0098-機械手-集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)【全套13張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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開題報告
設(shè)計(論文)題目：
集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)
運動學(xué)分析及車體結(jié)構(gòu)設(shè)計
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 工業(yè)機器人是機器人的一個重要分支。它的特點是通過編程完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器的優(yōu)點。機器人是一門涉及機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。以下著重闡述工業(yè)機器人的技術(shù)背景，國內(nèi)外的研究狀況，工業(yè)機器人的應(yīng)用以及實際遇到的問題和解決思路。
關(guān)鍵詞 逆解 機器人 人工智能
1 機器人的概念
機器人是一個在三維空間中具有較多自由度，并能實現(xiàn)較多擬人動作和功能的機器，而工業(yè)機器人則是在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機器人。美國機器人工業(yè)協(xié)會提出的工業(yè)機器人定義為：“機器人是一種可重復(fù)編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機”。英國和日本機器人協(xié)會也采用了類似的定義。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90將工業(yè)機器人定義為：“機器人是一種能自動定位控制、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)”。而將操作機定義為：“具有和人手臂相似的動作功能，可在空間抓放物體或進行其它操作的機械裝置”。
機器人系統(tǒng)一般由操作機、驅(qū)動單元、控制裝置和為使機器人進行作業(yè)而要求的外部設(shè)備組成[1]。
2 機器人技術(shù)的背景及其意義
機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來,機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快,已成為柔性制造系統(tǒng)( FMS) 、自動化工廠( FA) 、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具。廣泛采用工業(yè)機器人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與數(shù)量,而且保障人身安全、改善勞動環(huán)境、減輕勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣,工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式[3]。
20世紀(jì)80年代以來，工業(yè)機器人技術(shù)逐漸成熟，并很快得到推廣，目前已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
3 國內(nèi)外研究概況
3.1 國際發(fā)展?fàn)顩r
從機器人（Robots）誕生到二十世紀(jì)80年代，機器人制造技術(shù)經(jīng)歷了一個長期緩慢的發(fā)展過程。到了90年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等快速發(fā)展，機器人制造技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。近年來，人類的活動領(lǐng)域不斷擴大，機器人應(yīng)用也從制造領(lǐng)域向各個科技領(lǐng)域發(fā)展。
海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動化和機器人化的要求。這些行業(yè)對機器人的要求比制造業(yè)更高，所以研制出具備能夠行走、對外感知和能夠局部自主規(guī)劃功能的機器人，成了機器人制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。如今，水下機器人、地下機器人、醫(yī)用機器人、建筑機器人、軍用機器人已經(jīng)開始進入人們生活的各個領(lǐng)域，成為人類的得力助手和親密伙伴。
美國是機器人的誕生地,早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人,比起號稱機器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展,美國現(xiàn)已成為世界上的機器人強國之一。據(jù)UNECE和IFR統(tǒng)計, 2004年美國新安裝工業(yè)機器人12 693臺,預(yù)計到2007年底,新安裝的工業(yè)機器人將達(dá)15 900臺。至2003年末,在北美運行的機器人總量為112 390臺,比2002年增長7% ,預(yù)計至2007年6美國運行的工業(yè)機器人總量將達(dá)到145 100臺。
就每萬名雇員擁有的工業(yè)機器人數(shù)進行統(tǒng)計,至2003年末,在美國制造業(yè)中,每1萬名雇員有63個工業(yè)機器人。作為對比,德國為148個,歐盟為93個。在美國汽車工業(yè)中,每萬名產(chǎn)業(yè)工人擁有740個工業(yè)機器人,但這個數(shù)字還是遠(yuǎn)低于日本( 1 400個機器人) 意大利(1 400個機器人)和德國( 1 000個機器人)[8]。
