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1 附件 2：外文原文 8 (2016) 18 of an by of a a r t i c l e i n f o a b s t r a c t a 0 014 14 015 015 9 015 . in as to an in of of in at is to 6, if to a or a is a an of is a On or in a to be by of of a of a 1, a is at 2. of a on in a in of 3. of is in a of a to a 4,5. is of as a 7, as as or in of 8, an of 9. of a to by of an is 1, of is c in in fl is is on or by of a &of if in by of be to of an in to as to to a of by a is to a 2. 015 2 2 M. 8 (2016) 18 of he of by be of a of is to by of a b to 1013. to of a is in 2 of 1. of f f f m m m to by of of is to to of on of at in is on is of at of a to a to in of of is to be a to in be as as in to to be is of is of a by C; , y , z , m p ui ri i i 2. of (a) b) of x z Di i i i , x Om m i is to a m z , a , i2 f i i2 O ; x , y , z is i0 i0 i a i ci t it is a is f to in to a O ; x , y, As at is to of of be if is a a be to of a of is 2 an i = 1, 2, 3 is to to of ci x of a to of r Di of i of p is f m. i, to of a i of C; , y ,; y z a zm i M. 8 (2016) 18 3 in in t /2 be z p = c + r + u 1) in r p 9 O ; f Y p p , p , p B D u 1), (2), us to E D 2(b). a p = p p is so (3) is of is or to p is it is to to It (3) be to of u as p , p , 3) it + ) = 0, 2 p c 3) us to a i A = i (4) a be (3) is i r u A = u he ui be as a i if 6) is by u = = i be a as a of p p , p , p z r ti 9) is if p i /2 i, 0 i i of to i is in m is of a i to ( ) to m is ) = ( ) = 0 i i i = 0 It ti in i( ) i ) p = ) u i p c ( + )i i i i m go in of is to by = /2 It 6) 7) + t i i c ) + ) ( + ) ( + i i r ) i c u p z K K , 2(b), i i i i ( ) = i i i i 11 A + r + i ( ). (7) us i z ( ) i i i of B D is E D + + )(v = u r i . i ( ) y p( ) p = (r +T i + ), i+ ) = ) 0 0 ( ) of a as a i i i i 2(b). )iz ) = 0 be in i y( ) ( ) u p r( p ) = 0 ( ) A f i be in i =i i i i be so