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本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
論文 題目：基于Arduino樹干噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)、班 級(jí)： 名：
指導(dǎo)教
一、選題依據(jù)
1. 論文(設(shè)計(jì))題目：
基于Arduino樹干噴漆機(jī)器人設(shè)計(jì)
2. 研究領(lǐng)域：
機(jī)器人結(jié)構(gòu)及傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3. 論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn) 技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái) 工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)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(dòng) 化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅 可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提 高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)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。
經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在制造業(yè)中， 尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用。如在毛坯制造、機(jī)械加工、 焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等作業(yè)中，機(jī)器人都已 逐步取代了人工作業(yè)。隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水 平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)， 進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具 制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器 人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。機(jī)器人正在為提高人類 的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。
人類的演變長(zhǎng)河中，凡是對(duì)工作強(qiáng)度大，對(duì)人體健康有損害的工種最終都會(huì)被高 科技設(shè)備所替代。噴涂，正是這樣一個(gè)由機(jī)器人替代人工的例子。1969年，挪威一家 公司最先嘗試開發(fā)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的進(jìn)步，目前技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且在汽車、手機(jī)、 五金衛(wèi)浴等行業(yè)應(yīng)用廣泛。
噴涂機(jī)器人又叫噴漆機(jī)器人(spray painting robot)，是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其 他涂料的工業(yè)機(jī)器人。噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其 二是提高噴涂質(zhì)量和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；其四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá)90%-95%。噴涂機(jī)器人的大量運(yùn)用 極大地解放了在危險(xiǎn)環(huán)境下工作的勞動(dòng)力，也極大提高了汽車制造企業(yè)的生產(chǎn)效率， 并帶來(lái)穩(wěn)定的噴涂質(zhì)量，降低成品返修率，同時(shí)提高了油漆利用率，減少?gòu)U油漆、廢 溶劑的排放，有助于構(gòu)建環(huán)保的綠色工廠。
從理論價(jià)值來(lái)說(shuō)，噴漆機(jī)器人是集智能化、現(xiàn)代化于一身的先進(jìn)工業(yè)設(shè)備，將運(yùn) 動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能源、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電器控制及一身的新型設(shè)備。
從應(yīng)用價(jià)值來(lái)說(shuō)，噴漆機(jī)器人能夠研制出來(lái)，對(duì)人類在體力勞動(dòng)的解放，用機(jī)器 取代體力勞動(dòng)，代替人去在復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行高危作業(yè)。不但可提高工作效率，提高 工作質(zhì)量，而且在構(gòu)建綠色工廠上做出巨大貢獻(xiàn)。
