毕业设计开题报告 设计题目：垂直多关节型工业机器人设计― 总体结构及控制系统设计 垂直多关节型工业机器人设计 总体结构及控制系统设计 学生姓名： 学院： 专业名称: 指导教师： 教师职称： 一、选题依据 设计目的及意义 设计拟解决的工程实际问题 设计相关技术的国内外现状 设计目的及意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术与一体的现代制造业重要的自动化装备。 自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统 FMS 、自动化工厂 FA 、计算机集成制造系统 CIMS 的自动化工具。 广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且对保障人身安全、改善劳动、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。 设计拟解决的工程实际问题 汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业可质量和提高效率。 机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。 设计相关技术的国内外现状 国内现状：目前，从整体上来说，我国机器人产业还很薄弱，机器人研究仍然任重而道远。我国市场上机器人总共拥有量近万台，仅占全球总量的0.56%，其中完全国产机器人行业集中度仅为占30%，其余皆为从日本、美国、、、意大利等20多个国家引进。究其原因，很大程度在于自主品牌不够，发展壮大自主品牌及其自动化成套装备产业成为当务之急。值得一提的是，最近几年，我国在汽车、电子行业相继引进了不少生产线，其中就有不少配套的机器人装置。 国外现状 国外在工业机器人方面发展比较早，技术相对比较成熟，其成套的生产设备不仅有较大的生产能力，而且其质量也是能完全满足用户的要求。目前，国外机器人自动化生产线成套装备已成为自动化成套装备的主流以及未来自动化生产线的发展方向。 国外汽车行业、电子和电器行业、物流与仓储行业（企业级）等已大量使用机器人自动化生产线， 从而了其产品的质量和生产的高效。典型的如机器人有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子和电器等的机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装备、机器人整车及发动机装配自动化系统技术和成套装备、ＡＧＶ物流与仓储自动化成套技术及装备等，这些机器人设备的使用大大推动了这些行业的快速发展，提升了制造技术的先进性。 设计方案及技术线 本课题设计的机器人为垂直多关节型，具有六个度。机身采用薄壁整体铸件，这样可以使结构轻巧，使用灵活。内部铸件既作为内部齿轮安装壳体与轴的支撑座，又作为承力骨架，这样不仅节省材料，减少加工量，又使整体减少重量。 设计方案及技术线 为了较高的传动精度和较好的加工工艺性，其传动均采用齿轮传动。其中基座与立柱部分安装有关节1的电机，其传动部分采用双级直齿轮传动；大臂部分安装关节2和关节3的电机，采用齿轮传动。其中第一级采用锥齿轮，以改变传动方向90°。第二、均采用圆柱直齿轮进行减速。关节2传动的最末一个大齿轮固定在立柱上，关节3传动的最末一个大齿轮固定在小臂上。其设计部分的传动原理图如下所示。 设计部分传动原理图 1-关节1电机；2-大臂；3-小臂；4-基座；5-关节2电机； 6-关节3电机；7-关节4电机；8-关节5电机 驱动方式的选择 由于单片机在工业控制方面具有独特的特点，此次设计采用以MCS―51系列单片机为核心的控制系统。由于机器人在抓取物体时要实现精确的定位，应采用闭环控制系统，而闭环控制系统一般用伺服电机来驱动，故本次设计拟采用了伺服电机驱动。 控制系统 本次设计采用8031作为工业机器人的主控芯片，它是控制系统的核心。 8031内部包括一个8位的CPU，128字节的RAM，21个特殊功能的寄存器（SFR），4GE 8位并行I/O口，2个16位的定时器/计时器。 可能存在的问题 齿轮传动应用要求高，制造和安装精度较高，成本较高 。 单片机抗干扰比较弱，特别是在电机附近，程序有事会进入死机状态，对要求比较高，电压稍微高一点就会烧芯片。应把电设计好。 机械结构一般都存在几何误差，如连杆长度偏差、关节距离偏差、关节角度偏差、零位校准偏差等，由于几何误差的存在，绝对定位精度过，需要我们对工业机械手进行校准。 传感器测量工业机器人的机座、大臂和小臂等各关节的角位移时控制可能存在误差。 进度计划 第一周：调研，收集资料，熟悉设计题目。 第二周～第三周：拟定垂直多关节型工业机器人设计――总体结构及控制系统设计方案。 第四周～第六周：机械部分的结构设计与计算。 第七周～第八周：机器人电气系统设计，传感器的确定等。 第九周：校验设计过程。 第十周：计算机出图。 第十一周：指导老师批改，修改设计及完善设计，准备答辩 设计 设计说明书一份（10000字以上） 外文资料翻译一份（不少于原文单词3000个） A0号图纸合计约四张 1 韩建海，工业机器人工业机器人.华中科技大学出版社.2009 2 房小翠,王金凤.单片机实用系统设计技术.国防工业出版社.1999 3 赵长德.ＭＣＳ－5１单片机原理与应用.机械工业出版社.2003 4 余达太，马香峰.工业机器人应用工程.冶金工业出版社.2001 5 龚振邦.机器人机械设计.电子工业出版社.1995 6 高春甫.机电控制系统设计.大学校内教材 7 唐可洪.机电一体化设计基础.机械工业出版社.1997 8 邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社.2001 9 计算机绘图上机指南.大学工程与计算机图学教研室.2002 10 杨宁.单片机与控制技术.航空航天大学出版社.2003 11 单片微型计算机控制系统设计.人民邮电出版社.2002 12 寇尊权.机械设计课程设计.科学技术出版社.1999 13 甘永立.机械精度设计基础.大学校内教材.2003 14 周伯英.工业机器人设计.机械工业出版社.1995 15 吴振彪.机电综合设计指导.电子工业出版社.2000 16 苏铁力.传感器及其接术.中国石化出版社.2003 17 李允文.工业机械手设计.机械工业出版社.1992 18 Carol Marie Cropper The Robot Is In- And Ready to Operate Business Week 2005,2005 3931 15-15 * * 推荐：
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