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搬运
机器人
设计
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1学号: 20131424开 题 报 告搬 运 机 器 人 的 结 构 设 计二级学院: 机械工程学院 教 学 系： 机械与包装工程系 专业班级: 机械设计制造及其自动化 1301 学生姓名: 陈桐 2指导教师: 李连进 2017 年 3 月3一、 选题目的和意义搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人，涉及到了力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，传感器技术，单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。搬运机器人凭借着效率高，可有效降低生产成本；可从事危险和危害性工作，达到常人难以企及的境地；实现人工难以达到的精细化技艺和标准化操作等优点，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。实际上，机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作。我国是制造业大国，搬运机器人将迎来更为广阔的发展空间和更高的发展速度，提高机器人行业的自主创新能力，应用新材料、新技术开发新机器人，满足不同用户的需求，实现企业经济效益和社会效益的整体优化，对于振兴我国制造和物流业具有重要战略意4义。二、国内外研究概况及发展趋势（1）国内现状及发展趋势工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机器人的分类方法有多种, 按其应用可分为：工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性，机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 搬运机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，搬运机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了搬运机械手的发展，使得搬运机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。搬运机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，搬运机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，国内搬运机械手的发展趋势主要可以概括为以下几点： 运机械手性能不断提高5 (高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，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搬运机械手整机国外已有模块化装配搬运机械手产品问市。 搬运机械手的控制系统向基于 PC 机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，控制柜日见小巧，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。搬运机械手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，搬运机械手还应用了视觉、力觉等传感器，虚拟现实技术在搬运机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵搬运机械手。（2）国外现状及发展趋势现代国际工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。因此其各种生产流水线以及物流管理中更是多元化的使用着气动机械手，如图 3。其中化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这6些工序的自动化而产生的。搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。国外机械手工业、铁路工业中不仅在单机、专机上采用机械手上下料如图 4，减轻工人的劳动强度。并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。采用搬运机械手在流水线进行生产更是目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。国外搬运机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的搬运机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。视觉功能即在搬运机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。更重要的是将搬运机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态三、主要解决的问题完成 4-DOF 搬运机器人的结构设计，进行力学分析校核确保机器人工作的可靠性；画出机器人的各个零件图，同时运用三维软件画出实体图。四、设计内容和要求71、应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。2、机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。机器人手臂末端工作空间要考虑机器人手腕的空间姿态要求。3、为提高机器人的运动速度与控制精度，要保证机器人手臂有足够强度和刚度，尽可能减轻手臂的重量。五、研究内容及实验方案：(1)主要研究内容本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机械手的运动机理。在此基础上，确定了四自由度搬运机械手的基本系统结构，对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。(2)主要实验方案根据系统的要求，选择机器人的坐标形式；确定驱动系统的类型；确定四自由度机器人的结构设计方案，进行力学校核；选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计； 绘制机器人的零件图，并确定尺寸；用三维软件完成三维实体造型工作8六、目标、主要特色及工作进度(1)本课题研究的目标以 4-DOF SCARA 机器人为研究对象，基于三维软件完成 4-DOF SCARA 机器人的结构设计及运动模拟。 要求机器人手爪最大负载能力是 1.0kg 各轴运动范围为：0360,0200,0200mm,0200各轴最大运动速度1.8rad/s (2)主要特色本设计的特色就是设计一个小型气动搬运机器人，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。(3)计划和工作进度2016.112017.02 查找文献资料、进行搬运机器人的结构和运动分析2017.032017.03 调研、收集有关资料、完成开题报告和外文翻译工作2017.042017.04 完成搬运机器人的结构设计方案，进行搬运机器人的运动设计、结构设计及计算等工作，完成初步设计2017.052017.05 完成全部设计工作和图纸，完成毕业论文的撰写2017.062017.06 准备和完成毕业设计答辩七、 参考文献91闻邦椿，机械设计手册（第五版）M，北京：机械工业出版社，2012。2叶晖，工业机器人典型应用案例精析（第三版）M，北京：机械工业出版社，2013。3韩建海，机器人学及其智能控制M，武汉: 华中科技大学出版社，2015。4臧海波M，机器人制作从入门到精通（第 2 版）M，北京：人民邮电出版社，201
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