總結(jié)，機(jī)器人的發(fā)展很快，對(duì)人類雙手的解放做出了杰出的貢獻(xiàn)。噴漆機(jī)器人可 以在復(fù)雜環(huán)境下代替人類去工作，既可以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的工作，同時(shí)起到了保 護(hù)人類健康的作用。
4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
研究概況
噴涂機(jī)器人又稱為噴漆機(jī)器人(spray painting robot)，是可進(jìn)行噴涂油漆或者其 他材料的工業(yè)設(shè)備。1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集團(tuán))發(fā)明。噴涂機(jī)器 人主要由機(jī)器本體，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成，通過(guò)液壓、氣壓或電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，多采 用5—6個(gè)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，可以進(jìn)行復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其執(zhí)行 機(jī)構(gòu)即腕部有2—3個(gè)自由度，可以靈活運(yùn)動(dòng)。噴漆機(jī)器人廣泛運(yùn)用于汽車、儀表、 電器、搪瓷等工藝部門。
噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其二是提高噴涂質(zhì)量 和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；其 四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá)90%-95%。
汽車噴涂：按是否具有沿著車身輸送鏈運(yùn)行方向水平移動(dòng)的功能，分為帶軌道式 和固定安裝式機(jī)器人；按安裝位置的不同，分為落地式和懸臂式機(jī)器人。落地式機(jī)器 人具有易于維護(hù)清潔的優(yōu)點(diǎn)。帶軌道式機(jī)器人則具有工作范圍相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn)。而懸 臂式機(jī)器人則可減少噴房寬度尺寸，達(dá)到減少能耗的作用。機(jī)器人在其它焊接、切割, 鑄件的清理、加工及表面處理等方面的應(yīng)用，也在擴(kuò)大。
(1) 點(diǎn)焊：汽車零件點(diǎn)焊是機(jī)器人應(yīng)用得最早和最多的領(lǐng)域之一。汽車工業(yè)中的 機(jī)器人點(diǎn)焊，已占點(diǎn)焊工作量的80 %以上。這是由于，機(jī)器人本身的位置重復(fù)精度高, 一般為士 0.5—士 1.0mm,最好的甚至達(dá)士 0.1mm。同時(shí)，與其配套的焊裝夾具的定位精 度也很高，能滿足技術(shù)要求，且焊接質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高。
（2） 上下料搬運(yùn)：上下料搬運(yùn)是汽車工業(yè)機(jī)器人的第二大應(yīng)用領(lǐng)域。上下料機(jī) 器人是固定的，而搬運(yùn)機(jī)器人是移動(dòng)的，主要有自移動(dòng)式、吊裝積木式等。
（3） 噴漆：汽車噴漆的主要部位是車身、汽車底盤、車箱等。噴漆機(jī)器人現(xiàn)在 從單機(jī)使用走向了生產(chǎn)線使用。
（4） 裝配：現(xiàn)在裝配機(jī)器人在汽車的裝配車間廣泛的應(yīng)用，其因其裝配精度高, 裝配速度快等優(yōu)勢(shì)，很快占據(jù)汽車裝配市場(chǎng)。
下面我們主要介紹下噴漆機(jī)器人的研究：
噴漆是目前我國(guó)汽車工業(yè)中應(yīng)用機(jī)器人最多的領(lǐng)域。主要噴漆部位是車身和箱。 第二汽車制造廠車箱廠采用兩臺(tái)日本TOK1OCO.ARMSTAR噴漆機(jī)器人（加長(zhǎng)臂）和一臺(tái)往 復(fù)機(jī)，它們能完成全部噴漆工作量的75% —90%（可噴底漆、面漆等）。在兩班工作制 情況下，它們已成功地運(yùn)轉(zhuǎn)了 4年，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)10Oh以上（如不計(jì)人為因素，則 平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)300h以上）。第二汽車制造廠車身廠使用了北京自動(dòng)化研究所研制 的7臺(tái)噴漆機(jī)器人、兩臺(tái)頂噴機(jī)兩臺(tái)日本IWATA公司的側(cè)噴機(jī)，它們可完成車身噴漆 工作量的80%以上,且配有電視監(jiān)督系統(tǒng)。此外，第一汽車制造廠車箱廠有1臺(tái)TRALLFA 型噴漆機(jī)器人;北京吉普車公司有1臺(tái)北京自動(dòng)化研究所研制的噴漆機(jī)器人，北京汽車 制造廠有1臺(tái)ROBOTPJ 一 1和1臺(tái)TRALLFA噴漆機(jī)器人,南京汽車廠有1臺(tái)自制的五 軸噴漆機(jī)器人。
