四自由度碼垛機(jī)器人的設(shè)計(jì)含4張CAD圖,自由度,碼垛,機(jī)器人,設(shè)計(jì),CAD 上海電機(jī)學(xué)院 畢業(yè)論文任務(wù)書(shū) 課 題 碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械電子工程專業(yè) 年 級(jí) 機(jī)電 姓 名 王雪菲 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 （簽字） 學(xué) 院 院 長(zhǎng) （簽字） 年 月 日 課題 來(lái) 源 □國(guó)家級(jí) □省部級(jí) □教師科研 ■企業(yè)項(xiàng)目 □自選項(xiàng)目 課 題 的 目 的 、 意 義 碼垛機(jī)器人在現(xiàn)代物流管理中占有重要地位，它對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)環(huán)境，優(yōu)化生產(chǎn)布局有著突出的貢獻(xiàn)。我國(guó)碼垛機(jī)器人在載荷能力，處理速度上還存在巨大差距。因此開(kāi)發(fā)成本低，效率高，控制簡(jiǎn)單的碼垛機(jī)器人具有廣闊的市場(chǎng)前景。 本課題針對(duì)前中小企業(yè)的實(shí)際研發(fā)需求，設(shè)計(jì)一種四自由度的碼垛機(jī)器人，以解決企業(yè)的實(shí)際需求。學(xué)生通過(guò)該課題的設(shè)計(jì)，將理論與實(shí)踐結(jié)合，能深刻理解機(jī)電裝備的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程，為其今后的工作和進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。 要 求 課題的主要技術(shù)要求： 1、四自由度碼垛機(jī)器人； 2、最大負(fù)載為：50KG； 3、作業(yè)空間可達(dá)1000*2000； 4、碼垛速度500箱/小時(shí)。 課題工作量要求： 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)1.5萬(wàn)字以上； 完成總裝圖，A0圖紙1張； 完成電氣控制系統(tǒng)圖1張； 完成部分零件圖；所有圖紙整合不少于A0圖紙2張； 課 題 主 要 內(nèi) 容 及 進(jìn) 度 課題主要內(nèi)容： 1、碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)類型分析； 2、總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3、具體零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算和驗(yàn)證； 4、畫(huà)出相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖紙； 5、控制電機(jī)選型，分析及控制。 工作進(jìn)度： 第1周-第2周 收集資料，研讀資料， 第3周-第4周 擬訂總體設(shè)計(jì)方案； 第5周-第6周 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制總裝圖； 第7周-第9周 主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制零件圖； 第10周-第13周 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制電氣原理圖 第14周-第16周 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)； 第17周-第18周 修改及答辯。 XXXXX XX設(shè)計(jì)（XXX）開(kāi)題報(bào)告 課題名稱 ___ 碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì) ______ 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 定稿日期： 20XX 年 XX月XX 日 11 碼垛機(jī)器人設(shè)計(jì) 1 選題背景及其意義 近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)器人在碼垛機(jī)、弧焊、噴涂、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、涂膠、測(cè)量等行業(yè)有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。機(jī)器人是一個(gè)在三維空間中具有較多自由度，并能實(shí)現(xiàn)諸多擬人動(dòng)作和功能的機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)器人，是一種典型的機(jī)電一體化裝置。工業(yè)機(jī)器人是用來(lái)搬運(yùn)材料零件工具等可再編程的多功能機(jī)械手。它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果。 碼垛技術(shù)是物流自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的一門新興技術(shù)，所謂的碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、等物流活動(dòng)。在物體的運(yùn)輸過(guò)程中除了散裝的物體和液體外，一般的物體都是以碼垛的形式進(jìn)行存儲(chǔ)或組裝，這樣即可承載更多的物體，又可節(jié)省空間。隨著物流的飛速發(fā)展以及科技的突飛猛進(jìn)，碼垛技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其是在環(huán)境較惡劣或人工很難做到的情況下。包裝的種類、工廠環(huán)境和客戶需求，物體的安全性等，使得碼垛成為越來(lái)越艱巨的任務(wù)，為了克服這些困難，碼垛設(shè)備的各個(gè)方面都在不斷地發(fā)展改進(jìn)，如從機(jī)械手到操縱它的軟件，現(xiàn)在對(duì)靈活性的需求也在不斷增加。 