防爆搬運(yùn)機(jī)器人開題報(bào)告.doc

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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 李軍 學(xué) 號(hào)： 0901010218 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： 防爆搬運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì) —機(jī)身系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 郭鋼 年 月 日  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 防爆搬運(yùn)機(jī)器人是一個(gè)國(guó)家高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志，具有廣闊的應(yīng)用前景。防爆搬運(yùn)機(jī)器人最成功的應(yīng)用是在有高爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境下進(jìn)行搬運(yùn)工作。本文以防爆搬運(yùn)機(jī)器人為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究介紹防爆搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)身系統(tǒng)設(shè)計(jì)。闡述了防爆搬運(yùn)機(jī)器人的發(fā)展歷史以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，展望了機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。最后根據(jù)防爆搬運(yùn)機(jī)器人的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確定了研究方案。 關(guān)鍵詞 防爆搬運(yùn)機(jī)器人 液壓驅(qū)動(dòng) 機(jī)身系統(tǒng) 1 引言 機(jī)器人技術(shù)是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中[1]。機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力，規(guī)劃能力，動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器[2]?！彪S著社會(huì)發(fā)展的需要和機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,人們對(duì)搬運(yùn)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高。搬運(yùn)機(jī)器人所處的環(huán)境往往是未知的、難以預(yù)測(cè)的[3]。所以研究出防爆搬運(yùn)機(jī)器人對(duì)改善人類危險(xiǎn)作業(yè)有很大的幫助。 2 防爆搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)展歷史 從20世紀(jì)60年代后期開始，搬運(yùn)、噴漆、弧焊機(jī)器人相繼在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元。從20世紀(jì)70年代開始，機(jī)器人技術(shù)的研究重點(diǎn)被放在對(duì)外部傳感器和控制方法的研究上。20世紀(jì)80年代和90年代，在著重解決機(jī)器人感覺(jué)的同時(shí)，人機(jī)接口和機(jī)器人與環(huán)境的交互接口方面也有了較大的進(jìn)步[5]。 在搬運(yùn)機(jī)器人方面，我國(guó)有較好的基礎(chǔ)性研究和工業(yè)化應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)早在20 世紀(jì)80 年代就開始了機(jī)器人方面的研究。成功地研制了碼垛機(jī)器人，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 搬運(yùn)機(jī)器人是代替人類勞動(dòng)，完成搬運(yùn)工作的一種工業(yè)機(jī)器人，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品的包裝與運(yùn)輸。搬運(yùn)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車零部件制造、汽車生產(chǎn)組裝、機(jī)械加工、電子電氣、橡膠及塑料、木材與家具制造等行業(yè)中。同時(shí)也應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、飲料、化工等行業(yè)的輸送、包裝、裝箱、搬運(yùn)、碼垛等工序[6]。 英國(guó)最有名的是“手推車”防爆機(jī)器人，它70年代開始應(yīng)用，現(xiàn)在已有8種型號(hào)，暢銷50多個(gè)國(guó)家。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高數(shù)發(fā)展，大型國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、文化、體育活動(dòng)增加對(duì)防爆機(jī)器人的需求前景極為廣闊[10]。 3 防爆搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 目前，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用主要還是集中在焊接、裝配、工件搬運(yùn)、機(jī)床上下料和噴漆(涂) 等作業(yè)領(lǐng)域，工件搬運(yùn)和機(jī)床上下料是工業(yè)機(jī)器人又一重要應(yīng)用領(lǐng)域， 可以預(yù)料，隨著柔性自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[7]，防爆搬運(yùn)機(jī)器人的需求將增加。 搬運(yùn)和碼垛作業(yè)在現(xiàn)代企業(yè)的物流管理中占有重要地位。日本、德國(guó)等國(guó)家在大批量生產(chǎn)如家電、食品、水泥、化肥等行業(yè)廣泛使用了搬運(yùn)機(jī)器人[9]。為適應(yīng)我國(guó)公安，武警部隊(duì)對(duì)安全和反恐裝備發(fā)展的需求，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的排爆機(jī)器人，防爆機(jī)器人和微小型防爆彈發(fā)射機(jī)器人。目前幾十臺(tái)機(jī)器人已經(jīng)交付公安部門使用，為社會(huì)發(fā)展與公共安全提供技術(shù)裝備服務(wù)[8]。 日常工業(yè)生產(chǎn)中, 很多崗位要求工人進(jìn)行重復(fù)性的工作,例如自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)生產(chǎn)線等。長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行同一項(xiàng)工作容易使人身體靈敏度降低, 勞動(dòng)效率不高, 且容易引發(fā)事故。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展, 人們迫切需要找到一種能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單重復(fù)性操作, 且投入少、效率高的機(jī)械設(shè)備, 由此, 搬運(yùn)機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生。搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)是控制技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉綜合。