i i i + + )(r u ) + r ( ) i c i c + ) = ) (10) i i1 i i of T 2 i= ( ) i on = r ). be in by i i i i c x = p c x i is of 2(a). q. (10) be by i i i = ( i ) ( + p t 2A t 2 i ( ) i,1 2 x , y, by of i (Z( )i ( )x y = c u 1 附件 1：外文资料翻译译文 机器人与计算机集成制造 通过手段对工业机器人进行静态性能改进的电缆驱动冗余驱动系统 。 意大利安科纳马尔凯理工大学工业工程与数学科学系。 工业机器人在很多制造业中都有许多应用，公司由于其多功能性和易编程性。尽管如此，它们的使用通常限于诸如 应用和需要大型工作空间的场所或包装。定位精度不是主要因素。相反，操作像加工或组装一样通常委托给计算机。 数控（ 床精度高，刚性和推力能力。产生更好的产品质量。然而，它们的灵活性差在许多工业应用中发生，这些工具必须实现复杂的路径小批量的需求需要快速变化生产。 具有高静态性能的大型机器人或平行向列机（ 表更多灵活替代数控机床，即使通常需要力反馈在他们的加工工具。但是，工业机器人，这里定义 为推动加工的能力。工具对着工件，取决于它们的运动学，机械性设计和驱动力。 这通常导致强各向异性在其广泛的速度和力量发展工作区。 尽管工业革命的表现，机器人适用于很多传统的机器人应用，很多制造过程需要更加平衡的力量以保证一个稳定和精确的操作，例如增量成型和摩擦搅拌焊接。 在现行工作中将激励冗余视为对现有架构的额外启动分支的使用，可以有效地用于平行操纵器，当较大的静力在机器人末端执行器需要某些笛卡尔方向时，即使这导致工作空间减少。 拟人机器人需要更坚固的机械结构和增加，即使这样也减少了工作空间。 与 比， 拟人机器人需要更坚固的机 械结构和增加电机的尺寸。 通过电缆和气缸驱动的混合动力驱动平行臂被提出用于处理建筑和造船业中的重物料，以及在大负载应用中的受限制或完全限制的电缆驱动的操纵器，因为它们的有效负载重量比高，除了他们的大工作空间。 本文涉及可操作驱动的工业机器人的应用，以通过致动重新提高其静态性能和刚度。其概念如图 1 所示，其中电缆驱动的移动平台刚性地连接到机器人 末 2 端执行器。 在由电缆驱动装置和通用机器人给出的冗余系统的运动和静态建模之后，该概念被应用于具有高的各向异性的混合工业机器人 器人。 位 备的运动学 一旦固定在辅助驱动装置的基座上的参考系相对于机器人基座是已知的，则可以容易地解决由工业机器人和电缆驱动装置给出的整个系统的运动学。驱动装置相对于机器人基架是已知的，可以通过适当的描述程序获得一些精度，其中下标 b 指的是机器人基架， f 指向电缆驱动的参考系。文献中已经提出了许多关于电缆驱动系统及其物理实现的作品 10根据它们，下面分析 运动学模型。图。图 2 示出了电缆驱动系统的示意图，其中参考系 O; x， y，如上所述，位于 动平台的框架受到机器人工具的姿态的影响，因此即使辅助设备不是完全受限制的 动框架的位置和方向也可以被认为是已知的。然而，机器人末端执行器和 动平台参考系统之间的进一步恒定变换必须被认为与两个装置的运动学有关。在下文中，给出了整个系统的参考框架及其变换的完整描述。 图中示出了几个向量。 2 其中索引 i = 1,2,3 用于指代三个运动链中的一个：向量 位描述三角形边缘的 x 面中的每个滑轮中心 度 方向 相对于 ，恒定半径 r 的矢量 义滑轮的点 中电缆展开，矢量始于 且朝向位于移动平台的参考框架的原点会聚。 最后 p 是从 O 到向量向量。 每个运动链的三个参考系统，以 中心，可用于导出 运动学方程：从固定框架开始，关于当前 z 轴的第一恒定旋转 C; ， y， z。用几根电缆连接到固定底座。的 移动平台连接到工业机器人在其外部法兰和工具之间，平台也是如此机器人运动。电缆的数量取决于动作的类型在机器人末端需要执行器，但程序中显示程序以下是基于三根电缆。固定底座是刚性的连接到机器人的框架：三角形的 边缘惰轮允许相应的电缆定向驾驶系统，为他们提供紧张。每个滑轮可以滚动，以与三角形平面正交的固定轴为中心将滑轮的中间平面布置到机器人工具上。的 移动平台被假定为一个点三条电缆在一起。