碼垛機(jī)器人是一種具有特殊功能的垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品加工、飲料等領(lǐng)域。可通過(guò)主計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的物料包裝、堆垛順序、層數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同型包裝的碼垛要求。而機(jī)器人碼垛技術(shù)是自動(dòng)化物料后處理成套設(shè)備中的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著自動(dòng)稱重、包裝技術(shù)的發(fā)展和性能指標(biāo)的提高，對(duì)碼垛技術(shù)也提出了更高的要求。碼垛機(jī)器人手臂應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng)度，防止彈性變形和斷裂。手腕搬運(yùn)的東西較重，這對(duì)其精度提出更高要求。 為滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線產(chǎn)品搬運(yùn)及碼垛的要求,本課題要求設(shè)計(jì)一種碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。結(jié)合機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對(duì)碼垛機(jī)器人整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。 2 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)） 2.1 課題的發(fā)展過(guò)程 機(jī)械手（又稱機(jī)器人，機(jī)械人，英文名稱：Robot），在人類科技發(fā)展史上其來(lái)有自。早在三國(guó)時(shí)代，諸葛亮發(fā)明的木牛流馬即是古代中國(guó)人的智能結(jié)晶。隨著近代的工業(yè)革命，機(jī)器產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展成為近代工業(yè)的主要支柱。由于科學(xué)幻想所系的“永動(dòng)機(jī)”、太空探險(xiǎn)以及夢(mèng)想解決人的機(jī)能所無(wú)法達(dá)致境界的求新意念，推動(dòng)科學(xué)家想研究創(chuàng)造出種種能夠代替人的機(jī)械。上世紀(jì)六、七十年代的自動(dòng)化機(jī)器、無(wú)人操縱的飛行器等等，即是此產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條上的一個(gè)大膽的嘗試與突破。雖然，后來(lái)電腦、電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)引開(kāi)了人們關(guān)注的熱點(diǎn)，但關(guān)于機(jī)械手的研究與開(kāi)發(fā)一直在持續(xù)進(jìn)行著。而近二十年中，因?yàn)殡娔X技術(shù)、電子產(chǎn)品及生物遺傳工程等技術(shù)的大踏步發(fā)展，“機(jī)械手”的研發(fā)熱潮已從專業(yè)人士的實(shí)驗(yàn)室中走了出來(lái)，成為一種綜合科研能力的開(kāi)發(fā)活動(dòng)，參與者也打破了各行各業(yè)的劃地為牢、各自為政的困局，開(kāi)始了縱橫連合，爭(zhēng)奇斗妍，蔚成熱潮的研究與制作嘗試。 機(jī)械手的研究從一開(kāi)始就是擬人化的，所以才有機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)與制作，也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)械手的開(kāi)發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開(kāi)發(fā)，月球車，深海探測(cè)器，海洋石油開(kāi)采，航天飛機(jī)機(jī)械臂等，小至微型手術(shù)機(jī)械，生命監(jiān)測(cè)儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無(wú)人駕駛飛機(jī)、戰(zhàn)車，有人甚至預(yù)測(cè)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機(jī)械手的戰(zhàn)爭(zhēng)。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開(kāi)發(fā)，都將因機(jī)械手的大量登場(chǎng)而出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國(guó)電訊公司未來(lái)學(xué)部門研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測(cè)手機(jī)短訊、垃圾電郵及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測(cè)中，其中就有數(shù)條是關(guān)于機(jī)械手。 第一臺(tái)機(jī)械手出現(xiàn)后20年，我國(guó)于1972年開(kāi)始研制機(jī)械手，由上海起，接著天津，吉林，哈爾濱，廣州，昆明等十幾個(gè)研究單位和院校分別開(kāi)發(fā)了固定程序、結(jié)合式、液壓伺服型同用機(jī)械手，并開(kāi)始了機(jī)構(gòu)學(xué)（包括步行機(jī)構(gòu)）、計(jì)算機(jī)控制和應(yīng)用技術(shù)的研究，這些機(jī)械手大約有1/3用于生產(chǎn)。 在該技術(shù)的推動(dòng)下，隨著改革開(kāi)放方針的實(shí)施，我國(guó)機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展得到政府的重視和支持，在80年代中期，國(guó)家組織了對(duì)工業(yè)機(jī)械手的需求的行業(yè)的調(diào)研，結(jié)果表明，對(duì)第二代工業(yè)機(jī)械手的需求主要集中于汽車行業(yè)（占總需要的60%～70%）。