防爆搬运机器人开题报告.doc

南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：李军学 号：0901010218专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：防爆搬运机器人设计 机身系统设计 指 导 教 师:郭钢 年 月 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 防爆搬运机器人是一个国家高科技发展水平的重要标志，具有广阔的应用前景。防爆搬运机器人最成功的应用是在有高爆炸危险的环境下进行搬运工作。本文以防爆搬运机器人为研究对象，重点研究介绍防爆搬运机器人的机身系统设计。阐述了防爆搬运机器人的发展历史以及国内外的发展现状，展望了机器人的未来发展趋势。最后根据防爆搬运机器人的各项技术指标，确定了研究方案。关键词 防爆搬运机器人 液压驱动 机身系统 1 引言机器人技术是20世纪人类最伟大的发明之一，广泛运用于现代工业生产中1。机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力，规划能力，动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器2。”随着社会发展的需要和机器人应用领域的扩大,人们对搬运机器人的要求也越来越高。搬运机器人所处的环境往往是未知的、难以预测的3。所以研究出防爆搬运机器人对改善人类危险作业有很大的帮助。2 防爆搬运机器人发展历史从20世纪60年代后期开始，搬运、喷漆、弧焊机器人相继在生产中得到应用，并且出现了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元。从20世纪70年代开始，机器人技术的研究重点被放在对外部传感器和控制方法的研究上。20世纪80年代和90年代，在着重解决机器人感觉的同时，人机接口和机器人与环境的交互接口方面也有了较大的进步5。在搬运机器人方面，我国有较好的基础性研究和工业化应用。哈尔滨工业大学早在20 世纪80 年代就开始了机器人方面的研究。成功地研制了码垛机器人，取得了良好的经济效益和社会效益。 搬运机器人是代替人类劳动，完成搬运工作的一种工业机器人，广泛用于工业生产中产品的包装与运输。搬运机器人已广泛应用于汽车零部件制造、汽车生产组装、机械加工、电子电气、橡胶及塑料、木材与家具制造等行业中。同时也应用在医药、食品、饮料、化工等行业的输送、包装、装箱、搬运、码垛等工序6。英国最有名的是“手推车”防爆机器人，它70年代开始应用，现在已有8种型号，畅销50多个国家。随着我国经济的高数发展，大型国际政治、经济、文化、体育活动增加对防爆机器人的需求前景极为广阔10。3 防爆搬运机器人发展现状目前，工业机器人的应用主要还是集中在焊接、装配、工件搬运、机床上下料和喷漆(涂) 等作业领域，工件搬运和机床上下料是工业机器人又一重要应用领域， 可以预料，随着柔性自动化技术的进一步发展7，防爆搬运机器人的需求将增加。搬运和码垛作业在现代企业的物流管理中占有重要地位。日本、德国等国家在大批量生产如家电、食品、水泥、化肥等行业广泛使用了搬运机器人9。为适应我国公安，武警部队对安全和反恐装备发展的需求，开发了具有自主知识产权的排爆机器人，防爆机器人和微小型防爆弹发射机器人。目前几十台机器人已经交付公安部门使用，为社会发展与公共安全提供技术装备服务8。日常工业生产中, 很多岗位要求工人进行重复性的工作,例如自动化仓库、工业生产线等。长时间进行同一项工作容易使人身体灵敏度降低, 劳动效率不高, 且容易引发事故。随着经济的不断发展, 人们迫切需要找到一种能够进行简单重复性操作, 且投入少、效率高的机械设备, 由此, 搬运机器人便应运而生。搬运机器人技术是控制技术、机械工程技术、传感器技术、通信技术和计算机技术等多学科领域的交叉综合。由于其在工业上的巨大价值, 各国的大学和研发机构在智能机器人系统开发上投入巨大。我国这方面的研究起步于20 世纪80 年代, 经过20 多年的发展, 已取得长足的进步4。