工業機器人開題報告

一、選題的目的和意義：

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。廣泛采用工業機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且可以保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本。因此，研究和設計各種用途的機器人特別是工業機器人、推廣機器人的應用是有現實意義的。 由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組部分。

二、國內外研究綜述：

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。我國工業機器人起步于70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

我國工業機器人經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。

雖然中國的工業機器人產業在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業發展的一個重要瓶頸。

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE 的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。 一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。

三、畢業設計（論文）所用的主要技術與方法：

在本次設計中，擬應用到的文獻涉及機械原理機械設計類，機械繪圖類，機械工程控制類，機械工程材料和力學以及工業機器人或工業機器人手臂相關的資料，在設計過程中這些材料

可以首先幫我們從整體上了解與機器人手臂相關的技術以及現在國內外的發展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設計過程中進行合理的結構分析和設計方案的初步制定；最后，機器人手臂設計過程中的所需材料的選擇，設計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關文獻資料中得到一些指導與幫助。

機器人本體由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執行器和驅動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉、手腕俯仰、手腕側擺。 機器人采用電動機驅動。這種驅動方式具有結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環境等優點，這也是現代機器人應用最多的驅動方式。為實現機器人靈活自由地移動，驅動系統使用了蓄電池供電。電動機可以選擇步進電機或直流伺服電機。使用直流伺服電機能構成閉環控制，精度高，額定轉速高，但價格較高，而步進電機驅動具有成本低，控制系統簡單的優點。確定這種機器人的6 個關節都采用步進電驅動，開環控制。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、回轉部件、傳動部件和步進電機等。底座部件固定在自動引導車（AGV ）上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉軸，同時起到減速作用。 2) 腰部回轉部件： 腰部回轉部件包括腰部支架、回轉軸、支架、諧波減速器和步進電機、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉運動。在腰部支上固定著驅動大臂俯仰和小臂俯仰的電機。 (3) 大臂部件：包括大臂和傳動部件。 (4) 小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅動手腕三個運動的步進電機 (5) 手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等 (6) 末端執行器： 為抓取不同形狀、不同材質的物體，末端執行器設計得開合范圍比較大，為 0～100mm 。考慮在指尖的平面上貼傳器片，進行力的控制。

四、主要參考文獻與資料獲得情況：

[1].孟慶鑫、王曉東. 《機器人技術基礎》. 哈爾濱工業大學出版社，20xx.

[2].董華梁、彭文生. 《機械設計基礎》. 高等教育出版社，20xx. [3].周伯英. 《工業機械人設計》. 機械工業出版社，1995

[4].鄭堤、唐可洪. 《機電一體化設計基礎》. 機械工業出版社，1997 [5].張鐵、謝存禧. 《機械人學》. 華南理工大學出版社，20xx [6].曲興華. 《儀器制造技術》. 機械工業出版社，20xx

[7].柳暉. 《互換性與技術測量基礎》. 華東理工大學出版社，20xx [8].沈鴻. 《機械工程手冊》. 機械工業出版社，1983

五、畢業設計（論文）進度安排（按周說明）

第5-6周 收集并整理相關資料

第7-8周 研究資料、編寫開題報告

第9-10周 完成畢業設計論文的初稿

第11-12周 根據指導教師意見，修改和完善論文

第13-14周 進一步完善論文，定稿并裝訂成冊

第15-17周 準備畢業答辯，提交論文

工業機器人開題報告

一、選題的目的和意義：

工業機器人在工業生產中能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業，或是危險、惡劣環境下的作業，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。廣泛采用工業機器人，不僅可提高產品的質量與產量，而且可以保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本。因此，研究和設計各種用途的機器人特別是工業機器人、推廣機器人的應用是有現實意義的。由于工業機器人具有一定的通用性和適應性，能適應多品種中、小批量的生產，70年代起，常與數字控制機床結合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統的組部分。

二、國內外研究綜述：

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎上，采用伺服機構和自動控制等技術，研制出有通用性的獨立的工業用自動操作裝置，并將其稱為工業機器人；60年代初，美國研制成功兩種工業機器人，并很快地在工業生產中得到應用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業機器人組成了焊接轎車車身的自動生產線。此后，各工業發達國家都很重視研制和應用工業機器人。我國工業機器人起步于70年代初期，經過20多年的發展，大致經歷了3個階段：70年代的萌芽期，80年代的開發期和90年代的適用化期。

