第一篇：開題報(bào)告-《上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)》的論文 范文

開題報(bào)告范文-《上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)》的論文

開題報(bào)告范文-《上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)》的論文

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關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 青島大學(xué)碩士開題報(bào)告范文 青島論文 開題報(bào)告

一、選題的目的和意義

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進(jìn)而對(duì)日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運(yùn)動(dòng)性障礙的病人也在顯著增加，與之相對(duì)的是通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行的康復(fù)理療已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)特殊群體已得到更多人的關(guān)注，治療康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高，因此服務(wù)于四肢的康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。

目前世界上手功能康復(fù)機(jī)器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機(jī)器人產(chǎn)品更是少之又少，在國內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)，因此對(duì)手功能康復(fù)機(jī)器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。

目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題：康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測(cè)和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。本課題針對(duì)以上問題，采用氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運(yùn)動(dòng)，不僅降低了設(shè)備成本，更重要的是提高了系統(tǒng)對(duì)人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和速度易調(diào)整等特點(diǎn)。

課題的研究思想符合實(shí)際國情和康復(fù)機(jī)器人對(duì)系統(tǒng)柔順性、安全性、輕巧性的高要求。它將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機(jī)器人，輔助患者完成手部運(yùn)動(dòng)功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟(jì)、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健。

綜上所述，氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)是氣壓驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義。

二、國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 2.1 國外研究動(dòng)態(tài)

美國是研究氣動(dòng)肌肉機(jī)構(gòu)最多的國家，主要集中在大學(xué)。華盛頓大學(xué)的生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室從生物學(xué)角度對(duì)氣動(dòng)肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進(jìn)行失效機(jī)理分析，代寫論文制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運(yùn)動(dòng)控制研究。

vanderbilt 大學(xué)認(rèn)知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個(gè)采用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的爬墻機(jī)器人，并應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。

伊利諾伊大學(xué)香檳分校的貝克曼研究所對(duì)圖像定位的5自由度soft arm 機(jī)械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高精度位置控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學(xué)設(shè)計(jì)了并聯(lián)彈簧的新結(jié)構(gòu)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。

英國salford 大學(xué)高級(jí)機(jī)器人研究中心對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了長期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動(dòng)肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠(yuǎn)程控制。

法國國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動(dòng)肌肉的動(dòng)靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動(dòng)源的人工肌肉以及在遠(yuǎn)程醫(yī)療上的應(yīng)用。

比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)制作了新型的折疊式氣動(dòng)肌肉用于驅(qū)動(dòng)兩足步行機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制。日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發(fā)明了多種不同結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)肌肉。德國festoon 公司發(fā)明了適合工業(yè)應(yīng)用的氣動(dòng)肌腱fluidic muscle，壽命可達(dá)1000萬次以上，同時(shí)還對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進(jìn)的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學(xué)合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。

lilly采用基于滑動(dòng)模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了單氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)位置控制。2.2 國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

自20 世紀(jì)90 年代以來，我國陸續(xù)開始了氣動(dòng)肌肉的研究。北京航空航天大學(xué)的宗光華較早開始?xì)鈩?dòng)肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對(duì)驅(qū)動(dòng)模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過剛度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)柔順控制。

上海交通大學(xué)的田社平等運(yùn)用零極點(diǎn)配置自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王祖溫等分析了氣動(dòng)肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響、氣動(dòng)肌肉的靜動(dòng)態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動(dòng)肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數(shù)據(jù)手套和6 足機(jī)器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響應(yīng)殘余震蕩問題。

北京理工大學(xué)的彭光正等先后進(jìn)行了單根人工肌肉、單個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)以及3 自由度球面并聯(lián)機(jī)器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計(jì)了6 足爬行機(jī)器人和17 自由度仿人五指靈巧手。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)氣動(dòng)中心的隋立明博士也通過實(shí)驗(yàn)得到了氣動(dòng)人工肌肉的一個(gè)更簡潔的修正模型和經(jīng)驗(yàn)公式并對(duì)兩根氣動(dòng)人工肌肉組成的一個(gè)簡單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進(jìn)一步驗(yàn)證氣動(dòng)人工肌肉的模型。

