第一篇：機器人的設計方案

機器人

機器人是眾所周知的一種高新技術產(chǎn)品，然而，“機器人”一詞最早并不是一個技術名詞，而且至今尚未形成統(tǒng)一的、嚴格而準確的定義?！皺C器人”最早出現(xiàn)在上個世紀20年代初期捷克的一個科幻內容的話劇中，劇中虛構了一種稱為Robota（捷克文，意為苦力、勞役）的人形機器，可以聽從主人的命令任勞任怨地從事各種勞動。實際上，真正能夠代替人類進行生產(chǎn)勞動的機器人，是在20世紀60年代才問世的。伴隨著機械工程、電氣工程、控制技術以及信息技術等相關科技的不斷發(fā)展，到20世紀80年代，機器人開始在汽車制造業(yè)、電機制造業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)中大量采用。現(xiàn)在，機器人不僅在工業(yè)，而且在農(nóng)業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、旅游、空間、海洋以及國防等諸多領域獲得越來越廣泛的應用。

一、機器人的發(fā)展史

機器人的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾(Devol)制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。

由英格伯格負責設計機器人的“手”、“腳”、“身體”，即機器人的機械部分和完成操作部分；由德沃爾設計機器人的“頭腦”、“神經(jīng)系統(tǒng)”、“肌肉系統(tǒng)”，即機器人的控制裝置和驅動裝置。它成為世界上第一臺真正的實用工業(yè)機器人。這種機器人外形有點像坦克炮塔，基座上有一個大機械臂，大臂可繞軸在基座上轉動，大臂上又伸出一個小機械臂，它相對大臂可以伸出或縮回。小臂頂有一個腕子，可繞小臂轉動，進行俯仰和側搖。腕子前頭是手，即操作器。這個機器人的功能和人手臂功能相似。

此后英格伯格和德沃爾成立了“Unimation”公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特(UNIMATE)”，意思是“萬能自動”。他們因此被稱為機器人之父。

1962年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人，稱為“沃爾薩特蘭(VERSTRAN)”，意思是“萬能搬動”。

”尤尼梅特”和“沃爾薩特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。

二、機器人的分類

機器人根據(jù)其應用方式的不同可分為以下幾類：

家務型機器人：能幫助人們打理生活，做簡單的家務活。

操作型機器人：能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關自動化系統(tǒng)中。

程控型機器人：按照預先要求的順序及條件，依次控制機器人的機械動作。如機器人鬧鐘。

示教再現(xiàn)型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。

數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。

感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。

適應控制型機器人：能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。

學習控制型機器人：能“體會”工作的經(jīng)驗，具有一定的學習功能，并將所“學”的經(jīng)驗用于工作中。

智能機器人：以人工智能決定其行動的機器人。

三、機器人的主要部件

雖然機器人的機械、電氣和計算的結構千差萬別，但大多數(shù)有四個共同的主要部件：（1）機械手（機械單元）；（2）一個或一個以上的傳感器；（3）控制器（大腦）；（4）動力源。

（一）機械手

它是機器人的工作裝置，以關節(jié)連在一起的許多連桿集合體，形成開環(huán)的運動學鏈系，包括齒輪、聯(lián)軸器等。它在各個方向都能運動，而這些運動認為是機器人在“做工”。

按關節(jié)—連桿結構所構成的機械手，一般有三個主要結構部件，即臂、腕和手。除大多數(shù)機械手還含有使各種機械部件產(chǎn)生運動的裝置，這些裝置稱為驅動部件，可以是氣動的、液壓的或電動的。它們總是直接或間接地與臂的不同機械連桿或關節(jié)（軸）連結在一起。在間接連結的情況下，可以使用齒輪、皮帶、鏈條、諧波驅動裝置或絲杠來傳動。

傳感器

傳感器將有關機械手的信息傳遞給機器人的控制器。信息傳遞可連續(xù)進行，或在預定動作終了時進行。

近代機器人所用的傳感器可分為視覺和非視覺兩大類。視覺類包括光導攝像管、電荷耦合器件或電荷注入器件、TV攝像機。非視覺類包括限位開關、位置傳感器、速度傳感器以及力和觸覺傳感器。它們用于跟蹤、目標識別或目標捕獲。

（三）控制器

機器人的控制器一般執(zhí)行三個功能：

1、使機械手各部件按規(guī)定程序在規(guī)定的點開始和結束動作；

2、將位置和程序的信息存儲在存儲器中；

3、是機器人通過裝在工作區(qū)域的傳感器了解“外部”環(huán)境并相互聯(lián)系。機器人控制器一般有以下幾種：

簡單步驟順序控制器；

啟動邏輯系統(tǒng)；

電子程序控制器；

微型計算機；

小型計算機。

（四）功率變換單元

它為機械手的驅動部件供給必需的能量，對于伺服電機驅動系統(tǒng)是功率放大器，對于氣動或液壓設備，可以是裝在遠處的壓縮機。

機器人的應用

（一）焊接

焊接作業(yè)是機器人的主要用途之一。現(xiàn)代機器人主要應用于兩類性質的焊接作業(yè)，即點焊和弧焊。對于點焊作業(yè)，一般情況下機器人所夾持的的焊接工具都大而重，通常還要求機械手具有大的活動范圍。對于弧焊，它經(jīng)常用于焊接形狀不規(guī)則的或較寬的焊縫。該機器人焊機的主要優(yōu)點是發(fā)弧時間能夠嚴格控制。