明显，完成研究以避免考虑到差异连接在实践中需要。然而，扭三分会尽可 3 能的小应用，倾向于提出近似解。根据图 1 所示的概念，需要两个问题要解决的问题：一是电缆的静态分析，驱动系统一旦分配了几何体，第二个是在更复杂的系统中评估其效果工业机器人和电缆系统本身。它们一起成为 x 轴， z 轴分别与电缆在相反的方向上以及与滑轮的半径向量 齐。 现在可以用运动链为每个循环闭合方程写出 p=c+r+u （ 1）中的所有向量通过旋转矩阵 方便地表示在固定帧 o; x， y中，该旋转矩阵收集常数 且关于 和旋转矩阵 电缆 工具 工件 图 1 静态性能改进的概念。 图 2 电缆驱动系统的草图。 （ a）主要参考系统和（ b）第 i 个滑轮的平面。 4 一旦给定 = x， y， z与坐标在固定帧，表达式（ 1），连同（ 2），允许我们写下面的 E D 三个标量方程： 等式 （ 3） 每个 量的恒定幅度，而 指示正的或负的距离方向， 间。 分配位置向量 p 因为它与机器人运动学和常数有关机器人与考系统之间的相对姿态。因此， （ 3）可以用来求解反向 找到 u 作为函数 的 p， p， 从（ 3）的前两个方程可以看 如果考虑完整范围，则（ i）的 不确定的情况 由（ 4）得到的 i 的每个值提供相应的 值，一个是正的，另一个是负的，可以是在分配坐标 确定。 因此（ 3）中引入的问题现在变窄，以发现 i 从以下两个标量方程： 5 缆内的长度 以作为一个函数，如果（ 6）的第一个方程除以 设 / 2 为了解决 i 的系统（ 6），可 以使用常规的正切半角替代，在参数中提供二度多项式 假设 1 + t 0。 （ 8）承认两 备的差分运动学 通过采用其时间导数，可以很容易地从 1）获得 微分运动学。 置，对于 i=1， 2， 3，采用（ 11），可以以 V=形式布置差分运动模型 当第 中描述的位置分析已被解决时，矩阵 容易从（ 13）得出 当单位矢量 线性相关的时，矩阵 明显的奇异的：当点 于平面 时，即当电缆是共面时，发生这种情况。 必须指出的是，矩阵 等式 （ 12）对于本研究的目的没有什么兴趣，而其分析在以下静态问题中更为重要。 最后，需要澄清差异分析结论：如已经说明的， 动平台的运动规律由工业机器人指导，因此公式 （ 12）简单地说明了平台和电缆的速度之间的关 6 系，知道电缆驱动系统的任务是电缆的包装和展开，以便遵循机器人施加的运动，而不管无法实现的辅助设备自主提供正向速度。 备的 态模型 与 关的主要问题通常是评估其工作区的形状和尺寸，在运动学中提出了一个关键方面 14。 在现在事实上，已经解决了其立场和差异性， 。 典型的方法是在 动平台上，在电缆张力方面表达扳手并分析其工作空间15,16。 三个致动电缆到公共点 会聚产生纯粹的力 清楚地指出，即使最佳条件 着 增加而改善，即使最佳条件发生在基本三角形内， 静态性能随着 增加而提高。 左侧的图像表示与单数矩阵 U 的共面，辅助设备不再能够在 向上提供力，表现为类似于基础三角形的中心。 尽管图中所示的矩阵的行为。 如图 3 所示，这里记载的是，所述的 工业机器人的辅助装置，因此只有当其集成在整个 机器人系统中时，其 性能才具有意义。 图 3 矩阵 U 在不同平面的 余驱动系统的运动学和静力学 电缆驱动装置的位置运动学如图所示 和工业机器人可以聚在一起 7 图 4 冗余驱动系统的齐次变换 参考图 4 一些细节应该介绍有用的起源 示在固定帧 ,参考帧，位于整个系统，以及它们的重新 B b 相对均匀的变换，在形式的表达 4 *4 矩阵： 提供了相对在机器人基地的两个帧之间的方向和位置。在处理基地；基础系统，它定义的联合变量的 T 是参考系之间的一个矩阵在刀尖和机器人末端执行器，被认为是恒定甚至当主轴允许刀具旋转；最后 T 是一个常数参考系统之间的矩阵； x， y， z。整个 机器人系统的运动学 20 解决如下： 直接位置运动学（ 位置和方向：机器人基准系统的参考工具系统结果从 t = t t；关节变量的机器人在 参与 T 根据机器人运动学。逆运动学（ 矩阵 T 分配而我关节变量的机器人必须进行评估。