上海交通大學(xué)的林良明也對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的軌跡學(xué)習(xí)控制進(jìn)行了仿真研究給出了學(xué)習(xí)的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學(xué)習(xí)控制奠定了基礎(chǔ)。其中田社平通過對(duì)氣動(dòng)人工肌肉收縮在頻率域上的數(shù)學(xué)模型并對(duì)它的結(jié)構(gòu)及其靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)方程。

2003年付大鵬等，以機(jī)械手抓取物體為分析對(duì)象，采用矩陣法來描述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問題，以四階方陣變換三維空間點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將運(yùn)動(dòng)、變換和映射與矩陣計(jì)算聯(lián)系起來建立了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并提出了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法，這種方法對(duì)機(jī)械手的精密設(shè)計(jì)和計(jì)算具有普遍適用意義。

2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對(duì)5自由度的康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機(jī)械手的動(dòng)力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，的除了機(jī)械臂的動(dòng)力響應(yīng)曲線，為機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制提供理論依據(jù)。

2008年北京聯(lián)合大學(xué)張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)則物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了五指型機(jī)器手，手指彎曲電機(jī)與指間平衡電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器手的多角度張開、抓握運(yùn)動(dòng)方式,對(duì)實(shí)用型仿人機(jī)器手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考意義。

2009年楊玉維等人對(duì)輪式懸架移動(dòng)2連桿柔性機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究與仿真。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動(dòng)坐標(biāo)法描述機(jī)械手彈性變形與參考運(yùn)動(dòng)間的動(dòng)力學(xué)耦合問題，綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標(biāo)系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構(gòu)建了該移動(dòng)柔性機(jī)械手系統(tǒng)的完整動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行仿真。

2009年羅志增，顧培民研究設(shè)計(jì)了一種單電機(jī)驅(qū)動(dòng)多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手，能夠很好的實(shí)現(xiàn)靈巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個(gè)機(jī)械手共有4指12個(gè)關(guān)節(jié)。每個(gè)手指有3個(gè)指節(jié)，由兩個(gè)平行四邊形的指節(jié)結(jié)構(gòu)確保手指末端做平移運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)方案很好的實(shí)現(xiàn)了控制簡單、抓握可靠的目的。

從目前來看，國內(nèi)對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動(dòng)人工肌肉的研究與國外還有相當(dāng)?shù)牟罹鄬?duì)氣動(dòng)人工肌肉中的許多問題，還沒有進(jìn)行深入的研究。此外，采用氣動(dòng)人工肌肉作為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的研究還不成熟。

三、主要研究內(nèi)容和解決的主要問題

目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題:康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測(cè)和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。為此，課題主要研究內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動(dòng)手功能康復(fù)設(shè)備。對(duì)氣動(dòng)手指康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、用mat lab軟件對(duì)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的康復(fù)治療過程的力位信息進(jìn)行仿真分析。

要實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。主要包括：人手部的手指彎曲抓握動(dòng)作分析，氣壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。(2)對(duì)機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。主要包括：氣壓驅(qū)動(dòng)的手指關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。

(3)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進(jìn)行機(jī)器人氣壓驅(qū)動(dòng)終端的力位信息 仿真。

根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)以及工作量的要求，外附骨骼機(jī)械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。

四、論文工作計(jì)劃與方案 論文工作計(jì)劃安排：

2010年9月2011年6月準(zhǔn)備課題階段：

主要工作：學(xué)習(xí)當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù)學(xué)習(xí)用matlab軟件進(jìn)行計(jì)算仿真及優(yōu)化，查閱國內(nèi)外的資料，對(duì)康復(fù)機(jī)械手作初步了解。2011年7月2011年9月課題前期階段

主要工作：課題方案設(shè)計(jì)，擬寫開題報(bào)告，開題。2011年10月2012年7月課題中期階段

主要工作：開始具體課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。2012年8月2012年12月課題后期階段

主要工作：對(duì)手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行模擬仿真，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善課題。

2013年1月2013年4月結(jié)束課題階段

主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準(zhǔn)備進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。2013年5月2013年6月論文答辯階段 主要工作方案：

1.完成學(xué)位課與非學(xué)位課學(xué)習(xí)的同時(shí)，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)手指康復(fù)機(jī)械手作初步了解。

2.查閱資料，了解氣動(dòng)手指康復(fù)機(jī)器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。3.分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)。

4.對(duì)現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和提煉，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。5.開始具體設(shè)計(jì)工作。6.matlab進(jìn)行模擬仿真。7.撰寫論文。

