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移动机器人转台的设计,移动,机器人,转台,设计
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：王风学 号：0601510150专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：移动机器人转台的设计指 导 教 师:周建平 2010 年 4 月 4 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备1。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。它大都用于简单、重复、繁重的工作，如上、下料，搬运等，以及工作环境恶劣的场所，如喷漆、焊接、清砂和清理核废料等2。它使传统的工业生产面貌发生了根本性的变化,使人类的生产方式从手工作业、自动化跨入了智能化的时代。关键词 移动作业机器人 旋转台 驱动方式 1 移动作业机器人的应用和发展趋势自从20世纪60年代初人类创造了第一台机器人以后，机器人就显示出它极大的生命力，在短短40多年的时间中，机器人技术得到了迅速的发展，工业机器人已在工业发达国家的生产中得到了广泛的应用。目前，机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中3。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等小型机器人都已被大量采用4 ,在众多制造业领域中，应用工业机器人最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业5。就国际上而言，现在机器人的应用主要有两种方式，一种是机器人工作单元，另一种是带机器人的生产线，并且后者在国外已经成为机器人应用的主要方式。 目前小型机器人技术正在向智能机器和智能系统的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化（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机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。）；控制技术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面6 7。在国内机器人技术也有了很大发展，在机器人基础技术方面：诸如机器人机构的运动学、动力学分析与综合研究，机器人运动的控制算法及机器人编程语言的研究，机器人内外部传感器的研究与开发具有多传感器控制系统的研究，离线编程技术、遥控机器人的控制技术等均取得长足进展，并在实际工作中得到应用8。2 小型移动机器人的构成小型移动机器人的结构型式是多种多样的，但归纳起来看，机器人基本上是由执行机构、控制系统和驱动系统三部分组成9。这三部分之间及其与检测系统、工作对象之间的相互关系可以用下图来表示行程速度检测控制系统其它传感器驱动系统执行机构工作对象图1 机器人各组成部分关系图21 执行机构执行机构也叫操作机，由一系列连杆或其它形式的运动副所组成，可实现各个方向的运动，它包括带轮履带、车身、运动臂、腕关节和手部等部件。有时也可装备侦察设备等。图2 机器人的执行机构（1）带轮履带是机器人的基础部分，整个装置的行走机构和驱动系统。行走机构多用滚轮式或履带式，行走方式分为有轨和无轨两种。有时为了能使机器人完成较高攀爬的操作，可以增加电机驱动摆臂机构，进行爬行作业。（2）旋转台是外接装置的承载平台，要保证与行走、摆动、驱动机构进行可靠地连接，所以必须具有足够的强度和刚度。回转功能是指小型机器人的工作装置在车体上进行 90 度的往复转动。小型机器人在行走装置的车体上与工作装置之间采用了回转机构。回转机构是由电机减速器、回转轴、涡轮、蜗杆共同组成，其摩擦系数微乎其微，转动平稳灵活，即使很小的位移也能控制，克服了无回转功能的不足，且承载平台还需实现自锁功能，满足实际工作的要求。图3 转台及手臂结构简图（3）手臂是执行机构的主要运动部件，它用来支承腕关节和手部，并使它们在工作空间内运动。手臂的运动及机构与机器人所采用的坐标系直接相关。手臂的运动可归结为直线运动。直线运动多通过油（气）缸驱动来实现，也可通过齿轮。齿条、滚珠丝杆来实现。（4）腕关节是连接手臂和手部的部件，用于调整手部的方向、姿态。腕关节的结构大体上可以分为弯曲式和转动式两种结构。为了使机器人有较好的动力学特性，一般将作动器装在立柱或者靠近立柱的其它部件上，通过链条、齿形带或者连杆，将作动器的运动传递到腕关节。（5）手部装置一般指夹持装置，主要用来按操作顺序和位置传送工作。根据工作原理的不同，夹持装置可分为机械夹紧式、真空抽吸式、气（液）压张紧式和磁力式四种。22 驱动系统驱动系统主要是指驱动执行机构的传动装置，根据动力源的不同，可分为电动、液压和气动三种10 11。根据需要也可以由这三种类型组成复合式的驱动系统。（1）液压技术具有动力大、力惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点，适用于承载能力大、惯量大以及在防爆环境中工作的机械手。（2）气动驱动系统具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点，适用于中小负载的系统中。