圆柱坐标型工业机器人设计开题报告

毕业设 计（ 论 文） 开 题 报 告 题 目 四自由度圆柱坐标 机器人设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 指导教师 2007 年 一、 毕业设计 (论文 )课题来源、类型 来源：工程 类型：工业机器人 二、选题的目的及意义 机器人是人类 19 世纪的重大发明之一。据国外专家预测， 21 世纪将是机器人技术革命的世纪，机器人作为全面延伸和扩展人的体力和智力的手段将实现“当代最高意义上的自动化”。机器人的应用和普及正在改变人类的生产方式、生活方式和作战方式。在非常规和极端制造过程中，工业机器人是不可缺少的自动化装备。 与发达国家相比，我国的机器人技术与产业有很大差距，但是随着我国国民经济的持续发展，适应加快实现经济结构调整和产业升级，提高整个工业的自动化水平和满足人民生活的需要，我国机器人技术将取得更大的发展。作为 21 世纪的中国大学生，我们将是经济建设的主干力量，也将挑起科技兴国的重任。机器人技术作为推动经济发展的重要工具。 三、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 我国的机器人研究开发工作始于上世纪 70 年代初，到现在已 经历了 30 年的历程。前 10 年处于研究单位自行开展研究工作状态，发展比较缓慢。 1985 年后开始列入国家有关计划，发展比较快。特别是在“七五”、“八五”“九五”机器人技术国家攻关、“ 863”高技术发展计划的重点支持下，我国的机器人技术取得了重大发展。在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发，具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用。 在机器人 的单元技术和基础元部件的研究开发方面：诸如交直流伺服电机及其驱动系统、测速发电机、光电编码器、液压（气动）元部件、滚珠丝杠、直线滚动导轨、谐波减速器、 RV 减速器、十字交叉滚子轴承、薄壁轴承等均开发出一些样机或产品。但这些元部件距批量化生产还有一段距离。 在机器人控制装置的研制方面：已开发出具有双 CUP、多 CUP 和分级分层控制的机器人控制装置多台，主控计算机的档次也逐渐升级。 在机器人操作机研制方面：已开发出一些先进的操作机和特种机器人，如 AGV（自动导引车），壁面爬行机器人，重复定位精度为 0.024mm 的装配机器人，可潜入海底 6000m 的水下机器人，移动机器人，移动遥控机器人，主从操作机器人等，有些已达实用化水平并用于实际工程。 在机器人的应用工程方面：目前国内已建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线，喷涂生产线和焊装生产线。国内的机器人技术研发力量已经具备了大型机器人工程设计和实施的能力，整体性能已达到国际同类产品的先进水平，而整体价格仅为国外同类产品的三分之二甚至一半，具有很好的性能价格比和市场竞争力。 机器人涉及到机械、电子、控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与 网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成。因此它的发展与上述学科发展密切相关。机器人在制造业的应用范围越来越广阔，其标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，功能越来越强，并向着成套技术和装备的方向发展。机器人应用从传统制造业向非制造业转变，向以人为中心的个人化和微小型方向发展，并将服务于人类活动的各个领域。总趋势是从狭义的机器人概念向广义的机器人技术（ RT）概念转移；从工业机器人产业向解决工程应用方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术（ RT）的内涵已变为“灵活应用机器人技术的、具有实 在动作功能的智能化系统”。目前，工业机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、 PC 化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。 四、 本课题主要研究内容 1) 电机的选择及传动比的确定： 按照数控机床选用电机的原则选用机器人的电机，经过查阅各种资料，结果如下： 在两个移动关节和手腕关节中用步进电机： 步进电机又称脉冲电机，是将电脉冲信号变换成角位移或线位移的一种机电式数模转换器。它每接受数控装置输出的一个电脉信号，电机机轴就转过一定的角度，步距角成为。步距角一般为 0.5。 3。 ，角位移与输入脉冲个数成严格的比例关系，步进电动机的转速与控制脉冲的频率成正比。 步距角 。 =360/PZK 式中， P 为相数； Z 为转子的步数； K 为通电方式，当三相三拍导电方式时 K=1,三相六拍导电方式时 K=2. 而腰部旋转关节因为其功率较大，采用交流伺服电动机通过谐波减速器和一对减速齿轮驱动 ,选用原则是： T=Jn*an*KA 式中 J 为转动惯量， a 为加速度， KA 为公况系数 2) 手爪的结构及夹紧力的计算： 因为工件的质量不重，且没有夹紧力不能过大的规定，拟采用齿轮齿条平行连杆式平移夹持器 。 其夹紧力 FN 与驱动力 FP 的关系为： FN=FPR/2Lcos 并且采用气动夹紧方式，因为此工作过程对稳定性的要求小，而经气动夹紧方式济实惠，其缺点就是噪音太大。 3) 机构简图的绘制： 机构简图的确定，有利于运动方程的计算，对机器人的控制有着重要意义。 4) 刚度强度的校核： 在结构初步确定后，就可以初步确定各个零件的尺寸了，这时就要进行重要零件刚度强度的校核，其中包括轴承的校核，齿轮的校核，以及重要轴的校核。 五、 完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径） 首先按照设计任务书的要求，通过查阅大量的文献、资料以及优秀论文，仔细的研究工业机器人的结构、运动过程及各种参数的计算方法，并通过研究原始参数，确定大致的结构及设计过程。然后经过准确的计算，确定设计参数，包括运动方程的构建，电机的选择，传动比的确定，减速器的结构，手爪夹紧力的计算等，接着按要求设计完整的结构参数，确定具体的结构，计算结构尺寸并进行刚度、强度的校验，最后用 Aoto-CAD 做出具体的装配图、四个关节的结构图及重 要零件的零件图 六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标 第五周：搜集、查找有关机器人设计方面的文献及资料，掌握文献检索步骤、方法，学会对文献筛选和应用。 第六周：查找机器人总体方案设计、确定方案，完成开题报告、文献综述。 第七八周：完成机器人的运动分析。完成四个运动关节电机的选择、减速器的参数选择计算。完成机器人手爪结构的设计与夹紧力，驱动力大小选择计算。 第九十周：绘制整体机器人结构设计图。 第十一十二周：绘制机器人底座旋转，大臂伸缩，小臂伸缩及手腕回转四个机构结构设计图。 第十四十五周：撰写毕业论文、中英文摘及外文翻译。 第十六周：准备答辩。 七 、 指 导 教 师 意 见 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 八、所 在 专 业 审 查 意 见