四自由度物料搬运工业机器人设计——开题报告

滨 州 学 院毕业设计（论文）开题报告题 目 四自由度物料搬运工业机器人设计 系 （院） 机电工程学院 年级 级 专 业 机械设计制造及其自动化 班级 班 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 滨州学院教务处 年 月开题报告填表说明1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作。一、 课题的目的意义： 在我们的生产活动中，常需要将待加工物料准确的放置在加工平台上，而目前市场上的工业机器人大多都是串联型的工业机器人，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成的，存在一定的累积误差，而且所需占用的空间较大。而我们所要设计的四自由度的物料搬运工业机器人采用并联方式，可以避免其累积误差，精度相对较高，结构紧凑，所需的工作空间较小。本次研究首先通过三维软件设计出机器人的三维图，然后通过对容易破坏的部件进行有限元分析，最后对机器人进行了动力学分析和仿真，求解出了机器人在负载时的受力情况，并参考有限元分析软件的分析结果对机器人结构进一步优化。结果表明，通过优化搬运工业机器人的结构，所设计的四自由度物料搬运工业机器人可以进一步提高工作效率，并且提高了主动臂等容易破坏部件的强度。二、文献综述（分析国内外研究现状、提出问题，找到研究课题的切入点，附主要参考文献，约2000字）：国外研究现状:早在1954年美国乔治德沃尔设计出第一台电子可编程序的工业机器人，并于1961年发表了该项专利，1962年美国通用汽车公司投人使用，标志着第一代机器人诞生24-2A。从此，机器人开始成为人类生活中的现实，随后日本使工业机器人得到迅速的发展。1895年，数学家Cauchy研究一种“用关节连接的八面体”，开始人类历史上并联机器的研究。1938年Pollard提出采用并联机构来给汽车喷漆。1949年Caough提出用一种并联机构的机器检测轮胎，这是真正得到运用的并联机构。而并联结构的提出和应用研究则开始于70年代。1965年，德国人Stewart发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。1978年澳大利亚人Hunttichu把六自由度的Stewart平台机构作为机器人机构，自此，并联机器人技术得到了广泛推广。但是，国外大多的工业机器人仍然是以串联机器人为主，对并联工业机器人涉及较少，且以三自由的为主。国内研究现状: 我国工业机器人尽管在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，特别是在制造工艺与整套装备方面，缺乏高精密、高速与高效的减速机、伺服电动机、控制器等关键部件。以下核心技术：模块化、可重构的工业机器人新型机构设计，基于实时系统和高速通信总线的高性能开放式控制系统，在高速、负载工作环境下的工业机器人优化设计，高精度工业机器人的运动规划和伺服控制，基于三维虚拟仿真和工业机器人生产线集成技术，复杂环境下机器人动力学控制，工业机器人故障远程诊断与修复技术等是有待攻关的关键技术。国内并联机器人研发开始于1990年前后，以哈尔滨工业大学、燕山大学、中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、天津大学等高等学府为代表的科研机构针对并联机器人的机构构型(球面、平面等构型)、自由度数扩展(三、四等多自由度)、机器人工作空问等领域开始了较少量的研究;在2003年之后，国内科研机构在前期积淀的理论成果与实践研究基础上，逐渐开始对并联机构进行深入研究，比如在并联机构的闭环控制、运动链构型、运动副构型、位置位姿机构扩展等方面。在1991年燕山大学教授黄真教授研制出我国第一台六自由度并联机器人样机，在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器，在1997年出版了我国第一部关于并联机器人理论及技术的专著，2006年又出版了高等空间机构学，进一步为并联机器的研究奠定了基础。 研究课题的切入点： 相比于并联机器人，传统的工业机器人具有累积误差大，占用空间较大等缺点，在本次毕业设计中，对传统的串联型工业机器人进行革新，采用并联型工业机器人，在其动平台增加驱动电机，提高了其运动的灵活性，更精确地将物料放到指定的位置，从经济和精度方面对工业机器人做进一步的改进。参考文献：1毛丽.码垛搬运机器人机构设计与仿真D.南京林业大学,2014.2曹静. 一种四自由度并联机器人的性能分析与设计D.燕山大学,2009.3原焕林.搬运机器人智能控制系统的设计D.上海交通大学,2014.4张红霞.国内外工业机器人发展现状与趋势研究J.电子世界,2013,(12):5+7.5李晓冬. 并联机器人的特点及应用分析J. 黑龙江科技信息,2008,(10):36-37.6刘凤臣,姚赟峰,刘黎明,金杰锋,林纪良,郭湖兵.高速搬运机器人产业应用及发展J.轻工机械,2012,(02):108-112.7王智兴,樊文欣,张保成,史源源.基于Matlab的工业机器人运动学分析与仿真J.机电工程,2012,(01):33-37.8段成燕,王金,王东胜,刘喜平,刘春香.四自由度工业机器人的本体结构设计和建模J.黑龙江科技信息,2010,(36):31.9徐方.工业机器人产业现状与发展J.机器人技术与应用,2007,(05):2-4.10顾震宇.全球工业机器人产业现状与趋势J.机电一体化,2006,(02):6-10.11 张展.机械设计通用手册M.机械工业出版社，2008:57-120.12 濮良贵,纪名刚.机械设计M.第九版.北京：高等教育出版社,2013:121-154.13 潘骏，段福斌，杨文华，吴立军.机械设计基础M.南京大学出版社，2007:68-94.14R.Saravanan,S.Ramabalan,C.Balamurugan,A.Subash. Evolutionary Trajectory Planning for an Industrial RobotJ. International Journal of Automation & Computing,2010,(02):190-198.15 LuiYu,LiuHong. New self-calibration approach to space robots based on hand-eye visionJ. Journal of Central South University of Technology,2011,(04):1087-1096.三、课题研究的内容、方法和预期目标：研究内容： 1.分析国内外工业机器人的发展和现状； 2.拟订工业机器人的总体结构方案，分析有关并联机器人资料； 3.舵机主要技术参数的确定与计算； 4.对搬运工业机器人的主动臂和从动臂进行设计与校核计算； 5.设计绘制搬运工业机器静平台、动平台、主动臂、从动臂等相关零部件图，绘制总体装配图； 6.对所设计的工业机器人进行三维建模。研究方法： 通过查阅图书馆文献资料，网上搜集有关工业机器人的论文、期刊、文献等资料。通过CAD工程制图和三维建模软件对所设计机器人进行建模，绘制出3D图形。通过有限元分析软件对各机械臂进行受力分析。请教专业老师指导设计思路，遇到问题及时解决问题。 预期目标： 1.掌握工业机器人的工作原理； 2.顺利完成工业机器人结构设计；3.掌握伺服电动机的选择方法，有限元分析等的设计内容及方法；4.掌握CAD制图及三维建模软件的相关技术，完成装配图、相关零件图。四、所需仪器设备、材料情况：仪器：有限元分析软件、solidworks软件、AutoCAD软件、个人计算机。 材料：solidworks软件、AutoCAD软件、有限元分析等相关书籍、工业机器人的相关资料。五、课题分阶段的进度计划序号起止日期工作内容阶段成果12017.2.24-3.9选题，查阅文献，写出毕业设计开题报告，开始外文翻译完成开题报告，准备外文文献资料22017.3.10-3.23开题报告定稿，并初步确定总体设计方案和章节和实验方案确定总体方案、实验方案32017.3.24-4.6开展实验，着手撰写毕业设计初稿开