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1、XX大学本科生毕业设计（论文）开题报告学号学生姓名系部专业年级指导教师职称设计（论文）题目轴式组合机械臂的机械结构设计与仿真本课题国内外研究背景及意义：国外发展状况及研究背景：机器人的历史并不算长，1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。英格伯格在大学攻读伺服理论，这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。德沃尔曾于 1946 年发明了一种系统，可以“重演”所记录的机器的运动。 1954 年 , 德沃尔又获得可编程机械手专利，这种机械手臂按程序进行工作，可以根据不同的工作需要编制不同的程序，因此具有通用性和灵活性，英格伯格和德沃尔都在研究
2、机器人，认为汽车工业最适于用机器人干活，因为是用重型机器进行工作，生产过程较为固定。 1959 年，英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。 它成为世界上第一台真正的实用工业机器人。此后英格伯格和德沃尔成立了“尤尼梅逊”公司，兴办了世界上第一家机器人制造工厂。第一批工业机器人被称为“尤尼梅特”，意思是“万能自动”。 他们因此被称为机器人之父。 1962 年美国机械与铸造公司也制造出工业机器人，称为“沃尔萨特兰”，意思是“万能搬动”。”尤尼梅特”和“沃尔萨特兰”就成为世界上最早的、至今仍在使用的工业机器人。 近百年来发展起来的机器人，大致经历了三个成长阶段，也即三个时代。第一代为简单个体机器
3、人， 第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维、能与人对话。第一代机器人属于示教再现型 , 第二代则具备了感觉能力 , 第三代机器人是智能机器人 , 它不仅具有感觉能力 , 而且还具有独立判断和行动的能力。 英格伯格和德沃尔制造的工业机器人是第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手，把应当完成的任务做一遍，或者人用“示教控制盒”发出指令，让机器人的机械手臂运动，一步步完成它应当完成的各个动作 。20世纪70年代，第二代机器人开始有了较大发展，第二代机器人则对外界环境实用阶段，并开始普及。 第三代机器人是智能机器人，它不仅具有感觉能力，而且还具
4、有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力，因而能够完成更加复杂的动作。中央电脑控制手臂和行走装置，使机器人的手完成作业，脚完成移动，机器人能够用自然语言与人对话。 智能机器人在发生故障时，通过自我诊断装置能自我诊断出故障部位，并能自我修复。到了90 年代, 随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展, 机器人技术也得到了迅猛发展。目前工业机器人已广泛地用于汽车工业、机械加工工业、电子工业及塑料制品工业等领域中。在工业生产中, 弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量采用。随着科学与技术的发展, 工业机器人的应用领域也随之不断扩大。现在工
5、业机器人的应用已开始扩大到核能、采矿、冶金、石油、化学、航空、航天、船舶、建筑、纺织、制衣、医药、生化、食品等工业领域中。除了工业机器人水平不断提高之外, 各种用于非制造业的先进机器人系统也有了很大的进展。国内发展状况及研究背景：我国的工业机器人从20世纪80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，已基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在20多家企业的近条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车
6、制造厂的焊接线上。目前，我国从事机器人研发和应用工程的单位200多家，拥有量为3500台左右，其中国产占20，其余都是从日本、美国、瑞典等40多个国家引进的。2000年已生产各种类型工业机器人和系统300台套，机器人销售额6.74亿元，机器人产业对国民经济的年收益额为47亿元。据专家对国内542家用户以及汽车、电子电器、工程机械个行业的部分用户进行统计分析，就全国而言，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人应用的最多；其次是搬运、上下料（冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下料机器人）；再次是包装、码垛、拆垛机器人和密封涂胶机器人，其他机器人用量很少。就行业而言，汽车行业以焊接、喷涂、涂胶作业较多，冲压
7、、搬运、装配次之；电子电器行业集中在装配，如大连华录一家就用了近台，其次是搬运和喷涂；工程机械行业集中用于弧焊，喷涂其次。此外包装、码垛、拆垛机器人目前主要用于石化、轻纺和烟草行业。本课题的意义：移动机器人作为机器人学发展中的一个重要分支，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，移动机器人具有移动功能，在代替人从事危险、恶劣(如辐射、有毒等)环境下作业和人所不及的(如宇宙空间、水下等)环境作业方面，比一般机器人有更大的机动性、灵活性。机械臂是机器人的重要组成部分，他是机器人的执行机构，组合式机械臂是由若干直线机械臂（或称一维机械臂）以不同夹角组合而成，可实现