逆机器人的运动 学可以通过运行在 解决 矩阵 T = T T 我 = 1， 2 的 缆长度 3 获得这两种情况下，参照第 给出的表达式， 知道向量 P 是从矩阵的最后一列提取的 缆驱动装置不能完全操纵度它的移动平台的自由，特别是它不能驱动平台旋转，而不是由工业 供 马胃 8 蝇蛆 的旋转矩阵 R 可以用三个独立的角度，比如对 拉角公约，允许直接和逆描述机器人工具旋转。这是简单的集成模型中提出（ 15）在一个更复杂的静态模型，包括了 置和六自由度机器人，实际上是在 开发的扳手W 将最终由扳手叠加由于机器人的静态性能和进一步的扳手 F 提供驱动关节速度的线性和角速度在 定义的帧， R 是恒定的旋转矩阵 吐温的两个设备的基础框架， 03 是空 3 3 矩阵，是机器人的六个马达转矩矢量， 别为力和力矩向量机器人和 F 的 置产生的力向量，既在 架。如果一个奇异的配置达到 诗的 著名的转置伪 逆（） 17）可以解释为静态模型图 4。冗余驱动系统的齐次变换。 T 表示广义力矢量的变换参考图 4 一些细节应该介绍有用的起源 示在固定帧参考帧，位于整个系统，以及它们的重新 B b 相对均匀的变换，在形式的表达 4 4 矩阵： T 是一个常数矩阵，它提供了相对在机器人基地的两个帧之间的方向和位置在处理基地； 啊基础系统，它定义的联合变量的 T 是 参考系之间的一个矩阵在刀尖和机器人末端执行器，被认为是恒定甚至当主轴允许刀具旋转；最后 T 是一个常数参考系统之间的矩阵； x， y， z 整个 机器人系统的运动学 20 解决如下： 直接位置运动学（ 位置和方向：机器人基准系统的参考工具系统结果从 t = t t；关节变量的机器人在 参与 T 根据机器人运动学。逆运动学（ 矩阵 T 分配而我关节变量的机器人必须进行评估。逆机器人的运动学可以通过运行在 解决 矩阵 T = T T 我 = 1， 2 的 缆长度 3 获得这两种情况下，参照第 给出 的表达式，知道向量 P 是从矩阵的最后一列提取的 缆驱动装置不能完全操纵它的移动平台的自由，特别是它不能驱动平台旋转，而不是由工业 供 马胃蝇蛆 的旋转矩阵 R 可以用三个独立的角度，比如对 拉角公约，允许直接和逆描述机器人工具旋转。这是简单的集成模型中提出（ 15）在一个更复杂的静态模型，包括了 置和六自由度机器人，实际上是在 开发的扳手 W 将最终由扳手叠加由于机器人的静态性能和进一步的扳手 F 提供 （ 16） W（ 17）具有 H = J.（ 18）中的术语可以定义为： j 是 6 个 6 9 次雅可比，静力 学问题用常规形式表示在其基本框架表示六自由度机器人矩阵，将 = J W，与外部扳手由 W =【 F、 M。一个更驱动关节速度的线性和角速度在定义的帧， R 是恒定的旋转矩阵 吐温的两个设备的基础框架， 03 是空 3 3矩阵，是机器人的六个马达转矩矢量， 别为力和力矩向量机器人和 F 的 置产生的力向量，既在 架。如果一个奇异的配置达到 诗的 逆。 17）可以理解为从一个代表广义力 T 和 固定表达版框。 复杂模型，也考虑 了重力贡献，在 20中提出了机器人运动学和处理静态并给出所有几何数据。说过 = m， = m，肩部的标称扭矩和手动马达分别从机器人用户获得手动静电力为 15 腕静态力矩 150 接头，机器人的转置雅可比矩阵在加权 J 中进行修改。它的第三行的响应行除以，类似地为第二个参考 n，一个扭矩矢量，其分量具有单位最大值，最大值为 7： 9呃加权矩阵 J 可以在两个 6 3 中分解矩形矩阵 J）和 J），需要隔离对力量的贡献和时刻然后表达的提到的椭圆体是它们的奇异值。 看看图。 6（ a）清楚地强调了在 x 和 y 方向上提高力量性能的兴趣，这将使机器人能够得到更广泛的应用。 为此，提出了本文中引入的辅助设备，尽管以整个机械结构和控制系统的复杂性为代价。 图 5 器人的机械结构。 图 7 冗余 统。 平行肩 最大推力方向 系列手腕 10 图 6 器人在其工作空间内的静态性能 （ a） 力椭球和（ b）扭矩椭球 3 器人的冗余启动 这里介绍了 器人提供的静态性能改进的演示。 整个系统的静态模型已经在公式 （ 19）。 如果需要在机器人工具尖端进行特定操作的扳手 必须解决逆静态问题。 （ 19）中的矩阵 以具有最大等级 M = 6，而其零空间形状 N = 3，否则其值为 腕的轴对齐时发生。 反问题的可能解决方案为冗余。 11 图 8 笛卡尔力多面体。 （ A）三联和（ b） 三通系统。 