（二）噴漆

由于可能發(fā)生火災，霧狀漆還會摯愛，人不適宜從事噴漆作業(yè)，因此，噴漆作業(yè)是機器人的特有用途。一般由優(yōu)秀的噴漆師給噴漆機器人編程，他的動作由一臺或多臺機器人模仿出來。

（三）零部件的裝卸和傳送

將零部件或物體從某一位置移到工作區(qū)的另一個位置，是機器人的最常見的用途之一。在金屬加工中，一種常見的任務是熱壓加工。因為要求人在加熱的窯爐、沖壓床、車間或手搖鉆床附近工作，這樣的工作有危險。而機器人能耐高溫環(huán)境，程序編好了就可以防止與其他機加工工具碰撞。

（四）零部件的組裝

人可以利用眼—手的良好協(xié)調動作，再加上觸覺，將一組不同的零件組裝起來制成成品或半成品，但組裝工作令人感到乏味，故組裝作業(yè)是機器人的一項誘人的用途。

在某些組裝作業(yè)中，機器人腕部的柔順性顯得特別重要。例如，將軸或桿插在小孔里。為了預防桿被卡住，在端部操縱裝置和機器人的腕部法蘭之間常用一個遠距定心柔性裝置（RCC）。另一方面，可利用力覺或觸覺的反饋信號獲得良好的外部感知能力。

（五）磨削

磨削機器人主要的用途有除焊珠、修整表面，打毛刺等。在這些磨削用途中，被加工的部件尺寸常有誤差，需要傳感器的信息使機器人能精確地“感知”到零部件真實的外形輪廓。

（六）其他用途

五、國內外機器人的發(fā)展

美國作為機器人的誕生地，基礎雄厚，技術先進現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一。其機器人技術全面、先進，適應性也很強。具體表現(xiàn)在：

性能可靠，功能全面，精確度高；

機器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應用廣；

智能技術發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應用； 高智能、高難度的軍用機器人、太空機器人等發(fā)展迅速。

日本工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在很短的時間內迅速發(fā)展起來，一躍成為“工業(yè)機器人王國”，日本在工業(yè)機器人的生產(chǎn)，出口和使用方面都居世界榜首，日本工業(yè)機器人的裝備量約占世界工業(yè)機器人裝備量的60%。

德國工業(yè)機器人的總數(shù)世界第三位，僅次于日本和美國，德國智能機器人的研究和應用在世界上處于領先地位。除了像大多數(shù)國家一樣，將機器人主要應用在汽車工業(yè)之外，突出的一點是德國在紡織工業(yè)中用現(xiàn)代化生產(chǎn)技術改造原有企業(yè)。與此同時，德國看到了機器人等先進自動化技術對工業(yè)生產(chǎn)的作用，提出了1985年以后要向高級的、帶感覺的智能型機器人轉移的目標。經(jīng)過近十年的努力，其智能機器人的研究和應用方面在世界上處于公認的領先地位。

（二）國內的現(xiàn)狀

同全球主要的機器人大國相比，中國工業(yè)機器人起步較晚，而真正大規(guī)模進入商用僅是在近幾年。中國工業(yè)機器人從無到有，從下到大，發(fā)展迅速。已生產(chǎn)出部分機器人關鍵元器件。

但是，我國在機器人的發(fā)展中也存在很多問題，如：

我國對機器人的認識缺乏缺乏國家層次統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略目標指導 研究成果不能在有限制的范圍內共享

部分關鍵零部件依賴進口

作為一個機器人起步較晚相對技術有比較落后的國家，我們更應該大力發(fā)展機器人。根據(jù)我國的國情可以看出，我國作為一個人口大國，人力資源豐富，相對于產(chǎn)品的成本來說更具競爭力。

七、結語

作為一個正在崛起中的強國，不能在機器人這么一個環(huán)節(jié)上落后于其他國家。和其他機器人大國相比起來可以深刻的認識到我們的差距是很大的。從國家來說，應該大力扶植這些高新技術產(chǎn)業(yè)，作為每一個公民都應該了解到機器人的發(fā)展對我們國家來說的重要意義。

參考文獻：

[1] 夏鯤.工業(yè)機器人的發(fā)展與應用研究 [J],廣西輕工業(yè)，2008,(8):63-64

[2] 楊化書，曲新峰.工業(yè)機器人技術的應用及發(fā)展 [J].黃河水利職業(yè)技術學院學報，2004,16(4):42-43;

[3] 畢勝.國內外工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 [J].機械工程師，2008（7):5-8

[4] 黃元燦.國內外軍用機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 [J].機器人技術與應用，2009，（02）:25-30