在眾多的專家的建議和規(guī)劃下，于“七五”期間，由機(jī)電部主持，中央各部委，中科院及地方十幾所科研院所和大學(xué)參加，國(guó)家投入相當(dāng)?shù)馁Y金，進(jìn)行了工業(yè)機(jī)械手基礎(chǔ)技術(shù)，基礎(chǔ)元器件，幾類工業(yè)機(jī)械手整機(jī)及應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)研究，完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)械手成套技術(shù)（包括機(jī)械手、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)單元、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和小批量生產(chǎn)的工藝技術(shù)等）的開(kāi)發(fā)，研制出噴涂、弧焊、點(diǎn)焊和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)械手整機(jī)，幾類專用和通用控制系統(tǒng)及幾類關(guān)鍵元部件如交、直流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元機(jī)械手專用薄壁軸承、諧波傳動(dòng)系統(tǒng)、焊接電源和變壓器等，并在生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)實(shí)用考核，其主要性能指標(biāo)達(dá)到80年代初國(guó)際同類產(chǎn)品的水平，且形成小批量生產(chǎn)能力。在應(yīng)用方面，在第二汽車廠建立的我國(guó)第一條采用國(guó)產(chǎn)機(jī)械手的生產(chǎn)線－東風(fēng)系列駕駛室多品種混流機(jī)械手噴涂生產(chǎn)線，該線由7臺(tái)國(guó)產(chǎn)PJ系列噴涂機(jī)械手和PM系列噴涂機(jī)械手和周邊設(shè)備構(gòu)成，已運(yùn)行十年，完成噴涂20萬(wàn)輛東風(fēng)系列駕駛室的生產(chǎn)任務(wù)，成為國(guó)產(chǎn)機(jī)械手應(yīng)用的一個(gè)窗口；此外，還建立了幾個(gè)弧焊和點(diǎn)焊機(jī)械手工作站。與此同時(shí)，還研制了幾種SCARA型裝配機(jī)械手樣機(jī)，并進(jìn)行了試應(yīng)用。在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面，解剖了國(guó)外10余種先進(jìn)的機(jī)型，并進(jìn)行了機(jī)構(gòu)學(xué)，控制編程，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方式，檢測(cè)等基礎(chǔ)理論與技術(shù)的系統(tǒng)研究。開(kāi)發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的測(cè)量系統(tǒng)，編制了我國(guó)工業(yè)機(jī)械手標(biāo)準(zhǔn)體系和12項(xiàng)國(guó)標(biāo)，行標(biāo)。 為了跟蹤國(guó)外高技術(shù)，80年代在國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃中，安排了智能機(jī)械手的研究開(kāi)發(fā)，包括水下無(wú)纜機(jī)械手，高功能裝配機(jī)械手（DD驅(qū)動(dòng)）和各類特種機(jī)械手，進(jìn)行了智能機(jī)械手體系結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)控制，人工智能機(jī)器視覺(jué)，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究已取得一批成果。這些技術(shù)的實(shí)用化將加速我國(guó)第二代機(jī)械手的發(fā)展。 經(jīng)過(guò)80年代尤其是后50年的努力，吸引了160多個(gè)單位從事機(jī)械手及其相關(guān)技術(shù)的研究力量，形成了京津、東北、華東、華南等機(jī)械手技術(shù)地區(qū)和十幾家優(yōu)勢(shì)單位，培養(yǎng)了一支2000多人的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)、研制、應(yīng)用隊(duì)伍，造就了一批機(jī)械手專家，使我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)發(fā)展基本上可以立足于國(guó)內(nèi)。 90年代初期，我國(guó)主要開(kāi)發(fā)下列機(jī)械手： （1）噴涂機(jī)械手 （2）焊接機(jī)械手 （3）搬運(yùn)機(jī)械手 （4）裝配機(jī)械手 在90年代中期，國(guó)家已選擇以焊接機(jī)械手的工程應(yīng)用為重點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，從而迅速掌握焊接機(jī)械手應(yīng)用工程成套開(kāi)發(fā)技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備制造、工程配套、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行等技術(shù)，即以機(jī)械手焊接工藝為龍頭，開(kāi)展焊裝線總體設(shè)計(jì)、線體總控及多機(jī)通訊，新型焊接機(jī)械手用焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊縫跟蹤系統(tǒng)、機(jī)電精度、控制技術(shù)等開(kāi)發(fā)及完善化，以及幾條焊裝生產(chǎn)線的全套應(yīng)用及其可行性作為主攻目標(biāo)。 