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管道 爬行 机器人 设计 cad 图纸

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机电汽车工程学院 （ 2005 ）级 学士学位论文开题报告 暨工作实施计划 毕业设计 (论文 ) 题 目 管道外爬行机器人的设计与仿真 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 生 姓 名 学 号 导 师 姓 名 开题报告日期 入 学 年 月 机电汽车工程学院制 开题报告的撰 写 开题报告是开题者对科研课题的一种表格形式的文字说明材料。目的是为加强科学研究活动计划性，它把要报告的每一项内容转换成相应的栏目，这样做，既便于开题报告按目填写，避免遗漏；又便于评审者一目了然，把握要点。开题报告与毕业论文一并存档。 一、 课题来源 课题来源是指课题来自于何处，通常来说，有问题才有研究的必要，要解决问题才会去研究。问题的产生是课题产生的源泉。课题的来源有以下几个方面： 1) 企业生产第一线 学生在工厂、企业、科研单位进行工程实践的基础上，结合实际需要确定有研究开发价值的 题目；可以是影响生产的关键性工艺或设备方面的课题，也可以是接受企业委托协助研究开发的项目。 2) 导师指定课题 指导教师根据科研项目、工程设计任务或新产品的开发研制等，从中选出适合学生情况和教学要求的部分作为课题。 3) 来源于文献和资料 通过查阅文献资料，了解国际国内相关学科、工程技术的理论与实践的现状、成果，以及存在问题和发展趋势，找出需要研究和解决的问题作为课题。 二、 （ 10 分）课题 的目的和 意义 课题的意义是指课题的技术、经济和社会意义和对单位及自己的意义。课题的意义通常可以 表述成：课题研究针对的主要问题是什么，本课题具有哪些学术价值或实际应用价值（比如说：给企业的生产带来多大便利和经济效益，提高了多少生产效率等），是否具有研究的紧迫性和必要性。 三、 （ 20 分）研究内容 研究内容是指课题要研究、设计什么，说明研究设计的重点。在此可以对即将开展的毕业设计的主要内容进行说明，并突出毕业设计中的重点。 四、 （ 25 分）拟采取的技术方案和可行性分析 拟采取的技术方法与方案是指如何开展课题的研究设计工作。通常研究方法有：理论分析、实际调研、测绘、试验、创新改进等，学生可 以根据课题的实际情况选用不同的研究方法并确立自己的技术路线，并说明自己研究方案的有效和可行性。 五、 （ 25 分）研究计划及预期成果 研究计划及预期成果是指研究的进度和预期完成的成果（做到什么程度）。研究计划是学生根据自己课题实际，制定研究的计划进度表，并明确在那段时间内完成什么样工作的内容。预期完成的成果形式可以是多种多样的，包括 :论文、产品、软件、课件、电子制作、设计图纸以及工艺卡片等，学生根据课题实际，说明预期完成的成果形式。 六、 （ 10 分）特色或创新之处 特色或创新之处是指本课题的研 究设计的特色与创新点所在，学生需要全方面了解自己的设计研究在同类课题的研究中所处的水平，清楚知道自己的设计研究与他人之间的不同之处，并给予客观的评价。 七、 （ 5 分）已具备的条件和尚需解决的问题 通常已具备条件可以写：学生对本课题已有深入的认识，准备充分，已具备开展毕业设计研究的条件。此处主要分析开展研究设计尚不具备的条件，并说明如何解决。比如：还存在图书和相关技术资料不足的问题，希望通过图书馆借阅和网上查询来补充资料等等。 八、 （ 5 分）参考文献 （要求博览相关文献资料至少 5 篇以上，应有必 要的外文文献）。一、基本情况 学生姓名 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 所学专业 机械制造 题目名称 管道外爬行机器人的设计与仿真 题目来源 企业生产 科研 社会 文献和资料 其他： 题目类型 理论研究 应用研发 开发研究 工艺设计 工程设计 设备设计 软件设计 实践研究 指定问题研究 注： 在选中的项目上打 二、开题报告内容 1、 （ 10 分） 课题的目的和意义 （ 1）、目前国内外研究进展及应用 现状综述（或立题依据），研究的主要问题 早在 1923 年，捷克作家卡佩克发表了科幻剧本洛桑万能机器人。