统 统 12 图 机器人基准坐标中的刀具 x，0， 1.5 m。 （ a）平面 （ b）平面 可以进行调查，例如基于机器人雅可比矩阵的表达式，仅在必要时提供电缆张力。 作为显示 器人的静态性能改进的有用示例，图 3 所示的冗余系统。 7 被考虑。 参与冗余驱动系统的运动学的几何参数选择如下： c = 1 m， r = 0.1 m，R = R（）， O 1.6 m， R = I， O 0.1 m， R = I， O 中 R 是系统 i 和 j 之间的旋转矩阵，与第 中定义的相应的均匀变换有关，而 O 其起源之间的距离 典型值的机械搅拌摩擦焊和增量成形的应用程序。因此 ,所需的功率驱动单元的约 制为 达的扭矩范围 ,研究 机械 的静态性能工具提示的部队可以提出。假设扳手 出只有武力组件和 机械机械 的性能分析为一个常数定位工具的框架 (面向固定基础构架 )在工作区中共享 机械 ,最大力量在每一个笛卡儿的方向可以被评估 24,25. 数值过程提供了力的地图混合 统图 8 所示 ,比较是渐变冗余和冗余系统的行为可以观察到。更详细的看一个 机械 笛卡尔图 9 所示位置 :机械 的最大力量 ,可以开发工具提示由向量表示从原点到多面体的外壳在一个给定的笛卡儿的方向。 力改善是显而易见的从数据 ,即使强烈影响的位置点 缆连接到 机械 )工具提示 ,在加工必须获得力量。这样的距离应该尽可能减少系统的机械设计。 13 提出了一种简单的 备作为辅助设备适用于工业 机械 ,为了增加其静态性能。 型的整个研究 re 统解决。其有效性是证明了推力能力改进获得一个 械 。分析显然是理论和实际应用中需要深化。后者提出了几个方面考虑 :整个细胞的校准 ,机械 控制器编程访问 ,电缆 ,必须考虑弹性 驱动单元 ,连接电缆在一个共同的困难点 。指该系统设计 ,他们目前从一个洞 ,在其中是固定的。研究可以扩展到 三个不同的连结点的移动平台 ,为了简化电缆的连接。而且电缆的不同安排 ,也在他们的号码 ,可以分析以及其他工业 机械 。刚度分析和控制策略也需要调查。 参 考 文 献 1 恩斯 工 :传统加工中心 ,j . 程。2(1)(2000)1 - 14。 2 h . 属 转使用力反馈控制 ,:自动化国际会议上 ,2003年 ,赞成“举行 国际 机械 与自动化会议” 03,3 卷 ,2003年 ,p . 3977 - 3983。 3 k . d科瓦克 t . s m . a 速度各向异性的一个工业 机械 ,机械 。第一版。中国。 27(2011)205 - 211。 4 m . a 加。 m . 量成形金属板通过并联机器 ,j . 学。 130(5)(2008)054501(5 页 )。 5 m . a . m . m 关键。板牙。 622 - 623(2014)540 - 547。 6 l 放置 机械 。 11(3)(1997)233 - 245。 14 7 t . k .汤 y 美 ,井上 k,k . n . 合驱动平行臂重材料处理 ,机械 。奥特曼。杂志 ,(1)(2002)45 - 54。 8 方法验证力条件一般 电缆 ,动力机械。马赫。理论 42(2007)1563 - 2007。 9 k . l . r . g . y 的冗余在加工架构 :串行和并行 机械 ,63(2013)158 10 t . l . t布兰德 m希勒 d施拉姆线 机械 。部分 即运动学分析与设计 ,2008年 ,页 109 - 109。 11 a . 械 运动学 ,的影响 :j . 最新进展在 机械 运动学 ,施普林格 , 方向。 12 诉施密特 ,a . 现扩展 动学并联 机械 在实时 :t . a 联 机械 ,科学和机器 ,12卷 ,施普林格 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合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度 出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 1、学生在毕业设计（论文）中的表现： 该生毕设工作积极 肯干，主动性好，能够及时和老师沟通毕设问题。 