开题报告-四自由度scara机器人的机械设计

毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目四自由度SCARA机器人的机械设计学院名称机械与汽车工程学院专业（班级）机械设计制造及其自动化108班姓名学号指导教师系（教研室）负责人一、选题的背景意义和主要内容1选题的背景SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移1和2，及移动关节的位移Z决定的，即PF1,2,Z，如图所示。这类机器人的结构轻便、响应快，例如ADEPT1型SCARA机器人运动速度可达10M/S，比一般关节式机器人快数倍。它最适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。SCARA系统在X,Y方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统首先大量用于装配印刷电路板和电子零部件；SCARA的另一个特点是其串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间中作业然后收回，适合于搬动和取放物件，如集成电路板等。如今SCARA机器人还广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。SCARA机器人可以被制造成各种大小，最常见的工作半径在100毫米至1000毫米之间，此类的SCARA机器人的净载重量在1千克至200千克之间。2意义工业机器人的应用对于改变传统生产模式全面提升企业的综合竞争力具有重大作随着我国加入WTO和经济全球化的发展市场竞争变得更加剧烈，迫切需要用我国制造业进行大规模的技术改造和设备更新,因而对工业机器人技术和自动化生产设备的需求也将不断增加,但我国机器人产业步伐较慢工业机器人长期大量依赖进口。从国外引进的机器人自动化生产设备不仅价格昂贵，而且使用效果很不理想，由此严重制约了我国制造业的健康发展。据统计2004年以前已经引进的自动化生产设备中有近一半处于不能正常运行的状态其中问题较大的占33根本不能使用的高达16造成这种问题的主要原因包括国外自动化系统不适合国内企业的工艺现状，系统选型不合理、缺乏足够的售前和售中技术支持，售后服务跟不上等；而机器人控制系统结构封闭是导致机器人价格昂贵售后服务不完善、机器人技术发展缓慢的根本原因，因此研究和设计自主知识产权的工业机器人具有非常重要的意义。3、课题研究的主要内容四自由度SCARA机器人是由大臂、小臂、Z向直线运动和转动组成的平面关节型机器人，具有结构紧凑、精确、快速等优点，广泛应用于搬运、装配等任务。本课题通过对不同实现方案进行比较（例如在设计第三、四自由度时，使用滚珠丝杠滚珠花键轴，或者集成的滚珠丝杠滚珠花键轴），使用三维设计软件，对SCARA机器人的典型结构进行设计，并重点设计Z向直线运动和转动机构。主要内容1翻译英文资料，了解SCARA机器人的发展状况；2学习SOLIDWORKS（或PRO/E）、AUTOCAD等机械设计和绘图软件；3进行伺服电机、谐波减速器的选型；4完成论文或设计说明书。二、国内外相关技术的发展状况1、国外工业机器人发展状况在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括瑞典的ABBROBOTICS，日本的FANUC、YASKAWA，德国的KUKAROBOTER，美国的ADEPTTECHNOLOGY、AMERICANROBOT、EMERSONINDUSTRIALAUTOMATION、STROBOTICS，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。国外专家预测，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会（UNECE）和国际机器人联合会（IFR）的统计，世界机器人市场前景看好，从20世纪下半叶起，世界机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头1。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。像国际上著名公司ABB、COMAU、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是机器人自动化生产线及物流与仓储自动化设备的集成供应商。目前，日本、意大利、德国、欧盟、美国等国家产业工人人均拥有工业机器人数量位于世界前列，全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。2、国内工业机器人的发展我国工业机器人起步于20世纪70年代，与发达国家相比起步稍晚。