开题报告-小型搬运工业机械手设计

浙江理工大学毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目:小型搬运机器人设计学生姓名:指导教师姓名:专业:20XX年6月23日1.课题名称小型搬运机器人设计2.课题研究背景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。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。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。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。3课题研究意义传统的工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和装配工作。工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替,这一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面可以大大提高劳动生产率。搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。最早的搬运机器人出现在1960年的美国，Versatran和Unimate两种机器人首次用于搬运作业。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。目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，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。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，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。它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。

应用搬运机器人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用搬运机械人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都有搬运机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

可见，有效的应用搬运机械手，是发展机械工业的必然趋势机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段,国内外都很重视它的应用和发展。搬运机器人是典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。4文献查阅情况文献【1】针对六自由度链式机械臂在进行正运动学、逆运动学以及轨迹规划仿真时,不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果,在正确建立机械臂数学模型的基础上,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法,并采用三维运动仿真进行了验证。文献【2】本文通过两个步进电机驱动芯片ULN2803和A3967SLB来控制两个不同精度的步进电机。其中A3967SLB根据其逻辑时序来控制其端口DIR、MSI、STEP,从而实现正转和反转;ULN2803按照励磁表的顺序激励步进电机,这样也可以实现正转和反转。这两种不同的控制方式一个实现水平方向的控制,另一个实现垂直方向的控制,从而实现一种以STC15F2K60S2为主控芯片的通用控制平台。文献【3】提出了一种扫描电子显微镜用4-PSPS/PRPUR五自由度宏/微双重驱动并联机构,该机构可以实现三维移动和两维转动。采用螺旋理论分析了该机构的自由度,采用基于螺旋系线性相关性的并联机构输入选取判别方法,选取了驱动副并进行了合理性判别。文献【4】本文以自主研制的钱江Ⅰ号焊接机器人作为载体,通过理论研究和实验验证相结合的方式,系统深入地研究了六自由度串联机器人的实时逆运动学、轨迹规划与优化、动力学耦合特性和高精度轨迹跟踪控制问题,旨在找到工业机器人国产化的受限因素,并为串联机器人的开发应用提供一套有效的理论和技术解决方案。文献【5】针对工业机械手的结构设计问题进行研究,对于机械手的设计主要包括了机械手的驱动机构与执行机构的设计。首先根据实际的机器人的种类选择机器人的驱动方式,以搬运机械手为前提选择了液压驱动方式。选择驱动方式之后再对执行机构包括手部、手腕、立柱、机座按照安全、准确、经济等原则进行设计。文献【6】结合对自动化装配线的应用对象,选定了机械手所要实现的功能。首先,给出了装配机械手的总体方案,总体方案包括机械手本体组成和自由度的分配。确定了机械手各杆臂长度以及各关节的转角范围。其次,对六自由度机械手具体结构进行了建模、虚拟装配,并对部分关键零件进行强度校核。文献【7】机器人在工业上已经取得了非常大的进步,尤其是视觉传感器的应用对于机器人的智能化有很大的帮助。基于DMC5480运动控制卡,通过视觉处理系统实现了RS232串行通信,设计了一套可识别机器人手臂的精准定位系统,详细研究了控制系统硬件,规划了控制系统控制策略,编写了上位机操作软件文献【8】为了建成一套精确定位的输送机械手控制系统,以西门子S7-200系列PLC和松下MINASA5系列交流伺服驱动器为例,提出了使用PLC主机单元的高速脉冲输出端口控制伺服驱动器实现定位控制的方案。文献【9】.针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.文献【10】本文论述了基于PLC控制的气动机械手装置的功能、结构、原理及软件设计。文中详细介绍了PLC的选择,I/O点分配,PLC与器件的逻辑电路连接及系统的气动原理与工作原理等具体内容。文献【11】通过介绍由PLC控制的步进电机定位系统硬件组成和编程技术,表明步进电机在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,这一线性关系的存在,使速度、位置等控制变得非常简单。