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，進行力的控制。

四、主要參考文獻與資料獲得情況：

[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，20xx.

[2].董華梁、彭文生. 《機械設(shè)計基礎(chǔ)》. 高等教育出版社，20xx. [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，20xx [6].曲興華. 《儀器制造技術(shù)》. 機械工業(yè)出版社，20xx

[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，20xx [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 進一步完善論文，定稿并裝訂成冊

第15-17周 準備畢業(yè)答辯，提交論文

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，進行力的控制。

四、主要參考文獻與資料獲得情況：

[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 進一步完善論文，定稿并裝訂成冊 第15-17周 準備畢業(yè)答辯，提交論文