軸式組合機械臂的機械結構設計與仿真設計[三維PROE][含CAD高清圖紙和文檔全套]

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開題報告1份 2D圖紙和論文+三維仿真 具體要求看任務書 晉中學院 畢業(yè)論文（設計）任務書 學 院 機械學院 專業(yè)班級 機自09本四班 學 生 姓 名 畢志勤 學號 設計題目 軸式組合機械臂的機械結構設計與仿真 起 迄 日 期 2013.1.15-2013.6.15 設計(論文)地點 機械學院 指 導 教 師 劉超 職 稱 教授 院長 職 稱 發(fā)任務書日期:2013年1月14日 晉中學院機械學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 第1頁　　 畢業(yè)設計（論文）題目： 《小型輪移組合臂機器人設計》-（7）軸式組合機械臂的機械結構設計與仿真 畢業(yè)設計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 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。一種可參考的直線機械臂結構圖如圖1-5所示，它的一種X-Y-Z組合效果如圖1-6所示。 具體要求： （1）按照原理及所給示意圖要求，設計相關的機械裝置。對涉及到的步進電機、限位開關、壓力傳感器等輔助部件要留有合理的安裝空間； （2）機械臂的運動速度最高速度不小大于30cm/s, 機械臂的最大末端載荷不大于5kg，機械臂的長度不超過60cm。以此作為機械裝置的尺寸和材質的設計依據(jù)； （3）給出相關參數(shù)之間的計算公式； （4）完成機械臂的機械原理設計，通過相關軟件進行仿真驗證； （5）完成相關機械圖紙的繪制，加工圖與組裝圖及其流程步驟說明。 畢業(yè)設計（論文）主要內容： （1）查閱相關文獻資料，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構圖，說明各部分的功能、工作原理和特點； （3）根據(jù)要求，建立機械臂的力學結構模型，分析結構在靜態(tài)和動態(tài)時的受力情況。給出相關參數(shù)之間的計算公式； （4）對機械臂的工作原理與參數(shù)設計進行相關的計算機仿真，驗證其合理性； （5）繪制相關的機械圖紙。包括零部件的加工圖和組裝圖。給出組裝調試的流程步驟及安全注意事項等相關說明。 學生應提交的設計文件（論文）： （1）總體機械臂的機械結構圖； （2）各機械部件圖及其加工制作圖； （3）各部件的的安裝調試及安全注意事項等相關說明； （4）畢業(yè)設計學位論文； （5）結合本課題查閱并翻譯5000～8000個印刷符號的英文資料。 注：該設計為《小型輪移組合臂機器人設計》中的子項之一，須考慮項目整體的協(xié)作配合。在設計過程中，需相互溝通，充分了解和獲取其他成員的參數(shù)信息、設計思路和目標，作為本設計的參考依據(jù)，同時為其他成員提供所需的信息幫組。 　　第2頁 主要參考文獻（資料）： [1]常見的幾類工業(yè)機器人[J]. 軍民兩用技術與產(chǎn)品, 2012.10:11. [2]中國工業(yè)機器人:在機遇與挑戰(zhàn)中成長[J]. 軍民兩用技術與產(chǎn)品,2012.10:12-14. [3]顧碩. 智能化是工業(yè)機器人的發(fā)展方向[J].自動化博覽 2012.09: 82-85. [4]徐揚生, 閻鏡予. 機器人技術的新進展[J].集成技術2012年.01期, 2012-05: 2-5. [5]孫亭,李成剛,吳洪濤. 通用工業(yè)機器人模型及其簡易控制系統(tǒng)設計[J]. 中國制造業(yè)信 息化2012.09: 63-65. [6]胡峰,駱德淵,雷霆,柯輝. 基于Simulink/SimMechanics的三自由度并聯(lián)機器人控制系 統(tǒng)仿真[J].自動化與儀器儀表, 2012年.05期: 221-223. [7]沈陽.PLC在工業(yè)機器人中的應用研究[J].工業(yè)控制計算機,2010,23(9):95-96. [8]趙紅順.基于PLC 的氣動搬運機器人控制系統(tǒng)設計[J].機床電器, 2011(4):36-38. [9]肖南峰,工業(yè)機器人[M],北京：機械工業(yè)出版社,2011. [10]何衍慶.常用PLC應用手冊[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2008. [11]陳忠平,周少華,侯玉寶.PLC自學手冊[M]. 北京:人民郵電出版社,2009. [12]李艷杰,于艷秋,王衛(wèi)紅.S7-200PLC原理與實用開發(fā)指南[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2009. [13]張毅，羅元，鄭太雄等．移動機器人技術及其應用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007. [14]高國富,謝少榮,羅均,機器人傳感器及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005. [15]尹志強主編. 機電一體化系統(tǒng)課程設計指導書[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. [16]王鴻鈺．步進電機控制技術入門[M]．上海：同濟大學山版社，1999. [17]劉寶延，程樹康．步進電動機及其驅動控制系統(tǒng)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版杜，1997. [18]邸敏艷.電機與控制(第2版) [M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007. [19]傳感器與執(zhí)行器大全:傳感器?變送器?執(zhí)行器2009/2010(年卷)[M]. 中國電子學會敏感技術分會,北京電子商會傳感器分會,北京：機械工業(yè)出版社，2011. [20]閆超勤．智能移動機械臂的控制研究[D],碩士學位論文,西安電子科技大學，2005． [21]張紅娟.縮放式機械臂的設計與運動控制[D],碩士學位論文,上海大學,2005. [22]滕鵬.新型單臂護理機器人機型設計與控制[D].碩士學位論文,江蘇大學,2006. 專 業(yè)、 班 級 學生姓名 設計（論文）工作起止日期 2013.1.15~6.24 指導教師簽字 日期 教 研 室 主 任 簽 字 日期 第3頁　　 晉中學院機械學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 軸式組合機械臂的機械結構設計與仿真 系 部 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 XX大學本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 學號 學生姓名 系部 專業(yè)年級 指導教師 職稱 設計（論文）題目 軸式組合機械臂的機械結構設計與仿真 本課題國內外研究背景及意義： 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。