由于其在工業(yè)上的巨大價(jià)值, 各國(guó)的大學(xué)和研發(fā)機(jī)構(gòu)在智能機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)上投入巨大。我國(guó)這方面的研究起步于20 世紀(jì)80 年代, 經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展, 已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步[4]。 4 防爆搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,幾乎滲透到所有領(lǐng)域[11]。搬運(yùn)機(jī)器人的操作和使用推廣屬于自動(dòng)化技術(shù)中增值最快的領(lǐng)域之一，搬運(yùn)機(jī)器人可以完成迄今為止人力所無(wú)法完成的艱巨任務(wù)[12]。而對(duì)危險(xiǎn)品彈藥的探測(cè)，定位，夾持搬運(yùn)，安全轉(zhuǎn)移等作業(yè)環(huán)節(jié)均存在較大危險(xiǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得機(jī)器人可以在人的控制下，到這種危險(xiǎn)場(chǎng)合處理情況[13]。 德國(guó)目前還處于“痛苦階段”。Schnoor先生在今年杜塞爾多夫舉辦的Interpark專業(yè)展覽會(huì)上可以感覺(jué)到機(jī)器人制造廠商在極力推出儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化方面的技術(shù)，而他們也迎來(lái)了潮水般的項(xiàng)目詢問(wèn)浪潮[14]。考慮到防爆機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要進(jìn)行大量的計(jì)算，并保證控制的實(shí)時(shí)性，所以采用雙數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為防爆機(jī)器人的控制CPU[15]。 總的來(lái)說(shuō)，防爆搬運(yùn)機(jī)器人在現(xiàn)代社會(huì)中代替人在危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)被廣泛運(yùn)用，防爆搬運(yùn)機(jī)器人技術(shù)也越來(lái)越趨向于智能化、自動(dòng)化、實(shí)用化、為人類帶來(lái)了福音。 5 結(jié)論 防爆搬運(yùn)機(jī)器人是自動(dòng)化領(lǐng)域的的主題之一，人們幾十年來(lái)對(duì)機(jī)器人的開發(fā)和研究，使得機(jī)器人技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。本課題主要闡述了隨著我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)水平的不斷提高，防爆搬運(yùn)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于危險(xiǎn)的環(huán)境作業(yè)，解決了許多遇到的危險(xiǎn)作業(yè)問(wèn)題。防爆搬運(yùn)機(jī)器人不僅被大量應(yīng)用于反恐中，就在工業(yè)生產(chǎn)中也被廣泛應(yīng)用。而且機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越智能化，實(shí)用化，自動(dòng)化?？偠灾辣徇\(yùn)機(jī)器人的運(yùn)用要安全，可靠，為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)等提供方便。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 譚民,徐德,侯增廣等.先進(jìn)機(jī)器人控制[M].北京：高等教育出版社,2007,3～4. [2] 李云江.機(jī)器人概論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.1～2. [3] 孟慶春,齊勇,張淑軍等.智能機(jī)器人及其發(fā)展[J].中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2004,34(5)：831～838. [4] 王文憑,李天培,馮根生.一種智能搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2011,19(2):395. [5] 朱世強(qiáng),王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2011,2～4. [6] 劉鳳臣,劉黎明,金杰鋒.高速搬運(yùn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用及發(fā)展[J].輕工機(jī)械,2012,30(2):1005～2895. [7] 李如松.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].大連組合機(jī)床研究所,1994，(4):37～41. [8] 曹詳康,謝存禧.我國(guó)機(jī)器人發(fā)展歷程[J].教育娛樂(lè)機(jī)器人,2008,(5):44～46. [9] 劉飛飛,繆周.重型桶裝物品搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)床與液壓,2004, (6):1001～3881. [10] 李科杰.危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2003,(5):14～22. [11] 徐國(guó)華,譚明.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001, (3):7～14. [12] Klaus Vollrath.物料搬運(yùn)機(jī)器人[J].現(xiàn)代制造 ,2004,(26):30～33. [13] 王浩,馬振書,夏輝等.危險(xiǎn)品彈藥遙操作搬運(yùn)機(jī)器人的研究與開發(fā)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007,7(3):1671～1819. [14]Josef Klaus.成套而靈活的搬運(yùn)機(jī)器人[J].現(xiàn)代物流,2005,(6):58-60. [15] 李瑞峰,亢雪英.基于雙DSP的防爆機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2005, 43(4):134～1009.  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 本課題研究的問(wèn)題 本課題研究的是防爆搬運(yùn)機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)，機(jī)身系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于防爆搬運(yùn)機(jī)器人的工作環(huán)境一般十分惡劣，所以本課題研究的機(jī)器人不僅要先確定它的自由度數(shù)，還要考慮機(jī)器人的重復(fù)定位精度。除此之外，為了使得機(jī)器人更好的運(yùn)作，我們還要采取適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)方式，有選擇的研究它的傳動(dòng)方式和平衡方式，以及充分考慮我們所需要采取的防爆措施。 2 本課題的研究方向擬采用的研究手段 2.1 自由度數(shù) 描述剛體系位形坐標(biāo)選取方法多種多樣，但是描述剛體系位形的最小坐標(biāo)數(shù)是不變的，這個(gè)不變數(shù)就是系統(tǒng)的自由度數(shù)。自由度是說(shuō)“自由運(yùn)動(dòng)空間的維數(shù)”。根據(jù)防爆搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)際的工作狀況，本課題設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)身自由度數(shù)為4，包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)4個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。