第二篇：工業(yè)機(jī)器人開題報(bào)告

工業(yè)機(jī)器人開題報(bào)告

一、選題的目的和意義：

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且可以保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本。因此，研究和設(shè)計(jì)各種用途的機(jī)器人特別是工業(yè)機(jī)器人、推廣機(jī)器人的應(yīng)用是有現(xiàn)實(shí)意義的。由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，70年代起，常與數(shù)字控制機(jī)床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組部分。

二、國內(nèi)外研究綜述：

20世紀(jì)50年代末，美國在機(jī)械手和操作機(jī)的基礎(chǔ)上，采用伺服機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨(dú)立的工業(yè)用自動(dòng)操作裝置，并將其稱為工業(yè)機(jī)器人；60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機(jī)器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺(tái)工業(yè)機(jī)器人組成了焊接轎車車身的自動(dòng)生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。我國工業(yè)機(jī)器人起步于70年代初期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開發(fā)期和90年代的適用化期。

我國工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。目前我國已生產(chǎn)出部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人已服務(wù)于國內(nèi)諸多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批機(jī)器人技術(shù)的研究人才也涌現(xiàn)出來。一些相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已掌握了工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)器人軟件的設(shè)計(jì)和編程技術(shù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；弧焊、點(diǎn)焊及大型機(jī)器人自動(dòng)生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的開發(fā)和制備技術(shù)等。某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近世界水平。

雖然中國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷的進(jìn)步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場(chǎng)占有率來說，更無法相提并論。工業(yè)機(jī)器人很多核心技術(shù)，目前我們尚未掌握，這是影響我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。

在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個(gè)世紀(jì)的工業(yè)機(jī)器人的使用實(shí)踐表明，工業(yè)機(jī)器人的普及是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，推動(dòng)企業(yè)和社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。

機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的科學(xué)家在對(duì)未來科技發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測(cè)中提出了4個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，機(jī)器人技術(shù)就是其中之一。一個(gè)國家要引入高技術(shù)并將其轉(zhuǎn)移為產(chǎn)業(yè)技術(shù)（產(chǎn)業(yè)化），必須具備5個(gè)要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，提高社會(huì)生產(chǎn)效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備，培養(yǎng)人才，打開市場(chǎng)。

三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：

在本次設(shè)計(jì)中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類，機(jī)械繪圖類，機(jī)械工程控制類，機(jī)械工程材料和力學(xué)以及工業(yè)機(jī)器人或工業(yè)機(jī)器人手臂相關(guān)的資料，在設(shè)計(jì)過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機(jī)器人手臂相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)方案的初步制定；最后，機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)過程中的所需材料的選擇，設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，運(yùn)動(dòng)過程的控制以及其他的注意事項(xiàng)，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。

機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)裝置組成。共有六個(gè)自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。機(jī)器人采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這也是現(xiàn)代機(jī)器人應(yīng)用最多的驅(qū)動(dòng)方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈活自由地移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用了蓄電池供電。電動(dòng)機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。使用直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高，但價(jià)格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點(diǎn)。確定這種機(jī)器人的6 個(gè)關(guān)節(jié)都采用步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)，開環(huán)控制。各部件組成和功能描述如下：(1)底座部件： 底座部件包括底座、回轉(zhuǎn)部件、傳動(dòng)部件和步進(jìn)電機(jī)等。底座部件固定在自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）上，支持整個(gè)操作機(jī)，步進(jìn)電機(jī)固定在底座上，一級(jí)同步帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)傳遞到腰部回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)起到減速作用。2)腰部回轉(zhuǎn)部件： 腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器和步進(jìn)電機(jī)、制動(dòng)器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在腰部支上固定著驅(qū)動(dòng)大臂俯仰和小臂俯仰的電機(jī)。(3)大臂部件：包括大臂和傳動(dòng)部件。(4)小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動(dòng)部件、傳動(dòng)軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅(qū)動(dòng)手腕三個(gè)運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)(5)手腕部件：包括手腕殼體、傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸、機(jī)械接口等(6)末端執(zhí)行器： 為抓取不同形狀、不同材質(zhì)的物體，末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)得開合范圍比較大，為 0～100mm。考慮在指尖的平面上貼傳器片，進(jìn)行力的控制。