卡佩克把捷克语“ 成 其意思是农奴，预告了机器人的发展对人类社会科学与技术的悲剧性影响，因而极受关注，这被当做了“机器人”（ 词的起源。“机器人”（ 词常常认为是人一样的机器，其经常出现在各种科幻电影和小说中。 与科幻作家所想象的超人机器人不同的是，更现实的机器人只是一类特殊的自动机器，它具有与人的四肢相比拟的运动机构，可接受视觉、听觉、触觉等传感信息， 在计算机即电脑的指挥下完成各种机械操作功能，当前主要是代替人进行比较通用、灵巧、自主的重复操作。机器人不仅可以把人类从条件恶劣、繁重单调的作业中解放出来，而且在力量、精度和速度以及特殊环境下的生存和工作能力等方面有人类无法替代的优点。机器人的应用和研究对提高劳动上产率、推动科技发展具有重要意义，同时也成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的一个重要标志。机器人在工业、国防和科学技术中日益广泛的应用带来了巨大的经济和社会效益、也有力的推动了有关学科和技术领域的发展，从而使其成为一个活跃的、富有魅力的研究领域。 近几十年来，机器人技术不断得到发展，其应用领域也越来越广泛，人们 期望机器人在许多人类不能到达 的区域能代替人类完成更复杂的任务。随着应用领域扩大，例如在军事侦察、扫雷排险、防止核污染等危险恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景 ，所以机器人所面临的环境往往是未知的、不可预测的、非人为构造的环境，机器人所要完成的任务也越来越复杂 一、国外的发展现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机 器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基 梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“ 器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。 除了这些研究单位，各大机器人企业也投入大量人力、财力开发机器人系统。国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降。 机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模 块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问世。 工业机器人控制系统向基于 的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 虚拟现实技术在机器人 中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名的实例。 机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 二、我国机器人从 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”科技攻关及“ 863”计划的推动下，也取得了很大的进展。目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、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 150 多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如 :可靠性低于国外产品 ;机器人 应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距 ;在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，进行一次性重新设计，导致产品规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本高，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、规模化设计，积极推进产业化进程。 爬行机器人的研究虽然取得了很大的进展，但是对于复杂的应用，仍不能令人满意。