畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱水平4關(guān)節(jié)工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)設計課題來源(4)課題類型A指導教師學生姓名專業(yè)機械設計制造極其自動化學號工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢工業(yè)機器人是一種對生產(chǎn)條件和生產(chǎn)環(huán)境適應性和靈活性很強的柔性自動化設備，它對穩(wěn)定提高產(chǎn)品品質(zhì)、提高生產(chǎn)效率和改善勞動條件起著十分重要的作用。工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展必將對社會經(jīng)濟和生產(chǎn)力發(fā)展產(chǎn)生更加深遠的影響。所以，國內(nèi)外工業(yè)機器人的發(fā)展十分迅速。國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：1．工業(yè)機器人的性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作與維修），而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。2．機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速器、檢測系統(tǒng)三為一體；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問世。3．工業(yè)機器人系統(tǒng)控制向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。4．機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。5．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。6．當代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應用的最著名實例。7．機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”計劃科技攻堅開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻堅，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術(shù)、運動學和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得廣泛應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步比較晚，應用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線技術(shù)系統(tǒng)與國外比還有差距；在應用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器人生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000米水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種。在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在二十一世紀立于世界先進行列之中。2、課題研究方法及途徑機械制造裝備設計的步驟設計類型而不同。創(chuàng)新設計可分為產(chǎn)品規(guī)劃、方案設計、技術(shù)設計和工藝設計等四個階段。（一）產(chǎn)品規(guī)劃階段產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務是明確設計任務，通常應在市場調(diào)查與預測的基礎(chǔ)上識別產(chǎn)品需求，進行可行性分析，制定設計任務書。在產(chǎn)品規(guī)劃階段將綜合運用技術(shù)預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現(xiàn)的問題。1．需求分析產(chǎn)品設計是為了滿足市場的要求，而市場的需求往往是不具體的，有時是模糊的、潛在的，甚至是不可能實現(xiàn)的。需求分析的任務是使這些需求具體化和恰到好處。明確設計任務的要求。需求分析的任務本身就是設計工作的一部分，是設計工作的一部分，是設計工作的開始，而且自始至終指導設計工作的進行。需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析(1)調(diào)查研究(2)調(diào)查研究包括市場調(diào)研、技術(shù)調(diào)研和社會環(huán)境調(diào)研三個部分(3)預測(4)定性預測和定量預測(5)可行性分析(6)編制設計任務書(二)方案設計階段1．對設計任務的抽象2．建立功能結(jié)構(gòu)3．尋求原理與求解方法4．初步設計方案的形成5．設計方案的評價與賽選（三）技術(shù)設計階段1．確定結(jié)構(gòu)原理方案2．總體設計3．結(jié)構(gòu)設計（四）設計階段1．零件圖設計在零件圖中包含了為制造零件所需的全部信息，這些信息包括幾何形狀、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和熱處理要求、其他特殊技術(shù)要求等。2．完善裝配圖在繪制零件圖時，更加具體地從結(jié)構(gòu)強度、工藝性和標準化等方面進行零件的結(jié)構(gòu)設計，不可避免地要對技術(shù)設計階段提供的裝配圖做些修改。3．編寫技術(shù)文檔三、設計應滿足的要求以及了解相關(guān)方法和設計構(gòu)想以現(xiàn)有的機器人為原型，對其具體結(jié)構(gòu)進行設計。機械手的主要技術(shù)參數(shù)要求如下：工作半徑：800mm； 負載：5kg；關(guān)節(jié)活動范圍：軸1旋轉(zhuǎn)+125°－-125°，速度250°/s軸2旋轉(zhuǎn)+145°－-145°，速度250°/s軸3手臂200mm，速度1500mm/s軸4手腕+360°－-360°，速度320°/s重復定位精度：0.5mm。完成以下幾方面的具體設計：4個關(guān)節(jié)伺服電機的選型、機械減速驅(qū)動方案的確定；整體結(jié)構(gòu)的設計與運動仿真；結(jié)構(gòu)設計需要考慮關(guān)節(jié)潤滑等；4、機構(gòu)整體剛度要進行校核。（二）設計工作大體的可分為三個步驟：1．調(diào)查研究（1）學習有關(guān)設計的方針、政策，明確設計要求；（2）到使用單位調(diào)查了解所涉及機床所要承擔的生產(chǎn)任務和加工工藝；（3）到制造單位調(diào)查，了解制造廠的設備條件、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗；（4）收集國內(nèi)外同類型機床的技術(shù)文獻和圖紙資料。2．方案擬定在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，通常可擬定出多個方案進行比較分析。每個方案所包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術(shù)參數(shù)、總體布局、主要部件的結(jié)構(gòu)草圖、試驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟分析等。在制定方案時應注意以下幾點：（1）處理好使用和制造之間的關(guān)系：應首先滿足使用要求，其次是盡可能便于制造。（2）注意傾聽各方面意見，經(jīng)過分析比較，去粗取精，最后形成一個比較使用方案。（3）繼承性和創(chuàng)造性的相結(jié)合，盡量采用先進技術(shù)，迅速提高生產(chǎn)力。3.工作圖設計4.說明書的撰寫畢業(yè)論文進程安排各部分所占時間分配大致如下：1－3周，完成資料準備查詢、方案確定；4－7周，確定各傳動方案和整體設計思路；8－9周，結(jié)構(gòu)的詳細設計；10－13周，結(jié)構(gòu)的詳細設計和運動仿真；5、14－15周，設計說明書撰寫，最后完善和改進。五、五、有關(guān)參考文獻資料[1]章宏甲.液壓傳動[M],北京:機械工業(yè)出版社,2005.[2]王積偉.液壓與氣壓傳動[M],北京：北京機械工業(yè)出版社,1999.[3]陳作模.機械原理第六版[M]，北京：高等教育出版社，2001.[4]王愛玲.機械設計[M],北京:機械工業(yè)出版社,2003.[5]趙世華.金屬切削機床設計[M],北京:航空工業(yè)出版社,2001.[6]羅圣國.機械設計課程設計手冊[M],北京:高等教育出版社,1999.[7]盧秉恒.機床設計圖冊[M],上海：上海科學技術(shù)出版社，1979.[8]倪森壽．機械制造工藝與裝備[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2009.[9]徐惠元、曾家駒．機械制造工藝學[M],北京：機械工業(yè)出版社，2009.[10]王明耀、張兆隆．機械制造技術(shù)[M]，北京：高等教育出版社，2008.[11]ShojiKasaiYuichiTsumaki.ControlofaWearableRobotUsingaPow