畢業設計（論文）開題報告課題名稱水平4關節工業機器人結構設計課題來源(4)課題類型A指導教師學生姓名專業機械設計制造極其自動化學號工業機器人的現狀及國內外發展趨勢工業機器人是一種對生產條件和生產環境適應性和靈活性很強的柔性自動化設備，它對穩定提高產品品質、提高生產效率和改善勞動條件起著十分重要的作用。工業機器人技術的發展必將對社會經濟和生產力發展產生更加深遠的影響。所以，國內外工業機器人的發展十分迅速。國外機器人領域發展近幾年有如下幾個趨勢：1．工業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．機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速器、檢測系統三為一體；由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機；國外已有模塊化裝配機器人產品問世。3．工業機器人系統控制向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、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來進行環境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。5．虛擬現實技術在機器人中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。6．當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全治系統，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構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統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域。我國的工業機器人從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、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、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的近30條自動噴漆生產線（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，我國的工業機器人技術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品；機器人應用工程起步比較晚，應用領域窄，生產線技術系統與國外比還有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產業化進程。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先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種。在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發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上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品，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。創新設計可分為產品規劃、方案設計、技術設計和工藝設計等四個階段。（一）產品規劃階段產品規劃階段的任務是明確設計任務，通常應在市場調查與預測的基礎上識別產品需求，進行可行性分析，制定設計任務書。在產品規劃階段將綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現的問題。1．需求分析產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)調查研究(2)調查研究包括市場調研、技術調研和社會環境調研三個部分(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．建立功能結構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）技術設計階段1．確定結構原理方案2．總體設計3．結構設計（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、其他特殊技術要求等。2．完善裝配圖在繪制零件圖時，更加具體地從結構強度、工藝性和標準化等方面進行零件的結構設計，不可避免地要對技術設計階段提供的裝配圖做些修改。3．編寫技術文檔三、設計應滿足的要求以及了解相關方法和設計構想以現有的機器人為原型，對其具體結構進行設計。機械手的主要技術參數要求如下：工作半徑：800mm； 負載：5kg；關節活動范圍：軸1旋轉+125°－-125°，速度250°/s軸2旋轉+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個關節伺服電機的選型、機械減速驅動方案的確定；整體結構的設計與運動仿真；結構設計需要考慮關節潤滑等；4、機構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．調查研究（1）學習有關設計的方針、政策，明確設計要求；（2）到使用單位調查了解所涉及機床所要承擔的生產任務和加工工藝；（3）到制造單位調查，了解制造廠的設備條件、技術能力和生產經驗；（4）收集國內外同類型機床的技術文獻和圖紙資料。2．方案擬定在調查研究的基礎上，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容有：工藝分析、主要技術參數、總體布局、主要部件的結構草圖、試驗結果及技術經濟分析等。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）繼承性和創造性的相結合，盡量采用先進技術，迅速提高生產力。3.工作圖設計4.說明書的撰寫畢業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，結構的詳細設計；10－13周，結構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、有關參考文獻資料[1]章宏甲.液壓傳動[M],北京:機械工業出版社,2005.[2]王積偉.液壓與氣壓傳動[M],北京：北京機械工業出版社,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:機械工業出版社,2003.[5]趙世華.金屬切削機床設計[M],北京:航空工業出版社,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：上海科學技術出版社，1979.[8]倪森壽．機械制造工藝與裝備[M]，北京：化學工業出版社，2009.[9]徐惠元、曾家駒．機械制造工藝學[M],北京：機械工業出版社，2009.[10]王明耀、張兆隆．機械制造技術[M]，北京：高等教育出版社，2008.[11]ShojiKasaiYuichiTsumaki.ControlofaWearableRobotUsingaPow