四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：

[1].孟慶鑫、王曉東.《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.[2].董華梁、彭文生.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工業(yè)機(jī)械人設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [4].鄭堤、唐可洪.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [5].張鐵、謝存禧.《機(jī)械人學(xué)》.華南理工大學(xué)出版社，2004 [6].曲興華.《儀器制造技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社，2010 [7].柳暉.《互換性與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)》.華東理工大學(xué)出版社，2006 [8].沈鴻.《機(jī)械工程手冊(cè)》.機(jī)械工業(yè)出版社，1983

五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）第5-6周 收集并整理相關(guān)資料

第7-8周 研究資料、編寫開題報(bào)告

第9-10周 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的初稿

第11-12周 根據(jù)指導(dǎo)教師意見，修改和完善論文 第13-14周 進(jìn)一步完善論文，定稿并裝訂成冊(cè) 第15-17周 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯，提交論文

第三篇：機(jī)器人設(shè)計(jì)論文

綠化植樹機(jī)器人設(shè)計(jì)

摘要：

這個(gè)機(jī)器人是針對(duì)大量綠色植樹而設(shè)計(jì)的，利用機(jī)械四足作為其活動(dòng)方式，機(jī)器人通過視頻識(shí)別系統(tǒng)在有限范圍內(nèi)對(duì)地形與植被作出判斷，然后通過自動(dòng)行走系統(tǒng)移動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)前面，再通過機(jī)械手取出攜帶的植物幼苗，通過這個(gè)可以360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂進(jìn)行種植工作，機(jī)械臂可以進(jìn)行種植、培土、等工作。種植完成后還將用一層可分解的塑料薄膜覆蓋植物幼苗，保證其在能夠自行成長前的安全。

關(guān)鍵詞：

綠化植樹、四足行走、山坡作業(yè)、視頻識(shí)別、機(jī)械臂操作

設(shè)計(jì)背景：

地球現(xiàn)在正面臨著綠色植被在不斷減少的危機(jī)，而人類也因?yàn)檫@樣要面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題。大量植樹還原綠色植被是一個(gè)相當(dāng)重要的手段來解決這個(gè)難題，但是依靠人力去做的話，效率始終不夠高。所以在這里我想設(shè)計(jì)一個(gè)專門用于大作業(yè)量的綠化植樹機(jī)器人。

設(shè)計(jì)思路：

這個(gè)機(jī)器人，是需要面對(duì)山坡這樣的陡峭地形的，由于特殊的使用環(huán)境，機(jī)器人的活動(dòng)方式要求能夠靈活的應(yīng)對(duì)顛簸不平的土地，機(jī)械四足需要能夠根據(jù)不同的地勢(shì)調(diào)整四足的高度，確保平穩(wěn)的行走，這種活動(dòng)方式才能使機(jī)器人輕松到達(dá)山崖大部分位置。移動(dòng)起來必須十分的輕巧，以避免對(duì)其他植物的傷害。由于這個(gè)機(jī)器人對(duì)視頻識(shí)別有著較高的要求，所以必須在這方面有所突破，同時(shí)當(dāng)發(fā)現(xiàn)有雜草或者有害植物的時(shí)候，還可以通過高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂可以保證種植過程的順利進(jìn)行。

詳細(xì)具體設(shè)計(jì)方案：

一． 整體結(jié)構(gòu)：

1.整個(gè)機(jī)器人分成上下兩大部分，上部分是機(jī)械手臂，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的整個(gè)種植操作，下部是機(jī)器人的機(jī)身和四足，包括：植物幼苗存放倉、紅外線距離測(cè)量儀、攝像頭、電腦處理系統(tǒng)。

2.機(jī)器人是通過電力驅(qū)動(dòng)的，所以必須攜帶儲(chǔ)電池，也是安裝在機(jī)身。二． 中央處理系統(tǒng)：

機(jī)器人的機(jī)身將安裝一個(gè)中央處理系統(tǒng)，作為機(jī)器人的大腦，它主要調(diào)節(jié)機(jī)器人三大系統(tǒng)：機(jī)械四足行走系統(tǒng)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)、機(jī)械臂控制系統(tǒng)。中央處理系統(tǒng)要接收和分析紅外線距離測(cè)量儀、攝像頭、機(jī)械臂傳感器等反饋信息，以及控制四足的行進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)械臂操作等。三． 機(jī)械四足行走系統(tǒng)： 1.機(jī)械四足的形狀：