[5]金周英，白英.我國機器人發(fā)展的政策研究報告 [J].機器人技術與應用，2009，（02）:2-7

第二篇：機器人課程設計方案

“機器人”科目設計方案

背景分析

機器人是現(xiàn)代工業(yè)中的重要分支，它涉及到機器人制造中的各個領域，如自主行為控制、人工智能、動態(tài)管理、機械設計等，在一定程度上代表著一個國家工業(yè)的尖端水平，機器人主要分為工業(yè)機器人、蛇形機器人、輪式移動機器人和智能機器人。他們能在人們所處的現(xiàn)實環(huán)境中工作；能使用人們所用的工具；以及一系列傳感器信號的處理。機器人的技術組成機器人由機械部分、傳感部分、控制部分三大部分組成．這三大部分可分成驅動系統(tǒng)、機械結構系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個子系統(tǒng)。

我校具有一定的機器人中一些優(yōu)秀的輔導師資力量，也擁有一定的開始機器人興趣課程的歷史，在前幾年的機器人教學嘗試過程中積累了一定的有關機器人教學的教學經(jīng)驗，完善機器人教學，并形成了一系列機器人教學的教學體系。

現(xiàn)在評價學生一個能力已經(jīng)不僅僅是看學生的學習成績，而更多看重的是學生的綜合素質，而機器人的課程就是旨在培養(yǎng)學生的綜合科學素養(yǎng)所開展的，本課程以傳統(tǒng)課程上所沒有的動手活動和理論學習模式相結合的模式，在豐富多彩的教學活動中培養(yǎng)學生的動手能力，團隊配合能力和科學探索精神。

科目簡介

本課程是以機器人介紹和制作為主，主要通過介紹現(xiàn)代機器人的發(fā)展和自己動手制作幾個簡單的機器人為主要內容，通過機器人的制作培養(yǎng)學生的動手操作能力，通過制造機器人時的分組培養(yǎng)學生的團隊合作能力，通過將機器人以一定目的進行改造培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，通過機器人的比賽養(yǎng)成一定的競爭意識。

學習目標

一、知識與技能

1、初步了解機器人的基礎知識，知道機器人的發(fā)展歷史，了解現(xiàn)在機器人的現(xiàn)狀

2、掌握一些簡單的機器的搭建，能過手腦并用，模仿創(chuàng)造

3、了解一些基本的機器編程知識，掌握一定的智能機器人的搭建和編程知識

二、過程與方法

1、通過小組合作制作機器人的過程養(yǎng)成學生的合作交流能力

2、通過對已有的機器人的進行給予一定目的的改造，養(yǎng)成一定的科學創(chuàng)新能力

三、情感態(tài)度價值觀

1、在機器人的競賽中體會成功的喜悅，感受競爭意識

2、通過對現(xiàn)代機器人知識的了解，養(yǎng)成熱愛科學的精神

3、通過對于機器人的改造，體會科學創(chuàng)造的熱趣 內容框架

“機器人”科目內容框架

篇目 基礎篇 主題名稱

第一章：機器人總覽

內容要點

第一章的主要目的是向

1、現(xiàn)代機器人的發(fā)展和介紹（1課時）學生介紹現(xiàn)代機器人的2、人類的朋友——觀看電影《霹靂5號》（2課時）

有關知識，同時培養(yǎng)學生對于這門課程的興趣，通過對機器人的現(xiàn)在趨勢介紹和電影觀看產(chǎn)生對機器人這門課程的興趣

制造篇 第二章：機器人制造

1、競速四腳機器人制造（2課時）

第二章的主要內容是對簡單的機器人的制造，主

2、競速四腳機器人競速比賽（1課時）要是制造四腳和六腳兩

3、六腳機器人制造（2課時）

4、六腳機器人爬坡比賽（1課時）

5、六腳機器人手搖發(fā)電機動力負重比賽（1課時）

創(chuàng)造篇 第三章：機器人的改造

第三章的內容主要是是個機器人和有關的比賽

1、將直走的四腳機器人改造為走曲線對四腳機器人的一些改的機器人（2課時）

造，通過討論和和交流讓

2、四腳機器人曲線競速比賽（1課時）學生能自己思考解決方

3、四腳機器人保齡球比賽（2課時）案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意思

和解決問題的能力

智能篇 第四章：智能機器人編程介紹

1、介紹樂高智能機器人編程講解（2課時）

本章主要基于樂高智能機器人編程實驗室，讓學生簡單接觸機器人編程的基本知識和基本技能

未來篇 第五章：暢想未來

第五章主要讓學生自己

1、總結交流，暢想未來的機器人藍圖交流，總結本課程學習過（1課時）

程中的收獲，交流經(jīng)驗，總結得失

科目實施

一、實施對象 初中六、七年級學生

二、組織策略

采取自主報名的方式，同學自主報名參加機器人的課程，在課程中一4-5人為一組組成小組來完成機器人的搭建，創(chuàng)造。

三、學習方式

1、情景創(chuàng)設

這一部分主要是為學生創(chuàng)建一個對機器人發(fā)展的前景創(chuàng)設，為學生了解機器人的發(fā)展提供一個平臺，讓學生能夠知道，了解現(xiàn)代機器人的發(fā)展現(xiàn)狀，并對機器人的原理，機制產(chǎn)生興趣，愿意去對機器人這一項目進行深入的學習，對搭建機器人產(chǎn)生興趣

