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1、 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（ 論 文） 開(kāi) 題 報(bào) 告 題 目 四自由度圓柱坐標(biāo) 機(jī)器人設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2007 年 一、 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )課題來(lái)源、類型 來(lái)源：工程 類型：工業(yè)機(jī)器人 二、選題的目的及意義 機(jī)器人是人類 19 世紀(jì)的重大發(fā)明之一。據(jù)國(guó)外專家預(yù)測(cè)， 21 世紀(jì)將是機(jī)器人技術(shù)革命的世紀(jì)，機(jī)器人作為全面延伸和擴(kuò)展人的體力和智力的手段將實(shí)現(xiàn)“當(dāng)代最高意義上的自動(dòng)化”。機(jī)器人的應(yīng)用和普及正在改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式、生活方式和作戰(zhàn)方式。在非常規(guī)和極端制造過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人是不可缺少的自動(dòng)化裝備。 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)有很大差距，但是隨著

2、我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)加快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高整個(gè)工業(yè)的自動(dòng)化水平和滿足人民生活的需要，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)將取得更大的發(fā)展。作為 21 世紀(jì)的中國(guó)大學(xué)生，我們將是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主干力量，也將挑起科技興國(guó)的重任。機(jī)器人技術(shù)作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工具。 三、 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)的機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)工作始于上世紀(jì) 70 年代初，到現(xiàn)在已 經(jīng)歷了 30 年的歷程。前 10 年處于研究單位自行開(kāi)展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。 1985 年后開(kāi)始列入國(guó)家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。特別是在“七五”、“八五”“九五”機(jī)器人技術(shù)國(guó)家攻關(guān)、“ 863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的重點(diǎn)支持下，我國(guó)的機(jī)器

3、人技術(shù)取得了重大發(fā)展。在機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)方面：諸如機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析與綜合研究，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制算法及機(jī)器人編程語(yǔ)言的研究，機(jī)器人內(nèi)外部傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，具有多傳感器控制系統(tǒng)的研究，離線編程技術(shù)、遙控機(jī)器人的控制技術(shù)等均取得長(zhǎng)足進(jìn)展，并在實(shí)際工作中得到應(yīng)用。 在機(jī)器人 的單元技術(shù)和基礎(chǔ)元部件的研究開(kāi)發(fā)方面：諸如交直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、液壓（氣動(dòng)）元部件、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、諧波減速器、 RV 減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等均開(kāi)發(fā)出一些樣機(jī)或產(chǎn)品。但這些元部件距批量化生產(chǎn)還有一段距離。 在機(jī)器人控制裝置的研制方面：已開(kāi)發(fā)出具有雙 CUP、多 CU

4、P 和分級(jí)分層控制的機(jī)器人控制裝置多臺(tái)，主控計(jì)算機(jī)的檔次也逐漸升級(jí)。 在機(jī)器人操作機(jī)研制方面：已開(kāi)發(fā)出一些先進(jìn)的操作機(jī)和特種機(jī)器人，如 AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車），壁面爬行機(jī)器人，重復(fù)定位精度為 0.024mm 的裝配機(jī)器人，可潛入海底 6000m 的水下機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)遙控機(jī)器人，主從操作機(jī)器人等，有些已達(dá)實(shí)用化水平并用于實(shí)際工程。 在機(jī)器人的應(yīng)用工程方面：目前國(guó)內(nèi)已建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線，噴涂生產(chǎn)線和焊裝生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機(jī)器人工程設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力，整體性能已達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有很

5、好的性能價(jià)格比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與 網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成。因此它的發(fā)展與上述學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。機(jī)器人應(yīng)用從傳統(tǒng)制造業(yè)向非制造業(yè)轉(zhuǎn)變，向以人為中心的個(gè)人化和微小型方向發(fā)展，并將服務(wù)于人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域?？傏厔?shì)是從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)（ RT）概念轉(zhuǎn)移；從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決工程應(yīng)用方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)（ RT）的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)

