本科生毕业设计（论文）开题报告****: ***学号: ********班级: 140212专业: 机械工程及自动化****: ***开题报告课题名称：水平多关节型工业机器人设计——机身与大臂结构及控制系统设计一、课题介绍:课题背景：据有关专家介绍，机器人充分体现了人和机器的各自优长，它比传统机器具有更大的灵活性和更广泛的应用范围。

机器人的出现和应用是人类生产和社会进步的需要，是科学技术发展和生产工具进化的必然。

在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体力和智力的新一代生产工具，作为现代制造业的主要自动化装备在制造业中广泛应用，并将在未来的制造企业中扮演越来越重要的角色。

机器人及其自动化成套装备已成为目前国内外极受重视的高新技术应用领域。

机器人及其自动化成套装备是指以机器人为核心，以信息技术和网络技术为媒介，将所有设备连接到一起而形成的大型自动化生产线。

它是先进制造装备的典型代表，是发展先进制造技术实现生产线的数字化、网络化和智能化的重要手段。

据介绍，机器人及其成套设备的应用将使现代制造业产生变革，对改变传统生产模式，全面提升企业的综合竞争力具有重大作用。

机器人及其自动化成套装备的拥有量和水平是衡量一个国家制造综合实力的重要标志之一。

在机器人中，人（操作者）是不可缺少的重要组成部分，在用这种装置完成一项操作任务的整个过程中，自始至终都必须有人的参加。

同时，人通过观察系统对从动部件的工作情况及其周围环境保持直接或间接的视觉监视，从而能充分的依靠人的感觉和智力及时做出判断和决策，以适应工作对象或其周围环境的变化，随机应变地完成那些较为复杂的、或者事先难以预料的操作任务。

目前，机器人已经越来越多、越来越广泛地应用于生产生活的各个方面。

金字塔探密，机器人功不可没。

美国攻打伊拉克，机器人也发挥了重要作用。

中国神州五号的成功发射，充分显示了我国在机器人某个领域的实力。

我国现代工业机器人技术发展现状的研究1、工业机器人技术概念工业机器人由操作机（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。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

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。

2、工业机器人技术发展现状在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人已占有一定比重（占日本1998年安装台数的10%，销售额的36%）（1）机械结构①已关节型为主流，80年代发明的使用于装配作业的平面关节机器人约占总量的1/3。

90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、360度全工作空间范围的垂直关节机器人大量用于焊接和上、下料。

②应3K和汽车、建筑、桥梁等行业需求，超大型机器人应运而生。

如焊接树10米长、10吨以上大构件的弧焊机器人群，采取蚂蚁啃骨头的协作机构。

③CAD、CAE等技术已普遍用于设计，仿真和制造中。

（2）控制技术①大多数采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。

②协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制，正逐步实现多智能体的协调控制。

③采用基于PC的开放结构的控制系统已成为一股潮流，其成本低、具有标准现场网络功能。

（3）驱动技术①80年代发展起来的AC侍服驱动已成为主流驱动技术用于工业机器人中。

DD驱动技术则广泛地用于装配机器人中。

②新一代的侍服电机与基于微处理器的智能侍服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。

（4）应用智能化的传感器装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种传感器，有些机器人留了多种传感器接口。

（5）通用机器人编程语言在ABB公司的20多个小型号产品中，采用了通用模化块语言RAPID。

最近美国“机器人工作空间技术公司”开发了Robot ScriptV.10通用语言，运行于该公司的通用机器人控制器URC的WinNT/95环境。

该语言易学医用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。

（6）网络通用方式大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3，其它采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。

（7）高速、高精度、多功能化目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s。

位置重复精度为正负0.01mm。

但有一种速度竞达到80m/s；而另一种并连机构的NC机器人，其位置重复精度大1微秒。

（8）集成化与系统化当今工业机器人技术的另一特点是应用从单机、单元向系统发展。

百台以上的机器人群与微机及周边智能设备和操作人员形成一个大群体（多智能体）。

跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品连接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。

3、技术发展趋势随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及在系统（FMS、CIMS）中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”（Agile Manufacturing），满足多样化、个性化的需要，并适应多变的非结构环境作业，向非制造领域进军。

（1）感觉功能感觉功能方面将实现多传感器信息的融合，以检测多变的外部环境，做出判断和决策，其实质类似于人的五官和身体的综合感觉功能，包括视觉、触觉、力觉、滑觉、接近觉、压觉、听觉、味觉、臭觉、温觉等。