2、動手實踐

這一部分是這門科目的重點內容，這一部分的內容主要結合松江區(qū)中小學機器人大賽的相關器材和項目讓學生以小組為單位在已有材料的基礎上搭建機器人的已完成相關的目的，在小組合作的基礎上，用自己的學習和創(chuàng)造能力，模仿老師給予的機器人模型利用材料來完成兩個分別是四腳和六腳的機器人，同時開發(fā)自己的想象力，在一定的規(guī)定下對機器人進行改造，是機器人能更好的完成所需要完成的任務。在完成了已有的任務的過程之后，老師還會對學生提出一定的要求，要求學生對現(xiàn)有的機器人進行改造，使學生用同樣的機器人部件，進過改

進和設計，來完成其他不同的任務。

3、機器人競賽

本部分的任務是針對學生的已經(jīng)完成的機器人進行測試，讓學生以小組為單位，針對機器人設計的要求，來對機器人搭建的完成情況來進行測試和比賽，同時增加學生的競爭意識

科目評價

一、評價內容

1、知識方面

對現(xiàn)代機器人的發(fā)展有一定的認識，知道機器人的設計原理 知道一些智能機器的編程方式

2、技能方面

能否掌握2種機器人的搭建方式和制作技巧 掌握通過知識原理對機器人進行小許改造的能力 掌握一定的探究機器人搭建操作的能力

3、情感態(tài)度價值觀

能否進行有效的小組合作來完成任務 能否建立起對現(xiàn)代工業(yè)科技并發(fā)揚科學的精神

二、評價方式

1、競賽名次

通過機器人的完成任務情況的完成的完成度來確定名次

2、教師點評

有教師談些適當?shù)募钚缘脑u語

設計人：二中初中 顧匯礽

第三篇：《果園機器人》教學設計方案

《果園機器人》

陳艷

石泉饒峰中心小學

一、概述

·義務教育課程標準教科書人教版語文三年級下冊的第24課。

·本篇課文所需課時為1課時，40分鐘，本節(jié)課是第一課時。

·《果園機器人》是一篇安排在三年級下學期第六組里的課文，在本組課文的編排中，編者意在讓學生知曉科技成果，讓學生留心科學技術的新發(fā)展?！豆麍@機器人》重在向我們讀者介紹果園機器人的聰明能干和有趣，課文講在果園的機器人，能把成熟的果子從樹上摘下來，整齊地裝箱，運到指定的地方。同時，這些機器人只撿掉在地上的水果“吃”，自我充電，不停地工作。課文中果園機器人各種特性的介紹，是隨果園生產(chǎn)需要的變化一步步體現(xiàn)出來的。課文能激發(fā)學生對機器人世界和科技的興趣，培養(yǎng)學生獨立閱讀的能力。

這是一篇能體現(xiàn)電腦神奇的文章，所寫的內容極為有趣。文章中的機器人服務于豐收的果園中，它們能把成熟的果子從樹上摘下來，整齊地裝箱，運到指定的地方。有趣的是，這些機器人只撿掉在地上的水果“吃”，自我充電，不停地工作。

文章的敘述方式也很有特色。文中果園機器人各種特性的介紹，是隨果園生產(chǎn)需要的變化一步步體現(xiàn)出來的。水果豐收，果農(nóng)忙不過來了，于是需要機器人幫忙；果園很大，機器人不好拖著電線工作，用電池也不方便，于是又想讓果園機器人“吃”園中掉在地上的水果，自我充電。這樣的敘述一方面使得果園機器人特點的介紹有層次，另一方面也體現(xiàn)了生產(chǎn)需求是科技的發(fā)展動力，學生讀后會得到有益的啟示。

·教學本課，通過學生自學，教師引導，了解果園機器人的有趣設計，激發(fā)學生對機器人世界和科技的興趣，繼續(xù)培養(yǎng)獨立閱讀的能力。

二、學習者特征分析

·本節(jié)課的教學對象是饒峰小學三年級的學生，本班學生共48人，學生的學習水平參差不齊，再加上三年級學生年齡小，而且是步入獨立閱讀的初始階段，所以在學習知識、理解課文內容和閱讀能力培養(yǎng)時都還需要老師適時加以引導和點撥。

三、教學目標分析

1、知識與技能

·閱讀課文，學習本課生字新詞。

·正確流利地朗讀課文，了解果園機器人的特點和作用?！みM一步培養(yǎng)獨立閱讀的能力。

2、過程與方法

·通過自學，了解課文的主要內容，了解文中果園機器人的工作原理。

3.情感態(tài)度價值觀

·通過閱讀，激發(fā)學生對機器人世界和科技的興趣。

四、重難點，教法與學法

重點難點：了解機器人的基本情況，激發(fā)對機器人的興趣。突破方法：學生自己質疑，自己解決提出的問題，感知機器人的特點。再結合關鍵字句，感受機器人的有趣，感受到生活和生產(chǎn)的實際要求是發(fā)明創(chuàng)造的動力。