一開始的時(shí)候，我曾經(jīng)很困惑于如何把握行走穩(wěn)定與行走速度之間的平衡，后來設(shè)想出仿人類四肢的關(guān)節(jié)加上圓形的腳盤這個(gè)方案，總體感覺可以滿足行走的需要。2.如何實(shí)現(xiàn)行進(jìn)：

參考了機(jī)械小狗的設(shè)計(jì)，將機(jī)械四足連接在機(jī)器人的中央處理系統(tǒng)而成為一個(gè)整體，接受中央處理系統(tǒng)的控制。每次改變一個(gè)機(jī)械足的位置，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的行

走。

3.如何保持位置穩(wěn)定：

在機(jī)器人機(jī)身安裝有3個(gè)紅外線距離探測(cè)器，當(dāng)機(jī)器人識(shí)別到了目標(biāo)之后，三個(gè)探測(cè)器同時(shí)從3個(gè)方向測(cè)量其與目標(biāo)的實(shí)時(shí)距離，這樣就可以確定機(jī)器人和目標(biāo)的相對(duì)三維位置。確定了相對(duì)位置之后，將數(shù)據(jù)傳送給中央處理系統(tǒng)。再次調(diào)節(jié)四足關(guān)節(jié)處的角度以及腳盤關(guān)節(jié)處的角度，讓機(jī)器人可以平穩(wěn)的站立。四． 機(jī)器人視覺系統(tǒng)：

1.識(shí)別原理：

當(dāng)機(jī)器從人移動(dòng)到距離目標(biāo)五米范圍內(nèi)，就開始識(shí)別目標(biāo)的過程了。負(fù)責(zé)識(shí)別目標(biāo)地點(diǎn)的攝像頭就安裝在機(jī)身上。

識(shí)別的工作原理是根據(jù)環(huán)境顏色和形狀的不同作判斷，再通過視頻攝像和經(jīng)過中央處理系統(tǒng)程序計(jì)算識(shí)別出來的。2.攝像頭要求：

由于工作需要，攝像頭的視角范圍必須足夠大。因此攝像頭的形狀設(shè)計(jì)為圓球形，好像眼球一樣可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

五． 機(jī)械臂夾持系統(tǒng)：

當(dāng)目標(biāo)已經(jīng)識(shí)別出來之后就應(yīng)該開始收集工作了。這個(gè)機(jī)器人的收集垃圾的工作是通過外夾式機(jī)械臂來完成的。1.手指類型：結(jié)合課堂知識(shí)，機(jī)械臂的手指類型選擇是由被握持物件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同而決定的。由于這個(gè)機(jī)器人針對(duì)的目標(biāo)是裝有植物幼苗的器皿，因此機(jī)械手指的設(shè)計(jì)采用針對(duì)圓柱形物件的特殊中空手指，你也可以說沒有手指，可以直接將圓柱狀的幼苗器皿卡住，種入泥土中。另外內(nèi)面將采用柔性材料鑲襯橡膠來增加摩擦力。

2.驅(qū)動(dòng)裝置：采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)。3.除草系統(tǒng)：通過識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出雜草或者有害植物的時(shí)候，還可以通過手臂中的高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。

六． 植物幼苗存放倉：

植物幼苗存放倉將安裝在機(jī)器人機(jī)身上部，以輕型塑料制作，為倉盒狀，可以有透明的材料遮擋惡劣的天氣環(huán)境。倉的下部安裝有平衡測(cè)試儀器，防止裝幼苗的時(shí)候由于重心變化而導(dǎo)致機(jī)身傾斜。七． 可能遇到的實(shí)際問題：

這只是一個(gè)機(jī)器人的理論設(shè)計(jì)而已，我也想到了一些實(shí)際上可能遇到的問題，比如：具體的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保證安全的攀登上去？機(jī)器人是采用電力驅(qū)動(dòng)的，但電池的體積和質(zhì)量都不能太大，如何可以保證電力的持久供給？

簡易設(shè)計(jì)圖：

第四篇：搬運(yùn)機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

廣東技術(shù)師范學(xué)院

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告

題目4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

專 業(yè) 名 稱

飛行器動(dòng)力工程

班 級(jí) 學(xué) 號(hào)

