工业机器人设计毕业论文开题报告

工业机器人设计 开题报告

1.工业机器人简介

机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。

目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义:工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义:

工业机器人是一种机体，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。

工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。

工业机器人是在计算机控制下可编程的自动机器。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率，实现生产过程自动化，改善劳动条件，减轻劳动强度的一种有

效手段。机器人的诞生和发展虽只有30多年的历史，但它已应用到国民经济，民事技术等众多的领域，具有广阔的应用和发展前景，显示出强大的生命力。

根据所处的环境和作业需求，工业机器人具有至少一项或多项拟人功能，如抓取功能或移动功能，或两者兼有之，另外还可能程度不等的具有某些环境感知功能(如视觉，力觉，触觉等)。以及语音功能及至逻辑思维，判断决策功能等。从而使其能在要求的环境中代替人进行作业。

在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用锥齿轮传动实现机器人的旋转，利用液压缸实现其移动以及对零件的抓取。在步进电机的控制下，机器达到精确的回转运动。

2.工业机器人的发展

工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代:

第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。

第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变

化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。

3. 工业机器人的组成及各部分关系概述

它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。 A、执行系统:执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械

部件，它包括手部、腕部、机身等。

(1) 手部:机器人为了进行作业而配置的操作机构，又称手爪或抓取机构，它 直接抓取工件或夹具。

(2) 腕部:又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的 工作方位。

(3) 臂部:联接机座和手部的部分，是支承腕部的部件，作用是承受工件的管 理管理荷重，改变手部的空间位置，满足机器人的作业空间，将各种载荷 传递到机座。

(4) 机身:机器人的基础部分，起支撑作用，是支撑手臂的部件，其作用是带 动臂部自转、升降或俯仰运动。

驱动系统:为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有机械传动、液压传动、气压传动和电传动。

控制系统:通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发

生错误或故障时发出报警信号。

检测系统:作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。 4.发展前景

在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流.机器人发展前景及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行

业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤 事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。国际电气电子工程师协会IEEE的科学家在对未来科技发展方向进行预测中提出了4个重点发展方向，机器人技术就是其中之一。

1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首 都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类:?顺序型。这类机器人拥有规定的程序动作控制系 统;?沿轨迹作业型。这类机器人执行某种移动作业，如焊接。喷漆等;?远距作业型。比如在月球上自动工作的机器人;?智能型。这类机器人具有感知、适应及 思维和人机通信机能。

日本工业机器人产业早在上世纪90年代就已经普及了第一和第二类工业机器人，并达到了其工业机 器人发展史的鼎盛时期。而今已在第发展三、四类工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本下一代机器人发展重点有:低成本技术、高速化技术、小型和轻量 化技术、提高可靠性技术、计算机控制技术、网络化技术、高精度化技术、视觉和触觉等传感器技术等。

根据日本2007年指定的一份计划，日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元，拥有百万工业机器人。按照一个工业机器人等价于10个劳动力的标准，百万工业机器人相当于千万劳动力，是目前日本全部劳动人口的15%。

我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为三个阶段:70年代的萌芽期;80年代 的开发期;90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。目前我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注 塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内

诸多企业的生产线上;一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了 工业机器人操作机的优化设计制造技术;工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术;机器人软件的设计和编程技术;运动学和轨迹规划技术;弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

一个国家要引入高技术并将其转移为产业技术(产业化)，必须具备5个要素即5M:Machine/Materials/Manpower/Management/Market。和有着“机器人王国”之称的日本相比，我国有着截然 不同的基本国情，那就是人口多，劳动力过剩。刺激日本发展工业机器人的根本动力就在于要解决劳动力严重短缺的问题。所以，我国工业机器人起步晚发展缓。但 是正如前所述，广泛使用机器人是实现工业自

动化，提高社会生产效率的一种十分重要的途径。我国正在努力发展工业机器人产业，引进国外技术和设备，培养人 才，打开市场。日本工业机器人产业的辉煌得益于本国的鼓励，我国在十一五纲要中也体现出了对发展工业机器人的大力支持。

主要参考文献

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