由此可以提高機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。 2.2 重復(fù)定位精度 重復(fù)定位精度是指在相同條件下加工一批零件所得到的連續(xù)結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給系統(tǒng)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響，一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一個(gè)非常重要的精度指標(biāo)。根據(jù)機(jī)身設(shè)計(jì)要求和機(jī)器人的工作穩(wěn)定性，機(jī)器人各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)精度將直接影響機(jī)器人的重復(fù)定位精度,所以在機(jī)器人機(jī)構(gòu)精度設(shè)計(jì)中,往往需要針對(duì)給定的重復(fù)定位精度來(lái)分配各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)精度。本課題研究給出的機(jī)器人重復(fù)定位精度是0.5 mm。所以為了保證精度要求，采用正反螺旋結(jié)構(gòu)或者凸輪結(jié)構(gòu)，定位面要用已經(jīng)加工過(guò)的精度高一點(diǎn)的表面，還要保證每一次都定位在同一位置。 2.3 驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三種。液壓驅(qū)動(dòng)主要有直線驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，開環(huán)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng)。液壓驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于它的安全性，并且該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較大的功率體積比，適用于大負(fù)載。而氣壓驅(qū)動(dòng)只適合節(jié)拍快，負(fù)載小精度要求不高的場(chǎng)合。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等只適用于中等負(fù)載的機(jī)器人。驅(qū)動(dòng)裝置還有質(zhì)量輕，效率高，控制靈活安全可靠，操作維修方便等要求。由于考慮到防爆搬運(yùn)機(jī)器人一般在危險(xiǎn)的環(huán)境下作業(yè)，負(fù)載要求大等。本課題選擇機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)。 2.4 傳動(dòng)方式的比較選用 防爆搬運(yùn)機(jī)器人的傳動(dòng)可以選用機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)，但各個(gè)傳動(dòng)方式都有優(yōu)缺點(diǎn)。機(jī)械傳動(dòng)主要有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等。機(jī)械傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，適用于定傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能傳遞較大的扭矩，故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。但是一般情況下不穩(wěn)定，制造精度不高，振動(dòng)和噪聲較大，實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。液壓傳動(dòng)是用液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞能量和進(jìn)行控制的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)傳動(dòng)較為平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)頻繁的換向，質(zhì)量輕，體積小，易于獲得大的力和扭矩，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速等。但是液壓元件制造精度要求較高，不宜遠(yuǎn)距離輸送動(dòng)力，發(fā)生故障不易排查和排除。電氣傳動(dòng)是指用電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，去帶動(dòng)各類的生產(chǎn)機(jī)械物品等。電氣傳動(dòng)的電機(jī)效率較高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì)，電能的傳輸和分配比較方便，易于控制。所以綜合考慮本課題研究的防爆搬運(yùn)機(jī)器人采用液壓傳動(dòng)。 2.3 平衡方式 在機(jī)器人操作機(jī)設(shè)計(jì)中，特別是有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的地方，就需要利用力矩平衡原理來(lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)器人系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的平衡方式就是配重平衡方式，這是一種靜態(tài)平衡方式，當(dāng)機(jī)器人處于靜止時(shí)，使機(jī)器人手臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩端的重力矩相等。在防爆搬運(yùn)機(jī)器人中常用的平衡方式有彈簧平衡系統(tǒng)。這是一種動(dòng)態(tài)的平衡方式，它同樣是利用力矩平衡的原理來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。工業(yè)機(jī)器人中另一種常用的平衡方式是氣動(dòng)平衡。不論是那種方式也還有不完善的地方，絕對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡是較難以獲得的，在機(jī)器人系統(tǒng)中經(jīng)常采用幾種平衡方式。本課題研究的防爆搬運(yùn)機(jī)器人大臂可采用氣動(dòng)平衡，肘部采用彈簧平衡，肩部采用配重平衡。這樣可使機(jī)器人減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，降低功率的波動(dòng)，使機(jī)器人工作時(shí)平穩(wěn)，提高機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能。 2.5 防爆措施 由于防爆搬運(yùn)機(jī)器人一般都是在很惡劣易產(chǎn)生爆炸的環(huán)境下作業(yè)，所以機(jī)器人的防爆措施一定要做到位。首先，我們可以采取靜態(tài)正壓型機(jī)器人外殼實(shí)現(xiàn)方法。靜態(tài)正壓型機(jī)器人外殼由密封外殼和內(nèi)置正壓系統(tǒng)構(gòu)成。密封外殼的作用是保證沖入殼體內(nèi)的保護(hù)氣體不外泄，因而保證殼體內(nèi)部壓力值在機(jī)器人工作過(guò)程中始終保持正壓。另外，機(jī)器人還可以采用通風(fēng)式正壓防爆結(jié)構(gòu)，就是給機(jī)器人配備一套空氣凈化系統(tǒng)，用供氣管向這些密封的殼體內(nèi)不斷輸送清潔的、不可燃的、高于周圍大氣壓的保護(hù)氣體，以防止外界易燃?xì)怏w的進(jìn)入。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)： 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 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