汽車工業(yè)中，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的數(shù)量增加和技術(shù)進(jìn)步都很快。目前，我國(guó)機(jī)器人本體技 術(shù)設(shè)計(jì)與制造水平同國(guó)外相比，差距不大。其位置重復(fù)精度可達(dá)士 0 .5 mm左右，運(yùn)動(dòng) 學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性基本能夠滿足生產(chǎn)需要（但機(jī)器人手臂的材質(zhì)不過(guò)關(guān),影響了機(jī)器抓 重級(jí)和工作精度）。通過(guò)引進(jìn)與消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù),使微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電液伺服閥等元 器件的研制和生產(chǎn)得到迅速發(fā)展。我國(guó)對(duì)機(jī)器人人工智能的研究比較重視，現(xiàn)已經(jīng)取 得了一定成果。但由于國(guó)產(chǎn)機(jī)器人主要是單機(jī)生產(chǎn),價(jià)格一直很高;且維修服務(wù)和用 戶技術(shù)培訓(xùn)等配套措施跟不上，所以普遍存在故障率高、精度低、操作速度慢等缺點(diǎn)。
發(fā)展趨勢(shì)
目前世界上所有發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、蘇聯(lián)、西德等，都把發(fā)展機(jī)器人技術(shù)或 智能自動(dòng)化控制技術(shù)擺在科技發(fā)展戰(zhàn)略中最優(yōu)的地位推廣。各國(guó)政府都在采取一切 鼓勵(lì)措施，對(duì)機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與利用給予極大的關(guān)注。譬如在捷克斯洛伐克，對(duì)生產(chǎn) 單位國(guó)家除撥給?？睿脑旌透略O(shè)備使之適合生產(chǎn)機(jī)器人需要外，還給予價(jià)格補(bǔ)貼, 以彌補(bǔ)機(jī)器人的生產(chǎn)成本與售價(jià)之間的差額。采用單位可獲得價(jià)格優(yōu)惠，并可得到年息 低于4%的貨款，貸款可長(zhǎng)達(dá)5年之久，還可加快折舊提成，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和設(shè)計(jì)人員可獲 得物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。由于各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采取一系列鼓勵(lì)政策，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展很快。如美國(guó) 華盛頓州里奇蘭的巴特爾太平洋西北實(shí)驗(yàn)室正研制一種最復(fù)雜最尖端的計(jì)算機(jī)控制 的酷似真人的機(jī)器人。這個(gè)取名為曼尼的機(jī)器人，從四肢、軀干到整個(gè)形體的大小部位 都與人體非常類似。它能摸擬人體的復(fù)雜活動(dòng)如姿態(tài)、呼吸、體內(nèi)體表溫度和出汗等。 人類發(fā)展到今天，經(jīng)歷了一段長(zhǎng)期曲折的道路，大約每隔100年就有一次革新運(yùn)動(dòng)，現(xiàn) 在正處于第三次革新浪潮中，估計(jì)到本世紀(jì)末將可能卷入到以“機(jī)器人革命”為基礎(chǔ)的 浪潮中去，這必將以第五代計(jì)算機(jī)的實(shí)用化為轉(zhuǎn)機(jī)，迎來(lái)一場(chǎng)“向機(jī)械電子人接近”的 風(fēng)暴。智能機(jī)器人進(jìn)工廠、農(nóng)場(chǎng)、戰(zhàn)場(chǎng)、太空、商店及家庭的時(shí)代為期不遠(yuǎn)了。現(xiàn)在 就主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概況分述于后。
自工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)以來(lái)，汽車工業(yè)就一直是其最重要的市場(chǎng)。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 UNIMAT就安裝在美國(guó)通用汽車公司。機(jī)器人應(yīng)用早期，汽車工業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求量 占機(jī)器人市場(chǎng)份額的50 %以上,目前占3 5 %。自機(jī)器人誕生以來(lái)的三十年中，它已由 一般性可編程示教再現(xiàn)式機(jī)器人，發(fā)展到數(shù)控式機(jī)器人或智能化機(jī)器人。其控制系統(tǒng) 已由簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置發(fā)展到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)控制；結(jié)構(gòu)型式由單級(jí)發(fā)展到多級(jí)結(jié) 構(gòu)；應(yīng)用領(lǐng)域也有了很大擴(kuò)展。機(jī)器人在汽車工業(yè)中的應(yīng)用有著很大優(yōu)勢(shì)和廣闊的 前景。
