喷涂机械手 开题报告

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1、一 机器人的研究背景 意义和现状1.1 研究的背景和意义 机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务的机械装置。机器 人技术作为二十一世纪非常重要的技术，与网路技术、通信技术、基因技术、虚拟现实技术 等一样，属于高新技术。它涉及的学科有材料科学、控制技术、传感器技术、计算机技术、 微电子技术、通讯技术、人工智能、仿生学等等很多学科机械臂作为机器人最主要的执行机 构，对它的研究越来越受到工程技术人员的关注。一个机械臂系统主要包括机械、硬件和软件、算法这四个部分。到具体设计需要考虑结构设 计、控制系统设计、运动学分析、动力学分析、轨迹规划研究、路径规划研究、运动学动力 学仿真

2、等部分。对于一套轻便型机械臂的研发，需要把各个部分紧密联系，互相协调设计。 随着时代的进步，机器臂技术的应用越来越普及，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生 活及教育娱乐等各个领域。目前实际应用的绝大多数机器臂都是固定在基座上的，它们只能 固定在某一位置上进行操作，因而其应用范围多限于工业生产中的重复性工作。于是实际 生产生活中迫切需要一种活动空间大，能适用于各种复杂环境和任务的可移动机器人。由于 移动机器人工作空间大、运动灵活等优点，对它们的研究也是越来越多，但是这种机器人很 多都是实现移动的，并没有可控制的手臂，所以没有抓取物体的功能。为了让移动机器人能 够完成简单的作业，在它上面安装两只

3、轻型服务型机械臂显的尤其必要。1.2 国内外机械臂研究现状 机械臂的研究最早可追溯到 20 世纪 40 年代，美国 ArgonneOak Ridge 国家实验室开发 了用于处理放射性物质的遥控机械操作手。1954 年，美国的 GeorgeDevol 首先把远程控制 器的杆结构与数控铣床的伺服轴结合起来，研制出了第一台通用机械臂o 1978年,Devol的 Unimation公司(现在叫Staubli Unimation)推出通用工业机器人PUMA,标志着工业机器人 技术已经完全成熟。这属于第一代机器臂，这类机器臂主要是指能以“示教再现”方式工 作的工业机器人。智能机器人和第一代工业机器人不一样

4、，它具有像人那样的感觉、识别、 推理、判断能力，可以根据外界条件的变化，对自己的工作做相应的调整。如果修改程序的 原则由人预先给以规定，这种智能机器人便是初级智能机器人，即第二代机器人。这种智机 器臂技术也逐渐成熟，走向实用。在工业生产中，许多用于组装的机器臂，便是这类机器臂。1.2.1 国外机械臂研究现状从 20 世纪 40 年代机械臂诞生到现在，已经有 70 多年了，随着时间的推移对机械臂的研 究热度非但没有减弱，相反对它的研究是越来越深入。图 1-2 显示出机械臂应用的一些场 合。比如：航天、喷漆、弧焊、医疗等都用到了机械臂。机械臂给我们生活带来方便的同时 也改变着我们的生活，以前必须用

5、人完成的任务，现在一款机械臂便能出色地完成所有任务。1.2.2 国内机械臂研究现状 我国机器人的研究和开发可追溯到六十年代，概括而言，其发展历程可以人致分为如下三个 阶段。第一阶段(1987-1993)：以三种类型五个型号机器人的研究开发为战略目标，跟踪国外机器 人高技术的发展，确定了自动化领域 2000 年最终战略目标，其中智能机器人包括三种类型 的目标产品，即智能型装配机器人、水深 300 米以下的无缆自治式水下机器人及自治式移 动机器人。1986 年我国开展了“七五”机器人攻关计划， 1987 年“863”高技术计划将机 器人方面的研究开发列入其中。最初我国在机器人方面的研究主要目的是跟

6、踪国际先进的器 人技术，之后我国在机器人技术及应用方面取得了很大成就，主要研究成果有：哈尔滨工业 大学研制的两足步行机器人；北京自动化研究所 1993 年研制的喷涂机械臂等。第二阶段(1993-1997)：将机器人技术渗透、应用到国民经济各行业，直接为国民经济建设 服务作为这一阶段的主要战略目标，确定了以特种机器人与工业机器人及其应用并重、以应 用带动机器人目标产品开发、以应用带动关键技术和应用基础研究、以应用带动系统集成技 术与关键部件突破的发展方针，努力推动科技成果转化，使机器人技术的发展成为高技术产 业化的技术源头，直接为国民经济建设主战场服务。主要研究成果有：北京自动化研究所 1995

7、 年完成的高压水切割机器人；国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所完成的有缆 深潜 300 米机器人、无缆深潜机器人、遥控移动作业机器人等。第三阶段(1997-现在)在 继续实施第二阶段战略目标的同时，提出中国机器人事业可持续发展的新的战略目标，采取 多种措施，大力加强基地与队伍建设，特别是机器人的产业化发展，积极做好“十五”与计 划的衔接。总之，国内机械臂技术跟国外的机械臂相比还有很大的差距，还需要我们投 入更多的精力、人力和财力去研究。二 本课题的研究现状、研究目的及意义1、研究现状：喷涂机械手是七十年代发展起来的自动化机械，它可以模仿人手的动作区完成喷漆作业，程 序可按需要变动，所以适合