教法：引導法

學法：質疑、自學、討論、交流

五、教學資源與工具設計

供教師使用的資源：自制電子白板課件； 供學生使用的資源：課本

六、教學過程

（一）創(chuàng)設情境，導入課題

1、激趣導入。２、生質疑課題。

（二）走進文本，了解果園機器人

1、閱讀“閱讀提示”明確學習要求。

2、學生自由讀課文，注意讀準字音，讀通句子，試著解決閱讀提示中提出的問題：“想想課文寫的機器人是怎樣的？”“哪些地方有趣？”。

3、小組中進行交流。交流過程中總結機器人是怎樣的。

4、有感情朗讀。

（三）課外拓展，激發(fā)興趣

1、了解發(fā)明果園機器人的動力。

2、因為生活的需要，科學家發(fā)明了許多種類的機器人（播放課件）。

3、學生展示自己設計的機器人，并講解設計理由。

（四）小結本課。板書設計：

24*、果園機器人 聰明能干

第四篇：機器人

機器人

爸爸，我作業(yè)寫完了，可以玩電腦嗎？可以。聽完爸爸的這句話，我直奔向電腦，打開電腦。接下來又得要等1分鐘左右，真煩人！我想：要是有電腦機器人該多好??！20年后的我就能發(fā)明這種電腦機器人。

它有兩根又細又長的天線；方方正正的腦袋；一雙由攝象機組成的眼睛；三角形的大嘴巴；左側的耳朵是一個手機；而右側的耳朵是一臺小巧玲瓏、精致、精美的迷你收音機。它的肚子上有一臺特制的電腦與鍵盤。

這種電腦機器人的是：它只要一打開它，屏幕上就會自動顯示出桌面；而且耗電量少；可以節(jié)約電；它可以防止我們上不良網(wǎng)站、而且，它還可以防止病毒損壞電腦；它可以變得很大很大，也可以變得很小很小，隨身帶在身上。比如，某一家企業(yè)的總經(jīng)理正在某個地方旅游，玩得正高興，公司就像半路殺來的程咬金，給這位玩得正高興的總經(jīng)理潑了一盆子的冷水，如果這位總經(jīng)理有電腦機器人的話，就不發(fā)愁了。

第五篇：機器人工作站

運城學院 設計說明書

機器人工作站

學

院： 運城學院 團隊名稱：TENGFEI

專

業(yè)：機械設計制造及其自動化

團隊成員： 任曉圓 張志凱 指導教師： 王新海

設計說明時間：二О一四年九月二十一日～十月三十一日

摘要

機器人工作站是當今世界工業(yè)發(fā)展潮流的方向與我國工業(yè)發(fā)展水平相結合的產(chǎn)物，在自動化生產(chǎn)逐漸普及的今天，能夠為我國的工業(yè)自動化生產(chǎn)做出重大貢獻的機器人工作站就出現(xiàn)了，該工作站由工業(yè)機器人和自動化流水線兩大部分組成，可以實現(xiàn)360度全方位立體式工作。工業(yè)機器人通過精確地抓取零件，再通過高精度傳感器的配合，將零件在加工臺和流水線之間進行轉移，克服手工操作的枯燥以及多目的地轉移的危險，既降低了人力成本有提高了工作效率。關鍵詞：智能機器人

Abstract Mobile robot workstation is the world's industrial development trend direction with the combination of the level of industrial development in our country, the growing popularity of the automated production today, will be able to make a significant contribution for our country's industrial automation production in mobile robot workstation, the workstation consists of two most industrial robots and automated assembly line, can achieve 360-degree vertical work.Industrial robot by scraping parts accurately, and then by high precision sensor, moving parts between the JiaGongTai and assembly line, to overcome the manual operation of boring and multi-destination transfer risk, is not only reduced labor costs to improve the working efficiency.Keywords: intelligent mobile robot

目錄

第一章緒論.......................................................................................................................................1

1.1 智能機器人的行業(yè)發(fā)展前景...........................................................................................1 1.2 流水線行業(yè)的發(fā)展前景...................................................................................................1 1.3 本文主要研究的內容.......................................................................................................1 第二章機器人工作站簡介...............................................................................................................2

2.1 機器人機械設計的特點...................................................................................................2 2.2 與機器人有關的概念.......................................................................................................2 2.3 方案設計...........................................................................................................................3 2.3.1 機器人設計方案要求...................................................................................................3 2.3.2機器人方案結構設計與分析........................................................................................4 2.4流水線方案設計與介紹....................................................................................................5 第三章有限元分析...........................................................................................................................7 材料屬性...........................................................................................................................................8 第四章總結.......................................................................................................................................9 4.1 設計特色...................................................................................................................................9

4.2 總結...................................................................................................................................9 4.3心得體會............................................................................................................................9 參考文獻.................................................................................................................................10