4 防爆搬运机器人发展趋势机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域11。搬运机器人的操作和使用推广属于自动化技术中增值最快的领域之一，搬运机器人可以完成迄今为止人力所无法完成的艰巨任务12。而对危险品弹药的探测，定位，夹持搬运，安全转移等作业环节均存在较大危险，随着科学技术的不断进步机器人与工业自动化技术的迅猛发展，使得机器人可以在人的控制下，到这种危险场合处理情况13。 德国目前还处于“痛苦阶段”。Schnoor先生在今年杜塞尔多夫举办的Interpark专业展览会上可以感觉到机器人制造厂商在极力推出储运自动化方面的技术，而他们也迎来了潮水般的项目询问浪潮14。考虑到防爆机器人运动过程中需要进行大量的计算，并保证控制的实时性，所以采用双数字信号处理器（DSP）作为防爆机器人的控制CPU15。 总的来说，防爆搬运机器人在现代社会中代替人在危险环境作业被广泛运用，防爆搬运机器人技术也越来越趋向于智能化、自动化、实用化、为人类带来了福音。5 结论防爆搬运机器人是自动化领域的的主题之一，人们几十年来对机器人的开发和研究，使得机器人技术取得了巨大的进步。本课题主要阐述了随着我国的机器人技术水平的不断提高，防爆搬运机器人已经被广泛应用于危险的环境作业，解决了许多遇到的危险作业问题。防爆搬运机器人不仅被大量应用于反恐中，就在工业生产中也被广泛应用。而且机器人的应用也越来越智能化，实用化，自动化。总而言之，防爆搬运机器人的运用要安全，可靠，为我国工业生产等提供方便。参 考 文 献1 谭民,徐德,侯增广等.先进机器人控制M.北京：高等教育出版社,2007,34.2 李云江.机器人概论M.北京:机械工业出版社,2011.12.3 孟庆春,齐勇,张淑军等.智能机器人及其发展J.中国海洋大学学报,2004,34(5)：831838.4 王文凭,李天培,冯根生.一种智能搬运机器人的设计与实现J.计算机测量与控制,2011,19(2):395.5 朱世强,王宣银.机器人技术及其应用M.杭州:浙江大学出版社,2011,24.6 刘凤臣,刘黎明,金杰锋.高速搬运机器人产业应用及发展J.轻工机械,2012,30(2):10052895.7 李如松.工业机器人的应用现状与展望J.大连组合机床研究所,1994，(4):3741.8 曹详康,谢存禧.我国机器人发展历程J.教育娱乐机器人,2008,(5):4446.9 刘飞飞,缪周.重型桶装物品搬运码垛机器人的设计与研究J.机床与液压,2004, (6):10013881.10 李科杰.危险作业机器人发展战略研究J.机器人技术与应用,2003,(5):1422.11 徐国华,谭明.移动机器人的发展现状及其趋势J.机器人技术与应用,2001, (3):714.12 Klaus Vollrath.物料搬运机器人J.现代制造 ,2004,(26):3033.13 王浩,马振书,夏辉等.危险品弹药遥操作搬运机器人的研究与开发J.科学技术与工程,2007,7(3):16711819.14Josef Klaus.成套而灵活的搬运机器人J.现代物流,2005,(6):58-60.15 李瑞峰,亢雪英.基于双DSP的防爆机器人控制器的设计J.制造业自动化,2005, 43(4):1341009. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 本课题研究的问题本课题研究的是防爆搬运机器人的总体方案设计，机身系统的结构和机身驱动系统设计。由于防爆搬运机器人的工作环境一般十分恶劣，所以本课题研究的机器人不仅要先确定它的自由度数，还要考虑机器人的重复定位精度。除此之外，为了使得机器人更好的运作，我们还要采取适当的驱动方式，有选择的研究它的传动方式和平衡方式，以及充分考虑我们所需要采取的防爆措施。2 本课题的研究方向拟采用的研究手段2.1 自由度数描述刚体系位形坐标选取方法多种多样，但是描述刚体系位形的最小坐标数是不变的，这个不变数就是系统的自由度数。自由度是说“自由运动空间的维数”。根据防爆搬运机器人实际的工作状况，本课题设计的机器人机身自由度数为4，包括腰关节、肩关节、肘关节、腕关节4个旋转关节。