南京航空航天大學金城學院畢業設計（論文）開題報告題 目 物料搬運機器人結構設計系 部 機械工程系專 業 機械工程及其自動化學生姓名 范和平 學號 2110011219指導教師 張月芹 職稱 講師畢設地點 2014年 3月 1 日填 寫 要 求1開題報告只需填寫“文獻綜述”、“研究或解決的問題和擬采用的方法”兩部分內容，其他信息由系統自動生成，不需要手工填寫。2為了與網上任務書兼容及最終打印格式一致，開題報告采用固定格式，如有不適請調整內容以適應表格大小并保持整體美觀，切勿輕易改變格式。3任務書須用A4紙，小4號字，黑色宋體，行距1.5倍。4使用此開題報告模板填寫完畢，可直接粘接復制相應的內容到畢業設計網絡系統。1. 結合畢業設計（論文）課題任務情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫15002000字左右的文獻綜述：1.1 工業機器人定義、應用及其發展1.1.1 工業機器人定義由于機器人一詞帶有“人”字，再加上科幻小說和影視作品的宣傳，人們往往把機器人想象成為外貌象人的機電裝置。但事實并非如此。機器人，特別是工業機器人，與人的外貌毫無相象之處，在國家標準中，工業機器人被定義為：“一種能自動定位控制、可重復編程的、多功能的、多自由度的操作機。它能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業。”機器人賴以完成各種作業的機械實體(稱作操作機或操作器)被定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其他操作的機械裝置。”可見，工業機器人是一機電系統，操作機(器)是它的執行機構，該機構與電子器件密切相關，它的靈活程度和動態性能，直接影響著機器人系統的工作質量。1.1.2 機器人在工業生產中的應用上世紀60年代初人類創造了第一臺工業機器人以后，機器人就顯示出它極大的生命力，經過四十多年的發展，工業機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業中，尤其是在汽車產業中，工業機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測及倉庫堆垛等作業中，機器人都已逐步取代了人工作業。目前，汽車制造業是制造業所有行業中人均擁有工業機器人密度最高的行業，如，2004年德國制造業中每1萬名工人中擁有工業機器人的數量為162臺，而在汽車制造業中每1萬名工人中擁有工業機器人的數量則為1140臺；意大利的這一數值更能說明問題，2004 年意大利制造業中每1 萬名工人中擁有工業機器人的數量為123臺，而在汽車制造業中每1萬名工人中擁有工業機器人的數量則高達1600臺。隨著工業機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業推廣到其他制造業，進而推廣到機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與家具制造業等領域中。在工業生產中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量采用。亞洲地區電子電氣行業對工業機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業，其占所有行業總需求的比例為31%；而在歐洲地區橡膠及塑料工業對工業機器人的需求則遠遠超過電子電氣行業而排名第二位；美洲地區由于汽車及汽車零部件制造業對工業機器人的需求遙遙領先，所以金屬制品業(包括機械)、橡膠及塑料工業以及電子電氣行業對工業機器人的需求比例相當，均在7%左右。另外諸如采礦機器人、建筑業機器人以及水電系統維護維修機器人等各種非制造行業。此外，在國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發揮著重要的作用,而且，隨著人類生活水平的提高及文化生活的日益豐富多彩，未來各種專業服務機器人和家庭用消費機器人將不斷貼近人類生活，其市場的繁榮興旺將指日可待。1.1.3 工業機器人的發展趨勢（1）朝著標準化方向發展提高運動速度和運動精度,減輕重量和減少安裝占用空間,必將導致工業機器人功能部件的標準化和模塊組合化(它可以分為機械模塊、信息檢測模塊、和控制模塊等),以降低制造成本和提高可靠性。近年來,世界各國注意發展組合式機器人。它是采用標準化的組合件拼裝而成的。目前,國外已經研制和生產了各種不同的標準組件。除了機器人用的各種伺服電機、傳感器外,手臂、手腕和機身的結構也已經標準化了,如臂伸縮軸、臂升降軸、臂俯仰軸、臂擺動軸；手腕旋轉軸、擺動軸、固定臺身、機座、移動軸等。