工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文開題報(bào)告 題目名稱 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、選題的目的和意義: 工業(yè)機(jī)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(shí)間作業(yè),或 是危險(xiǎn)、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(jī)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(yùn)或工藝操作。廣泛采用工業(yè)機(jī)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(dòng)環(huán)境,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)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(jì)各種用途的機(jī)器人特別是工業(yè)機(jī)器人、推 廣機(jī)器人的應(yīng)用是有現(xiàn)實(shí)意義的。由于工業(yè)機(jī)器人

2、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(jī)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(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上,采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制 等技術(shù),研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置,并將其稱為工業(yè)機(jī)器人; 60 年代初,美 國研制成功兩種工業(yè)機(jī)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(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)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(jī)器人。我國工業(yè)機(jī)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、 3個(gè)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(jī)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(jī)器人關(guān)鍵元器件,開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、 噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上;一批 機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人 操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù);工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù);機(jī)器人軟 件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù);運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù);弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線 與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)“乘機(jī)安全小貼士”安全出行要重視等。某些關(guān)鍵 技術(shù)已達(dá)到

4、或接近世界水平。 雖然中國的工業(yè)機(jī)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(jī)器人很多核心技術(shù),目前我們尚未 掌握,這是影響我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。在發(fā)達(dá)國家中,工業(yè)機(jī)器人自 動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)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(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大 量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線,以保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,同時(shí)避免了大量的 工傷事故。全球諸多國家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明,工業(yè)機(jī)器人的 普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),提高社會(huì)生產(chǎn)效率,推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手 段。 機(jī)器人技術(shù)是

5、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(huì) 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(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向,機(jī)器人 技術(shù)就是其中之一。一個(gè)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(gè)要素即 5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn) 工業(yè)自動(dòng)化,提高社會(huì)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(jī) 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(jì)（論文所用的主要技術(shù)與方法: 在本次設(shè)計(jì)中,擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類,機(jī)械繪圖類,機(jī)械工程

6、 控制類,機(jī)械工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料,在設(shè)計(jì) 過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)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(jì)過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方案的初步制定;最后,機(jī)器人手臂設(shè) 計(jì)過程中的所需材料的選擇,設(shè)計(jì)與校核計(jì)算,運(yùn)動(dòng)過程的控制以及其他的注意事項(xiàng), 都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。共有六個(gè)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(jī)器人采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這 種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制

7、、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),這也是 現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動(dòng),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用了 蓄電池供電。電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成 閉環(huán)控制,精度高,額定轉(zhuǎn)速高,但價(jià)格較高,而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低,控制系統(tǒng)簡 單的優(yōu)點(diǎn)。確定這種機(jī)器人的 6個(gè)關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動(dòng),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(dòng)部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部 件固定在自動(dòng)引導(dǎo)車(AGV上，支持整個(gè)操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級(jí)同步帶 傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸,同時(shí)起到減速作用。 (2腰部回轉(zhuǎn)部件:腰部回轉(zhuǎn)部件

8、包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和 步進(jìn)電機(jī)、制動(dòng)器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在腰部支上固 定著驅(qū)動(dòng)大臂俯 仰和小臂俯仰的電機(jī)。 (3 大臂部件:包括大臂和傳動(dòng)部件。 (4 小臂部件:包括小臂、減速齒輪箱、傳動(dòng)部件、傳動(dòng)軸等，在小臂前端(靠近大 臂的一端固定驅(qū)動(dòng)手腕三個(gè)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)。 (5 手腕部件:包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸、機(jī)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(jì)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(jī)

9、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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.高等教育出版社, 2007. [3] .周伯英.《工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社,1995 [4] .鄭堤、唐可洪.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.機(jī)械工業(yè)出版社,1997 [5] .張鐵、謝存禧.《機(jī)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(jī)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(jī)械工程手冊》.機(jī)械工業(yè)出 版社，1983五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(bào)告 第 9-10周完成畢業(yè)設(shè) 計(jì)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，提交論文六、 指導(dǎo)教師審批意見： 指導(dǎo) 教師： （簽名） 年月 日