开题报告-水平4关节工业机器人结构设计

毕业设计（论文）开题报告课题名称水平4关节工业机器人结构设计课题来源(4)课题类型A指导教师学生姓名专业机械设计制造极其自动化学号工业机器人的现状及国内外发展趋势工业机器人是一种对生产条件和生产环境适应性和灵活性很强的柔性自动化设备，它对稳定提高产品品质、提高生产效率和改善劳动条件起着十分重要的作用。工业机器人技术的发展必将对社会经济和生产力发展产生更加深远的影响。所以，国内外工业机器人的发展十分迅速。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：1．工业机器人的性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作与维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。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、减速器、检测系统三为一体；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世。3．工业机器人系统控制向基于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靠性、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。6．当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。7．机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”计划科技攻坚开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻坚，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）上获得广泛应用，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，如可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步比较晚，应用领域窄，生产线技术系统与国外比还有差距；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、可靠性不稳定。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。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种。在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在二十一世纪立于世界先进行列之中。2、课题研究方法及途径机械制造装备设计的步骤设计类型而不同。创新设计可分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。（一）产品规划阶段产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计任务书。在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。1．需求分析产品设计是为了满足市场的要求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处。明确设计任务的要求。需求分析的任务本身就是设计工作的一部分，是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析(1)调查研究(2)调查研究包括市场调研、技术调研和社会环境调研三个部分(3)预测(4)定性预测和定量预测(5)可行性分析(6)编制设计任务书(二)方案设计阶段1．对设计任务的抽象2．建立功能结构3．寻求原理与求解方法4．初步设计方案的形成5．设计方案的评价与赛选（三）技术设计阶段1．确定结构原理方案2．总体设计3．结构设计（四）设计阶段1．零件图设计在零件图中包含了为制造零件所需的全部信息，这些信息包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。2．完善装配图在绘制零件图时，更加具体地从结构强度、工艺性和标准化等方面进行零件的结构设计，不可避免地要对技术设计阶段提供的装配图做些修改。3．编写技术文档三、设计应满足的要求以及了解相关方法和设计构想以现有的机器人为原型，对其具体结构进行设计。机械手的主要技术参数要求如下：工作半径：800mm； 负载：5kg；关节活动范围：轴1旋转+125°－-125°，速度250°/s轴2旋转+145°－-145°，速度250°/s轴3手臂200mm，速度1500mm/s轴4手腕+360°－-360°，速度320°/s重复定位精度：0.5mm。完成以下几方面的具体设计：4个关节伺服电机的选型、机械减速驱动方案的确定；整体结构的设计与运动仿真；结构设计需要考虑关节润滑等；4、机构整体刚度要进行校核。（二）设计工作大体的可分为三个步骤：1．调查研究（1）学习有关设计的方针、政策，明确设计要求；（2）到使用单位调查了解所涉及机床所要承担的生产任务和加工工艺；（3）到制造单位调查，了解制造厂的设备条件、技术能力和生产经验；（4）收集国内外同类型机床的技术文献和图纸资料。2．方案拟定在调查研究的基础上，通常可拟定出多个方案进行比较分析。每个方案所包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总体布局、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几点：（1）处理好使用和制造之间的关系：应首先满足使用要求，其次是尽可能便于制造。（2）注意倾听各方面意见，经过分析比较，去粗取精，最后形成一个比较使用方案。（3）继承性和创造性的相结合，尽量采用先进技术，迅速提高生产力。3.工作图设计4.说明书的撰写毕业论文进程安排各部分所占时间分配大致如下：1－3周，完成资料准备查询、方案确定；4－7周，确定各传动方案和整体设计思路；8－9周，结构的详细设计；10－13周，结构的详细设计和运动仿真；5、14－15周，设计说明书撰写，最后完善和改进。五、五、有关参考文献资料[1]章宏甲.液压传动[M],北京:机械工业出版社,2005.[2]王积伟.液压与气压传动[M],北京：北京机械工业出版社,1999.[3]陈作模.机械原理第六版[M]，北京：高等教育出版社，2001.[4]王爱玲.机械设计[M],北京:机械工业出版社,2003.[5]赵世华.金属切削机床设计[M],北京:航空工业出版社,2001.[6]罗圣国.机械设计课程设计手册[M],北京:高等教育出版社,1999.[7]卢秉恒.机床设计图册[M],上海：上海科学技术出版社，1979.[8]倪森寿．机械制造工艺与装备[M]，北京：化学工业出版社，2009.[9]徐惠元、曾家驹．机械制造工艺学[M],北京：机械工业出版社，2009.[10]王明耀、张兆隆．机械制造技术[M]，北京：高等教育出版社，2008.[11]ShojiKasaiYuichiTsumaki.ControlofaWearableRobotUsingaPow