由此可以提高机器人机构的动力学性能。2.2 重复定位精度重复定位精度是指在相同条件下加工一批零件所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响，一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一个非常重要的精度指标。根据机身设计要求和机器人的工作稳定性，机器人各关节的运动精度将直接影响机器人的重复定位精度,所以在机器人机构精度设计中,往往需要针对给定的重复定位精度来分配各关节的运动精度。本课题研究给出的机器人重复定位精度是0.5 mm。所以为了保证精度要求，采用正反螺旋结构或者凸轮结构，定位面要用已经加工过的精度高一点的表面，还要保证每一次都定位在同一位置。2.3 驱动方式机器人的驱动方式主要分为液压、气动和电动三种。液压驱动主要有直线驱动，旋转驱动，开环和闭环控制液压系统。液压驱动的本质优点在于它的安全性，并且该驱动系统具有较大的功率体积比，适用于大负载。而气压驱动只适合节拍快，负载小精度要求不高的场合。电动驱动如步进电机驱动等只适用于中等负载的机器人。驱动装置还有质量轻，效率高，控制灵活安全可靠，操作维修方便等要求。由于考虑到防爆搬运机器人一般在危险的环境下作业，负载要求大等。本课题选择机器人的驱动方式为液压驱动。2.4 传动方式的比较选用防爆搬运机器人的传动可以选用机械传动、液压传动、电气传动，但各个传动方式都有优缺点。机械传动主要有带传动、链传动、齿轮传动等。机械传动比较准确，适用于定传动，实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩，故障容易发现，便于维修。但是一般情况下不稳定，制造精度不高，振动和噪声较大，实现无极变速的结构复杂，成本高。液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动传动较为平稳，便于实现频繁的换向，质量轻，体积小，易于获得大的力和扭矩，容易实现无极调速等。但是液压元件制造精度要求较高，不宜远距离输送动力，发生故障不易排查和排除。电气传动是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各类的生产机械物品等。电气传动的电机效率较高，运转比较经济，电能的传输和分配比较方便，易于控制。所以综合考虑本课题研究的防爆搬运机器人采用液压传动。2.3 平衡方式在机器人操作机设计中，特别是有回转关节的地方，就需要利用力矩平衡原理来进行机构的设计。机器人系统最简单的平衡方式就是配重平衡方式，这是一种静态平衡方式，当机器人处于静止时，使机器人手臂回转关节两端的重力矩相等。在防爆搬运机器人中常用的平衡方式有弹簧平衡系统。这是一种动态的平衡方式，它同样是利用力矩平衡的原理来进行设计的。工业机器人中另一种常用的平衡方式是气动平衡。不论是那种方式也还有不完善的地方，绝对的动态平衡是较难以获得的，在机器人系统中经常采用几种平衡方式。本课题研究的防爆搬运机器人大臂可采用气动平衡，肘部采用弹簧平衡，肩部采用配重平衡。这样可使机器人减小驱动电机的功率，降低功率的波动，使机器人工作时平稳，提高机器人的动态性能。2.5 防爆措施由于防爆搬运机器人一般都是在很恶劣易产生爆炸的环境下作业，所以机器人的防爆措施一定要做到位。首先，我们可以采取静态正压型机器人外壳实现方法。静态正压型机器人外壳由密封外壳和内置正压系统构成。密封外壳的作用是保证冲入壳体内的保护气体不外泄，因而保证壳体内部压力值在机器人工作过程中始终保持正压。另外，机器人还可以采用通风式正压防爆结构，就是给机器人配备一套空气净化系统，用供气管向这些密封的壳体内不断输送清洁的、不可燃的、高于周围大气压的保护气体，以防止外界易燃气体的进入。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2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： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日