2、毕业设计（论文）工作进度、质量情况，工作量是否完成 50%，学生在毕业设计（论文）中所遇到的困难能否克服： 毕业设计中期资料齐全，开题报告质量较高，进度符合毕业设计要求，解决问题的能力比较强。 3、存在的主要问题及改进措施： 进度偏慢，要抓紧时间，保证毕设任务的完成。 检查人 2017 年 4 月 24 日 毕业设计 任务书 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 设计 (论文 )题目： 真空吸盘自动上料机械臂设计 起 迄 日 期 : 设计 (论文 ) 地点 : 指 导 教 师 : 任务书下达日期 : 毕 业 设 计 任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 完成 真空吸盘自动上料机械臂的总体设计，该设备主要用于木工加工现场，为木工机床提供上下料服务，把工人从繁重的劳动中解放出来。 通过本毕业设计，学生应该在综合应用所学知识方面得到较大的锻炼，基本具备独立设计机电一体化专用设备的能力。特别是在围绕课题开展调查研究、深刻理解和解决实际问题、用图纸、说明书等形式正确表达设计思想等方面的能力有明显提高。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求 一 、本毕业设计的主要内容： 真空吸盘自动上料机械臂的机械部分总体设计，以及与专业相关的外文资料翻译 。 二、技术要求： 1、真空吸盘自动上料机械臂的总体设计，包括确定机械部件总体尺寸，系统控制方式的选定等。 2、机器人的定位精度不大于 3、机器人执行件的最大运行速度不小于 1m/s。 4、机器人最大载重 50 三、工作要求： 1、毕业实习期间要求深入了解机械产品的生产组织方式、典型零件的加工工艺、零件结构及公差对加工、装配以及工作性能的影响等。熟悉常用设备的性能。 2、深入研究上 下料机器人的运行方式和特点，提出一种最合理的设计方案。据选定的方案进行设计，绘制总装图、部分零件图。 3、编写设计说明书。要求包含文献综述、方案选择、问题解决方法、计算过程等。 毕 业 设 计（论文）任 务 书 3本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2016 年 2 月 27 日 3 月 18 日 3 月 19 日 5 月 19 日 5 月 20 日 5 月 25 日 5 月 26 日 5 月 30 日 5 月 31 日 6 月 16 日 毕业实习，参观一下典型的机械生产厂，重点了解一般机械产品的生 产组织方式、典型机械零件的加工工艺、常用机械加工设备的性能、工艺能力。收集、阅读相关文献，翻译外文资料，熟悉设计题目，学习绘图软件的使用，制定初步方案，完成开题报告。开题。 真空吸盘自动上料机械臂总体 设计方案的确定，完成机器总装配图、部分零件图、典型零件计算及其工艺分析。 撰写毕业设计说明书。 修改毕业设计说明书、打印图纸、整理资料、准备答辩。参加毕业设计答辩。整理、交接毕业设计全部资料。 所在专业审查意见： 同意 负责人： 2017 年 3 月 1 日 毕业 设计 前期工作材料 学生姓名： 学 号： 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 真空吸盘自动上料机械臂设计 指导教师： 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计选题、审题表 1 2 毕业设计任务书 1 3 毕业设计开题报告含文献综述 1 4 毕业设计外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计中期检查表 1 2017 年 4 月 理工学院 毕业设计开题报告 题 目： 真空吸盘自动上料机械臂设计 学生姓名： 井海港 学 号： 13 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 刘利剑（副教授） 2017 年 4 月 11 日 毕业设计 开题报告 1 1 文献综述 题研究目的和意义 随着工业机器人的快速发展，其在 木材加工 、汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。