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晉中學(xué)院機械學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 軸式組合機械臂的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真
系 部
專 業(yè)
班 級
學(xué) 號
姓 名
指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日
教研室主任（簽名） 年 月 日
XX大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)號
學(xué)生姓名
系部
專業(yè)年級
指導(dǎo)教師
職稱
設(shè)計（論文）題目
軸式組合機械臂的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真
本課題國內(nèi)外研究背景及意義：
國外發(fā)展狀況及研究背景：
機器人的歷史并不算長，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開始。英格伯格在大學(xué)攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構(gòu)如何才能更好地跟蹤控制信號的理論。德沃爾曾于 1946 年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機器的運動。
1954 年 , 德沃爾又獲得可編程機械手專利，這種機械手臂按程序進行工作，可以根據(jù)不同的工作需要編制不同的程序，因此具有通用性和靈活性，英格伯格和德沃爾都在研究機器人，認為汽車工業(yè)最適于用機器人干活，因為是用重型機器進行工作，生產(chǎn)過程較為固定。
1959 年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。 它成為世界上第一臺真正的實用工業(yè)機器人。此后英格伯格和德沃爾成立了“尤尼梅遜”公司，興辦了世界上第一家機器人制造工廠。第一批工業(yè)機器人被稱為“尤尼梅特”，意思是“萬能自動”。 他們因此被稱為機器人之父。
1962 年美國機械與鑄造公司也制造出工業(yè)機器人，稱為“沃爾薩特蘭”，意思是“萬能搬動”。”尤尼梅特”和“沃爾薩特蘭”就成為世界上最早的、至今仍在使用的工業(yè)機器人。
近百年來發(fā)展起來的機器人，大致經(jīng)歷了三個成長階段，也即三個時代。第一代為簡單個體機器人， 第二代為群體勞動機器人，第三代為類似人類的智能機器人，它的未來發(fā)展方向是有知覺、有思維、能與人對話。第一代機器人屬于示教再現(xiàn)型 , 第二代則具備了感覺能力 , 第三代機器人是智能機器人 , 它不僅具有感覺能力 , 而且還具有獨立判斷和行動的能力。
英格伯格和德沃爾制造的工業(yè)機器人是第一代機器人，屬于示教再現(xiàn)型，即人手把著機械手，把應(yīng)當完成的任務(wù)做一遍，或者人用“示教控制盒”發(fā)出指令，讓機器人的機械手臂運動，一步步完成它應(yīng)當完成的各個動作 。
20世紀70年代，第二代機器人開始有了較大發(fā)展，第二代機器人則對外界環(huán)境實用階段，并開始普及。 第三代機器人是智能機器人，它不僅具有感覺能力，而且還具有獨立判斷和行動的能力，并具有記憶、推理和決策的能力，因而能夠完成更加復(fù)雜的動作。中央電腦控制手臂和行走裝置，使機器人的手完成作業(yè)，腳完成移動，機器人能夠用自然語言與人對話。 智能機器人在發(fā)生故障時，通過自我診斷裝置能自我診斷出故障部位，并能自我修復(fù)。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)等的快速發(fā)展, 機器人技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。目前工業(yè)機器人已廣泛地用于汽車工業(yè)、機械加工工業(yè)、電子工業(yè)及塑料制品工業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中, 弧焊機器人、點焊機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展, 工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷擴大。現(xiàn)在工業(yè)機器人的應(yīng)用已開始擴大到核能、采礦、冶金、石油、化學(xué)、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領(lǐng)域中。除了工業(yè)機器人水平不斷提高之外, 各種用于非制造業(yè)的先進機器人系統(tǒng)也有了很大的進展。
國內(nèi)發(fā)展狀況及研究背景：
我國的工業(yè)機器人從20世紀80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，已基本掌握了機器人的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在20多家企業(yè)的近３０條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊接線上。
目前，我國從事機器人研發(fā)和應(yīng)用工程的單位200多家，擁有量為3500臺左右，其中國產(chǎn)占20％，其余都是從日本、美國、瑞典等40多個國家引進的。2000年已生產(chǎn)各種類型工業(yè)機器人和系統(tǒng)300臺套，機器人銷售額6.74億元，機器人產(chǎn)業(yè)對國民經(jīng)濟的年收益額為47億元。