雖然我國(guó)的機(jī)械手研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項(xiàng)目，但據(jù)說(shuō)，中國(guó)科學(xué)院目前已造出說(shuō)話時(shí)嘴唇能夠活動(dòng)、眼睛能轉(zhuǎn)動(dòng)、具視覺(jué)功能的機(jī)械手，其水準(zhǔn)可媲美日本同行，但這臺(tái)機(jī)械手體形甚大，卻未能以雙腳走路。在日本，機(jī)械手能否以二腳行走已成為一個(gè)熱門及熟練的技術(shù)競(jìng)賽項(xiàng)目，譬如有“二足機(jī)械人競(jìng)賽大會(huì)”（分等級(jí)）。其實(shí)，機(jī)械手的制作絕對(duì)并非只是液壓機(jī)械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機(jī)械手造得越來(lái)越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機(jī)械手的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征（其中很重要的是民族特征的外表）等等。英國(guó)的科學(xué)家甚至預(yù)言，到2020年，隨著機(jī)械手愈來(lái)愈精密和使用有機(jī)零件制造，它們將會(huì)受到“機(jī)械手權(quán)”的保護(hù)。 2.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀 最早對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行研究的是日本，20世紀(jì)70年代，日本第一次將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于碼垛操作。瑞典則在1974年制造出了第一臺(tái)全電控式工業(yè)機(jī)器人IRB6，主要用來(lái)對(duì)工件或產(chǎn)品的取件、搬運(yùn)。 日本、瑞典、德國(guó)等的碼垛機(jī)器人主要是4-6軸機(jī)器人，一般由固定底座、連桿、臂部、腕部、末端抓手等部分構(gòu)成，利用CAD、FEM等有限元技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。碼垛機(jī)器人的機(jī)身一般采用輕巧的鑄鋁材料，結(jié)構(gòu)形式多為連桿式關(guān)節(jié)型。 2.3 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 自從20世紀(jì)80年代，我國(guó)碼垛機(jī)器人在國(guó)家支持下，通過(guò)“七五”、“八五”科技攻關(guān)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域取得了很大成就。按機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)程，分為三代機(jī)器人。第一代機(jī)器人，具有示教再現(xiàn)功能或具有可編程的NC裝置，但對(duì)外部信息不具備反饋能力；第二代機(jī)器人，不僅具有內(nèi)部傳感器，能獲取外部環(huán)境信息。雖然沒(méi)有應(yīng)用人工智能技術(shù)，但是能進(jìn)行機(jī)器人-環(huán)境交互，具有在線自適應(yīng)能力；第三代機(jī)器人，具有多種智能傳感器，能感知和領(lǐng)會(huì)外部環(huán)境信息。目前碼垛機(jī)器人的應(yīng)用主要在以下兩個(gè)方面。惡劣工作環(huán)境，危險(xiǎn)工作場(chǎng)合.這個(gè)領(lǐng)域的做業(yè)是一種有害于健康，并危及生命或不安全因素很大而不宜于人去干的作業(yè)。例如在沖床上下料、采礦、鍛造等。 第二個(gè)是自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域。碼垛機(jī)器人可用來(lái)上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件重新定向等作業(yè)。一個(gè)簡(jiǎn)單抓放作業(yè)機(jī)器人只需較少的自由度，一個(gè)給零件定向作業(yè)的機(jī)器人要求具有更多的自由度，增加其靈巧性。工業(yè)機(jī)器人具有減少勞動(dòng)力費(fèi)用、提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、增加制造過(guò)程的柔性、減少材料浪費(fèi)、控制和加快庫(kù)存的周轉(zhuǎn)、降低成本、消除了危險(xiǎn)和惡劣的勞動(dòng)崗位。目前工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)正處在一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段，在先進(jìn)的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家里，工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與制造正在形成一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，全世界每年的工業(yè)機(jī)器人銷售額可達(dá)42億美元。盡管如此，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)仍在不斷拓展，不斷向新的領(lǐng)域進(jìn)軍。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用前景十分寬廣的。但是，由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，勞動(dòng)力比較豐富、低廉，給工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展帶來(lái)一定的困難。只有符合我國(guó)的國(guó)情，才能推動(dòng)和加快我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化是提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)速度，減低成本和提高可靠性的重要途徑。近幾年各國(guó)注重發(fā)展組合式工業(yè)機(jī)器人。