结合在机器人领域的相关工作，在分析国内外关于工业机器人发展现状的基础上，就工业机器人目涉及的灵巧操作、自主导航、环境感知、人机交互与安全性等前沿技术的研究做简要的综述。提出我国工业机器人产业发展的若干思考和建议，希望能够在把握国内外工业机器人前沿技术发展动态的同时，为发展我国工业机器人技术与产业提供 相 关战略思考与建议。 3 在木工加工行业中，物料的上下料还是依靠人力。如图 1 图 1 工厂上下料现状 随着生产技术要求 不断 发展，现代化生产规模不断增大，生产效率不断提高。在生产线上由人工进行物料上下料已经不能满足生产的需要，并且随着人力劳动成本的提高，各生产厂商为了节约成本，提高效率，实现生产自动化，对上下料机械手的需要程度也不断提高。对于数控机床上下料机械手的需求程度不断增长 ，木工加工机床 上下料机械手主要是应用在那些单调、频繁的操作中用以代替人的劳动进行工作， 代替工人，安排在流水生产线上，专门负责毛坯料的装卸工作，可以实现平移、翻转等动作，把坯料准确放入待加工位置；等加工完毕后，可以准确取出零件，并放置在规定位置上。 3 外研究现状及分析 最早提出机械臂正运动学模型的 是 出的 D 题报告 2 模型，但该模型存在 参数不易辨别，奇异点等问题。此后， 人对 模型进行了改进和修正，逐渐克服奇异点等问题。机械臂 逆运动学求解主要包括封闭解法和数值解法。由于数值 解法较封闭解法难于实时控制，因此机械 臂在结构设计上 一般采用固定设计模式，使设计出来的机械臂具有封闭解 ( 唯一解 ) 。机器人仿真技术在机械人设计与应用中不可 或缺。常用的机器人仿真软件有 ，可以对 机器人运动学，动力学进行仿真，并根据仿真结果改进机 器人结构设计、控制方法等。 现代工业机器人的发展开始于 20 世纪中期，依托计算机、自动化以及原子能的快速 发展 。 为 了满足大批量产品制造的迫切需求，并伴随着相关 。 自动化技术的发展，数控机床于 1952年诞生，同时数控机床的控制系统、伺服电动机、减速器等关键零部件为工业机器 人的开发打下了坚实的基础；同时，在原子能等核辐射环境下的作业，迫切需要特殊环境作业机械臂代替人进行放射性物质的操作 与 处理，基于此种需求， 1947 年美国阿尔贡研究所研发了遥操作机械手， 1948 年接着研制了机械式的主从机械手。 1954 年美国的戴沃尔对工业机器人的概念进行了定义，并进行了专利申请。 1962 年美国的 司推出的 “是工业机器人较早的实用机型，其控制方式与数控机床类似，但在外形上由类似于人的手和臂组成。 1965 年，一种具有视觉传感器并能对简单积木进行识别、定位的机器人系统在 美国麻省理工大学研制完 成 了首届日本机器人学术会议。 1970 年第一届国际工业机器人学术会议在美国举行，促进了机器人 相 关研究的发展。 1970 年以后，工而机器人的研究得到广泛、较快的发展。 1967 年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于 1968 年试制出第一台日本产通用机械手机器人。经过短暂的摇篮阶段，日本的工业机器人很快进入实用阶段，并由汽车业逐步扩大到制造业其他领域。1980 年被称为日本的 “机器人普及元年 ”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺 的社会矛盾。 19801990 年日本的工业机器人处于鼎盛时期。 20 世纪 90 年代，装配与物流搬运的工业机器人开始应用 。 自从 20 世纪 60 年代以来，工业机器人在工业发达国家越来越多的领域得到了应用，尤其是在汽车生产线上得到了广泛应用，并在在制造业中，如毛坯制造 (冲压、压铸、锻造等 )、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、打磨抛光、毕业设计 开题报告 3 上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中得到应用，提高了加工效率与产品的一致性。作为先进制造业中典型的机电一体化数字化装备，工业机器人已经成为衡量一个国家 制 造业水平和科技水平的重要标 志。 