目前世界各國(guó)所使用的機(jī)器人尚屬第一、第二代機(jī)器人。而第三代機(jī)器人正是當(dāng) 前主攻的方向，一旦第五代計(jì)算機(jī)研制成功，則機(jī)器人的智能化程度更高、功能更完 善。
（一）從機(jī)器人工業(yè)這方面來(lái)說(shuō)有三種趨勢(shì)：
1、 大型化趨勢(shì)：大型化是指機(jī)器人制造廠經(jīng)調(diào)整組合，主要制造廠家規(guī)模越來(lái)越 大。如瑞典ASEA公司在15個(gè)國(guó)家設(shè)有機(jī)器人中心，并在美國(guó)、西班牙和法國(guó)設(shè)立分 廠，機(jī)器人銷售額達(dá)7千萬(wàn)美元。近年來(lái)機(jī)器人制造業(yè)出現(xiàn)兼并現(xiàn)象。如世界著名的噴 漆機(jī)器人生產(chǎn)廠一挪威的Trallfa公司被瑞典的AsEA公司兼并，美國(guó)uinmaiton公司可 控制美國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)的50 %。有關(guān)專家預(yù)言到1996年世界將有大批機(jī)器人工廠倒閉, 機(jī)器人本體生產(chǎn)將集中在幾家大公司。
2、 微型化趨勢(shì)這種趨勢(shì)主要在日本體現(xiàn)明顯。日本的三百個(gè)機(jī)器人廠家中，資金 在10億以下的中小企業(yè)約占60%。這些小企業(yè)雇員一般少于12人。小廠與大廠在產(chǎn) 品上互相配合，才不會(huì)被大廠擠垮。
3、電子化趨勢(shì)近年來(lái)，日、美的電子電器廠紛紛進(jìn)入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中，開始成為機(jī) 器人產(chǎn)生中的主體。如1985年,日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中,電子電器廠家占廠家總數(shù)的62%。
（二）機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)據(jù)專家預(yù)側(cè):機(jī)器人技術(shù)在未來(lái)15年內(nèi)將進(jìn)入一個(gè) 新時(shí)期，其發(fā)展趨勢(shì)為：
材料:機(jī)器人材料趨向輕型化和高強(qiáng)度化，包括有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料，而純金屬型 機(jī)器人將日益減少。形狀記憶合金新材料視為第三代機(jī)器人的突破口。
功力:趨于輕型能源。包括使用核能和燃料電池，以減輕重量提高機(jī)器人的靈活性。 傳動(dòng)構(gòu)件:趨于高效、輕便和高度自動(dòng)化傳動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)，并且形式多種多樣。傳 感器系統(tǒng):工作更可靠、準(zhǔn)確，并將廣泛采用視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)傳感器，來(lái)提高辯識(shí)能力。
控制系統(tǒng):趨于采用微電腦控制，大幅度降低研制成本。
通訊系統(tǒng):日趨于遙控、采用光纜和無(wú)線電通訊。工作方式:采用非機(jī)械加工方法 如激光來(lái)切割、焊接或其它高能加工法。
機(jī)器人驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu):將采用生物機(jī)械設(shè)計(jì)概念，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)趨于擬人化和高級(jí)化。
軟件：發(fā)展專門機(jī)器人語(yǔ)言，其設(shè)計(jì)趨向標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)單化。
集成系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)人一機(jī)對(duì)話，更好地與外部設(shè)備相連接。
精密裝配機(jī)器人:主要用在汽車裝配、計(jì)算機(jī)、彩電、手表、大規(guī)模集成電路等 裝配線機(jī)器人。
據(jù)稱瑞典AsEA公司生產(chǎn)的IRB 一 100型精密裝配機(jī)器人是世界上最快速的機(jī)器 人。目前正努力使裝配機(jī)器人能適應(yīng)工作節(jié)拍更快、環(huán)境有變化的、更精密的裝配線。
水下機(jī)器人：目前水下機(jī)器人多采用有纜遙控方式,通過(guò)系纜輸出能源和交換信 息。而系纜又嚴(yán)重地影響水下機(jī)器人的工作范圍與活動(dòng)能力。因而研制各種無(wú)纜自治 式智能水下機(jī)器人是當(dāng)今世界深潛器的發(fā)展方向。法國(guó)、英國(guó)和意大利等都研制出不 同程度的無(wú)纜水下機(jī)器人。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1. 重點(diǎn)解決的問(wèn)題
（1） 噴漆機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的搭建.