8、机械臂的直线伸缩，或在X-Y平面移动，或在X-Y-Z空间定位等功能，以满足不同场合下的需要。毕业设计(论文)研究内容、拟解决的主要问题：本课题研究的内容：（1）查阅相关文献资料，了解目前轮式移动机器人及机械臂的研究现状与动态。给出可满足设计要求的方案（两种以上）比较，论证每个方案的可行性、实用性和有效性，确定一个最佳方案；（2）绘制机械臂的机械结构图，说明各部分的功能、工作原理和特点；（3）根据要求，建立机械臂的力学结构模型，分析结构在静态和动态时的受力情况。给出相关参数之间的计算公式；（4）对机械臂的工作原理与参数设计进行相关的计算机仿真，验证其合理性；（5）绘制相关的机械图纸。包括零部件的
9、加工图和组装图。给出组装调试的流程步骤及安全注意事项等相关说明。本课题拟解决的主要问题：本课题解决的主要问题在于传动方案的拟定，组合式机械臂是由若干直线机械臂（或称一维机械臂）以不同夹角组合而成，一维机械臂的传动，本课题拟定为丝杠传动，如下图1为丝杠传动示意图，它的X-Y-Z组合效果如图2所示。图1图2一维机械臂由步进电机带动丝杠转动，滑块即可在丝杠带动下沿滑座移动，在X/Y/Z三个方向分别布置一个一维机械臂，即构成了三维机械臂，可实现联接在手臂联接座上的手爪在空间定位。步进电机在数字化控制下能实现精准定位，因此，本传动方案更便于控制，相对于液压传动，气压传动，本传动方案结构简单，行程更大，因
10、此，本传动方案是一种较理想的传动方案。毕业设计(论文)研究方法、步骤及措施：研究方法1.1 重视系统的力学性能分析 以系统科学的思想为指导，以专业知识为基础，建立合理的力学模型。1.2 重视总体的传动原理分析 采用合理的传动原理图。1.3 采用局部整体局部的分析方法 每个系统都有自己单独的功能，只有它们都能完成自己的功能时，才有可能整体的功能;在各个系统形成一个有机的整体时，整体就要发挥它的优势，调配各个系统，使各个系统在整体的作用下，形成最优的系统。步骤：第一周 了解整体设计及各子项目内容；查阅、收集和阅读相关资料；明确设计方向，确定设计内容。第二周 工厂调研学习第三周 同小组成员展开讨论，
11、拟定设计方案，完成设计草图。第四周 步进电机选型及关键零配件设计计算。第五周 用AutoCAD绘制装配图第六周 用AutoCAD绘制装配图第七周 用AutoCAD绘制零件图第八周 用AutoCAD绘制零件图第九周 用Pro/E进行各零配件三维建模第十周 用Pro/E进行三维建模及仿真第十一周 编写设计说明书第十二周 编写设计说明书第十三周 编写设计计算说明书，形成毕业设计全部文件，准备答辩。第十四周 毕业答辩措施：做好毕业设计，前提必须了解研究目的和主攻方向，要进行大量的资料收集以及计算机的辅助设计，所以需要经常去图书馆和机房查阅资料。总体思路如下：根据毕业设计题目，结合老师指导对调研对象进行
12、初步分析；参考资料，了解调研过程，根据具体要求对研究方案进行构思；设计并画出设计的机械部分视图；对方案进行进一步针对性修改，以增加其直观性、可行性和实用性；主要参考文献：1常见的几类工业机器人J. 军民两用技术与产品, 2012.10:11.2中国工业机器人:在机遇与挑战中成长J. 军民两用技术与产品,2012.10:12-14. 3顾硕. 智能化是工业机器人的发展方向J.自动化博览 2012.09: 82-85.4徐扬生, 阎镜予. 机器人技术的新进展J.集成技术2012年.01期, 2012-05: 2-5.5孙亭,李成刚,吴洪涛. 通用工业机器人模型及其简易控制系统设计J. 中国制造业信
13、 息化2012.09: 63-65.6胡峰,骆德渊,雷霆,柯辉. 基于Simulink/SimMechanics的三自由度并联机器人控制系 统仿真J.自动化与仪器仪表, 2012年.05期: 221-2237赵红顺.基于PLC 的气动搬运机器人控制系统设计J.机床电器, 2011(4):36-38.8肖南峰,工业机器人M,北京：机械工业出版社,2011.9陈忠平,周少华,侯玉宝.PLC自学手册M. 北京:人民邮电出版社,2009.10李艳杰,于艳秋,王卫红.S7-200PLC原理与实用开发指南M. 北京:机械工业出版社, 2009.11张毅，罗元，郑太雄等移动机器人技术及其应用M北京：电子工业
14、出版社，2007.12高国富,谢少荣,罗均,机器人传感器及其应用M.北京：化学工业出版社,2005.13尹志强主编. 机电一体化系统课程设计指导书M. 北京：机械工业出版社，2007.14王鸿钰步进电机控制技术入门M上海：同济大学山版社，1999.15刘宝延，程树康步进电动机及其驱动控制系统M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版杜，1997.16邸敏艳.电机与控制(第2版) M. 北京:电子工业出版社,2007.17传感器与执行器大全:传感器变送器执行器2009/2010(年卷)M. 中国电子学会敏感技术分会,北京电子商会传感器分会,北京：机械工业出版社，2011. 18闫超勤智能移动机械臂的控制研究D,硕士学位论文,西安电子科技大学，200519张红娟.缩放式机械臂的设计与运动控制D,硕士学位论文,上海大学,2005.20滕鹏.新型单臂护理机器人机型设计与控制D.硕士学位论文,江苏大学,2006.是否可以进入设计（论文）研究：同意进入论文研究阶段指导教师签名：年 月 日是否可以进入设计（论文）研究：同意进入论文研究教研室(系、研究所)主任签名：年 月 日