日本素有“機器人王國”之稱,其工業(yè)機器人的發(fā)展令人矚目,無論機器人的數(shù)量還是機器人的密度都位居世界第一。在其經(jīng)歷了短暫的搖籃期之后,快速跨過實用期,邁入普及提高期。在20 世紀(jì)80 年代至90年代初期,日本的工業(yè)機器人可謂處于繁榮鼎盛時期,似乎無所不能。然而,花無百日紅,自20世紀(jì)90年代中期開始,隨著歐洲和北美工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的崛起,國際市場的格局發(fā)生了明顯的變化,從日本轉(zhuǎn)向了歐洲和北美。在度過了幾年的低迷期之后, 21世紀(jì)初日本的工業(yè)機器人又開始重新煥發(fā)生機,尤其是伴隨著中國和其他周邊國家對工業(yè)機器人需求的增長,以及日本本國早年工業(yè)機器人因服務(wù)期限而帶來的更新?lián)Q代,預(yù)期將對日本工業(yè)機器人的發(fā)展發(fā)揮積極的作用。據(jù)日本機器人協(xié)會的統(tǒng)計, 2004年全年日本工業(yè)機器人的定單較去年增長了1718% ,達(dá)到4 99516億日元(48億美元) ，是連續(xù)第三年大幅度增長。2004年全年日本工業(yè)機器人出貨量為4 45813億日元,同比增長13.4%。2005年第一季度,日本工業(yè)機器人出貨量為1 289億日元,較去年同期增長13.6%[4]。
3.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
我國機器人研究與應(yīng)用起步于二十世紀(jì)70年代初，1986年，“智能機器人”被列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃），經(jīng)過近二十年的不懈努力，取得了一系列令世界矚目的科研成果。隨著以國家863機器人技術(shù)主題為主的國家相關(guān)部門對機器人產(chǎn)業(yè)的進一步推動，必將對我國創(chuàng)建“以人為本”社會發(fā)展模式和發(fā)展國民經(jīng)濟產(chǎn)生巨大的影響。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，近年來，國內(nèi)各類主要機器人的生產(chǎn)和應(yīng)用均呈現(xiàn)快速增長的趨勢。從大型的工業(yè)機器人到小型的納米機器人，從代表國家最高科技水平的登月機器人到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的教育機器人，機器人產(chǎn)業(yè)在中國正進入一個快速發(fā)展的時期，呈現(xiàn)出一種欣欣向榮的前景。
中國是一個制造業(yè)大國，以其低成本的勞動力奠定了在國際制造業(yè)中的地位，號稱“世界工廠”。但是，隨著經(jīng)濟快速全球化以及信息技術(shù)飛速發(fā)展，單純地依靠勞動密集型的生產(chǎn)模式已經(jīng)滿足不了對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)等日益提高的要求，提高制造業(yè)的技術(shù)與資金密集度是制造業(yè)現(xiàn)代化的必然趨勢。實踐證明，通過信息化帶動工業(yè)化是中國繼續(xù)保持國際制造業(yè)大國并轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞓I(yè)強國的唯一出路。工業(yè)機器人作為重要的自動化基礎(chǔ)裝備，是制造業(yè)信息化發(fā)展的基石。在可以預(yù)見的未來，機器人技術(shù)與現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)互相滲透、融合，應(yīng)用于制造業(yè)基礎(chǔ)裝備的改造，使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生“脫胎換骨”式的飛躍，對社會生產(chǎn)力的進步產(chǎn)生強大的推動力[2]。
4 機器人技術(shù)的應(yīng)用
4.1 仿人機器人
仿人機器人具有可移動性、超多的自由度、視覺和聽覺處理能力，可以完成更復(fù)雜的任務(wù)。但對控制系統(tǒng)的可靠性、實時性，建立包含語音、視頻等多媒體信息的多功能遠(yuǎn)程操作平臺，都提出了更高的要求。以往采用的集中控制系統(tǒng)，控制功能高度集中，局部的故障就可能造成系統(tǒng)的整體失效，降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，因此考慮采用分布式的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)控制.CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))總線作為在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種總線，具有成本低、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、開放性好等特點，非常適合用來搭建仿人機器人的控制系統(tǒng)[7]。
4.2 機器人在機械制造業(yè)中的應(yīng)用
機器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的機器人遙控操作領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，隨著Internet 的迅猛發(fā)展，它在其它許多領(lǐng)域中也有良好的應(yīng)用前景，如遠(yuǎn)程制造業(yè)、分布式制造系統(tǒng)、自主機器人系統(tǒng)等領(lǐng)域。
(1)機械加工機器人：在多品種、大批量、效率低下的生產(chǎn)線上，通過網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)過程，謀求實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化；通過機器人收集現(xiàn)場工況信號，使運送、裝卸工件、切屑處理等工序流程均處于遠(yuǎn)程監(jiān)視之下，控制信號神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及時傳送到現(xiàn)場機器人完成生產(chǎn)過程的控制[10]。
（2）工業(yè)裝配機器人：在裝配作業(yè)過程中，往往有視覺、觸覺等感知功能的運用。這些信號經(jīng)現(xiàn)場機器人采集后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方控制終端，由遠(yuǎn)方工作人員來操控現(xiàn)場機器人的動作，完成裝配任務(wù)，實現(xiàn)裝配過程的遠(yuǎn)程控制[11]。