1第一章 緒論

1.1 智能機器人的行業(yè)發(fā)展前景

工業(yè)機器人是由傳動機構、驅動結構以及夾具等部分組成。工業(yè)機器人可以通過底座，大臂、小臂和夾具的配合實現(xiàn)對流水線上的工件的夾取。從而實現(xiàn)工件在流水線和物料箱之間的轉移。它可以大大的提高工作效率，提高工作的精確度，降低物料的損耗實現(xiàn)高效工作。隨著我國制定機器人在2020年普及到工廠的計劃，工業(yè)機器人必將迎來一個發(fā)展的春天，這將極大的提升我國工業(yè)化的水平。

1.2 流水線行業(yè)的發(fā)展前景

在社會快速發(fā)展、競爭激烈的今天，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工藝成本，最大限度的滿足生產(chǎn)要求將直接決定各企業(yè)工廠能否緊跟社會腳步，贏得時間，占領市場甚至將決定企業(yè)的生死存亡。為此，企業(yè)生產(chǎn)自動化無疑扮演著重要的角色，裝配流水線自動化作為工業(yè)自動化的一部分，能提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度的適應產(chǎn)品變化，提高產(chǎn)品質量，它是現(xiàn)代化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。

1.3馬大測試的發(fā)展前景

隨著智能手機在全世界范圍內的普及，智能手機已經(jīng)成為了人們日常生活中必不可少的一個組成部分，而手機中的馬達質量的好壞也就成為了人們對某一品牌的手機的質量好壞的重要的評價標準，所以對于手機中的馬達的檢測也就顯得十分重要。

1.4 本文主要研究的內容

本文主要以工業(yè)機器人、馬達測試工站和自動化流水線為對象進行研究，分析其結構，結合其工作原理，設計出新的自動化機器，并采用電器控制，結合實際生產(chǎn)，來完成相應的工作。同時，本文還研究本機器的運動情況及受力情況。以及效率問題等生產(chǎn)時遇到的問題。最重要的是研究其加工流程，以便實現(xiàn)其規(guī)定功能，并按實際情況進行分析。

第二章 馬達自動化測試工作站簡介

2.1 方案功能設計與分析

方案一 采用風車型馬達測試箱布局

該方案占地面積小，可以充分利用車間的空間，但是技術要求高、成本高 方案二采用左右對稱式馬達測試箱布局 該方案占地面積大，可以放置的測試站數(shù)量少，不能充分利用工業(yè)機器人的高自由度的優(yōu)點，效率比較低

方案三 采用環(huán)形陣列型馬達測試箱分布

該方案占地面積小，可以充分利用工業(yè)機械手的高自由度的優(yōu)勢，效率高 經(jīng)過對測試站的分布和工廠車間本身可用空間的分析，以及生產(chǎn)商對于設備成本的要求，我們覺定采用第三種設計方案。該方案可以充分利用工廠的空間，減少占地面積，還可以

2.2 與機器人有關的概念

以下是本文中涉及到的一些與機器人技術有關的概念。

1.自由度：工業(yè)機器人一般都為多關節(jié)的空間機構，其運動副通常有移動副和轉動副兩種。相應地，以轉動副相連的關節(jié)稱為轉動關節(jié)。以移動副相連的關節(jié)稱為移動關節(jié)。在這些關節(jié)中，單獨驅動的關節(jié)稱為主動關節(jié)。主動關節(jié)的數(shù)目稱為機器人的自由度。2.機器人的分類

機器人分類方法有多種。

(1)按機器人的控制方法的不同，可分為點位控制型（PTP），連續(xù)軌跡控制型（CP）：（a）點位控制型（Point to Point Control）：機器人受控運動方式為自一個點位目標向另一個點位目標移動，只在目標點上完成操作。例如:機器人在進行點焊時的軌跡控制。

（b）連續(xù)軌跡控制型（Continuous Path Control）：機器人各關節(jié)同時做受控運動，使機器人末端執(zhí)行器按預期軌跡和速度運動，為此各關節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅動機的角位移和角速度信號，如機器人進行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時的軌跡控制。

(2)按機器人的結構分類，可分為四類：

（a）直角坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為移動關節(jié)，運動方向垂直，其控制方案與數(shù)控機床類似，各關節(jié)之間沒有耦合，不會產(chǎn)生奇異狀態(tài)，剛性好、精度高。缺點是占地面積大、工作空間小。

（b）圓柱坐標型：該型機器人前三個關節(jié)為兩個移動關節(jié)和一個轉動關節(jié)，以q, r, z為坐標，位置函數(shù)為P = f(q, r, z),其中，r 是手臂徑向長度，z 是垂直方向的位移，q 是手臂繞垂直軸的角位移。這種形式的機器人占用空間小，結構簡單。

2（c）球坐標型：具有兩個轉動關節(jié)和一個移動關節(jié)。以q,f, y 為坐標，位置函數(shù)為P = f(q ,f, y)，該型機器人的優(yōu)點是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。