随着 系统的日益复杂和运算量的日益增加，对计算设备能力的需求也日益提高，而多数轻便灵活型的机器人难以携带大量的计算设备。因此，将计算机和机器人分开，机器人把观察到的视觉信号和传感器信号，按照制定的标准合成，然后传到远方的计算机上，由功能强大的远方计算机进行分解和处理，并发出控制信号给机器人的传动机构以控制机器人行为，或者由机器人完成一些避障类的底层操作，而高层操作由远方高性能机器、或人工在虚拟环境中遥控完成。将 术应用到移动机器人导航研究中将是一种可行的方法。 （ 2）、课题的学术价值或实际应用价值 现代科学技术的迅速发展，尤其是进入 80 年代以来，机器人技术的进步与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家学者的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发、研究列入国家高新技术发展计划，机器人的研究领域和开发类型也在逐渐增多。移动机器人作为机器人学的一个重要分枝，其研究工作始于 20 世纪 60 年代。移动机器人的最成功应用是自动化生产系统中的物料搬运，用于完成机床之间、机床与自动仓库之间的工件工具传送。移动机器人的运动灵活性能，大大增加了生产系统的柔性和自动化程度。星际探索和海洋开发是促使移动机器人发展的重要因素 :从 20 世纪 60 年代，美国 始研究火星探索移动机器人，以便在火星上进行移动，收集探测数据 ;海洋开发方面，移动机器人的作用是资源调查、石油矿藏开采、水下设施维护、沉船打涝、勘测。 现在，移动式机器人的研究开发除上述应用外，还涉及许多其他应用领域。如在建筑领域完成混凝土的铺平、壁面的装修、检查和清洗 ;采矿业中进行隧道的掘进和矿藏的开采、农林业中从事水果采摘、树枝修剪、圆木搬运 ;军事上用于探测侦察、爆炸物处理。福利方面进行盲人引导，病员护理等。 由于机器人应用从制造业向非制造业的扩展，以及移动机器人在诸如野外作业、深海探测以及一些人类本身所不能进入的有毒或高温环境的作业中，有着极其广泛的应用前景，因此近年来机器人研究在多方面都已经取得了很大的进展，研究的成果必将成为各行各业提高生产力的强有力的工具 2、（ 20 分） 研究内容 （ 1）、研究的主要内容 管道外爬行机器人的总体机构即运动系统，包括坐标形式，机构方式，驱动方式。在整个机器人系统中，机器人的移动方式取决于对机器人工作环境、移动速度、移动连续性、行走控制难易程度、避障能力以及承载能力的要求 ;驱动方式取决于结构重量、控制距离、信号转换、技术成熟性、构造难度、可靠性及可控性等要求 ; 此爬树机器人要求结构简单，动作灵活，实现高定位精度，运动直观性，空间轨迹易于求解，且运动的速度较低，操作范围较小，因而选用直角坐标型机器人；机构方式为极坐标式； 另外，爬树机器人驱动负载小，要求结构简单、定位精度高，所以选用了电气驱动方式。 本次课题研究主要是对机器人本体的设计，它是机器人的支撑基础和执行机构。该机器人模仿虫蠕动的形式在树干上爬行。其爬行运用简单的曲柄滑块机构。其中电机与曲柄固接，驱动整个装置运动 ;曲柄与 连杆铰接，其另一端与滑块相连 ;在机座的两边分别通过槽型凸轮带动一对活动卡爪，通过槽型凸轮半径尺寸的变化和活动卡爪上传感器的控制实现对树干的夹紧与放松，实现由机架与曲柄之间的相互转变，它们是实现上爬的关键结构。当整个机构有向下运动的趋势时，通过凸轮传动，在曲柄、滑块和连杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运动，使其运动的方向始终向上。 （ 2）、拟解决的关键问题 本课题研究的机器人目标是适应在不同的管道上爬行，运动方式比较单一。，要求有较高的控制性，机器人需采用了一种力矩与重量比高的驱动源。对比各个吸附方式 的特点，鉴于机器人作业表面演绎性，并且大部分为非导磁性材料，考虑机器人系统的使用范围，选择夹持器夹持是一种比较合理、可行的方式。使机器人能够在管道壁上夹紧，又能对壁面有一定的自适应能力。而在越障方面机器人的很多动作要受到限制，不能随心所欲。在 机器人设计时应尽量注意到以下问题： （ 1）安全性原则尽量使机器人的重心靠近管道壁，以减小倾翻力矩。 （ 2）能量最省原则更少的能量消耗，意味着可以携带更轻的电池重量和工作更长的时间。在不同的管道上都能实现运动。 （ 3）在机器人本体设计时应尽量做到使其结构合理化。 3、（ 25 分） 拟采取的技术方案和可行性分析 （ 1）、拟采取的技术方案及思路 总体设计为：管道外 爬行机器人的爬行运用简单的曲柄滑块机构。其中电机与曲柄固接，驱动整个装置运动 ;曲柄与连杆铰接，其另一端与滑块相连 ;在机座的两边分别通过气缸驱动夹持器实现对管道的夹紧，实现由机架与曲柄之间的相互转变，它们是实现上爬的关键结构。当整个机构有向下运动的趋势时，通过气缸传动，在曲柄、滑块和连杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运动，使其运动的方向始终向上。 机器人的技术指标反映了机器人所能胜任的工作和具有的最高操作性能，是 选择和设计机器人都必须考虑的关键问题。机器人的技术指标一般包括以下几个方面 (1)结构形式 机器人的机构形式是指机器人运动链的形式 :如关节式、球坐标式、直角坐标式、圆柱坐标式等。此爬树机器人要求结构简单，动作灵活，实现高定位精度，运动直观性强，空间轨迹易于求解，且运动的速度较低，操作范围较小，因而选用直角坐标型机器人。 (2)自由度和类型 自由度是表示机器人动作灵活程度的参数，是指机器人所具有的独立运动关节的数目，一般以沿轴线的移动和绕轴转动的独立运动数来表示，自由度越多越灵活，但同时结构越复杂，控制也越复 杂。通常情况下机器人的自由度在 3之间，而自由度的类型是指属于转动关节还是直线关节。 (3)运动范围 是指机器人关节的运动范围。机器人一般由于结构设计的限制和控制系统电缆的走线，都对关节的运动范围会产生影响，大多数机器人的关节不可能在同一个方向持续转动。 (4)重复精度 机器人经过多次循环运动后，到达空间同一位置和姿态的最大误差范围。 (5)控制方式 机器人运动控制的方式，如示教再现、点位控制或轨迹控制。 (6)驱动方式 机器人是采用液压、气动、交流电机或异步电机控制等由于本课题所研究的爬树机器人驱动负 载小，要求结构简单、定位精度高，所以选用了电气驱动方式。 （ 2）、研究方案的有效和可行性分析（含研究过程中可能存在的困难或问题，及其解决措施） 基于曲柄滑块机构能够实现直线运动的启示，在曲柄与连杆的两端分别铰接上两个滑块(即作为自锁套 )，使两个滑块分别作为机架交替上升，从而实现上爬动作。其中上滑块与曲柄相连，相应的连杆接下滑块。当机构具有向下运动的趋势时，下自锁套因受到自锁机构的限制而固定不动，把其受到的向下的力转化为反作用力，推动机构向上运动。在联接中，把电机与曲柄固接作为驱动装置，连杆作为传动件， 两滑块作为自锁装置。自锁套的自锁是通过凸轮转动方式实现。在气动方面，由于没有联结用的传动机构，因而直接由气动元件带动两自锁套向上移动。在此方案中选用两个汽缸作为主要的气动元件，利用作用力与反作用力的原理，由其带动上下两个自锁套分别自锁，达到机器人上爬的最终目的。 以上设计的爬行过程都是在理想的情况下，很多实际因素都没有考虑进去 :如摩擦力的大小 (即夹持器与管道接触面的摩擦系数 )，在曲柄通过上下两滑块极限位置时，自锁套内凸轮转动内部的运动关系，自锁套所要进行的向下运动的位移，以及上、下自锁套、曲柄和连杆的质量， 还有电机的功率、转动速度及连接方式等等。针对以上两种方案，进行机构对比分析。就采用汽缸驱动而言，它形式简单、结构简便，从机械设计角度出发，满足设计经济性和可靠性的要求 :它由驱动机构直接带动两个自锁滑块，避免了两者间的连接机构，精简了构件之间的连接。此外，该机构具有环保等特点，它利用空气作为动力源，无污染、运动时无噪音，而且运行速度快，可以在短时间内使机器人爬到管道的预定位置，它还能够随身携带气包作为动力源，可以做到无线操作。就采用曲柄滑块结构而言，它属于平面连杆机构，具有结构简单、制造方便、运动副为低副，能 承受较大载荷 ;但平衡困难，不易用于高速。由于设计的机构是由电机经减速直接驱动的，和利用气动原理相比它多了一套传动和连接机构，但该机构运用的原理简单，设计合理。通过以上分析，在本次设计中选取“曲柄滑块机构”作为该爬行机器人的最终运动方案。 4、（ 25 分） 研究计划及预期成果 （ 1）、研究进度、具体安排，及其进度检查表 起止日期 主要工作内容和要求 阶段目标 实际完成内容 检查日期 检查人 20 年 月 日 20 年 月 日 此栏由导师填写， 用于到期检查 此栏为导师 签字用 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 20 年 月 日 注： 1、毕业设计答辩一般在 16 周以前结束。