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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目 3—DOF工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號 0781052 19
學(xué) 生 姓 名 李明明
指 導(dǎo) 教 師 許 瑛
填 表 日 期 2010 年 3 月 3 日
說 明
開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。
1、 選題的依據(jù)及意義：
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。
“工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。
機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。
而少自由度工業(yè)機(jī)械人中大多數(shù)為機(jī)械手，而機(jī)械手機(jī)器人主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢（圖1-1）。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度（圖1-2）。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度。
機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。
圖 1-1 圖 1-2
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：
機(jī)器人工程是近二十多年來迅速發(fā)展起來的綜合學(xué)科。它集中了機(jī)械工程、電子工程、計算機(jī)工程、自動控制工程以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一，也是我國科技界跟蹤國際高科技發(fā)展的重要方面。工業(yè)機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用水平，是一個國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，正受到許多國家的廣泛重視。
目前，工業(yè)機(jī)器人的定義，世界各國尚未統(tǒng)一，分類也不盡相同。最近聯(lián)合國國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會給工業(yè)機(jī)器人下的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用于搬運(yùn)材料，傳遞工件。
據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）2006年5月發(fā)布的“2006世界機(jī)器人調(diào)查”顯示，2005年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人121000臺，比2004年的97000臺增長25%。這是繼2003年工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量重回增長態(tài)勢后的重大突破，2005年也成為近15年來世界工業(yè)機(jī)器人新安裝臺數(shù)最多的年份，比上一個峰值――2000年的99000臺增長22000臺。
圖2-1： 1991-2005年各年世界新安裝工業(yè)機(jī)器人臺數(shù)
資料來源：World Robotics 2006
據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟統(tǒng)計局預(yù)測，截至2005年底，全世界在運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人共有914000臺，比2004年增加8%。其中，有50%來源于亞洲地區(qū)；歐洲和美洲分別占1/3和16%；而澳大利亞和非洲地區(qū)大概占1%的比例。
資料來源：World Robotics 2006
圖2-2： 1991-2005年各年全世界運(yùn)行中的工業(yè)機(jī)器人總數(shù)
就2005年幾大應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人類型來看，機(jī)械手的產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先于其他類型的工業(yè)機(jī)器人，約達(dá)到43500臺。其中，亞洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量比2004年增加了27%；美洲地區(qū)機(jī)械手的產(chǎn)量幅度更是高達(dá)53%；雖然歐洲地區(qū)2005年機(jī)械手的產(chǎn)量比上年略有下降，但其產(chǎn)量仍接近14000臺。接下來依次是：點(diǎn)焊接機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人和分配機(jī)器人，其產(chǎn)量分別約為20500臺、17500臺、13000臺和4500臺。表1反映了2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量增幅情況。
表1-1： 2005年亞、歐、美三大地區(qū)各類型工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量增幅表
類 型
機(jī)械手
點(diǎn)焊接機(jī)器人
弧焊機(jī)器人
裝配機(jī)器人
分配機(jī)器人
地 增
區(qū) 幅
亞洲地區(qū)
27%
64%
82%
101%
23%
美洲地區(qū)
53%
22%
33%
36%
121%
歐洲地區(qū)
-6%
-27%
6%
1%
-23%
資料來源：World Robotics 2006
三、研究內(nèi)容及主要特色：
本次設(shè)計是根據(jù)對工業(yè)六自由度機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)的分析和探討，進(jìn)行三自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵在于三軸（臂）的傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免運(yùn)動的干涉。在本次設(shè)計中主要負(fù)責(zé)第一臂與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
3.1課題工作內(nèi)容：
1 開題報告，外文資料翻譯
2 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計
3 第一臂、底座的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計
4 Auto CAD平臺上建立各零部件與裝配圖
5 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度：
4.1 3—DOF工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計：
以3自由度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要設(shè)計要求如下：
第一軸：轉(zhuǎn)動角速度為 90/s，轉(zhuǎn)角范圍為0～270
底 座：能夠?qū)崿F(xiàn)第一臂轉(zhuǎn)角(0-270度)轉(zhuǎn)角范圍控制
圖4-1
4.2 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進(jìn)度的時間：
1 開題報告，外文資料翻譯 第01周-第02周
2 機(jī)器人本體的組成方案設(shè)計 第03周-第04周
3 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計 第05周-第08周
4 虛擬平臺的建立與裝配 第09周-第12周
5 機(jī)器人抓取作業(yè)的運(yùn)動模擬 第13周-第15周
6 畢業(yè)論文整理 及答辯準(zhǔn)備 第16周-第17周
5、 參考文獻(xiàn)
1 孫桓 等主編.機(jī)械原理(第六版) .高等教育出版社，2001
2 馬香峰 主編.工業(yè)機(jī)器人的操作機(jī)設(shè)計. 冶金工業(yè)出版社 ,1996
3 宗光華 張慧慧譯.機(jī)器人設(shè)計與控制. 科學(xué)出版社 ， 2004
4鄭笑級 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2004
5 Y.Fujimoto and A.kawamura.Autonomous Control and 3D Dynamic Simulation walking Robot Incuding Environmental Force Interaction. IEEE Robbtics and Automnation Magzuine,1998,5(2):33～42