它是采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊件或組合件拼裝而成。除了工業(yè)機(jī)器人用的各種伺服電機(jī)，傳感器外，手臂，手腕和機(jī)身也以標(biāo)準(zhǔn)化。隨著機(jī)器人作業(yè)精度的提高和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，急需開(kāi)發(fā)新型的微動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)保證機(jī)器人的動(dòng)作精度，開(kāi)發(fā)多關(guān)節(jié)，多自由度的手臂和手指及新型的行走機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)日益復(fù)雜作業(yè)需求。 2.4 未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下： 1、機(jī)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(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。 2、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)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。 3、機(jī)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(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。 4、關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)； 5、焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真。 總的來(lái)說(shuō)，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。 3 研究?jī)?nèi)容 3.1 機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)和計(jì)算 對(duì)機(jī)械手手部設(shè)計(jì)要求進(jìn)行確定；機(jī)械手手部受力分析；機(jī)械手手部夾緊力及驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算；夾緊力的計(jì)算；驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算等。 3.2 機(jī)械手手部驅(qū)動(dòng)氣缸的設(shè)計(jì) 缸筒內(nèi)徑D的設(shè)計(jì)；活塞桿直徑d的設(shè)計(jì)；缸筒壁厚δ的設(shè)計(jì)，機(jī)械手手抓夾持精度的分析計(jì)算等。 3.3 機(jī)械手手臂的設(shè)計(jì)和計(jì)算 機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)的選擇；機(jī)械手手臂伸縮驅(qū)動(dòng)力計(jì)算等。 3.4 機(jī)械手手臂伸縮油缸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 缸筒內(nèi)徑D的設(shè)計(jì)；活塞桿直徑d的設(shè)計(jì)；缸筒壁厚δ的設(shè)計(jì)等。 3.5 機(jī)械手機(jī)身的設(shè)計(jì)和計(jì)算 機(jī)械手機(jī)身的整體設(shè)計(jì)；機(jī)身回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算；機(jī)身升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算；齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算；底座的設(shè)計(jì)等 3.6 機(jī)械手主要零件的校核 手部驅(qū)動(dòng)液壓缸校核；手臂伸縮油缸校核；回轉(zhuǎn)油缸校核；升降油缸校核等。 3.7 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的工況分析；計(jì)算和選擇液壓元件等。 3.8 機(jī)械手電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 研究方案 4.1 總體方案 本課題針對(duì)前中小企業(yè)的實(shí)際研發(fā)需求，設(shè)計(jì)一種四自由度的碼垛機(jī)器人，以解決企業(yè)的實(shí)際需求?？傮w設(shè)計(jì)方案如下： （1）總體方案的選擇、比較與確定。 圓柱坐標(biāo)式碼垛機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的四個(gè)基本動(dòng)作：手臂伸縮動(dòng)作；手臂上下運(yùn)動(dòng)；手腕回轉(zhuǎn)動(dòng)作；手部夾緊動(dòng)作。具體見(jiàn)圖4-1圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)。 圖4-1 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （2）確定碼垛機(jī)器人的工作運(yùn)行圖。 本次設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)器人主要需要完成：手臂前伸→手指張開(kāi)→手指抓料→手臂上升→手臂縮回→手臂回轉(zhuǎn)→手臂下降→手指張開(kāi)→手指閉合→手臂上升→手臂回轉(zhuǎn)→手臂下降→待料卸載。這些動(dòng)作都將有伸縮缸、升降缸、回轉(zhuǎn)缸和夾緊缸完成。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-2。 圖4-2 液壓工作運(yùn)行圖 （3）主要零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算校核與確定。 