我國工業機器人經過20多年的發展已經初具規模。目前我國已生產出部分機器人關鍵元器件，開發出弧焊、點焊、碼垛、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。一批國產工業機器人已服務于國內諸多企業的生產線上；一批機器人技術的研究人才也涌現出來。一些相關科研機構和企業已掌握了工業機器人操作機的優化設計制造技術；工業機器人控制、驅動系統的硬件設計技術；機器人軟件的設計和編程技術；運動學和軌跡規劃技術；弧焊、點焊及大型機器人自動生產線與周邊配套設備的開發和制備技術等。某些關鍵技術已達到或接近世界水平。

雖然中國的工業機器人產業在不斷的進步中，但和國際同行相比，差距依舊明顯。從市場占有率來說，更無法相提并論。工業機器人很多核心技術，目前我們尚未掌握，這是影響我國機器人產業發展的一個重要瓶頸。

在發達國家中，工業機器人自動化生產線成套設備已成為自動化裝備的主流及未來的發展方向。國外汽車行業、電子電器行業、工程機械等行業已經大量使用工業機器人自動化生產線，以保證產品質量，提高生產效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業機器人的使用實踐表明，工業機器人的普及是實現自動化生產，提高社會生產效率，推動企業和社會生產力發展的有效手段。

機器人技術是具有前瞻性、戰略性的高技術領域。國際電氣電子工程師協會IEEE的科學家在對未來科技發展方向進行預測中提出了4個重點發展方向，機器人技術就是其中之一。一個國家要引入高技術并將其轉移為產業技術（產業化），必須具備5個要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。廣泛使用機器人是實現工業自動化，提高社會生產效率的一種十分重要的途徑。我國正在努力發展工業機器人產業，引進國外技術和設備，培養人才，打開市場。

三、畢業設計（論文）所用的主要技術與方法：

在本次設計中，擬應用到的文獻涉及機械原理機械設計類，機械繪圖類，機械工程控制類，機械工程材料和力學以及工業機器人或工業機器人手臂相關的資料，在設計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與機器人手臂相關的技術以及現在國內外的發展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設計過程中進行合理的結構分析和設計方案的初步制定；最后，機器人手臂設計過程中的所需材料的選擇，設計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關文獻資料中得到一些指導與幫助。

機器人本體由機座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執行器和驅動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉、手腕俯仰、手腕側擺。機器人采用電動機驅動。這種驅動方式具有結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環境等優點，這也是現代機器人應用最多的驅動方式。為實現機器人靈活自由地移動，驅動系統使用了蓄電池供電。電動機可以選擇步進電機或直流伺服電機。使用直流伺服電機能構成閉環控制，精度高，額定轉速高，但價格較高，而步進電機驅動具有成本低，控制系統簡單的優點。確定這種機器人的6 個關節都采用步進電驅動，開環控制。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、回轉部件、傳動部件和步進電機等。底座部件固定在自動引導車（AGV）上，支持整個操作機，步進電機固定在底座上，一級同步帶傳動將運動傳遞到腰部回轉軸，同時起到減速作用。2)腰部回轉部件： 腰部回轉部件包括腰部支架、回轉軸、支架、諧波減速器和步進電機、制動器等。作用是支承大臂部件，并完成腰部回轉運動。在腰部支上固定著驅動大臂俯仰和小臂俯仰的電機。(3)大臂部件：包括大臂和傳動部件。(4)小臂部件：包括小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端（靠近大臂的一端）固定驅動手腕三個運動的步進電機(5)手腕部件：包括手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機械接口等(6)末端執行器： 為抓取不同形狀、不同材質的物體，末端執行器設計得開合范圍比較大，為 0～100mm。考慮在指尖的平面上貼傳器片，進行力的控制。

四、主要參考文獻與資料獲得情況：

[1].孟慶鑫、王曉東.《機器人技術基礎》.哈爾濱工業大學出版社，2006.[2].董華梁、彭文生.《機械設計基礎》.高等教育出版社，2007.[3].周伯英.《工業機械人設計》.機械工業出版社，1995 [4].鄭堤、唐可洪.《機電一體化設計基礎》.機械工業出版社，1997 [5].張鐵、謝存禧.《機械人學》.華南理工大學出版社，2004 [6].曲興華.《儀器制造技術》.機械工業出版社，2010 [7].柳暉.《互換性與技術測量基礎》.華東理工大學出版社，2006 [8].沈鴻.《機械工程手冊》.機械工業出版社，1983

五、畢業設計（論文）進度安排（按周說明）第5-6周 收集并整理相關資料

第7-8周 研究資料、編寫開題報告

第9-10周 完成畢業設計論文的初稿

第11-12周 根據指導教師意見，修改和完善論文 第13-14周 進一步完善論文，定稿并裝訂成冊 第15-17周 準備畢業答辯，提交論文