（2）研究新型機器人結構隨著工業機器人作業精度的提高和作業環境的復雜化,應開發新型微動機構保證動作精度；開發多關節、多自由度的手臂和手指,研制新型的行走機構等以適應復雜的作業的需要。（3）朝著智能化方向發展在多品種,小批量生產的柔性制造自動化技術中,特別是機器人自動裝配技術中,要求工業機器人對外部環境和對象物體有自適應能力,即具有一定的“智能”,機器人的智能化是指機器人具有感覺、知覺等,即有很強的檢測功能和判斷功能。為此,必須開發類似人類感覺器官的傳感器(如觸覺傳感器、視覺傳感器、測距傳感器等) ,發展多傳感器的信息融合技術。通過各種傳感器得到關于工作對象和外部環境的信息,以及信息庫中存儲的數據、經驗、規劃的資料,以完成模式識別,用“專家系統”等智能系統進問題求解,動作規劃。（4）研究機器人協作控制先進制造技術的發展對協作機器人學的研究與發展起著積極的促進作用。隨著先進制造技術的發展,工業機器人已從當初的柔上、下料裝置正在成為高度柔性、高效率和可重組的裝配、制造和加工系統中的生產設備。在這樣的生產線上，機器人是作為一個群體工作的，不論每個機器人在生產線上起什么作用,它總是作為系統中的一員而存在。因此,要從組成敏捷制造生產系統的觀點出發,來研究工業機器人的進一步發展。而面向先進制造環境的機器人柔性裝配系統和機器人加工系統中,不僅有多機器人的集成,還有機器人與生產線、周邊設備、生產管理系統以及人的集成。因此,以系統的觀點來發展新的機器人控制系統,有大量的理論與實踐的工作要做。1.2工業機器人的研究意義物料搬運機器人是機器人里的很重要的分支。 物料搬運機器人在工業生產中發揮著極其重要的作用，在許多行業都可以看到物料搬運機器人的身影，承擔著搬運，碼垛，噴涂等作用，本課題研究四個自由度物料搬運機器人的設計，從底座，大臂，小臂，到腰身及手腕進行整體設計，傳動系統采用直線傳動和回轉傳動與其他傳動相比更加簡便易于操作，縮短了力的傳遞路徑，減少了動力損耗，減輕了機器人的整體質量，更重要的是節約成本。參考文獻1徐龍祥.機械設計M.航空工業出版社，1999.2機械設計手冊編委會.機械設計手冊.機械工業出版社,2007.3唐劍兵，機械基礎與結構設計重慶，重慶大學出版社2006.24郭洪紅.工業機器人運用技術.科學出版社,2008.5周伯英.工業機器人設計.機械工業出版社，1995：60806機電一體化技術手冊編委會.機電一體化技術手冊（第二卷）.機械工業出版社，1999：2022457王淑英.電氣控制與PLC應用北京，機械工業出版社2009.18李烈.我國工業機器人發展現狀淺談J.科技向導,2011.9林清安.完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版綜合教程.電子工業出版社,2009.10叢明，徐曉飛.玻璃基搬運機器人的設計.自動化學報，2008，17（4）.2. 畢業設計任務要研究或解決的問題和擬采用的方法：2.1設計任務擬解決的問題通過利用大學四年所學的專業知識并查閱相關的文獻資料，根據所要設計及要求的物料搬運機器人的預期的搬運目的，初步設立四個自由度，具體的物料搬運機器人的自由度、傳動方案及控制系統的確立。如下：2.1.1自由度的確立（1）基座基座是整個機器人本體的支撐。為保證機器人運行的穩定性，采用兩塊“Z”字形實心鑄鐵作支撐。實現預定的搬運目的，機身擬采用固定式基座。（2）腰部腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉部件，腰部的回轉運動再加上臂部的平面運動，就能使腕部作空間運動。腰部是執行機構的關鍵部件，它的制造誤差、運動精度和平穩性，對機器人的定位精度有決定性的影響。經過分析：腰部所實現的自由度為回轉運動。（3）臂部手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態（方位），則用腕部的自由度加以實現。因此，給臂部設置兩個自由度，即手臂的伸縮、升降（或俯仰）運動。（4）手爪手部既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型。手部多為兩指；根據需要分為外抓式和內抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤和電磁吸盤。通過前面已經設定的自由度能夠完成物料搬運的預定目的，因此手爪不設置自由度，通過手爪的張開與嚙合能夠抓取和放下物料即可。2.1.2傳動方案的確立（1)直線運動直線運動可以通過滾珠絲杠，齒輪齒條，液壓缸等傳動機構來實現。（2)回轉運動回轉運動可以利用電機帶動齒輪副、擺動氣缸（液壓缸）來實現回轉運動。具體的采用方案在后期的設計過程中具體選用。2.1.3控制系統的確立根據本科所學的已有積累的知識，選用的控制系統是PLC。與其他控制系統相比較