文献【12】依据步进电动机的工作原理以及控制方法,提出了步进电动机控制系统的设计方案。使用西门子CPU224可编程控制器作为核心控制器设计出步进电动机控制系统,可以实现对三相步进电动机速度、正反转、三相单三拍、三相六拍等多种运方式的控制。给出控制系统软硬件的实现方法,整个控制系统结构简单,功能较强,可靠性高。文献【13】设计了机械手控制系统的硬件及软件系统,编制了机床的手动、自动控制程序。基于自动控制程序编写了自动控制步进梯形图。基于PID和模糊控制理论编写了控制系统的初始化及自动报警程序。文献【14】Thispaperdealswiththekinematicsandanalysisofanewparallelmechanismwithasuspendedplatform.Theproposedmechanismhasauniqueappearanceinthatthe6chainsoriginatingfromacircularringareconnectedtothebothendsofasuspendedplatform.Afterintroducingthekinematics,thearchitecturesingularityproblemisanalyzed.Then,thekinematiccharacteristicsofthismechanismareanalyzedwithrespecttotheworkspaceandtheisotropicindex.Kinematicoptimizationofthismechanismwasalsoperformed.Finally,theproposedrobotwasemployedasanautomaticdeviceforotologicsurgery.文献【15】Thispaperpresentsthecontroloftwoaxisrobotarm.Thesystemisconsistedoftwostepmotors,robotarm,computerandPIC16F84A.Oneofthemcontrolstherobotarmviaparallelportofthecomputer.TheotheronecontrolsendelementonthearmbyPIC16F84A.PIC16F84Adrivesthemotorbythedesignedcircuitdrive.Althoughthecontrolofthestepmotorisveryeasy,theyworkchoppily.Therefore,itisnecessarytoreducetheripplesoccurredatthespeedandtorqueofthestepmotor.Inthisstudy,proportional–integral–derivative(PID)controllerisusedtoreducetheripples.Theobtainedresultsshowtheproposedmethodisverysuccessful.文献【16】EffectivelyApplytheSystemsNeededforKinematic,Static,andDynamicAnalysesandDesignAsurveyofmachinedynamicsusingMATLABandSimMechanics,KinematicsandDynamicsofMechanicalSystems:ImplementationinMATLAB®andSimMechanics®combinesthefundamentalsofmechanismkinematics,synthesis,staticsanddynamicswithreal-worldapplicationsandoffersstep-by-stepinstructiononthekinematic,static,anddynamicanalysesandsynthesisofequationsystems.WrittenforstudentswithnoworkingknowledgeofMATLABandSimMechanics,thisbookprovidesabasicunderstandingofstaticanddynamicmechanismanalysis,movesbeyondconventionalkinematicconcepts—factoringinadaptiveprogramming,2Dand3Dvisualization,andsimulation,andequipsreaderswiththeabilitytoreadilyanalyzeanddesignmechanicalsystems.参考文献[1]六自由度机械臂轨迹规划与仿真研究[J].孙亮,马江,阮晓钢.

控制工程.

2010(03)[2]基于15单片机的步进电机驱动平台通用系统设计[J].刘雪枫,朱兆优,周程.

科技广场.

2014(03)[3]五自由度宏/微双重驱动并联机构及其运动学分析[J].赵铁石,冯海兵,刘艳辉,边辉.

燕山大学学报.

2010(06)[4]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D].刘松国.浙江大学

2009[5]工业机械手结构设计分析[J].欧洋,高祯,李连强.

工业控制计算机.

2017(06)[6]六自由度装配机械手设计及运动学求解[J].王雷,刘志虎,李震,林鹏雄.

河北科技大学学报.

2014(05)[7]机器人手臂控制系统的设计与研究[J].吴学礼,刘浩南,许晴.

河北科技大学学报.

2014(04)[8]PLC及伺服电机的精确定位输送机械手设计[J].张顺星,梁小宜.

机械与电子.

2015(04)[9]六自由度模块化机械臂的逆运动学分析[J].姜宏超,刘士荣,张波涛.

浙江大学学报(工学版).

2010(07)[10]基于PLC控制的气动机械手系统[J].张州,刘广瑞,杜大军.

机电产品开发与创新.

2004(03)[11]一种PLC控制的步进电机定位系统的实现方法.张顺