學(xué) 生 姓 名

指 導(dǎo) 教 師

填 表 日 期

2013 年 月 日

一、選題的依據(jù)及意義：

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人常用于搬運(yùn)、噴漆、焊接和裝配工作。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多重體力勞動(dòng)必將由機(jī)器代替,這一方面可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,另一方面可以大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。最早的搬運(yùn)機(jī)器人出現(xiàn)在1960年的美國，Versatran和Unimate兩種機(jī)器人首次用于搬運(yùn)作業(yè)。搬運(yùn)作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件，是指從一個(gè)加工位置移到另一個(gè)加工位置。搬運(yùn)機(jī)器人可安裝不同的末端執(zhí)行器以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運(yùn)工作，大大減輕了人類繁重的體力勞動(dòng)。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人逾10萬臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。部分發(fā)達(dá)國家已制定出人工搬運(yùn)的最大限度，超過限度的必須由搬運(yùn)機(jī)器人來完成。搬運(yùn)機(jī)器人是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，涉及到了力學(xué)，機(jī)械學(xué)，電器液壓氣壓技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)體系中的一項(xiàng)重要組成部分。它的優(yōu)點(diǎn)是可以通過編程完成各種預(yù)期的任務(wù)，在自身結(jié)構(gòu)和性能上有了人和機(jī)器的各自優(yōu)勢(shì)，尤其體現(xiàn)出了人工智能和適應(yīng)性。

應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械人可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都有搬運(yùn)機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。

可見，有效的應(yīng)用搬運(yùn)機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,改善勞動(dòng)條件,減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段,國內(nèi)外都很重視它的應(yīng)用和發(fā)展。搬運(yùn)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。

二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)：

（1）國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器人的分類方法有多種, 按其應(yīng)用可分為：工業(yè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、空間機(jī)器人和娛樂機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)械人的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，如圖

1、圖2的搬運(yùn)機(jī)器人。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

圖1.搬運(yùn)機(jī)器人

圖2.六自由度機(jī)器人

搬運(yùn)機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，搬運(yùn)機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展，使得搬運(yùn)機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。搬運(yùn)機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，搬運(yùn)機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用 國內(nèi)搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)主要可以概括為以下幾點(diǎn)：

①搬運(yùn)機(jī)械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機(jī)價(jià)格不斷下降。

②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)造搬運(yùn)機(jī)械手整機(jī);國外已有模塊化裝配搬運(yùn)機(jī)械手產(chǎn)品問市。

③搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(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。

④搬運(yùn)機(jī)械手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，搬運(yùn)機(jī)械手還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，⑤虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在搬運(yùn)機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制如使遙控機(jī)械手操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱搬運(yùn)機(jī)械手。（2）國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代國際工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題。因此其各種生產(chǎn)流水線以及物流管理中更是多元化的使用著氣動(dòng)機(jī)械手，如圖3。其中化工等連續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，搬運(yùn)機(jī)器人就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)

生的。搬運(yùn)機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。國外機(jī)械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中不僅在單機(jī)、專機(jī)上采用機(jī)械手上下料如圖4，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。并和機(jī)床共同組成一個(gè)綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。采用搬運(yùn)機(jī)械手在流水線進(jìn)行生產(chǎn)更是目前研究的重點(diǎn)，國外已研究采用攝象機(jī)和力傳感裝置和微型計(jì)算機(jī)連在一起，能確定零件的方位達(dá)到準(zhǔn)確搬運(yùn)的目的。

圖3.氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手

圖4.自動(dòng)上下料機(jī)械手

國外搬運(yùn)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的搬運(yùn)機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。視覺功能即在搬運(yùn)機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及微型計(jì)算機(jī)。

觸覺功能即是在機(jī)械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展機(jī)械手裝配作業(yè)的能力也將進(jìn)一步提高。更重要的是將搬運(yùn)

機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。

三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：

(1)主要研究內(nèi)容

本文研究了國內(nèi)外機(jī)械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學(xué)習(xí)機(jī)械手的工作原理，熟悉了搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，確定了四自由度搬運(yùn)機(jī)械手的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡單的力學(xué)模型分析，完成了機(jī)械手機(jī)械方面的設(shè)計(jì)（包括傳動(dòng)部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動(dòng)部分）和簡單的三維實(shí)體造型工作。(2)主要實(shí)驗(yàn)方案