（2） 噴漆機(jī)器人噴漆工作的實(shí)現(xiàn)方式.
（3） 噴漆機(jī)器人的智能控制手段
（4） Arduino控制系統(tǒng)的組成及其端口的應(yīng)用.
（5） 控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合
2. 擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
首先通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，在論文前面要突出地介紹一下樹干噴涂機(jī)械系 統(tǒng)；并說(shuō)明其現(xiàn)在的研究成果以及今后的發(fā)展趨勢(shì)[25]o本研究主要從樹干噴涂機(jī)器人 的信息捕捉、信息處理、路線優(yōu)化、噴漆功能的實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的整體控制等方面著手工 作，最終做出相應(yīng)的產(chǎn)品。并在最后在撰寫文章的時(shí)候可以對(duì)其進(jìn)行推廣，把噴涂機(jī) 器人應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域中去。
1. 緒論
1.1課題研究背景
1.2工業(yè)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
1.3課題研究?jī)?nèi)容
1.4本章小結(jié)
2. 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)
2.2傳感系統(tǒng)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)
2.3控制系統(tǒng)擬采用設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)
2.4 本章小結(jié)
3. 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算
3.1 Arduino控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
3.2電機(jī)選型
3.3車體尺寸設(shè)計(jì)
3.4噴涂機(jī)械手臂及龍門架設(shè)計(jì)
3.5 傳感器選型
3.6傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.7本章小結(jié)
4. 系統(tǒng)三維建模及其功能
4.1機(jī)械系統(tǒng)架構(gòu)
4.2機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
4.3傳感系統(tǒng)構(gòu)架
4.4傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
4.5控制系統(tǒng)構(gòu)架
4.6本章小結(jié)
5 .仿真分析
5.1機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核
5.2運(yùn)動(dòng)分析
5.3運(yùn)動(dòng)仿真
5.4系統(tǒng)測(cè)試
5.5 本章小結(jié)
6. 畢業(yè)設(shè)計(jì)感想
7. 附錄
3. 本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
(1) 噴涂機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(2) 系統(tǒng)總體裝配圖及零件圖
(3) 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)
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三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
第一步：
第二步：
通過(guò)Solickworks三維設(shè)計(jì)軟件，將機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
基于工作室的平臺(tái)搭建機(jī)器人。
第三步：
第四步：
應(yīng)用Arduino控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制檢測(cè)各方面的性能。 將超聲波傳感器、視覺(jué)傳感器等傳感器安裝在機(jī)器人上。
第五步： 第六步：
設(shè)置模擬日常樹干涂白工作環(huán)境，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際的檢驗(yàn)。
撰寫研究成果報(bào)告。
論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第一周：
查閱相關(guān)文獻(xiàn)，收集資料，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。
第二周：
第三周：
閱讀參考文獻(xiàn)，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案。 總體方案設(shè)計(jì)，撰寫開題報(bào)告。
第四周：
第五周：
修改及完善開題報(bào)告，擬定設(shè)計(jì)方案。
分析設(shè)計(jì)方案可行性，并做修改。
第六周：
第七周：
各機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方案分析。
分塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)方案。
第八周：
第九周：