研究包括各类传感信息的采集及融合处理、传感器与驱动器一体化技术、感觉功能继承模块等。

（2）控制智能化由引导教向NC，离线编程发展，进而发展到进一步应用。

随着系统化、集成化生产的发展，基于PC的开放式控制系统将机器人控制和车间一级控制的发展方向，国外专家预测，2007年它将占30％。

（3）移动功能的智能化为解决长距离搬运作业、大作业对象、多作业对象及极限作业等问题，需开发自主移动系统（包括滑动、滚动、行走、爬行、跳跃、飞行等）。

（4）系统应用与集成化支持以人为核心的生产系统，实现生产系统中机器人群体协调功能、群智能和多机通讯协议，开发能理解人的意志的“同事机器人”。

国外专家预测，2000你后有可能IMS要走向MA(R)S（多智能体系统），而该系统中的“同事机器人”（Cobot）将成为操作人员不可或缺的伙伴。

围绕着各种机器人与人共存的诸多课题，正在兴起一门新学科“软机器人学”。

（5）安全可靠性由于大量不确定因素的存在，要实现智能化的安全可靠性，机器人必须具有对各种意外情况的应变能力，及时采取预防措施和安全对策，包括硬件级、软件级、应用级和人机系统级的自诊断和自修复故障。

（6）微型化向微型化发展，开发毫米级机器人，用于微加工、医学、宇宙和海洋开发等领域。

就使用性和成本来看，毫米级最可行。

（7）多传感器信息融合与配置技术①机器人的传感器配置和融合技术在水泥生产过程控制和污水处理自动控制系统中的应用：包括面向工艺过程的多传感器融合和配置技术；采用智能传感器的现场总线技术；面向工艺要求的新型传感器研制。

②机电一体化智能传感器：包括具有感知、自主运动、自清污（自调整、自适应）的机电一体化传感器研究；面向工艺要求的运动机构设计、实现检测和清污的自主运动；调节控制系统；机器人机构和控制技术在传感器设计中的应用。

与国外相比，我国机器人的拥有量还很少，随着我国国民经济的持续高速发展，适应加快实现经济结构调整和产业升级，提高整个工业的自动化水平的需要，我国机器人技术将取得高速发展。

中国入世后，客观上迫使国内企业加快技术步伐，提高企业自动化水平，提高企业国际竞争力，为我国机器人产业的发展提供良好机遇和严峻的挑战。

工作内容和要求：1、设计参数及要求：（1）要求：关节式机器人，三个自由度以上。

（2）参数：①最大持重：1.0kg（包括手爪重量）②结构形式：关节式③运动范围：大臂180°小臂115°手腕300°垂直距离150mm④驱动方式：步进电机⑤尺寸：340x380x645⑥用PLC控制（3）工作量：①机械系统设计：CAD绘图，A0×3（装配图2张，零件图1张）②电气系统设计：CAD绘图，A0×1（电气原理图）③零件设计：100句以上④说明书：20000字⑤外文翻译：5000汉字⑥查阅有关资料：15篇以上课题的重点和难点：1、水平多关节机器人自由度的设计。

2、与水平多关节机器人相关参数的计算。

3、水平多关节机器人基本结构的设计。

4、多关节机器人电气原理设计。

可能用到的主要知识和技能：1、液压系统控制等驱动方式。

2、与机械手有关的结构知识。

3、单片机的工作原理及引脚接法。

4、相关的编程软件。

如：可编程序控制器。

需要自学的知识和技能：1、对现阶段机器人发展现状的了解。

2、水平多关节机器人有关的基本计算、机器人基本机械结构的设计3、多关节机器人的驱动方式、电气原理的认识。

单片机的工作原理及引脚接法4、熟练掌握CAD绘图方法二、工作计划1、第七学期第一周~第八学期第四周：（1）调研，收集有关资料（2）整理和筛选有关资料（3）消化理解设计中涉及到的知识（4）翻译5000字（5）开题报告2、第八学期第五周~第八学期第十六周：（1）第五周~十周：完成草图①：机械系统设计（完成机械系统装配图1张，CAD绘图，AO图纸）；②：电器系统设计：a:硬件设计（电气原理图一张，CAD绘图，AO图纸）b:软件编程（2）第十一周~十四周：完成CAD绘图和设计说明书的编写（3）第十五周~十六周：出图、打印说明书、准备答辩三、参考文献01、许灏主编. 机械设计手册. 机械工业出版社，1998，502、濮良贵、纪名刚主编. 机械设计. 第六版. 西北工业大学出版社，03、甘永立、陈晓华主编. 机械精度设计. 吉林人民出版社，1998，704、邓堤、唐可洪主编. 机电一体化设计. 机械工业出版社，2001，305、张毅刚.单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社06、龚振邦.机器人机械设计.电子工业出版社07、机器人机械系统原理——理论、方法和算法08、何友华.可编程序控制器及常用控制电器09、机电控制系统设计与分析.10、机电一体化设计基础.11、工业机械手设计基础.天津科学技术出版社.1979，812、可编程序控制器原理与程序设计.13、可编程序控制器原理及应用.14、可编程序控制器控制器（PLC）应用技术.。