由于气压传动系统使用安全可靠! 可以在高温、震动、易燃、易爆、 多尘埃、 强磁、 辐射等恶劣环境下工作，而气动机器人具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、 易实现复杂的动作等优点。但难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械手中。如在上、下料和冲压机械手中应用较多。（3）电动驱动系统一般采用低惯量、大转矩的交直流电机和配套的伺服驱动器。23 控制系统小型机器人的控制系统的主要任务是控制小型机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及运动的时间等项目12。控制系统的典型部件有传感器、控制系统的硬件和软件等。其控制方式有点位式、轨迹式、力（力矩）控制方式和智能控制方式四种13。（1）点位式能准确的控制末端执行器的工作位置，而路径无关紧要，比较简单。（2）轨迹式能让机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运动。（3）力（力矩）控制方式除了准确定位之外，还能控制力或力矩进行工作。其中应用比较广泛的是PLC系统，可编程序控制器(PLC)已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。它是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置，它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点;气动技术也是实现工业自动化的重要手段，并且已广泛地应用于各工业部门，在机械产品自动化、工业自动化及企业技术改造方面占有重要的地位14 15。3 研究方案1根据设计指标,首先对移动载体和搭载平台进行了构型分析,然后对各零部件进行详细的设计。2. 从总体尺寸、系统自重等方面考虑，选择出合适的电机、减速器等部件，因转台还需搭载运动臂等外部，故还需考略转台因有一定的承载能力。对搭载平台进行应力和强度校核,在满足设计要求的前提下,对转塔结构进行优化,完成了轻量化设计。3. 转台要有回转和俯仰两个自由度（转台转动范围:360俯仰平台转动范围25），可参考塔吊的运动原理，转台转动平稳可以考虑使用推力球轴承，为使其达到自锁的目的，可使用蜗轮蜗杆装置。4 总结综上所述，小型机器人转台的设计的主要部分就在于选择合适的机构。根据给定的自由度和技术参数选择出合适的运动和自锁部件并对各部分进行设计计算。目前小型机器人的发展十分迅速，在各行业中起着重要作用，而我国对在各种危险环境下作业的小型机器人要求十分迫切。参 考 文 献1 减速机信息网. 工业机器人技术EB/OL. /n-i-28976-c-Potpourri.htm,2006.2 熊有伦. 机器人技术技术M. 武汉： 华中理工大学大学出版社，1996.3 Krisztinicz I .positioning problems of industrial robotsM.New York :Microsoft Press,1997.165286. 4 林绳宗. 全球机器人应用概况J.高技术纵览，2005,6:55. 5 龚振邦. 机器人机械设计M. 北京: 电子工业出版社, 1995.6 中国自动化网.工业机器人的现状与发展趋势EB/OL./doc_Lesson/2006-3/16/0631622550860232.htm,2006.7 周锡驹.国外工业机器人的发展与应用动态 J. 自动化学报,1987，l13(3):222238.8 陈佩云,金茂菁,曲忠萍. 我国工业机器人发展现状J. 机器人技术与应用，2001(1):25.9 吴瑞祥. 机器人技术及应用M. 北京：北京航空航天大学出版社，1994.10 李允文.工业机械手设计M. 北京:机械工业出版社，1994.11 张建民.工业机器人M.北京:北京理工大学出版社,1988.12 郭洪红. 工业机器人技术M. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.13 谢存禧，张铁.机器人技术及其应用M. 北京:机械工业出版社，2005. 199514 李军英，刘艳香，焦冬梅三菱PLC在气动机械手中的应用J.工业自动化，2007，3：55.15 机器与智能网. 工业机器人应用领域分析网络DB/OL./yingjian/rbyy/20070304/201446.shtml, 2007 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题以小型地面移动机器人的转台为研究对象，要求综合运用所学基础理论知识,根据给定的总体结构尺寸、重量及运动特性指标，进行结构选型、机构设计。通过本课题的研究，通过对设计要求、工作原理和机构动作的分析和理解，构思机构运动方式和传动布局，并进行机构、零部件设计计算等环节的实践，来培养设计、计算、制图及计算机应用能力，以提高分析与解决工程实际问题的能力。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该同学的“文献综述”是在较好的理解和分析设计任务书的要求，广泛搜集并研究
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