开题报告-防爆搬运机器人设计

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1、毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目：防爆搬运机器人设计 2013 年 1 月 5 日 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：机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。机器人学集力学、机械工程学、电子学、计算机科学和自动控制为一体，是一门综合性学科。机器人手臂是防爆搬运机器人设计的一个重要部分，本论文就机器人手臂及控制系统的设计作了阐述。关键词：机器人、控制系统、传感器 1 引言当代科学技术发展

2、的特点之一就是机械技术，电子技术和信息技术的结合，机器人就是这种结合的产物之一。现代机器人都是由机械发展而来。与传统的机器的区别在于，机器人有计算机控制系统，因而有一定的智能，人类可以编制动作程序，使它们完成各种不同的动作1。随着计算机技术和智能技术的发展，极大地促进了机器人研究水平的提高。现在机器人已成为一个庞大的家族，科学家们为了满足不同用途和不同环境下作业的需要，把机器人设计成不同的结构和外形，以便让他们在特殊条件下出色地完成任务。机器人成了人类最忠实可靠的朋友，在生产建设和科研工作中发挥着越来越大的作用2。 搬运机器人不但能够代替人的某些功能，有时还能超过人的体力能力。可以24小时甚至

3、更长时间连续重复运转，还可以承受各种恶劣环境。因此，搬运机器人是人体局部功能的延长和发展。21世纪是敏捷制造的时代，搬运机器人在敏捷制造系统中应用广泛3。2 防爆搬运机器人的现状及发展国际防爆搬运机器人研究在经过了80年代的低潮之后?,呈现出复苏和继续发展的形势;我国的防爆搬运机器人研究在国家七五、八五及863计划的推动下也取得了很大的发展4。在70年代的机器人浪潮相比,现在的防爆搬运机器人研究有两个特点:一是对防爆搬运机器人智能的定位有了更加符合实际的标准,也就是不要求机器人具有像人类一样的高智商,而只是要求机器人在某种程度上具有自主处理问题的能力5。经过近几年的发展，搬运机器人已经取得了长

4、足的发展。搬运机器人已被广泛应用于汽车零部件制造、汽车生产组装、机械加工、电子电气、橡胶及塑料木材与家具制造等行业中，同时也应用在医药食品饮料化工等行业的输送、包装、装箱、搬运、码垛等工序6。目前，国际上的搬运机器人主要是由日本和欧洲国家研发的。日本研发的主要有安川、0TC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的产品。而欧洲国家主要有德国的KUKA、CLOSS、瑞典的ABB、意大利的COMAU、及奥地利IGM的公司等7。最近，日本成功研制除了某垂直关节型搬运机器人，手臂有3个关节，能上下、前后及侧向移动，即有6个自由度，每个坐标轴用交流伺服电机控制，最大搬运重量为500kg。德国的库卡公司（K

5、UKA）则推出了四款全新的码垛机器人（属于搬运机器人），型号分别是KR300PA、KR470PA、KR700PA和KR10001300“titan”PA8。码垛机器人广泛应用于将货物搬运到货盘上（码垛）、从货盘上搬移下货物（卸码垛）以及货物的举起、码垛、包装、运送、分拣和标注。在国内，搬运机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲。我国无锡威孚集团公司和南京理工大学于2001年共同合作开发了一种搬运机器人，其结构为六自由度、关节式、轨道控制式，原设计是针对该集团铝浇铸车间搬运铝液的作业，完成从保温炉内舀取铝液倒入浇注机进行浇注。当然这种机器人还可以开发利用到其他搬运作业中去。但总的来看我国的工业

6、机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，还需要不断的进行学习和研究9。3 防爆搬运机器人手臂研究的现状及发展趋势 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

7、10。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。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11。（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

8、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12。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

9、，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13。 国内搬运机械手的发展趋势主要可以概括为以下几点： 搬运机械手性能不断提高(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

10、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14。 （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。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

11、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15。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，减轻了工人的劳动强度。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16。触觉功能即是在机械手

12、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。4 结论 对于搬运物体类的机械手臂的基本要求是能快速、准确地拾放并且能搬运物件，这就要求具有较高的精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计机械手臂的原则是：充分分析作业对象和环境，明确工作的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手臂结构及运行控制的要求，尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制17。 参 考

13、文 献1 蔡鹤皋. 机器人将是21世纪技术发展的热点J. 中国机械工程. 2000(05)：232 李伟,李吉,张俊雄,陈英,任永新. 苹果采摘机器人机械臂优化设计及仿真J. 北京工业大学学报. 2009(06)：173 马履中,杨文亮,王成军,陈修祥,薛城,林钰珍,刘爱荣. 苹果采摘机器人末端执行器的结构设计与试验J. 农机化研究. 2009(12)：554 刘淑珍,张玉宝. 杨梅采摘机械手研究展望J. 农机化研究. 2009(12)：685 田素博,邱立春,秦军伟,刘春芳. 国内外采摘机器人机械手结构比较的研究J. 农机化研究. 20076 崔玉洁,张祖立,范磊,姜迎春. 基于ADAMS的

14、果品采摘机械手运动学仿真分析J. 农机化研究. 20087 李秦川,胡挺,武传宇,胡旭东,应义斌. 果蔬采摘机器人末端执行器研究综述J. 农业机械学报. 20088 刘继展,李萍萍,李智国. 番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计J. 农业机械学报. 2008(03)9 陈志喜,魏世民,廖启征. 类人机器人手臂控制系统设计J. 机械工程与自动化. 2005(04)10 贾卫平. 机械手运动学仿真的实现J. 机械设计与制造. 2005(06)11 王艳,王占林. 基于VisualC+6.0的MFC和OpenGL的六自由度并联机器人的三维 建模J. 液压与气动. 2004(12):6912 韩桃,宋文

15、忠. 基于VC+的OpenGL三维动画仿真系统的实现J. 微机发展. 2004(11)：26813 徐益,颜文俊,诸静. 机器人三维图形仿真的实现J. 计算机仿真. 2003(07)：3714 王幼民,徐蔚鸿. 机器人关节空间B样条轨迹优化设计J. 机电工程. 200015 熊文生. 水果采摘机器人实时避障方法的研究J. 农机化研究. 2009(04):11416 孙增圻. 机器人系统仿真及应用J. 系统仿真学报. 1995(03)：1917 恽为民,席裕庚. 基于遗传算法的机器人关节空间最优运动规划J. 机器人. 1995(04)：96 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）：1 本课题研究的问题 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工件或工具），并带动它们作空间运动。手臂运动应该包括3个运动：伸缩、回转和升降。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来