①根據(jù)系統(tǒng)的要求，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式； ②確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型；

③確定四自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行力學(xué)校核； ④選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)器人總裝圖的設(shè)計(jì)； ⑤繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸； ⑥運(yùn)用三維軟件完成三維實(shí)體造型工作。

四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度

(1)本課題研究的目標(biāo)

以4-DOF SCARA機(jī)器人為研究對(duì)象，基于三維軟件完成4-DOF SCARA機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)模擬。

要求機(jī)器人手爪最大負(fù)載能力是1.0kg 各軸運(yùn)動(dòng)范圍為：0～360°,0～200°,0～200mm,0～200° 各軸最大運(yùn)動(dòng)速度≤1.8rad/s

(2)本課題需要解決的問題

完成4-DOF搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行力學(xué)分析校核確保機(jī)器人工作的可靠性；畫出機(jī)器人的各個(gè)零件圖，同時(shí)運(yùn)用三維軟件畫出實(shí)體圖。(3)主要特色

本設(shè)計(jì)的特色就是設(shè)計(jì)一個(gè)小型氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線，把工業(yè)產(chǎn)品從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另外一條生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕產(chǎn)業(yè)工人大量的重復(fù)性勞動(dòng)，同時(shí)又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。(4)計(jì)劃和工作進(jìn)度

①查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯，撰寫題報(bào)告 2.20～3.15 4周②相關(guān)外文文獻(xiàn)資料的閱讀與翻譯（6000字符以上）3.15～3.29 2周③總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 3.29～4.13 2周④零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.13～5.7 3周

⑤零部件的強(qiáng)度計(jì)算與校核 5.7～5.23 2周⑥撰寫畢業(yè)論文 5.23～6.6 2周 ⑦畢業(yè)設(shè)計(jì)審查、畢業(yè)答辯 6.6～6.20 2周

五、參考文獻(xiàn)

【1】馬光 申桂英.工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].組合機(jī)床與與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002（3）

【2】曾孔庚.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2006,(06)【3】杜志俊.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)械工程師, 2002(5)【4】唐立平.基于PLC的四自由度機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].江蘇: 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 2007年

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【8】孫樹棟主編.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年 【9】吳振彪主編.工業(yè)機(jī)器人[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004年

【10】謝存禧 張鐵主編.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年 【11】G L Batten.Programmable Logical Controllers: hardware, software and applications.Mc Graw-Hill.1994 【12】SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual.2004 【13】Gao F,Li W M.New kinematic strctures for 2-,3-,4-,and 5-DOF parallel manipulator designs.Mechanism and machine Theory,2002,37：1395～1411 【14】Zlatanov D,Gosselin C M.A familiy of new parallel architectures with four degrees of freedom.Journal of Compulational Kinematics,2001(5)：57～66 【15】GASPARETTO A, ZANOTTO V.A new method for smooth trajectory planning of robot manipulators[J].Mechanism and Machine Theory, 2007, 42(4): 455–471

第五篇：《吸入式水面垃圾清理機(jī)器人設(shè)計(jì)》開題報(bào)告

開

題

報(bào)

告

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目

吸入式水面垃圾清理機(jī)器人設(shè)計(jì)

題目類型

論文類￡

作品設(shè)計(jì)類□

其他□

一、選題簡介、意義

水域是生命之源，生命搖籃。然而，水受到的污染正愈發(fā)嚴(yán)重。目前水面垃圾主要是塑料、泡沫和生活廢棄物，而這些難以降解的垃圾更容易被生物所寄居，助長物種入侵隱患。如果水面垃圾沒有及時(shí)清理，經(jīng)過水浸泡和風(fēng)吹，會(huì)危及水質(zhì)，尤其是在夏天，漂浮物在高溫下霉?fàn)€，臭味傳到方圓幾公里，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量，污染了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，也嚴(yán)重影響了居民的健康。

目前許多國家的河流、水域漂浮物污染十分嚴(yán)重，給人們的生存環(huán)境、投資環(huán)境和開發(fā)利用旅游資源等帶來負(fù)面影響。舉例來說：水葫蘆在我國和北美、亞洲、大洋洲和非洲十分肆虐，使得許多水域原有生物大量滅絕，嚴(yán)重地破壞了生物多樣性和生態(tài)平衡，導(dǎo)致河水發(fā)黑、發(fā)臭，河流、湖泊淤塞，相關(guān)水域赤潮頻發(fā)。

