開題報(bào)告-物料搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 物料搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系 部 機(jī)械工程系專 業(yè) 機(jī)械工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名 范和平 學(xué)號(hào) 2110011219指導(dǎo)教師 張?jiān)虑?職稱 講師畢設(shè)地點(diǎn) 2014年 3月 1 日填 寫 要 求1開題報(bào)告只需填寫“文獻(xiàn)綜述”、“研究或解決的問(wèn)題和擬采用的方法”兩部分內(nèi)容，其他信息由系統(tǒng)自動(dòng)生成，不需要手工填寫。2為了與網(wǎng)上任務(wù)書兼容及最終打印格式一致，開題報(bào)告采用固定格式，如有不適請(qǐng)調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)表格大小并保持整體美觀，切勿輕易改變格式。3任務(wù)書須用A4紙，小4號(hào)字，黑色宋體，行距1.5倍。4使用此開題報(bào)告模板填寫完畢，可直接粘接復(fù)制相應(yīng)的內(nèi)容到畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1. 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫15002000字左右的文獻(xiàn)綜述：1.1 工業(yè)機(jī)器人定義、應(yīng)用及其發(fā)展1.1.1 工業(yè)機(jī)器人定義由于機(jī)器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說(shuō)和影視作品的宣傳，人們往往把機(jī)器人想象成為外貌象人的機(jī)電裝置。但事實(shí)并非如此。機(jī)器人，特別是工業(yè)機(jī)器人，與人的外貌毫無(wú)相象之處，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，工業(yè)機(jī)器人被定義為：“一種能自動(dòng)定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！睓C(jī)器人賴以完成各種作業(yè)的機(jī)械實(shí)體(稱作操作機(jī)或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的機(jī)械裝置。”可見，工業(yè)機(jī)器人是一機(jī)電系統(tǒng)，操作機(jī)(器)是它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)與電子器件密切相關(guān)，它的靈活程度和動(dòng)態(tài)性能，直接影響著機(jī)器人系統(tǒng)的工作質(zhì)量。1.1.2 機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用上世紀(jì)60年代初人類創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中，尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機(jī)械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已逐步取代了人工作業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)，如，2004年德國(guó)制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為162臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則為1140臺(tái)；意大利的這一數(shù)值更能說(shuō)明問(wèn)題，2004 年意大利制造業(yè)中每1 萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量為123臺(tái)，而在汽車制造業(yè)中每1萬(wàn)名工人中擁有工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量則高達(dá)1600臺(tái)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機(jī)械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求比例相當(dāng)，均在7%左右。另外諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用,而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來(lái)各種專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和家庭用消費(fèi)機(jī)器人將不斷貼近人類生活，其市場(chǎng)的繁榮興旺將指日可待。1.1.3 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)（1）朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展提高運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊組合化(它可以分為機(jī)械模塊、信息檢測(cè)模塊、和控制模塊等),以降低制造成本和提高可靠性。近年來(lái),世界各國(guó)注意發(fā)展組合式機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合件拼裝而成的。目前,國(guó)外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件。除了機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)、傳感器外,手臂、手腕和機(jī)身的結(jié)構(gòu)也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動(dòng)軸；手腕旋轉(zhuǎn)軸、擺動(dòng)軸、固定臺(tái)身、機(jī)座、移動(dòng)軸等。（2）研究新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)隨著工業(yè)機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化,應(yīng)開發(fā)新型微動(dòng)機(jī)構(gòu)保證動(dòng)作精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機(jī)構(gòu)等以適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)的需要。（3）朝著智能化方向發(fā)展在多品種,小批量生產(chǎn)的柔性制造自動(dòng)化技術(shù)中,特別是機(jī)器人自動(dòng)裝配技術(shù)中,要求工業(yè)機(jī)器人對(duì)外部環(huán)境和對(duì)象物體有自適應(yīng)能力,即具有一定的“智能”,機(jī)器人的智能化是指機(jī)器人具有感覺(jué)、知覺(jué)等,即有很強(qiáng)的檢測(cè)功能和判斷功能。為此,必須開發(fā)類似人類感覺(jué)器官的傳感器(如觸覺(jué)傳感器、視覺(jué)傳感器、測(cè)距傳感器等) ,發(fā)展多傳感器的信息融合技術(shù)。通過(guò)各種傳感器得到關(guān)于工作對(duì)象和外部環(huán)境的信息,以及信息庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)、規(guī)劃的資料,以完成模式識(shí)別,用“專家系統(tǒng)”等智能系統(tǒng)進(jìn)問(wèn)題求解,動(dòng)作規(guī)劃。