并按要求 答辩前 7 天，学生应提交全部毕业论文（设计）材料（包括设计图纸和其它资料），由指导教师和两名评阅人评阅，以进行答辩资格审查。 2、进度检查由指导教师按计划检查填写，并与答辩前完成。 （ 2）、预期成果 管道外爬行机器人所要达到的预期目的是沿管道爬行，为实现其功能要求，通过电机的驱动和减速，给予曲柄一个绕定轴旋转的主动力，在该力的驱动下带动连杆及相应的自锁装置，由两个自锁套先后实现自锁，曲柄滑块机构带动机器人向上爬行。 5、（ 10 分 ） 特色或创新之处 本论文的主要研究内容包括管道外爬行机器人机器人总体方案的提出、执行机构的的机械设计。由于该机器人体积小，运动灵活，在具体设计过程中根据工作环境的不同，能够完成在高空的一系列动作，以实现一些复杂的功能 : 机器人可以方便的爬行在钢缆绳上，通过安装探伤仪可以检测到一切可能的事故的隐患，而且操作方便，不但节约资源而且能够保证工作的可持续性。 道掘进、高层建筑顶制件安装、墙面施工传递物资、检查电缆 有无故障等工作。 6、 （ 5 分）已具备的条件和尚需解决的问题 （ 1）、 图书资料、仪器设备情况 由于有关机器人的资料较少，所以只有图书馆的相关书籍以及网上找到的各种论文以及资料 （ 2）、 其他各方面条件 7、（ 5 分） 参考文献资料 序号 参考文献资料 备注 1 机器人的设计与实现 科学出版社 【美】 著 庞明 王晓宇 任宗伟 李牧 苏相国 译 2 自主移动机器人导论 西安交通大学出版社 【美】 R西格霍特 I R诺巴克什 著 李 人厚 译 3 王天然 北京：化学工业出版社 ,2000 4 柳洪义 冶金工业出版社 ,166 5 王炎，周大成 电气传动，2004 6 小型爬壁机器人系统设计及应用 . 东北大学学报（自然科学版）， 2007 7 8 三、毕业设计（论文）选题及开题报告评议表 指导教师对开题报告的综合意见：（从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否 ？学生的论证充分否？通过学生的努力，能否完成课题，达到预期的目标？课题及报告的难度、深度、综合性、创造性等是否达到本科生应该具有的要求。） 指导教师签名： 年 月 日 学科组 评议结果 是否同意进入设计（论文）阶段？ 学科组长 签名： 年 月 日 说明： 论文 )课题任务的学生在接到“毕业设计 (论文 )任务书”、正式开始做毕业设计 (论文 )的 第 2 周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 论文 )课题撰写本报告一份，作为指导教师、学科组组长审查学生能否承担该毕业设计 (论文 )课题任务、以及检查设计进度的依据，并接受学院的抽查。 4、研究计划及预期成果”中的“（ 1）、研究进度、具体安排，及其进度检查表”中“实际完成内容”和“检查日期检查人”栏需要导师用笔填写外，其余各项均要求打印，打印字体和字号为“小四号宋体 分类号 编号 管道外爬行机器人的设计与仿真 F 请学位： 院 系： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导老师 : 管道外爬行机器人的设计与研究 申请人 : 导 师 : 毕业设 计（论文）任务书 院（系）：机电汽车工程学院 姓名 毕业设计（论文）题目 管外爬行机器人设计与仿真 指导教师 所学专业 机械制造 具体要求： 1） 了解国内外机器人研究概况及其相关知识。 2） 查阅相关管外爬行机器人概况及结构特点 ，制定总体设计方案。 3） 进行爬树机器人的机械本体结构设计。 4） 熟悉三维设计软件并对设计进行三维建模造型。 5）对所设计的机构进行装配与仿真。 6）按照规范要求，整理、撰写论文，准备答辩。 7）完成相关英文资料翻译 指导教师签字： 院（系）意见： 教学院长（主任）签字： 年 月 日 附注： 【摘要】 随着社会的发展需要，机器人已经渗透了我们的生活、工作和经济方面，并且起到了很大的作用。机器人的研究和发展对我们的经济发展有很多的影响。 本文介绍了国内外爬行机器人的发展状况，本课题的研究意义，并对其进行了功能原理分析，在总结国内外爬行机器人现状的基础上，对管道外爬行机器人进行了机构设计和理论分析。 