（d）關節(jié)坐標型：有垂直關節(jié)型和水平關節(jié)型（SCARA 型）機器人。前三個關節(jié)都是回轉關節(jié)，特點是動作靈活，工作空間大、占地面積小，缺點是剛度和精度較差。

(3)按驅動方式分類：

按驅動方式可分為：（a）氣壓驅動；（b）液壓驅動；（c）電氣驅動。電氣驅動是 20 世紀90 年代后機器人系統(tǒng)應用最多的驅動方式。它有結構簡單、易于控制、使用方便、運動精度高、驅動效率高、不污染環(huán)境等優(yōu)點。(4)按用途分類：

可分為搬運機器人、噴涂機器人、焊接機器人、裝配機器人、切削加工機器人和特種用途機器人等。

2.3 方案設計

2.3.1 機器人設計方案要求

如前所述，該機器人用于制造車間物流系統(tǒng)中工件的搬運、裝夾和日常生活中的持物、看護等。能夠固定在移動裝置（如AGV）上，以實現(xiàn)靈活移動。要求動作靈活，工作范圍大，被夾持物應具有多種姿態(tài)，自由度6個，結構緊湊，重量輕。采用電動機驅動。

手腕回轉速度

V腕回 = 40°/s 手臂伸縮速度

V臂伸 = 50 mm/s 手臂回轉速度

V臂回 = 40°/s 手臂升降速度

V臂升 = 50 mm/s 立柱水平運動速度

V柱移 = 50 mm/s 手指夾緊油缸的運動速度

V夾 = 50 mm/s 2.3.2 方案功能設計與分析

a 機器人自由度的分配和手臂手腕的構形

手臂是執(zhí)行機構中的主要運動部件，它用來支承腕關節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運動。為了使手部能達到工作空間的任意位置，手臂一般至少有三個自由度，少數(shù)專用的工業(yè)機器人手臂自由度少于三個。手臂的結構形式有多種，常用的構形如圖2-1。

本課題要求機器人手臂能達到工作空間的任意位置和姿態(tài)，同時要結構簡單，容易控制。綜合考慮后確定該機器人具有四個自由度，其中手臂兩個自由度。由于在同樣的體積條件下，非關節(jié)型機器人比關節(jié)型機器人有大得多的相對空間（手腕可達到的最大空間體積與機器人本體外殼體積之比）和絕對工作空間，結構緊湊，同時關節(jié)型機器人的動作和軌跡更靈活，因此該型機器人采用非關節(jié)型機器人的結構。

32.3.2機器人方案結構設計與分析

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、回轉部件、傳動部件和步進電機等。底座部件固定在流水線上，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軸，同時起到減速作用。(2)腰部回轉部件：

腰部回轉部件包括腰部支架、回轉軸、支架等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉運動。在腰部支架上固定著驅動大臂和小臂的電機。(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）固定驅動手腕運動的步進電機(5)手腕部件：包括手腕殼體和傳動軸、機械接口等(6)末端執(zhí)行器： 為抓取不同形狀、不同材質的物體，末端執(zhí)行器設計得開合范圍比較大，為0～30mm?？紤]在指尖的平面上貼傳感器片，進行力的控制。手爪采用電機驅動，平行開合機構。

手部是機械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機械手手臂的前端。機械手結構型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運動將物體包住，因此，手部結構及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質以及被抓取部位等的不同而設計各種類型的手部結構，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結構由手指和傳力機構組成。其傳力機構形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式……等，這里采用滑槽杠桿式。設計時應考慮的幾個問題 ①應具有足夠的握力（即夾緊力）

在確定手指的握力時，除考慮工件重量外，還應考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動，以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。②手指間應有一定的開閉角

兩個手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。手指的開閉角保證工件能順利進入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應按最大直徑的工件考慮。③應保證工件的準確定位

為使手指和被夾持工件保持準確的相對位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶‘V’形面的手指，以便自動定心。④應具有足夠的強度和剛度

手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，要求具有足夠的強度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應盡量使結構簡單緊湊，自重輕。⑤應考慮被抓取對象的要求

應根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù)量的不同，來設計和確定手指的

4形狀。

驅動力的計算

1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 圖1 滑槽杠桿式手部受力分析

如圖所示為滑槽式手部結構。在拉桿3作用下銷軸2向上的拉力為P，并通過銷軸中心O點，兩手指1的滑槽對銷軸的反作用力為P1、P2，其力的方向垂直于滑槽中心線OO1和OO2并指向O點，P1和P2的延長線交O1O2于A及B，由于△O1OA和△O2OA均為直角三角形，故∠AOC=∠BOC=α。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即

∑Fx=0,P1=P2;∑Fy=0 P=2P1cosα P1=P/2cosα

銷軸對手指的作用力為p1′。手指握緊工件時所需的力稱為握力（即夾緊力），假想握力作用在過手指與工件接觸面的對稱平面內，并設兩力的大小相等，方向相反，以N表示。由手指的力矩平衡條件，即∑m01(F)=0得