（4）研究機(jī)器人協(xié)作控制先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)協(xié)作機(jī)器人學(xué)的研究與發(fā)展起著積極的促進(jìn)作用。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人已從當(dāng)初的柔上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統(tǒng)中的生產(chǎn)設(shè)備。在這樣的生產(chǎn)線上，機(jī)器人是作為一個(gè)群體工作的，不論每個(gè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上起什么作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),來(lái)研究工業(yè)機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。而面向先進(jìn)制造環(huán)境的機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)和機(jī)器人加工系統(tǒng)中,不僅有多機(jī)器人的集成,還有機(jī)器人與生產(chǎn)線、周邊設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及人的集成。因此,以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)發(fā)展新的機(jī)器人控制系統(tǒng),有大量的理論與實(shí)踐的工作要做。1.2工業(yè)機(jī)器人的研究意義物料搬運(yùn)機(jī)器人是機(jī)器人里的很重要的分支。 物料搬運(yùn)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，在許多行業(yè)都可以看到物料搬運(yùn)機(jī)器人的身影，承擔(dān)著搬運(yùn)，碼垛，噴涂等作用，本課題研究四個(gè)自由度物料搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)，從底座，大臂，小臂，到腰身及手腕進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用直線傳動(dòng)和回轉(zhuǎn)傳動(dòng)與其他傳動(dòng)相比更加簡(jiǎn)便易于操作，縮短了力的傳遞路徑，減少了動(dòng)力損耗，減輕了機(jī)器人的整體質(zhì)量，更重要的是節(jié)約成本。參考文獻(xiàn)1徐龍祥.機(jī)械設(shè)計(jì)M.航空工業(yè)出版社，1999.2機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社,2007.3唐劍兵，機(jī)械基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重慶，重慶大學(xué)出版社2006.24郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù).科學(xué)出版社,2008.5周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1995：60806機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)（第二卷）.機(jī)械工業(yè)出版社，1999：2022457王淑英.電氣控制與PLC應(yīng)用北京，機(jī)械工業(yè)出版社2009.18李烈.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談J.科技向?qū)?2011.9林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版綜合教程.電子工業(yè)出版社,2009.10叢明，徐曉飛.玻璃基搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì).自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2008，17（4）.2. 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的方法：2.1設(shè)計(jì)任務(wù)擬解決的問(wèn)題通過(guò)利用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識(shí)并查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，根據(jù)所要設(shè)計(jì)及要求的物料搬運(yùn)機(jī)器人的預(yù)期的搬運(yùn)目的，初步設(shè)立四個(gè)自由度，具體的物料搬運(yùn)機(jī)器人的自由度、傳動(dòng)方案及控制系統(tǒng)的確立。如下：2.1.1自由度的確立（1）基座基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐。為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“Z”字形實(shí)心鑄鐵作支撐。實(shí)現(xiàn)預(yù)定的搬運(yùn)目的，機(jī)身擬采用固定式基座。（2）腰部腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)再加上臂部的平面運(yùn)動(dòng)，就能使腕部作空間運(yùn)動(dòng)。腰部是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，它的制造誤差、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性，對(duì)機(jī)器人的定位精度有決定性的影響。經(jīng)過(guò)分析：腰部所實(shí)現(xiàn)的自由度為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（3）臂部手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位），則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，給臂部設(shè)置兩個(gè)自由度，即手臂的伸縮、升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)。（4）手爪手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型。手部多為兩指；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。通過(guò)前面已經(jīng)設(shè)定的自由度能夠完成物料搬運(yùn)的預(yù)定目的，因此手爪不設(shè)置自由度，通過(guò)手爪的張開與嚙合能夠抓取和放下物料即可。2.1.2傳動(dòng)方案的確立（1)直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)滾珠絲杠，齒輪齒條，液壓缸等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以利用電機(jī)帶動(dòng)齒輪副、擺動(dòng)氣缸（液壓缸）來(lái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。具體的采用方案在后期的設(shè)計(jì)過(guò)程中具體選用。2.1.3控制系統(tǒng)的確立根據(jù)本科所學(xué)的已有積累的知識(shí)，選用的控制系統(tǒng)是PLC。與其他控制系統(tǒng)相比較