英格伯格在大學攻讀伺服理論，這是一種研究運動機構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，把應當完成的任務做一遍，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。到了90 年代, 隨著計算機技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術等的快速發(fā)展, 機器人技術也得到了迅猛發(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。隨著科學與技術的發(fā)展, 工業(yè)機器人的應用領域也隨之不斷擴大?，F(xiàn)在工業(yè)機器人的應用已開始擴大到核能、采礦、冶金、石油、化學、航空、航天、船舶、建筑、紡織、制衣、醫(yī)藥、生化、食品等工業(yè)領域中。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”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，已基本掌握了機器人的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，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)模應用，弧焊機器人已應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，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)設計(論文)研究內容、擬解決的主要問題： 本課題研究的內容： （1）查閱相關文獻資料，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構圖，說明各部分的功能、工作原理和特點； （3）根據(jù)要求，建立機械臂的力學結構模型，分析結構在靜態(tài)和動態(tài)時的受力情況。給出相關參數(shù)之間的計算公式； （4）對機械臂的工作原理與參數(shù)設計進行相關的計算機仿真，驗證其合理性； （5）繪制相關的機械圖紙。包括零部件的加工圖和組裝圖。給出組裝調試的流程步驟及安全注意事項等相關說明。 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，本傳動方案結構簡單，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)的力學性能分析 以系統(tǒng)科學的思想為指導，以專業(yè)知識為基礎，建立合理的力學模型。 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 了解整體設計及各子項目內容；查閱、收集和閱讀相關資料；明確設計方向，確定設計內容。 第二周 工廠調研學習 第三周 同小組成員展開討論，擬定設計方案，完成設計草圖。 第四周 步進電機選型及關鍵零配件設計計算。 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 編寫設計說明書 第十二周 編寫設計說明書 第十三周 編寫設計計算說明書，形成畢業(yè)設計全部文件，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)設計題目，結合老師指導對調研對象進行初步分析； 參考資料，了解調研過程，根據(jù)具體要求對研究方案進行構思； 設計并畫出設計的機械部分視圖； 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； 主要參考文獻： [1]常見的幾類工業(yè)機器人[J]. 軍民兩用技術與產(chǎn)品, 2012.10:11. [2]中國工業(yè)機器人:在機遇與挑戰(zhàn)中成長[J]. 軍民兩用技術與產(chǎn)品,2012.10:12-14. [3]顧碩. 智能化是工業(yè)機器人的發(fā)展方向[J].自動化博覽 2012.09: 82-85. [4]徐揚生, 閻鏡予. 機器人技術的新進展[J].集成技術2012年.01期, 2012-05: 2-5. [5]孫亭,李成剛,吳洪濤. 通用工業(yè)機器人模型及其簡易控制系統(tǒng)設計[J]. 中國制造業(yè)信 息化2012.09: 63-65. [6]胡峰,駱德淵,雷霆,柯輝. 基于Simulink/SimMechanics的三自由度并聯(lián)機器人控制系 統(tǒng)仿真[J].自動化與儀器儀表, 2012年.05期: 221-223 [7]趙紅順.基于PLC 的氣動搬運機器人控制系統(tǒng)設計[J].機床電器, 2011(4):36-38. [8]肖南峰,工業(yè)機器人[M],北京：機械工業(yè)出版社,2011. [9]陳忠平,周少華,侯玉寶.PLC自學手冊[M]. 北京:人民郵電出版社,2009. [10]李艷杰,于艷秋,王衛(wèi)紅.S7-200PLC原理與實用開發(fā)指南[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2009. [11]張毅，羅元，鄭太雄等．移動機器人技術及其應用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007. [12]高國富,謝少榮,羅均,機器人傳感器及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005. [13]尹志強主編. 機電一體化系統(tǒng)課程設計指導書[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. [14]王鴻鈺．步進電機控制技術入門[M]．上海：同濟大學山版社，1999. [15]劉寶延，程樹康．步進電動機及其驅動控制系統(tǒng)[M]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版杜，1997. [16]邸敏艷.電機與控制(第2版) [M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007. [17]傳感器與執(zhí)行器大全:傳感器?變送器?執(zhí)行器2009/2010(年卷)[M]. 中國電子學會敏感技術分會,北京電子商會傳感器分會,北京：機械工業(yè)出版社，2011. [18]閆超勤．智能移動機械臂的控制研究[D],碩士學位論文,西安電子科技大學，2005． [19]張紅娟.縮放式機械臂的設計與運動控制[D],碩士學位論文,上海大學,2005. [20]滕鵬.新型單臂護理機器人機型設計與控制[D].碩士學位論文,江蘇大學,2006. 是否可以進入設計（論文）研究： 同意進入論文研究階段 指導教師簽名： 年 月 日 是否可以進入設計（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 6