P1′h=Nb 因

h=a/cosα

所以

P=2b(cosα)N/a 式中

a——手指的回轉支點到對稱中心線的距離（毫米）。

α——工件被夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉支點連線間的夾角。由上式可知，當驅動力P一定時，α角增大則握力N也隨之增加，但α角過大會導致拉桿（即活塞）的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結構加大，因此，一般取α=30°~40°。這里取角α=30度。

22.4流水線方案設計與介紹

對于本課題來說，裝配流水線系統(tǒng)是一個較大規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)裝備和工藝現(xiàn)況來構成并盡可能用到舊系統(tǒng)中的元件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應盡量和改造前的相類似，以便于

5操作人員迅速掌握。從企業(yè)控制要求中可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也要處理大量的開關量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應具備數(shù)據(jù)的存儲和分析匯總能力。

裝配流水線是人和機器的有效組合，最充分體現(xiàn)設備的靈活性，它將輸送系統(tǒng)、隨行夾具和在線專機、檢測設備有機的組合，以滿足多品種產(chǎn)品的裝配要求。（1）裝配流水線的傳輸方式

裝配流水線的傳輸方式有同步傳輸?shù)模?強制式）也可以是非同步傳輸（/柔性式），根據(jù)配置的選擇，實現(xiàn)手工裝配或半自動裝配。流水線在企業(yè)的批量生產(chǎn)中不可或缺。

（2）裝配流水線的設計參數(shù) 高度1m

寬度0.5m 流水線載重30kg 流水線運行速度 6m/s 線體配置 ：日光燈

電風扇

120v的電源插座

線體控制箱 緊急制動器

（3）流水線結構分析

流水線受力分析

由上圖可知流水線上的皮帶受到工件箱的向下的壓力和兩個傳動輪給它的牽引力

水平方向的力為F=F1+F2

垂直方向的力為F=G

因此，只有更好的應用和改進裝配流水線的工藝流程，充分發(fā)揮其自動、連續(xù)、高效率等優(yōu)勢，我們企業(yè)的生產(chǎn)效率才能提升，才能增強我們企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，才能更好的造福社會

6第三章 有限元分析

皮帶有限元分析

滑桿有限元分析

7材料屬性

模型參考 屬性

名稱: 鑄造碳鋼 模型類型: 線性彈性同向性 默認失敗準則: 最大 von Mises應

力

屈服強度: 2.48168e+008

N/m^2

張力強度: 4.82549e+008

N/m^2

彈性模量: 2e+011 N/m^2 泊松比: 0.32

質量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.6e+010 N/m^2 熱擴張系數(shù): 1.2e-005 /Kelvin

零部件

SolidBody 1(切除-拉伸3)(1204滑桿)

曲線數(shù)據(jù):N/A

8第四章 總結

4.1 設計特色

本次設計充分利用了工業(yè)機器人的靈活性和自動化流水線的高效性，減少了工作時間，提升了工作效率，降低了工作時的零件損耗率，實現(xiàn)了高精度，高效率，低成本的生產(chǎn)目標，可以為生產(chǎn)商節(jié)約大量的人力資源，降低了人力成本，提高利潤率。

4.2 總結

本次設計目的是，實現(xiàn)小部分的自動化，減少勞動力，提高工作效率。本產(chǎn)品有著目前從國外新引進的科技，只有科技才能引領生產(chǎn)力的發(fā)展。但科技也是約束本產(chǎn)品的關鍵，本設計有很高的技術要求，能保證生產(chǎn)的精度要求。例如，打印時，利用了工業(yè)機器人和自動化流水線可以滿足人們的要求。

另外本產(chǎn)品也有很好的生產(chǎn)發(fā)展空間，可用于各個大中型需要打印的車間成產(chǎn)線，因此，本產(chǎn)品用途廣泛適用于大部分需要自動化生產(chǎn)的地方。例如：食品包裝袋生產(chǎn)線，牛奶包裝盒，鋁紙包裝印刷等。

除此之外本產(chǎn)品，不僅打破常規(guī)的生產(chǎn)方式，還開創(chuàng)了裝配一體化生產(chǎn)，加快生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)效率，帶來更多的利益

4.3心得體會

這次的設計對于我們來說既是一個機遇也是一個挑戰(zhàn)，我們面臨的的最大困難是

9對solidworks軟件的使用非常的不熟練，由于剛接觸這款軟件我們在設計之初遇到了很多的問題，例如，對設計尺寸制定不規(guī)范，不會裝配齒輪，對于動畫的制作了解不深，這些問題使我們在設計開始時花了很長時間用來熟悉軟件的基本使用。雖然，我們面臨很多的困難，但我們通過查閱，《機械原理》、《機械設計》、《機械設計基礎》等書逐步的了解了各種機構的運行原理，材料的使用條件，應力和應變的分析條件等知識，在這個過程中我們既學會了使用軟件又鞏固了所學的知識，而且還鍛煉了自己的自學能力，俗話說師傅領進門修行在個人，一時的投機取巧只能解決面前的困難，要想真正學好一種技術永遠要靠自己的勤奮努力，最后，感謝王老師給我們這次機會，可以使我們鍛煉自己的能力，為我們打開一扇新的窗口。

參考文獻

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