多关节工业机器人设计开题报告.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论 文）开题报告 题目： 多关节工业机器人设计 机械系统 姓 名： 学 号： 指导教师： 班 级： 所在院系： 机电工程学院 陕西科技大学毕业设计（论文）开题报告内容课题的目的、意义；国内外技术现状及发展趋势课题的目的及意义随着我国工业化进程的不断加快，劳动力成本的不断增大，工业机器人的长足发展已是一个必然的趋势。现如今，机器人技术在我国工业领域已经有了较广泛的应用，所以，通过对此课题的研究，一方面可以使我在走上工作岗位之前将理论知识与实践环节进行一次紧密的联系，将所学知识可以进行系统性的回顾与应用，从而更加深刻的理解和掌握所学的知识。另一方面，通过这次课题的设计，可以加强我的实践能力，为最终顺利走上工作岗位打下坚实的基础。国内外技术现状及发展趋势国内在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%，销售额的36%）。（1）在机械结构方面，已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占总量的1/3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。（如焊接数10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。）CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。（2）在控制技术方面，大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流，其成本低、具有标准现场网络功能。（3）在驱动技术方面，80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。2、新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。（4）装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。（5）大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3，其它采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。（6）目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。位置重复精度为正负0.01mm。但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置重复精度大1微秒。在国外，应用于制造业的机器人取得了较显著进展，已成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器人公司。如德国的KUKA、瑞典的ABB、日本的安川等。据专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会(UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计，2002年至2004年，世界机器人市场年增长率平均在10%左右，2005年达到创纪录的30%，2007年全球机器人实际安装量达到650万台，机器人安装量比2006年增加3%，达到了114365台。据统计，近年来全球机器人行业发展迅速，2008年全球机器人行业总销售量比2006年增长25。而无论在使用、生产还是出口方面，日本一直是全球领先者，目前日本已经有130余家专业的机器人制造商。在发达国家，以工业机器人为基础的自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已大量使用机器人自动化生产线，以保证产品质量和生产效率。目前，典型的成套装备有：大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备，大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备，电子电器等机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装备，机器人发动机、变速箱装配自动化系统技术成套装备及板材激光拼焊成套装备等。这些机器人自动化成套装备的使用，大大推动了其行业的快速发展。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可*性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。3工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可*性、易操作性和可维修性。4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。课题的目的、意义；国内外技术现状及发展趋势 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可*性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可*性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。课题的主要任务；研究和设计中可能遇到的问题以及解决的方法和措施课题主要任务本课题的主要任务是时机机器人各个活动杆件及其关节回转机构的设计，这也是此次设计的一个重点。另一个就是机构的最优化，最终实现机构体积小、重量轻、活动范围大等要求。设计技术指标1. 自由度数：6（包括腰、肩、肘的回转、手腕的回转、偏摆和旋转）。2. 各轴回转范围：腰回转：300o；肩回转：320o；肘回转：270o；手腕回转：575o；手腕偏摆：240o；手腕旋转：180o 。3. 额定负载：30N。可能遇到的问题活动关节的结构设计，驱动装置与驱动结构的选择与设计，减速装置的选用，活动范围的控制，活动连杆的尺寸设计与优化等这些都会是在设计过程中遇到的问题。解决方法和措施技术指标中6自由度，额定负载30N，驱动装置选电动驱动器，更适合这种中低负荷、动作及运动轨迹复杂的机器人。考虑到机器人的整体强度刚度及手部运动的灵敏度的问题，小臂和腕部采用谐波减速器，使靠近终端的机构轻便，而腰部、肩部则可采用普通些的减速器使“根基”粗大些以增加机器人的可靠性等。减速装置可涉及到齿轮、链轮、带轮等，但从运动灵活性、定位精度等方面考虑无疑齿轮传动是最佳选择。查相关资料可知，目前市场上多采用日本的RV减速器，是一种二级封闭行星齿轮系，具有体积小、重量轻、精度稳定，从整体上可减小机器人体积。对于各个关节的绕转角度范围的控制，小于360o的采用两个限位开关进行控制，大于360o的可采用角位移检测装置（旋转变压器）进行控制。前期的文献资料收集、调研、实习及设计条件准备情况参考文献：1李团结.机器人技术.电子工业工业出版社，20092贾振元，王福吉.机械制造技术基础.科学出版社， 20113陆凤仪，钟守炎.机械设计，20094周开勤.机械零件手册.高等教育出版社， 20015郑甲红，朱建儒，刘喜平机械原理北京：机械工业出版社， 20066龚振邦.机器人机械设计.电子工业出版社，20027工业机械手设计基础.天津科技技术出版社，1979毕业设计主要工作的进度安排周次 设计（论文）任务及要求第1-2周 熟悉课题：收集机器人设计相关资料，熟悉机器人整体架构。第3-4周 方案论证：掌握设计任务，对可行方案进行分析论证。第5-7周 总体设计：确定总体方案，绘制总体、原理草图。第 8-13 周 部件设计：子系统、部件尺寸、结构的设计及草图绘制。第14-16周 撰写资料：撰写说明书，完善图纸并进行审阅。第 17 周 答辩。毕业设计每周指导时间、地点安排及毕业设计纪律要求时间： 每周二上午10：0012：00、周四下午4：006：00地点： 实验楼2B-408纪律要求：1.每周应按时完成本周的设计任务；如有事请假，应提前完成自己的工作，不能延误安排的设计进度。2.每次设计指导时应带上设计笔记及相应完成的设计文档、图纸。3.遇到问题及时向指导老师请教，每周应对设计的完成情况汇报至少1次4.不得随便缺席，否则将不予参加毕业答辩。本科生毕业设计（论文）开题报告考核一、导师对开题报告的评语： 指导教师 20 年 月 日成绩二、开题报告答辩评语及成绩: 答辩小组负责人 20 年 月 日