據(jù)專家對國內(nèi)542家用戶以及汽車、電子電器、工程機械３個行業(yè)的部分用戶進行統(tǒng)計分析，就全國而言，弧焊、點焊、裝配、噴涂機器人應(yīng)用的最多；其次是搬運、上下料（沖壓、壓鑄、鑄鍛、注塑等用的大多是上下料機器人）；再次是包裝、碼垛、拆垛機器人和密封涂膠機器人，其他機器人用量很少。就行業(yè)而言，汽車行業(yè)以焊接、噴涂、涂膠作業(yè)較多，沖壓、搬運、裝配次之；電子電器行業(yè)集中在裝配，如大連華錄一家就用了近３００臺，其次是搬運和噴涂；工程機械行業(yè)集中用于弧焊，噴涂其次。此外包裝、碼垛、拆垛機器人目前主要用于石化、輕紡和煙草行業(yè)。
本課題的意義：
移動機器人作為機器人學(xué)發(fā)展中的一個重要分支，是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，移動機器人具有移動功能，在代替人從事危險、惡劣(如輻射、有毒等)環(huán)境下作業(yè)和人所不及的(如宇宙空間、水下等)環(huán)境作業(yè)方面，比一般機器人有更大的機動性、靈活性。機械臂是機器人的重要組成部分，他是機器人的執(zhí)行機構(gòu)，組合式機械臂是由若干直線機械臂（或稱一維機械臂）以不同夾角組合而成，可實現(xiàn)機械臂的直線伸縮，或在X-Y平面移動，或在X-Y-Z空間定位等功能，以滿足不同場合下的需要。
畢業(yè)設(shè)計(論文)研究內(nèi)容、擬解決的主要問題：
本課題研究的內(nèi)容：
（1）查閱相關(guān)文獻資料，了解目前輪式移動機器人及機械臂的研究現(xiàn)狀與動態(tài)。給出可滿足設(shè)計要求的方案（兩種以上）比較，論證每個方案的可行性、實用性和有效性，確定一個最佳方案；
（2）繪制機械臂的機械結(jié)構(gòu)圖，說明各部分的功能、工作原理和特點；
（3）根據(jù)要求，建立機械臂的力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，分析結(jié)構(gòu)在靜態(tài)和動態(tài)時的受力情況。給出相關(guān)參數(shù)之間的計算公式；
（4）對機械臂的工作原理與參數(shù)設(shè)計進行相關(guān)的計算機仿真，驗證其合理性；
（5）繪制相關(guān)的機械圖紙。包括零部件的加工圖和組裝圖。給出組裝調(diào)試的流程步驟及安全注意事項等相關(guān)說明。
本課題擬解決的主要問題：
本課題解決的主要問題在于傳動方案的擬定，組合式機械臂是由若干直線機械臂（或稱一維機械臂）以不同夾角組合而成，一維機械臂的傳動，本課題擬定為絲杠傳動，如下圖1為絲杠傳動示意圖，它的X-Y-Z組合效果如圖2所示。
圖1
圖2
一維機械臂由步進電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，滑塊即可在絲杠帶動下沿滑座移動，在X/Y/Z三個方向分別布置一個一維機械臂，即構(gòu)成了三維機械臂，可實現(xiàn)聯(lián)接在手臂聯(lián)接座上的手爪在空間定位。
步進電機在數(shù)字化控制下能實現(xiàn)精準定位，因此，本傳動方案更便于控制，相對于液壓傳動，氣壓傳動，本傳動方案結(jié)構(gòu)簡單，行程更大，因此，本傳動方案是一種較理想的傳動方案。
畢業(yè)設(shè)計(論文)研究方法、步驟及措施：
研究方法
1.1 重視系統(tǒng)的力學(xué)性能分析
以系統(tǒng)科學(xué)的思想為指導(dǎo)，以專業(yè)知識為基礎(chǔ)，建立合理的力學(xué)模型。
1.2 重視總體的傳動原理分析
采用合理的傳動原理圖。
1.3 采用局部——整體——局部的分析方法
每個系統(tǒng)都有自己單獨的功能，只有它們都能完成自己的功能時，才有可能整體的功能;在各個系統(tǒng)形成一個有機的整體時，整體就要發(fā)揮它的優(yōu)勢，調(diào)配各個系統(tǒng)，使各個系統(tǒng)在整體的作用下，形成最優(yōu)的系統(tǒng)。
步驟：
第一周 了解整體設(shè)計及各子項目內(nèi)容；查閱、收集和閱讀相關(guān)資料；明確設(shè)計方向，確定設(shè)計內(nèi)容。
第二周 工廠調(diào)研學(xué)習
第三周 同小組成員展開討論，擬定設(shè)計方案，完成設(shè)計草圖。
第四周 步進電機選型及關(guān)鍵零配件設(shè)計計算。
第五周 用AutoCAD繪制裝配圖
第六周 用AutoCAD繪制裝配圖
第七周 用AutoCAD繪制零件圖
第八周 用AutoCAD繪制零件圖
第九周 用Pro/E進行各零配件三維建模
第十周 用Pro/E進行三維建模及仿真
第十一周 編寫設(shè)計說明書
第十二周 編寫設(shè)計說明書
第十三周 編寫設(shè)計計算說明書，形成畢業(yè)設(shè)計全部文件，準備答辯。
第十四周 畢業(yè)答辯
措施：
做好畢業(yè)設(shè)計，前提必須了解研究目的和主攻方向，要進行大量的資料收集以及計算機的輔助設(shè)計，所以需要經(jīng)常去圖書館和機房查閱資料?？傮w思路如下：
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計題目，結(jié)合老師指導(dǎo)對調(diào)研對象進行初步分析；
參考資料，了解調(diào)研過程，根據(jù)具體要求對研究方案進行構(gòu)思；
設(shè)計并畫出設(shè)計的機械部分視圖；
對方案進行進一步針對性修改，以增加其直觀性、可行性和實用性；
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是否可以進入設(shè)計（論文）研究：
同意進入論文研究階段
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
是否可以進入設(shè)計（論文）研究：
同意進入論文研究
教研室(系、研究所)主任簽名：
年 月 日
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