垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計（腰部關(guān)節(jié)）

垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計（腰部關(guān)節(jié)）,垂直,關(guān)節(jié),機器人,位置,控制,結(jié)構(gòu)設(shè)計,腰部 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué) 生 姓 名： （3號楷體） 學(xué) 號： （用3號楷體） 專 業(yè)： （用3號楷體） 設(shè)計(論文)題目： 垂直多關(guān)節(jié)機器人位置控制結(jié)構(gòu)設(shè)計（腰部關(guān)節(jié)） 指 導(dǎo) 教 師: （用3號楷體） 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 文章闡述了機器人在機械制造噴漆中的發(fā)展，并分析了機械的組成部分及其工作原理和設(shè)計的過程。同時闡述了垂直多關(guān)節(jié)機器人在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，以及機器人的分類。最后闡述了該課題的意義，及主要研究內(nèi)容及研究方法。 關(guān)鍵詞 機器人 ，垂直多關(guān)節(jié)機器人 ，自動噴涂 1 噴涂機器人概述 目前，噴涂機器人的定義，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器人協(xié)會給噴涂機器人下的定義：噴涂機器人是一種可重復(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，主要用于搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結(jié)合我國的習(xí)慣用語，對噴涂機器人作如下定義： 噴涂機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人。 噴涂機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當(dāng)高，它可以根據(jù)外部來的信號，自動進行各種操作。 噴涂機器人是在計算機控制下可編程的自動機器。采用噴涂機器人是提高產(chǎn)品質(zhì)量與勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，改善勞動條件，減輕勞動強度的一種有效手段。機器人的誕生和發(fā)展雖只有30多年的歷史，但它已應(yīng)用到國民經(jīng)濟，民事技術(shù)等眾多的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，顯示出強大的生命力[1-2]。 1.1 噴涂機器人功能 根據(jù)所處的環(huán)境和作業(yè)需求，噴涂機器人具有可進行自動噴漆或噴涂其他涂料功能（如視覺，力覺，觸覺等）。以及語音功能及至邏輯思維，判斷決策功能等。從而使其能在要求的環(huán)境中代替人進行作業(yè)。 本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型噴涂機器人，利用錐齒輪傳動實現(xiàn)機器人的旋轉(zhuǎn)，利用機電缸實現(xiàn)其移動以及對零件自動噴漆或噴涂。在步進電機的控制下，機器達到精確的回轉(zhuǎn)運動[3-4]。 1.2 噴涂機器人的發(fā)展 噴涂機器人的發(fā)展，由簡單到復(fù)雜，由初級到高級逐步完善，它的發(fā)展過程可分為三代： 第一代噴涂機器人就是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型噴涂機器人，它主要由手部、臂部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。它的控制方式比較簡單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。 第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代噴涂機器人要復(fù)雜得多，這種機器人從1980年開始進入了實用階段，不久即將普及應(yīng)用。 第三代噴涂機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據(jù)人給出的指令認識自身和周圍的環(huán)境，識別對象的有無及其狀態(tài)，再根據(jù)這一識別自動選擇程序進行操作，完成規(guī)定的任務(wù)。并且能跟蹤工作對象的變化，具有適應(yīng)工作環(huán)境的功能。這種機器人還處于研制階段，尚未大量投入工業(yè)應(yīng)用[4]。 1.3 噴涂機器人的總體結(jié)構(gòu) 噴涂機器人的組成及各部分關(guān)系概述： 它主要由機械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及智能系統(tǒng)組成。 (1) 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是噴涂機器人完成抓取工件，實現(xiàn)各種運動所必需 的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。 (a) 末端執(zhí)行器：機器人為了進行作業(yè)而配置的操作機構(gòu)，直接噴漆工件。 (b) 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變末端執(zhí)行器的工作方位。 (c) 臂部：聯(lián)接機座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，改變手部的空間位置，滿足機器人的作業(yè)空間，將各種載荷傳遞到機座。 (d) 機身：機器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。 (2) 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的有 機械傳動、機電傳動、氣壓傳動和電傳動。 (3) 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。 (4) 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機構(gòu)的運動情況，根據(jù)需 要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進行比較，以保證運動符合要求。 實踐證明，噴涂機器人可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的笨重工件的搬運和長期頻繁、單調(diào)的操作，采用機器人是有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環(huán)境條件下進行操作，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途[4-8]。 2 不同驅(qū)動系統(tǒng)噴涂機器人的比較 噴涂機器人的驅(qū)動方式可分為四種： (1) 氣力驅(qū)動式的機器人：氣源壓力一般只有60Mpa左右，適宜小的場合。 (2) 液力驅(qū)動式的機器人：結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)且動作靈敏，但對密封的要求較高，且不宜在高溫或低溫的場合工作，要求的制造精度較高，成本較高。 (3) 電力驅(qū)動式的機器人：無環(huán)境污染，易于控制，運動精度高，成本低，驅(qū)動效率高等優(yōu)點，其運用最為廣泛。 (4) 新型驅(qū)動式的機器人：例如靜電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器，形狀記憶合金驅(qū)動器，人工肌肉及光驅(qū)動器等[4]。 3 噴涂機器人 3.1 機器人結(jié)構(gòu) (1) 手部：是機器人與工件接觸的部件。由于與物體接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。由于本課題的工件是圓柱狀棒料，所以采用夾持式。由手指和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指與工件接觸而傳力機構(gòu)則通過手指夾緊力來完成夾放工件的任務(wù)。 (2) 手腕：是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或改變工件方位的作用。 (3) 手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。 (4) 立柱：是支承手臂的部件。手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機器人的立柱通常為固定不動的。 (5) 機座：是機器人的基礎(chǔ)部分。機器人執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用[7]。 3.2 機器人的分類 (1)根據(jù)所承擔(dān)的作業(yè)的特點，噴涂機器人可分為以下三類： (a)承擔(dān)搬運工作的機器人：這種機器人在主要工藝設(shè)備運行時，用來完成輔助作業(yè)，如裝卸毛坯、工件和工垂直多關(guān)節(jié)機器人。 (b)生產(chǎn)工業(yè)用機器人：可用于完成工藝過程中的主要作業(yè)，如裝配、焊接、涂漆、彎曲、切斷等。 (c) 專用噴涂機器人：其用途廣泛，可以完成各種工藝作業(yè)[9]。 (3)按驅(qū)動方式分： (a)機電傳動機器人 (b)氣壓傳動機器人 (c)機械傳動機器人 (4)按控制方式分： (a)固定程序機器人：控制系統(tǒng)是一個固定程序的控制器。程序簡單，程序數(shù)少，而且是固定的，行程可調(diào)但不能任意點定位。 (b)可編程序機器人：控制系統(tǒng)是一個可變程序控制器。其程序可按需要編排，行程能很方便改變[10-15]。 4 結(jié)束語 本課題通過應(yīng)用AutoCAD 技術(shù)對噴涂機器人進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和機電傳動原理設(shè)計。它能垂直多關(guān)節(jié)機器人的研究是有必要的，也必將成為新一代替代人力，噴涂機器人的運動速度是按著滿足生產(chǎn)率的要求來設(shè)定。相信未來噴涂在機械工業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。 參 考 文 獻 [1] 徐灝.機械設(shè)計手冊3[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [2] 徐灝.機械設(shè)計手冊4[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [3] 徐灝.機械設(shè)計手冊5[M].北京：機械工業(yè)出版社,1998. [4] 張建民.工業(yè)機器人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1994. [5] 《工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人》編寫組.工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人-機械結(jié)構(gòu)上[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005. [6] 《機床設(shè)計手冊》編寫組.機床設(shè)計手冊3[M].北京：機械工業(yè)出版，1999. [7] 丁樹模.液壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [8] 顏永年.機械制圖[M].大連：大連理工大學(xué)工程畫教教研室，1998. [9] 李恒權(quán)，朱明臣，王德云.畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書[M].山東：青島海洋出版社，1990. [10] 王棟梁.機械基礎(chǔ)[M].北京：機械基礎(chǔ)，1995. [14] 李允文.《工業(yè)垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計》[M].機械工業(yè)出版社,北京，1996. [12] 黃鶴汀.機械制造技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998. [13] 吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006 [14] Suk-Han Sun,Jung-Jae Lee. Prototype Intergrated Robotic Painting System: Software Development [J].Journal of Manufacturing Systems, 2005,10(12):314. 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 要研究的問題 了解垂直多關(guān)節(jié)機器人的特點： 根據(jù)垂直多關(guān)節(jié)機器人的特點，執(zhí)行系統(tǒng)一般包括手部、腕部、臂部、機身機座等，其中最主要是運動系統(tǒng)。 垂直多關(guān)節(jié)機器人主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)三部分組成。 腕部、臂部、機身是將手部抓取的工件或工具進行搬運或操作的部件。 驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動臂部、腕部、手部和垂直多關(guān)節(jié)機器人整體運動機構(gòu)動作的動力裝置，常用的驅(qū)動方式有液壓、氣動、機械、電氣或其他的組合。 控制系統(tǒng)是支配垂直多關(guān)節(jié)機器人按規(guī)定程序和要求進行運動的裝置，他們主要用來控制： 位置（點位控制或連續(xù)軌跡控制） 時間、速度 和加速度等參數(shù) 垂直多關(guān)節(jié)機器人與主機及其它有關(guān)裝置之間的聯(lián)系。 噴涂機器人系統(tǒng)總體方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定，計算機系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。應(yīng)根椐設(shè)計任務(wù)和要求提出系統(tǒng)的總體方案，對方案進行總體分析和論證，最后確定總體方案。 伺服系統(tǒng)的選擇： 旋轉(zhuǎn)、擺動機構(gòu)采用開環(huán)控制系統(tǒng)，選用快速步進電機。開環(huán)控制系統(tǒng)無檢測元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，調(diào)整和維修都容易。 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定： 為保證系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝配時，應(yīng)考慮以下幾點： （1）盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。 （2）盡量消除傳動間隙。 （3）縮短傳動鏈?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動誤差?？梢圆捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動剛度。例如，在絲杠的兩支承端軸向固定，并加預(yù)緊拉伸的結(jié)構(gòu)等來提高傳動剛度。 2 要采用的手段 1) 在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。 通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計的發(fā)展動向，盡量在保證原來參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計具有實用性和時代性。 2) 通過老師的指導(dǎo)。 通過老師的指導(dǎo)，可以便捷地設(shè)計步驟。 3) 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。 網(wǎng)上有很多關(guān)于垂直多關(guān)節(jié)機器人設(shè)計指導(dǎo)。 4) 用相關(guān)的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖。 學(xué)習(xí)AutoCAD等軟件，繪出零件圖和裝配圖。同時對照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對具體參數(shù)進行設(shè)計和計算，選擇合適的結(jié)構(gòu)和部件，畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖，同時通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)對每一個可執(zhí)行的方案進行最后的分析和確認。 5) 撰寫設(shè)計說明書。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： ××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測： ××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日