6、的、具有實(shí) 在動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)”。目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開(kāi)放化、 PC 化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 四、 本課題主要研究?jī)?nèi)容 1) 電機(jī)的選擇及傳動(dòng)比的確定： 按照數(shù)控機(jī)床選用電機(jī)的原則選用機(jī)器人的電機(jī)，經(jīng)過(guò)查閱各種資料，結(jié)果如下： 在兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)和手腕關(guān)節(jié)中用步進(jìn)電機(jī)： 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或線位移的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它每接受數(shù)控裝置輸出的一個(gè)電脈信號(hào)，電機(jī)機(jī)軸就轉(zhuǎn)過(guò)

7、一定的角度，步距角成為。步距角一般為 0.5。 3。 ，角位移與輸入脈沖個(gè)數(shù)成嚴(yán)格的比例關(guān)系，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率成正比。 步距角 。 =360/PZK 式中， P 為相數(shù)； Z 為轉(zhuǎn)子的步數(shù)； K 為通電方式，當(dāng)三相三拍導(dǎo)電方式時(shí) K=1,三相六拍導(dǎo)電方式時(shí) K=2. 而腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)因?yàn)槠涔β瘦^大，采用交流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)諧波減速器和一對(duì)減速齒輪驅(qū)動(dòng) ,選用原則是： T=Jn*an*KA 式中 J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， a 為加速度， KA 為公況系數(shù) 2) 手爪的結(jié)構(gòu)及夾緊力的計(jì)算： 因?yàn)楣ぜ馁|(zhì)量不重，且沒(méi)有夾緊力不能過(guò)大的規(guī)定，擬采用齒輪齒條平行連桿式平移夾持器 。 其夾緊力 FN

8、與驅(qū)動(dòng)力 FP 的關(guān)系為： FN=FPR/2Lcos 并且采用氣動(dòng)夾緊方式，因?yàn)榇斯ぷ鬟^(guò)程對(duì)穩(wěn)定性的要求小，而經(jīng)氣動(dòng)夾緊方式濟(jì)實(shí)惠，其缺點(diǎn)就是噪音太大。 3) 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的繪制： 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的確定，有利于運(yùn)動(dòng)方程的計(jì)算，對(duì)機(jī)器人的控制有著重要意義。 4) 剛度強(qiáng)度的校核： 在結(jié)構(gòu)初步確定后，就可以初步確定各個(gè)零件的尺寸了，這時(shí)就要進(jìn)行重要零件剛度強(qiáng)度的校核，其中包括軸承的校核，齒輪的校核，以及重要軸的校核。 五、 完成論文的條件和擬采用的研究手段（途徑） 首先按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，通過(guò)查閱大量的文獻(xiàn)、資料以及優(yōu)秀論文，仔細(xì)的研究工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)過(guò)程及各種參數(shù)的計(jì)算方法，并通過(guò)研究原始參數(shù)，確

9、定大致的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)過(guò)程。然后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，包括運(yùn)動(dòng)方程的構(gòu)建，電機(jī)的選擇，傳動(dòng)比的確定，減速器的結(jié)構(gòu)，手爪夾緊力的計(jì)算等，接著按要求設(shè)計(jì)完整的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定具體的結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸并進(jìn)行剛度、強(qiáng)度的校驗(yàn)，最后用 Aoto-CAD 做出具體的裝配圖、四個(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖及重 要零件的零件圖 六、本課題進(jìn)度安排、各階段預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 第五周：搜集、查找有關(guān)機(jī)器人設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)及資料，掌握文獻(xiàn)檢索步驟、方法，學(xué)會(huì)對(duì)文獻(xiàn)篩選和應(yīng)用。 第六周：查找機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)、確定方案，完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述。 第七八周：完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析。完成四個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇、減速器的參數(shù)選擇計(jì)算。完成機(jī)器人手爪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與夾緊力，驅(qū)動(dòng)力大小選擇計(jì)算。 第九十周：繪制整體機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 第十一十二周：繪制機(jī)器人底座旋轉(zhuǎn)，大臂伸縮，小臂伸縮及手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 第十四十五周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文、中英文摘及外文翻譯。 第十六周：準(zhǔn)備答辯。 七 、 指 導(dǎo) 教 師 意 見(jiàn) 對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見(jiàn)