(3)噴漆機器人：與其它作業(yè)的機器人不同(其它作業(yè)的機器人只需正確控制動作，即控制定位精度、軌跡模仿精度和速度就已足夠)，噴漆機器人在進行噴漆作業(yè)時還要評價噴漆完成的狀態(tài)，需不斷采集工件噴漆后的圖像信息，把這些信號通過網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方控制終端，實現(xiàn)噴漆作業(yè)的遠(yuǎn)程控制，可以大大提高噴漆作業(yè)的精度和速度[8]。
(4)焊接機器人：在焊接生產(chǎn)中可提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證了焊接過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的一致性，減小了勞動強度，滿足了高度柔性化生產(chǎn)的要求。因此，焊接機器人廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)，如汽車制造和汽車零部件、摩托車制造、工程機械、機車車輛、家用電器等行業(yè)[15]。
5 目前仍存在的問題和解決的思路
工業(yè)機器人在我國的發(fā)展需要克服眾多困難，其中很重要的一個就是認(rèn)識上的錯誤。就我國絕大多數(shù)制造廠家而言，對機器人如何提高勞動生產(chǎn)率、降低勞動成本方面缺乏相應(yīng)的了解和認(rèn)識。這種認(rèn)識上的缺乏導(dǎo)致許多人抱著一個錯誤的觀念，工業(yè)機器人在中國沒有市場。但是實際情況卻正好相反。最近幾年，中國工業(yè)機器人使用量呈大幅上升趨勢，工業(yè)機器人的使用已經(jīng)從傳統(tǒng)的汽車和工程機械行業(yè)向其它制造類行業(yè)快速擴散。
目前，我國機械制造業(yè)的現(xiàn)狀是大而不強。為了全面提升我國制造業(yè)的競爭力，實現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉(zhuǎn)變，必須加快推進制造業(yè)信息化。將網(wǎng)絡(luò)機器人技術(shù)應(yīng)用于機械制造業(yè)。這對于實現(xiàn)我國制造業(yè)信息化、提高本國制造業(yè)的國際影響力，完成“用信息化帶動制造業(yè)現(xiàn)代化，用高新技術(shù)改造制造業(yè)，以實現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展”的戰(zhàn)略目標(biāo)，有著顯著的現(xiàn)實意義，應(yīng)用前景十分廣闊，將來大有可為 [11]。
6 結(jié)束語
我國的工業(yè)機器人研究從“七五”開始起步，近十幾年來在國家“863”計劃的支持下已經(jīng)取得了長足進步。雖然因為工業(yè)基礎(chǔ)方面的原因，我國在工業(yè)機器人本體的生產(chǎn)水平方面與國外還有較大差距，但在機器人應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)集成等方面，與國外先進水平的差距已經(jīng)不大。國內(nèi)部分企業(yè)在許多工業(yè)機器人應(yīng)用的招標(biāo)項目中已經(jīng)可以和國外著名企業(yè)抗衡。目前國內(nèi)的工業(yè)機器人市場已經(jīng)逐步走向成熟，應(yīng)用范圍也越來越廣。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)外市場競爭將更加激烈，制造業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來越高，人力成本也將不斷提高，作為全球制造工廠的我國制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求也將會在較短時間內(nèi)進入快速發(fā)展時期。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題是集裝箱波紋板焊接機器人機構(gòu)運動學(xué)分析及車體機構(gòu)設(shè)計，通過十字滑塊選用，進而組成的焊接機器人能夠解決波內(nèi)斜邊段焊縫外觀成形與直線段焊縫不一致的問題。即末端執(zhí)行器端點（焊槍）的位移，速度及焊槍與焊縫間的夾角關(guān)系，來求三個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動，即三個關(guān)節(jié)的運動規(guī)律解決。內(nèi)容如下：
1、解決焊接過程中焊槍速度與波形夾角的問題，使焊接速度始終與波形垂直，完成三自由度焊接機器人的運動學(xué)逆解
2、三個自由度的實現(xiàn)
3、設(shè)計出小車車體結(jié)構(gòu)，并在圖紙上繪制出機器人的裝配圖
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,針對上述問題有了以下設(shè)計思路：
1、焊接機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成三自由度焊接機器人的運動學(xué)逆解
機器人采用三個運動關(guān)節(jié)：左右平移的焊接機器人本體，前后平移的十字滑塊和做旋轉(zhuǎn)運動的末端效應(yīng)器。通過三個關(guān)節(jié)之間的協(xié)調(diào)運動，來保證末端效應(yīng)器的姿態(tài)發(fā)生變化時，焊接速度保持不變，焊槍與焊縫間的夾角保持垂直關(guān)系，來做到直線段與波內(nèi)斜邊段焊縫成形的一致。
2、三個自由度實現(xiàn)
機器人采用兩個移動關(guān)節(jié)一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)來實現(xiàn)。
3、完成車體結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出相關(guān)的零件圖和裝配圖
運用AutoCAD、Pro/engineer等機械繪圖軟件分別繪制出車體結(jié)構(gòu)及相關(guān)的零件圖和裝配圖。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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