8、多品种小批量生产。机械手能够突破人体生理条件极限，代替人 们去从事高温、放射性、喷雾、沙尘等危险、繁重而又单调的工作。喷漆机械手在国外已经广泛应用，而我国主要采用进口的机械手。工业机器人主要承担着焊 接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的 方式。目前我国喷漆行业比较缺乏喷漆机械手，因此，该产品在我国有较好的发展前景。喷漆机械 手由横向手臂、直立手臂、支撑杆、摆动液压缸、支承工作台、气缸、喷枪等部分组成，它 的主要功能是配合液压控制系统完成产品表面的喷漆工作。2、研究目的及意义： 本课题所设计的喷漆机械手适合目前我国喷漆生产的要求，能够达到喷涂质量好、工

9、作性能 稳定等目的。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产 过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。 工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平， 工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送 工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一 步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业 机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产 率和自动化水平。工业生

10、产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机 械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件 下进行操作以保护人身安全，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。三本课题的研究内容本课题主要涉及到以下三部分内容：第一，喷漆式机器人的机械结构的设计；第二，机器臂的腰部回转关节以及大臂小臂和手腕的三个回转关节的液压缸设计第三，控制系统运动的液压系统的设计。机械结构的设计包括机器人的底座 腰部回转关节 大臂小臂 手腕的材料选择和 成型设计以及它们之间的联接设计。设计中包括小臂平衡机构，小臂采用弹簧平 衡的方法，大臂采用凸轮弹簧平衡组合。腰部回转关节，大臂小臂

11、的回转关节， 采用滑动油缸驱动，手腕采用三个转动关节轴 及液压缸驱动。液压系统的设计 包括液压泵、电机的选择，油箱的设计、液压回路的设计以及其它液压元件的选 用。四实施方案 1根据课题的需求，参考书籍资料，采用关节式喷漆机器人的模版，参考的效果 图如下，n u后期会进行调整。机器臂初步设定的主要技术参数项目a技术参数心结枸形式板关节式权自由度数46 J运动范围疳6 W0沖0典90 506P929290*21肿212210最大速度42m/s 口腕部最大员荷P15kg P驱动方式卩电滿伺服控制Q重复走位精度口5 nun控制方式Qfte7cfp操作方式4示教再现心电济交溢 220V 50Hz lkW

12、 380V液压站压力Q重量Q机械本体650kg控制柜180k2驱动机构的选择根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机 械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制 方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。五课题内我要做的主要内容与任务安排5.1 主要内容1大臂部件设计2小臂部件设计 3手腕（含手）设计 4零件设计5.2 任务安排1. 大臂部件设计图；2. 小臂部件设计图：3. 手腕部件设计图：4. 零件图：1-1.5 A01-1.5 A01-1.5 A01-2 张 A2；5.完成设计说明书，不少于两万字，格式见理工类毕业设

13、计（论文）模版6.参考文献15篇以上，其中外文文献不少于5篇； 7.翻译相关的外文资料不少于5000汉字；5.3 进度安排第一、二周，利用学校图书馆和网络资源，查阅资料，节约书籍，收集相关文献 第三周，撰写文献综述和楷体报告，进行方案论证与方案设计； 第四周，与指导教师讨论方案的可行性，请导师提出意见，准备开题报告； 第五周，参考机械设计手册，开始设计计算，进行机器人的受力分析； 第六周，完成机器人的计算； 第七至九周，完成机器人的总装配图及液压局部回路； 第十周，绘制总装图的同时，准备期中考核； 第十一周，完成总装图及液压局部回路的绘制； 第十二至十四周，查询相关技术手册，设计两种专业油缸，

14、绘制零件图； 第十五至十六周，完成外文翻译；撰写毕业设计说明书； 第十七周；审查设计资料，结题答辩考核。六参考文献1 李育红，王红卫，李芳机器人发展概况及展望M.河南科技.2002, 01.2 张春生.喷漆机器人应用及发长策略M.机器人技术与应用.1994, 3: 2226.3 杨志勇，张大卫，吴军喷漆机械手优化设计及其计算扭矩控制M.机床与 液压.2003.N0.5： 5256.4 王焱，赵德安，王振滨等喷漆机器人喷枪最优轨迹的研究M.江苏理工大 学学报.2001， 05：第22 卷.5 周涛用于喷涂汽车外饰件的机器人喷枪的特点M.汽车工艺与材料.2003, 07.6 刘国民，黄海东摆动液压缸机构设计的一种方法M工程机械.1998, 01.7樊炳辉喷浆机器人液压系统设计M.煤炭科学技术.1998, 03.