5 国机器人发展现状 国内在工业机器人研发方面，沈阳新松机器人自动化股份有限公司在自动导引车 ( 等方面取得重要市场突破哈尔滨博实自动化股份有限公司重点在石化等行业的自动包装与码垛机器人方面进行产品开发与产业化推广应用， 广 州数控设备有限公司研发了自主知识产权的工业机器人产品，用于机床上下料等研发与应用，上海沃迪科技公司联合上海交通大学研制成功了码垛机器人并进行市场化推广，天津大学在并联机器人上取得了重要进展，相关技术获得美国专利。 7 我国机器人的发展趋势 在我国机器人产业化发展战略方面，建议坚持在高精密减速器方面的差距尤为突出，制约了我国工业规模化、服务嵌入化的原则，培育机器人产业发展，推动智能制造技术与装备发展的战略目标，突破机器人新材料、 3D 环境识别、导航规划、灵巧操作等前沿技术，突破应用工艺、核心部件及可靠性集成平台等产业技术，大力发展经济型焊接、装配、搬运等工业机器人，大力发展智能嵌入服务于老人、医疗、安防、能源、车辆、教育等各种设备之中的服务机器人。树立国家科技价值观，对机器人知名品牌的信任和尊重，实现可持 续的高附加值机器人产品研发，通过不断的技术创新实现工业机器人技术与产业的引领发展；发展有市场竞争力的龙头企业，扶持中小型企业与系统集成商，形成良性循环的完整产业链配套；保护战略产业与装备 本土企业的市场空间，简单引资将失去宝贵市场机遇。 我 国工业机器人正在逐步走向产业化，具有良好的时代发展机遇，收到了投资商越来越多的关注，部分国家和地区在进行产业园或示范区的试点应用；技术创新与原始创新，依然是机器人突破性的发展关键要素，抓住机遇，理性发展；应遵循上游决定下游，应用考核主机，主机带动部件，试验研发的策略，促进我 国工业机器人技术与产业化的快速发展。 我国制造业的发展正处于工业化发展过程中具有自动化、智能化、绿色化、毕业设计 开题报告 4 网络化、信息化的发展趋势，随着市场的激烈竞争、劳动力成本的逐渐上升，以及用户对个性化、定制化的需求越来越迫切，老龄化社会的加剧形成，一线产业工人减少的趋势不可逆转，我国制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，因此 ， 我国工业机器人产业的发展空间巨大。在未来几年中国机器人产业将迎来爆发期，期望一个新时代到来。我国对工业机器人及工作站、成套生产线的需求是刚性与持续的，将迎接工业机器人发展的临界点，工业 机器 人 发展将有力的支撑我国制造业的升级换代。 8 2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径： 2 设计方案分析 一、本毕业设计的主要内容： 真空吸盘自动上料机械臂的机械部分总体设计，以及与专业相关的外文资料翻译 。 二、技术要求： 1、真空吸盘自动上料机械臂的总体设计，包括确定机械部件总体尺寸，系统控制方式的选定等。 2、机器人的定位精度不大于 3、机器人执行件的最大运行速度不小于 1m/s。 4、机器人最大载重 50 2. 2 机械结构 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。 如图 2 图 2 毕业设计 开题报告 5 行机构 （ 1） 手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单） 。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、楔块杠杆式、齿轮齿平行连杆式、内撑连杆式、右丝杠螺母式、弹簧式和重力式 。 （ 2）腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑 。 灵 巧但 回 转 角 度 小（ 一般小于 2700 ） ,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出 扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或 链轮以及轮系结构 。 （ 3） 臂部手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作夹具），并带动他们做空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因