其发展过程大致可分为三个阶段70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。上世纪90年代末期，中国投资建立了9个机器人产业化基地和7个科研基地，包括沈阳自动化研究所的新松机器人公司、哈尔滨工业大学的博实自动化设备有限公司、北京机械工业自动化研究所机器人开发中心、海尔机器人公司等。我国工业机器人市场主要集中在航空航天、汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工、电力等行业。而今经过几十年的研制、生产和应用，中国机器人产业从无到有，由弱变强，实现了跨越式发展。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。中国的工业机器人应用数量仍然偏少，且主要依赖从日本、瑞典、德国、意大利、美国进口。其中，日本约占64，欧洲约占36。制造商主要有FANUC、YASKAWA、ABB、COMAU、KUKA和STAUBLI等。从市场占有率来说，无法相提并论。工业机器人很多核心技术，当前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。3、国内发展趋势中国工业机器人在“七五”、“九五”、“十五”期间研究取得了较大进展，我国在关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，应用遍及各行各业，但进口机器人占了绝大多数。科学院机器人“十二五”规划研究目标开展高速、高精、智能化工业机器人技术的研究工作，建立并完善新型工业机器人智能化体系结构；研究高速，高精度工业机器人控制方法并研制高性能工业机器人控制器，实现高速，高精度的作业；针对焊接，喷涂等作业任务，研究工业机器人的智能化作业技术，研制自动焊接工业机器人，自动喷涂工业机器人样机，并在汽车制造行业，焊接行业开展应用示范。国家下一步的发展思路，将发展以工业机器人为代表的智能制造，以高端装备制造业重大产业长期发展工程为平台和载体，系统推进智能技术、智能装备和数字制造的协调发展，实现我国高端装备制造的重大跨越。具体分两步进行第一步，20122020年，基本普及数控化，在若干领域实现智能制造装备产业化，为我国制造模式转变奠定基础；第二步，20212030年，全面实现数字化，在主要领域全面推行智能制造模式，基本形成高端制造业的国际竞争优势。工业机器人市场竞争越来越激烈，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，加快工业机器人的研究开发与生产是使我国从制造业大国走向制造业强国的重要手段和途径。未来几年，国内机器人研究人员将重点研究工业机器人智能化体系结构，高速高精度控制，智能化作业，形成新一代智能化工业机器人的核心关键技术体系，并在相关行业开展应用示范和推广。（1）工业机器人智能化体系结构标准（2）工业机器人新型控制器技术（3）工业机器人智能化作业技术（4）成线成套装备技术（5）系统可靠性技术三、思路方案本课题设计四自由度SCARA机器人，四自由度SCARA机器人是由大臂、小臂、Z向直线运动和转动组成的平面关节型机器人，具有结构紧凑、精确、快速等优点。本课题通过对在设计第三、四自由度时，使用滚珠丝杠滚珠花键轴，或者集成的滚珠丝杠滚珠花键轴的比较，结合实验室的机器臂参考，使用三维设计软件，对SCARA机器人的典型结构进行设计，并重点设计Z向直线运动和转动机构。根据机器人控制要求、工作原理及工作环境，确定机器人总体方案。在充分分SCARA机器人工作过程后，应把每个关节总分总考虑。完成整个课题所需做的工作大致如下1翻译英文资料，了解SCARA机器人的发展状况；2学习SOLIDWORKS（或PRO/E）、AUTOCAD等机械设计和绘图软件；3进行伺服电机、谐波减速器的选型；4设计SCARA机器人的整体机械结构；5在设计Z向直线运动和转动机构时，拟采用滚珠丝杠滚珠花键轴的方案。并对局部机械结构进行优化设计；6绘制SCARA机器人的三维图、二维装配图和零件图；7对所完成的课题进行分析、归纳及综合，撰写毕设论文；8提交电子版所有资料翻译资料、图纸、程序、文档和毕设论文。毕业设计计划流程图查阅课题相关资料学习应用软件硬件的基本技能运用PRO/E（SOLIDWORKS）进行三维建模与装配进行伺服电机、谐波减速器的选型分析模拟整体性能提交翻译文献了解发展现状设计SCARA机器人的整体机械结构局部机械结构进行优化设计撰写毕设论文主要参考1中国产业经济信息网（HTTP/WWWCINICORGCN）2中国机器人网（WWWROBOTSCHINACOM）3王田苗全力推进我国机器人技术J机器人技术与应用，2007（2）17234付京逊机器人学控制传感技术视觉智能M北京中国科学技术出版社19895许果，王峻峰，何岭松一种基于SCARA机器人机械结构设计J机械工程师，2005，（4）65676徐晓宇，毛燕，