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附件四： 毕业设计（论文）开题报告课题名称激光管材焊接机器人的结构设计课题类型工程设计Y导师姓名学生姓名学 号专业班级一、选题依据：1、选题的目的及意义：随着现代加工制造业的迅猛发展，各种材料应运而生，相应的加工方法也层出不穷，各种新加工方法、新技术呈现百花齐放的状态。管材件的应用越来越多,相应的加工方法也随之增多.而且越来越多的场合对管材件的质量、精度等有了越来越高的要求。现在的企业公司使用的火焰、激光切割机在很多情况下只能完成平面构件的加工切割，很难实现对三维实体表面的加工，而激光切割机器人的应用正好能够适应这种变化，而且相关的技术发展也越来越快，并且这种机器人的开发对保证管材构件的切割质量、切割精度，延长管件的使用时间，降低管件相应的加工制造成本，都有着非常重要的意义。由于管材加工应用的场合日益增多，同时随着人们对其认知度的提高，该产品将会有更加广大的发展前景。现在，国外在这方面的技术基本成熟，但国内各单位对这些技术的了解有相当部分还停留在文献上。所以应该从基本做起，开展一些基础技术研究作为机器人课题的主要研究与开发内容之一。2、国内外研究现状：（1）工业机器人我国工业机器人开始于70年代初期，其发展过程大体可分为三个部分：70年代的孕育期；80年代的研发期；90年代的应用期。而今经过数十年的发展已经初具规模。当前我国已经制造出部分机器人的关键部件，开发出点焊、弧焊、装配、搬运、冲压、注塑、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已经应用于国内很多企业的生产线上；一批与其相关技术的研究人员也涌现出来。部分有关科研机构以及企业院所已拥有了工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人的运动学和轨迹规划技术；工业机器人软件的设计开发和编程技术；点焊、弧焊以及大型机器人的自动生产线与周边配套设备的研发和加工技术等。有些关键技术已经达到或接近世界先进水平。在西欧等发达国家里，工业机器人的自动化成套设备已经成长为自动化设备的标榜和未来的发展方向。国外在农业机械、电子、汽车等行业已经大规模应用了工业机器人的自动化生产线，这不仅保证了产品质量，提高了加工效率，而且降低了工伤事故的发生率。全球很多国家在近半个多世纪的工业机器人的应用实践说明，工业机器人的推广应用是实现自动化制造生产，提高社会生产制造效率，推动企业和社会生产力向前发展的有效途径和方法。 日本工业机器人行业早在上世纪90年代就已经大规模应用了第一和第二类工业机器人，并且达到了其工业机器人发展历史的辉煌时期。现如今已经在发展三、四类工业机器人的道路上取得了举世瞩目的伟大成就。日本的下一代机器人发展重点包括：高速化技术、低成本技术、小型化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、高精度技术、网络化技术、触觉和视觉传感器技术等。 根据日本在2007年制定的一份计划，日本到2050年工业机器人规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。假如一个工业机器人等同于10个劳动力的话，其工业机器人的规模就相当于千万个劳动力，是现在日本全部劳动人口的15%。（2）焊接机及相关技术在机械制造过程中，零部件焊接常用方式包括手工焊接、半自动焊接及数控焊接。手工焊接简单方便，但是手工焊接质量差、加工误差大、浪费材料多、后续加工的工作量多，同时其劳动条件比较恶劣，生产效率很低。半自动焊接中的仿形焊接机，其焊接构件的质量好，因为其使用相关模具，不适合于单件小批量和大型件的加工。其它型号的半自动焊接机虽然降低了劳动者的劳动强度，但其功能简单，只适合一些形状比较规则的构件加工。数控焊接相对手动及半自动焊接来说，能有效地提高构件焊接的质量和效率，降低劳动者的劳动强度。 数控焊接机是根据图样以及数控装置的相关规定，编制出焊接加工程序，由电脑根据程序的要求进行运算，控制割嘴沿着图样要求的轨迹运动进行焊接加工。1958年，英国氧气公司（BOC）研制出第一台数控气割机，使焊接领域进入了高科技自动化阶段。历经数十年的发展，数控焊接机在焊接能源方面和数控控制系统方面都取得了很大的发展，焊接能源已经由当初单一的火焰能源焊接发展为现在的多种能源(激光、等离子、火焰、高压水射流)焊接方式；数控焊接机的控制系统已经由当初的功能简单、编程复杂、自动化程度不高发展到具有功能齐全、网络化、图形化、智能化的控制方式； 驱动系统也从开始的步进驱动、模拟伺服驱动发展到今天的全数字式伺服驱动。我国的数控焊接机从20世纪70年代由分离元件开始起步，到现在已经发展成应用微机控制焊接机。生产制造公司也逐年增加，现在生产各类焊接机的公司已近40家，世界四大著名的焊接机专业制造商，也先后来到中国投资建厂生产多种规格的焊接机。我国焊接机行业经过多年的发展历程，在专业技术上有了很大的提高。当前，具有一定的研发和生产能力的公司有金凤公司、无锡华联、中船611所及深圳博力昌等企业，年产数控火焰焊接机达2000余套。