對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維構(gòu)圖設(shè)計(jì)。 對(duì)機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，檢查功能。
第十周：
進(jìn)行控制部分傳感器選型，及三維構(gòu)圖。
第十一周：將控制部分與機(jī)械結(jié)構(gòu)合并。
第十二周：對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，檢查是否能夠完成預(yù)定功能。
第十三周：進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題做修改。
第十四周：參照系統(tǒng)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
第十五周：完善畢業(yè)論文。
第十六周：準(zhǔn)備答辯內(nèi)容，參加畢業(yè)答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn)綜述
1. Arduino平臺(tái)簡(jiǎn)介
Arduino是源自意大利的一個(gè)教學(xué)用開源硬件項(xiàng)目，主要是為希望嘗試創(chuàng)建交互 式物理對(duì)象的實(shí)踐者、喜歡創(chuàng)造發(fā)明的人及藝術(shù)家所構(gòu)建的，它秉承開源硬件思想， 程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改。其硬件系統(tǒng)是高度模塊化的，通過(guò) USB接口與計(jì)算機(jī)連接，包括14通道數(shù)字輸入/輸出，其中包括6通道PWM輸出、6 通道10位ADC模擬輸入/輸出通道，電源電壓主要有5V和3.3V。在核心控制板的外 圍，有開關(guān)量輸入輸出模塊、各種模擬量傳感器輸入模塊、總線類傳感器的輸入模 塊，還有網(wǎng)絡(luò)通信模塊，只要在核心控制板上增加網(wǎng)絡(luò)控制模塊，就可以容易地與 互聯(lián)網(wǎng)連接。Arduino還提供了自己的開發(fā)語(yǔ)言，支持Windows、Linux、MacOS等 主流的操作系統(tǒng)。Arduino系統(tǒng)是基于單片機(jī)開發(fā)的，并且大量應(yīng)用通用和標(biāo)準(zhǔn)的電 子元器件，包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)，代碼均采用開源方式發(fā)布，因此采購(gòu) 的成本較低，在各種電子制作競(jìng)賽、電子藝術(shù)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)等越來(lái)越多地使用Arduino 作為開發(fā)平臺(tái)。甚至可以接受Macromedia Flash軟件制作的動(dòng)畫發(fā)送的信號(hào)，并由 此來(lái)控制一些動(dòng)作器件(如舵機(jī)等)。
2. Arduino互動(dòng)媒體開發(fā)
正是由于Arduino易于使用，才能使用戶或開發(fā)者把精力關(guān)注于設(shè)計(jì)本身。 Arduino甚至提供了自己的開發(fā)語(yǔ)言，這種借鑒了 C/C++和Java的語(yǔ)言，對(duì)于有一 定Flash的ActionScript腳本的開發(fā)者也相對(duì)容易掌握。再次，Arduino基于單片 機(jī)開發(fā)，并且大量應(yīng)用通用和標(biāo)準(zhǔn)的電子元器件，包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì), 代碼均采用開源方式發(fā)布，因此采購(gòu)的成本較低。由于開源(open source)的緣故, Arduino周邊聚集豐富的外圍軟件庫(kù)和硬件控制器、傳感器。另外，Arduino可以支 持Windows> Linux、MacOS等主流的操作系統(tǒng)。綜上所述，互動(dòng)媒體的制作者擁有 更多的自由度，為互動(dòng)媒體的創(chuàng)作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用Arduino提高Flash的互 動(dòng)能力的途徑有很多，比如利用聲音傳感器、紅外傳感器、重力傳感器等。作為互 動(dòng)媒體而言，其主要特征是通過(guò)與周圍環(huán)境的交流、反饋來(lái)展現(xiàn)自身內(nèi)容，而各種 類型的傳感器能很好地傳達(dá)環(huán)境給予的各類刺激。
3. 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展
自工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)以來(lái)，汽車工業(yè)就一直是其最重要的市場(chǎng)。第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器 人UNIMAT就安裝在美國(guó)通用汽車公司。機(jī)器人應(yīng)用早期，汽車工業(yè)對(duì)機(jī)器人的需求 量占機(jī)器人市場(chǎng)份額的50 %以上，目前占3 5 %。自機(jī)器人誕生以來(lái)的三十年中， 它已由一般性可編程示教再現(xiàn)式機(jī)器人，發(fā)展到數(shù)控式機(jī)器人或智能化機(jī)器人。其 控制系統(tǒng)已由簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置發(fā)展到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)控制；結(jié)構(gòu)型式由單級(jí)發(fā) 展到多級(jí)結(jié)構(gòu)；應(yīng)用領(lǐng)域也有了很大擴(kuò)展。機(jī)器人在汽車工業(yè)中的應(yīng)用有著很大優(yōu) 勢(shì)和廣闊的前景。
