工业机器人机械结构设计

河南理工大学本科毕业设计（论文开题报告题目名称工业机器人机械结构设计一、选题的目的和意义:工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业,或 是危险、恶劣环境下的作业,例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料 制品成形、机械加工和简单装配等工序上,以及在原子能工业等部门中,完成对人体 有害物料的搬运或工艺操作。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与产量, 而且可以保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度,提高劳动生产率,节约原材料消 耗以及降低生产成本。因此,研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推 广机器人的应用是有现实意义的。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性,能 适应多品种中、小批量的生产, 70年代起,常与数字控制机床结合在一起,成为柔性 制造单元或柔性制造系统的组部分。二、国内外研究综述:20世纪 50年代末,美国在机械手和操作机的基础上,采用伺服机构和自动控制 等技术,研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置,并将其称为工业机器人; 60 年代初,美国研制成功两种工业机器人,并很快地在工业生产中得到应用; 1969年,美国通 用汽车公司用 21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后,各工业发 达国家都很重视研制和应用工业机器人。我国工业机器人起步于 70年代初期,经过 20多年的发展,大致经历了 3个阶段: 70年代的萌芽期, 80年代的开发期和 90年代 的适用化期。我国工业机器人经过 20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产 出部分机器人关键元器件,开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、 喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上;一批 机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人 操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软 件的设计和编程技术;运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线 与周边配套设备的开发和制备技术“乘机安全小贴士”安全出行要重视等。某些关键 技术已达到或接近世界水平。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中,但和国际同行相比,差距依旧明 显。从市场占有率来说,更无法相提并论。工业机器人很多核心技术,目前我们尚未 掌握,这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。在发达国家中,工业机器人自 动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大 量使用工业机器人自动化生产线,以保证产品质量,提高生产效率,同时避免了大量的 工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明,工业机器人的 普及是实现自动化生产,提高社会生产效率,推动企业和社会生产力发展的有效手 段。机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了 4个重点发展方向,机器人 技术就是其中之一。一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术（产业化,必须具备 5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Marketo 广泛使用机器人是实现 工业自动化,提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机 器人产业,引进国外技术和设备,培养人才,打开市场。三、毕业设计（论文所用的主要技术与方法:在本次设计中,拟应用到的文献涉及机械原理机械设计类,机械绘图类,机械工程 控制类,机械工程材料和力学以及工业机器人或工业机器人手臂相关的资料,在设计 过程中这些材料可以首先帮我们从整体上了解与机器人手臂相关的技术以及现在国 内外的发展趋势;其次,利用这些资料,可以在设计过程中进行合理的结构分析和设计方案的初步制定;最后,机器人手臂设 计过程中的所需材料的选择,设计与校核计算,运动过程的控制以及其他的注意事项, 都可以在相关文献资料中得到一些指导与帮助。机器人本体由机座、腰部、大臂、 小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度,依次为腰部回转、大 臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电动机驱动。这 种驱动方式具有结构简单、易于控制、使用维修方便、不污染环境等优点,这也是 现代机器人应用最多的驱动方式。为实现机器人灵活自由地移动,驱动系统使用了 蓄电池供电。电动机可以选择步进电机或直流伺服电机。使用直流伺服电机能构成 闭环控制,精度高,额定转速高,但价格较高,而步进电机驱动具有成本低,控制系统简 单的优点。确定这种机器人的 6个关节都采用步进电驱动,开环控制。各部件组成 和功能描述如下:(1 底座部件:底座部件包括底座、回转部件、传动部件和步进电机等。底座部 件固定在自动引导车(AGV上，支持整个操作机，步进电机固定在底座上，一级同步带 传动将运动传递到腰部回转轴,同时起到减速作用。(2腰部回转部件:腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器和 步进电机、制动器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回转运动。在腰部支上固 定着驱动大臂俯仰和小臂俯仰的电机。(3 大臂部件:包括大臂和传动部件。(4 小臂部件:包括小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端(靠近大 臂的一端固定驱动手腕三个运动的步进电机。(5 手腕部件:包括手腕壳体、传动齿轮和传动轴、机械接口等(6 末端执行器:为抓取不同形状、不同材质的物体，末端执行器设计得开合范围比较大，为0100 mm。考虑在指尖的平面上贴传器片，进行力的控制。四、主要参考文献与资料获得情况:1.孟庆鑫、王晓东.机器人技术基础. 哈尔滨工业大学出版社,2006.2.董华梁、彭文生.机械设计基础.高等教育出版社, 2007.3.周伯英.工业机械人设计.机械工业出版社,19954.郑堤、唐可洪.机电一体化设计基础.机械工业出版社,19975.张铁、谢存禧.机械人学.华南理工大学出版社, 20046.曲兴华.仪器制造技术.机械工业出版社，2010 7.柳晖.互换性与技术 测量基础 . 华东理工大学出版 社，2006 8.沈鸿.机械工程手册.机械工业出 版社，1983五、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明） 第 5-6 周收集并整理相 关资料第 7-8 周 研究资料、编写开题报告第 9-10周完成毕业设 计论文的初稿 第 11-12周 根据指导教师意见，修改和完善论文 第 13-14周 进一步完善论文，定稿 并装订成册第 15-17 周 准备毕业答辩，提交论文六、 指导教师审批意见： 指导 教师： （签名） 年月 日