其产品性能已经接近国外同类产品的标准，并且有少数指标超过了国外标准，产品质量在逐步提高，完全有能力满足国内不同用户需求，代替了部分进口产品，还有部分产品出口。但在某些特殊焊接及专用系统开发方面同外国公司相比还有一定的差距。从各种类型的数控焊接机的应用情况来看，国内生产制造的数控焊接机的整机性能、技术水平等各种参数水平都取得了很大的进步，逐步赶上了国际的先进水平，满足了用户的需求，进一步提升了市场竞争力。国内部分产品在很多方面已经形成了各自独有的特点，实现了“多功能、自动化和高可靠性”。在有些方面，产品的技术性能参数已经超越了国外的产品。 （3）激光焊接及相关技术激光焊接加工技术广阔的应用市场，另外加上现代相关的科学技术的高速发展，促使国内外相关的科技工作者对激光焊接加工技术进行不断深入的研究开发，推动着激光焊接技术不断地向前更好、更快的发展。焊接机器人广泛应用于汽车、工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等行业。据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有一半用于各种形式的焊接加工领域。截止2005年，全世界在役工业机器人约为91.4万台，其中日本装备的工业机器人总量达到了50万台以上，成为“机器人王国”，其次是美国和德国，在亚洲，日本、韩国和新加坡的制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量居世界前三位。近几年，全球机器人的数量在迅速增加，仅2005年就达12.1万台。我国自上世纪70年代末开始进行工业机器人的研究，经过二十多年的发展，在技术和应用方面均取得了长足的发展，对国民经济尤其是制造业的发展起到了重要的推动作用。据不完全统计，近几年我国工业机器人呈现出快速增长势头，平均年增长率都超过40，焊接机器人的增长率超过了60；2004年国产工业机器人数量突破1400台，进口机器人数量超过9000台，其中绝大多数应用于焊接领域：2005年我国新增机器人数量超过了5000台，但仅占亚洲新增数量的6，远小于韩国所占的15，更远小于日本所占的69。这对于我国的经济发展速度以及经济总量来说显然是不匹配的，这说明我国制造业的自动化程度有待进一步提高，另一方面也反映了我国劳动力成本的低廉，制造业自动化水平以及工业机器人应用程度的提高受到限制。当前，焊接机器人的应用迎来了难得的发展机遇。一方面，随着技术的发展，焊接机器人的价格不断下降，性能不断提升；另一方面，劳动力成本不断上升，我国由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量和增强企业竞争力，这一切预示着机器人应用及发展前景空间巨大前景。3、主要参考文献1 邱宣怀等编.机械设计(第三版). 北京:高等教育出版社,1989.102 张展主编.机械设计通用手册.机械工业出版社.北京:机械工业出版社,1994.53 邱丽芳等编.机械原理.北京:机械工业出版社,20044 宗光华等编.机器人的创意设计与实践.北京:北京航空航天大学出版社,20045 刘延俊.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2002.6 林明星.电气控制与可编程控制器M.北京:机械工业出版社,2004.7 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2003. 8 濮良贵 纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社,2001.二、 研究(设计)内容： 针对常见截面形状（如圆形、方形、三角形、椭圆形等）、常见截面尺寸管材，设计利用激光进行工件焊接的专用机器人的主体结构。收集资料，了解国内外焊接设备、激光焊接技术、管材加工设备、机器人技术的发展现状，设计机器人主体结构，选定合理参数，进行必要的强度和刚度校合，绘制相关装配图和必要零件图，完成论文翻译和毕业设计说明书。三、研究(设计)方法及技术路线：本设计以增强设备局部专用性，简化设备结构为指导思路，同时采用新型结构方案，增强其通用性。开发出针对常见截面形状（如圆形、方形、三角形、椭圆形等）、常见截面尺寸管材进行焊接加工的，能满足各种型材焊接加工的空间要求，并能进行一些成形工件焊接的，一种简易的激光焊接专用机器人。1) 查阅相关资料，了解管材激光焊接专用机器人的研究现状及发展趋势。2）掌握设计过程所需的基本知识，为设计作好充分准备。3）画出结构草图，根据自己的思路进行设想，构建机械模型并在草稿纸上体现出来。查阅相关手册，选择合理的机械零件。4）进行设计计算、受力分析，在此基础上确定零件尺寸；并对关键零件尺寸进行校核。5）绘制总装图及零件图。6）撰写设计说明书。 7）整理各种设计资料，按照要求装订入袋。四、时间安排： 第7周第9周：毕业实习，查阅资料、外文翻译、文献综述 第910周：熟悉课题，撰写开题报告 第10周：确定设计方案，完成机器人的总体结构设计 第11周第13周：画装配图