目前世界各國(guó)所使用的機(jī)器人尚屬第一、第二代機(jī)器人。而第三代機(jī)器人正是 當(dāng)前主攻的方向，一旦第五代計(jì)算機(jī)研制成功，則機(jī)器人的智能化程度更高、功能 更完善。
4. 噴漆機(jī)器人簡(jiǎn)介
噴涂機(jī)器人又稱為噴漆機(jī)器人(spray painting robot)，是可進(jìn)行噴涂油漆或 者其他材料的工業(yè)設(shè)備。1969年由挪威Trallfa公司(后并入ABB集團(tuán))發(fā)明。噴 涂機(jī)器人主要由機(jī)器本體，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成，通過(guò)液壓、氣壓或電機(jī)進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，多采用5—6個(gè)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，可以進(jìn)行復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng), 其執(zhí)行機(jī)構(gòu)即腕部有2—3個(gè)自由度，可以靈活運(yùn)動(dòng)。噴漆機(jī)器人廣泛運(yùn)用于汽車、 儀表、電器、搪瓷等工藝部門。
噴涂機(jī)器人具備四大優(yōu)點(diǎn)，其一是柔性大。工作范圍大大；其二是提高噴涂質(zhì) 量和材料使用率；其三是易于操作和維護(hù)，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間； 其四是設(shè)備利用率高，利用率可達(dá)90%-95%。
汽車噴涂機(jī)器人：按是否具有沿著車身輸送鏈運(yùn)行方向水平移動(dòng)的功能，分為 帶軌道式和固定安裝式機(jī)器人；按安裝位置的不同，分為落地式和懸臂式機(jī)器人。 落地式機(jī)器人具有易于維護(hù)清潔的優(yōu)點(diǎn)。帶軌道式機(jī)器人則具有工作范圍相對(duì)較大 的優(yōu)點(diǎn)。而懸臂式機(jī)器人則可減少噴房寬度尺寸，達(dá)到減少能耗的作用。機(jī)器人在 其它焊接、切割，鑄件的清理、加工及表面處理等方面的應(yīng)用，也在擴(kuò)大。
5. 噴涂機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
主體噴涂機(jī)構(gòu)由噴涂機(jī)械手臂、龍門架及對(duì)應(yīng)的支撐運(yùn)動(dòng)等部分組成。其中噴 涂機(jī)械手臂是噴涂部分的主要結(jié)構(gòu)，其上裝有紅外線傳感器和噴頭，在俯仰關(guān)節(jié)的 帶動(dòng)下，噴涂機(jī)械手臂可以進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)械手臂的收放，以便在行 走過(guò)程中放下手臂，減少機(jī)構(gòu)的空間占用。噴涂機(jī)械手臂可以在縱向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 下與龍門架一起，實(shí)現(xiàn)噴涂機(jī)械手臂伸縮運(yùn)動(dòng)以調(diào)整機(jī)器人與樹木之間的距離；噴 涂機(jī)械手臂也在鏈條的帶動(dòng)下沿龍門架上的導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，在上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)樹 進(jìn)行噴涂。主體噴涂機(jī)構(gòu)安裝在帶有四輪的移動(dòng)小車上，小車具有避震機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn) 向利用左右輪速差實(shí)現(xiàn)。
6. 傳感器選型
紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì), 只要它本身具有一定的溫度(高于絕對(duì)零度)，都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量 時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分 為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。 熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生 變化(這種變化可能是變大也可能是變小，因?yàn)闊崦綦娮杩煞譃檎郎囟认禂?shù)熱敏電阻 和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光 敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、錯(cuò)及硅摻雜 等材料制成。
紅外線傳感器依動(dòng)作可分為：
(1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱 型。
(2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN接合之光電動(dòng)勢(shì) 效果的量子型。
審 核 意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng) 閱）
簽字： 年 月 日
教研室主任意見(jiàn)
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)
簽字： 年 月 日
公章：
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