在本次设计中，管道外爬行机器人采用曲柄滑块机构，实现爬行过程。选择了步进电机作为驱动电机 ;确定了曲柄、连杆构件的尺寸，并以气缸作为夹持器的动力源；根据曲柄滑块的工作原理对爬树机器人进行运动分析 ;分析了爬行机器人的控制系统，并介绍了各个控制部分工作原理和特点。最后对该爬行机器人做了仿真。 关键词： 机器人 曲柄滑块机构 管道外爬行机器人 仿真 : of of an of a of on In of as as of of at is of at In of a as a of to of to of of of is at is 中英文资料： is a of of so of is of of to At of of is so at is to a To be to of of is of of of is an is an it is a it is to a of in of in a is on of of by of of In of of of is to to In of a of of is by of to no is in In is of of On of in is of is in of is of of in s is by is in of is to is to of in is in he is of of in of or of C a. is to be is as of so A t of is of is of of is to in to of of is as so of of to of is In to of of is in or of s be by to a be by or by A is is to to is s of is is on to is by A t up in of in is 翻译 : 机器人 机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种 各样的机器人产品。机器人产品的实用化，既解决了许多单靠人力难以解决的实际问题，又促进了工业自动化的进程。目前，由于机器人的研制和开发涉及多方面的技术，系统结构复杂，开发和研制的成本普遍较高，在某种程度上限制了该项技术的广泛应用，因此，研制经济型、实用化、高可靠性机器人系统具有广泛的社会现实意义和经济价值。 由于我国经济建设和城市化的快速发展，城市污水排放量增长很快，污水处理己经摆在了人们的议事日程上来。随着科学技术的发展和人类知识水平的提高，人们越来越认识到污水处理的重要性和迫切性，科学家和研究人员发现塑料 制品在水中是用于污水处理的很有效的污泥菌群的附着体。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生产的自动化和高效率要求成为经济发展的必然。 本文结合塑料一次挤出成型机和塑料抓取机械手的研制过程中出现的问题，综述近儿年机器人技术研究和发展的状况，在充分发挥机、电、软、硬件各自特点和优势互补的基础上，对物料抓取机械手整体机械结构、传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计，提出了一套经济型设计方案。采用直角坐标和关节坐标相结合的框架式机械结构形式，这种方式能够提高系统的稳定性和操作灵活性。传动装置的作用是将驱动元件的动 力传递给机器人机械手相应的执行机构，以实现各种必要的运动，传动方式上采用结构紧凑、传动比大的蜗轮蜗杆传动和将旋转运动转换为直线运动的螺旋传动。机械手驱动系统的设计往往受到作业环境条件的限制，同时也要考虑价格因素的影响以及能够达到的技术水平。由于步进电机能够直接接收数字量，响应速度快而且工作可靠并无累积误差，常用作数字控制系统驱动机构的动力元件，因此，在驱动装置中采用由步进电机构成的开环控制方式，这种方式既能满足控制精度的要求，又能达到经济性、实用化目的，在此基础上，对步进电机的功率计一算及选型问题经行了分析 。 在完成机械结构和驱动系统设计的基础上，对物料抓取机械手运动学和动力学进行了分析。运动学分析是路径规划和轨迹控制的基础，对操作臂进行了运动学正、逆问题的分析可以完成操作空间位置和速度向驱动空间的映射，采用齐次坐标变换法得到了操作臂末端位置