè)計來確定。機身驅(qū)動力和力矩的計算主要分為三種：1.垂直升降運動的驅(qū)動力的計算：作垂直運動時，除克服摩擦力之外，還要克服機身自身運動部件的重力和其承受的手臂、手腕、手部、工件等總重力以及升降運動的全部部件的慣性力，因此其驅(qū)動力的計算如下：

；2.回轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動力矩的計算：作回轉(zhuǎn)運動時，驅(qū)動力矩只包括兩項：回轉(zhuǎn)部件的摩擦總力矩；機身自身運動部件和其攜帶的手臂、手腕、手部、工件等總慣性力矩，因此，其驅(qū)動力矩計算方法為：中，其

。3.升降立柱下降過程不卡死的條件計算偏重力矩是指臂部全部零部件與工件的總重量對機身立柱軸的靜力矩。當(dāng)手臂在最大行程位置時，偏重力矩最大，因此，偏重力矩按懸伸最大行程，最大抓重時進(jìn)行計算。手臂在總重量G的作用下，產(chǎn)生偏重力矩，導(dǎo)致立柱傾斜。如果偏重力矩過大，并且導(dǎo)套設(shè)計不合理（導(dǎo)套長度不夠），立柱在導(dǎo)套中有卡住現(xiàn)象，這時，機身的升降驅(qū)動力必須增大，相應(yīng)驅(qū)動及傳動裝置結(jié)構(gòu)就龐大。如果機身下降靠重力的話，則可能立柱被卡死在導(dǎo)套內(nèi)而不能作下降運動，這就是自鎖。因此必須根據(jù)偏重力矩的大小決定立柱導(dǎo)套的長度。要使立柱在導(dǎo)套內(nèi)自由下降，則臂部總重量必須大于導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力，這就是升降立柱靠自重下降而不卡死的條件：在2.4中，書中給我們講的是機器人的腕部設(shè)計。這一節(jié)主要是從腕部的作用于自由度和機器人的手腕分類這兩個方面給我們講解

了一下，并給我們舉了一個MOTOMAN SV3機器人的手腕機構(gòu)的例子，還給我們分析了一下六自由度關(guān)節(jié)型機器人的關(guān)節(jié)布置與機構(gòu)特點。工業(yè)機器人的腕部是連接手部和臂部的部件，起支承手部的作用，手腕上的自由度主要是使手部（末端操作器）達(dá)到目標(biāo)位置和處于期望的姿態(tài)。為了使手部能處于空間任意方向，要求腕部能實現(xiàn)對空間三個坐標(biāo)軸X、Y、Z的轉(zhuǎn)動，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰、偏轉(zhuǎn)三個自由度，如下圖所示。一般將手腕的翻轉(zhuǎn)稱為Roll，用R表示；將手腕的俯仰稱為Pitch，用P表示；將手腕的偏轉(zhuǎn)稱為Yaw，用Y表示，圖（d）所示的手腕即可實現(xiàn)RPY運動。機器人的手腕分類主要有以下兩種方法：1.按自由度數(shù)目來分類：可分為單自由度手腕、兩自由度手腕、三自由度手腕。2.按驅(qū)動方式分類：可分為直接驅(qū)動手腕、遠(yuǎn)距離傳動手腕。在2.5這一節(jié)，書中主要是從機器人手部的特點和手部的分類這兩個方面給我們著重介紹了一下機器人的手部設(shè)計。工業(yè)機器人的手部也稱末端操作器，是裝在工業(yè)機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。工業(yè)機器人手部的特點有：1.手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機械接口，也可能有電、氣、液接頭，當(dāng)作業(yè)對象不同時，可以方便地拆除和更換手部；2.手部是工業(yè)機器人末端操作器，它可以是像人手那樣具有手指，也可以不具備手指，直接就是進(jìn)行專業(yè)作業(yè)的工具。3.手部的通用性比較差，手部屬于專用的裝置，一只手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面近似的工件；一種工具只能執(zhí)行一種作業(yè)任務(wù)；4.手部是一個獨立的部件。手部的分類主要有以下幾種方法：1.按用途分類：可分為手爪、工具。2.按夾持原理分類：可分為機械類、磁力類、真空類。3.按手指或洗盤數(shù)目分類：可分為兩指手爪、多指手爪。4.按智能化分類：可分為普通手爪、智能手爪。

2.6這一節(jié)，書中主要給我們著重介紹了一下車輪式行走機構(gòu)和履帶式行走機構(gòu)、步行機構(gòu)，并簡單介紹了一下其他行走機構(gòu)。機器人可分為固定機器人和行走機器人，一般的工業(yè)機器人都是固定式的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，行走機器人的應(yīng)用也越來越多。行走機構(gòu)是行走機器人的重要執(zhí)行部件，它由行走的驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)、位置檢測元件、傳感器、電纜以及管路組成。一方面它支承機器人的機身、臂部、腕部。手部、工件，另一方面還根據(jù)工作任務(wù)的要求，帶動機器人實現(xiàn)在廣闊的空間內(nèi)運動。行走機構(gòu)按其行走運動軌跡可分為固定軌跡式和無固定軌跡式。固定軌跡式行走機構(gòu)主要用于工業(yè)機器人，無固定軌跡式主要有輪式、履帶式、步行式。

這一章看起來比較簡單，涉及到的計算也不多，但真正想把它搞透徹還是需要一點時間的，我是花了整整一下午才把它理解得差不多。