1）機(jī)械手手部的設(shè)計(jì)與計(jì)算，根據(jù)抓取工件的直徑，確定夾緊力及手部外形和尺寸等。見(jiàn)圖4-3機(jī)械手手部簡(jiǎn)圖。 圖4-3 機(jī)械手手部簡(jiǎn)圖 2）對(duì)伸縮缸、升降缸、回轉(zhuǎn)缸和夾緊缸：缸筒內(nèi)徑D的設(shè)計(jì)；活塞桿直徑d的設(shè)計(jì)；缸筒壁厚δ的設(shè)計(jì)等；見(jiàn)圖4-4液壓缸簡(jiǎn)圖。 圖4-4 液壓缸簡(jiǎn)圖 （4）碼垛機(jī)器人控制方式的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)器人，其控制方式采用電氣控制，需要完成水平前伸—上升—夾緊—下降等一系列動(dòng)作，最后回到原點(diǎn)。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4-5控制流程圖。 圖4-5 控制流程圖 4.2 擬采取的技術(shù)措施 （1）依據(jù)研究對(duì)象，明確設(shè)計(jì)要求，把握好設(shè)計(jì)的主方向； （2）通過(guò)資料的查閱、找尋和碼垛機(jī)器人相關(guān)的資料，并總結(jié)各種碼垛機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)； （3）對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析，確定工作范圍； （4）結(jié)合分析的數(shù)據(jù)，尋找合適的碼垛機(jī)器人的方案； （5）通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)等書(shū)籍的查閱，對(duì)總體方案中涉及到的主要零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 5 進(jìn)度計(jì)劃 第1周-第2周： 收集資料，研讀資料； 第3周-第4周： 擬訂總體設(shè)計(jì)方案； 第5周-第6周： 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制總裝圖； 第7周-第9周： 主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制零件圖； 第10周-第13周：電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制電氣原理圖； 第14周-第16周：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)； 第17周-第18周：修改及答辯。 參考文獻(xiàn) [1] 大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室. 機(jī)械制圖. 高等教育出版社，2003 [2] 濮良貴，級(jí)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社，1995年 [3] 李允文.工業(yè)機(jī)械手課程設(shè)計(jì).1987. [4] 孟繁華.機(jī)器人應(yīng)用技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989. [5] 周伯英.工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995. [6] 成大先編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004年 [7] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）.化學(xué)工業(yè)出版社，2002. [8] 趙大興編.工程制圖.高等教育出版社，2004年 [9] 天津大學(xué)《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》編寫(xiě)組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ).天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社1980. [10] 徐學(xué)林.互換行與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 湖南大學(xué)出版社， 2005， [11] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本液壓傳動(dòng).化學(xué)工業(yè)出版社，2004. [12] 李瑞峰.21世紀(jì)-中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展時(shí)代.中國(guó)科技成果，2001，18期 [13] 曲忠萍.國(guó)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展態(tài)勢(shì)分析. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001，（02） [14] 徐學(xué)林. 互換行與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 湖南大學(xué)出版社，2005 [15]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》聯(lián)合編寫(xiě)組. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 石油化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [16] 宋徳玉.可編程序控制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù). 冶金工業(yè)出版社，1999 [17] 韓夢(mèng)瑋.順序控制技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社，1987 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日