傳統(tǒng)的水面垃圾清理，主要是通過人為打撈，效率比較低，同時(shí)又消耗了大量的人力和財(cái)力，些是僅靠人力是很難完成的，而且生命安全很難保證。

本項(xiàng)目研制的吸入式水面垃圾清理機(jī)器人設(shè)計(jì)主要通過機(jī)械手段，同時(shí)有效利用電源來實(shí)現(xiàn)垃圾的收集。其最大的特點(diǎn)是效率大大提高，并且代替人為所不能進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境。本次設(shè)計(jì)模仿機(jī)器人的基本功能和設(shè)計(jì)思路，根據(jù)機(jī)器人要完成的任務(wù)和動(dòng)作，結(jié)合機(jī)器人的特殊加工工藝，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完成符合市場(chǎng)需求的低成本高技術(shù)含量的水面垃圾清理機(jī)器人模型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。其中包括機(jī)器裝置的原理方案構(gòu)思和擬定；原理方案的實(shí)現(xiàn)、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)；單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；PRO/E

3D仿真設(shè)計(jì)和造型；關(guān)鍵技術(shù)的分析與實(shí)現(xiàn)、主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡圖；設(shè)計(jì)計(jì)算與說明、設(shè)計(jì)小結(jié)。

二、課題綜述（課題研究，主要研究的內(nèi)容，要解決的問題，預(yù)期目標(biāo)，研究步驟、方法及措施等）

研究內(nèi)容：

本論文分為七章。第一章為緒論，主要介紹了選題目的、背景和意義及國內(nèi)外的相關(guān)研究；第二章介紹了設(shè)計(jì)任務(wù)，包括設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求，動(dòng)作要求等；第三章對(duì)水面垃圾清理機(jī)器人進(jìn)行大體的介紹，包括整體機(jī)構(gòu)和各機(jī)械機(jī)構(gòu)；第四章是應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。所謂現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，就是就是區(qū)別于過去常用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法，包括設(shè)計(jì)方法學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、人工神經(jīng)元計(jì)算方法、工程遺傳算法智能工程、價(jià)值工程人機(jī)工程等。其特點(diǎn)主要有：系統(tǒng)性、社會(huì)性、創(chuàng)造性、最優(yōu)性、動(dòng)態(tài)性、智能化CA

化等。故用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法可以得到組成水面垃圾清理機(jī)器人的最優(yōu)化機(jī)構(gòu)，得到最優(yōu)的方案。第五章介紹了水面垃圾清理機(jī)器人的控制系統(tǒng)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，完成了機(jī)器人控制系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)及模塊選型。第六章對(duì)雙船體、槽輪等主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論計(jì)算，為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。第七章是在前幾章的論述的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論，并對(duì)此次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。

研究方法：

（1）

查閱相關(guān)資料

（2）

進(jìn)行實(shí)地考察

（3）

向指導(dǎo)老師以及相關(guān)專業(yè)人員請(qǐng)假

三、設(shè)計(jì)（論文）體系、結(jié)構(gòu)（大綱）

第一章

緒

論

1.1

選題目的、背景和意義

1.2

國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述

1.3

研究內(nèi)容

第二章

設(shè)計(jì)任務(wù)

2.1

設(shè)計(jì)題目

2.2

設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求

2.3

設(shè)計(jì)的內(nèi)容

第三章

水面垃圾清理機(jī)器人概述

3.1

整體結(jié)構(gòu)

3.2

整體結(jié)構(gòu)說明

第四章

動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)方案

4.2功能提取與分解

4.3

原理求解的綜合4.4方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)及多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)圖

4.5方案概述

第五章

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1視覺子系統(tǒng)

5.2

決策子系統(tǒng)

5.3

無線通訊子系統(tǒng)

第六章

理論設(shè)計(jì)計(jì)算

6.1雙體船的設(shè)計(jì)

6.2旋轉(zhuǎn)葉片主軸的設(shè)計(jì)

6.3槽輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.4四桿和“風(fēng)車”的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)

6.5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算分析

6.6齒輪傳動(dòng)計(jì)算

指導(dǎo)教師意見：

簽字：

****年**月**日

院（系）審批意見：

簽章：

****年**月**日