開題報告-爬桿機器人機械結構設計.docx

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本科畢業(yè)設計（論文）開 題 報 告 書 題 目： 爬桿機器人機械結構設計 指導教師 ： 專業(yè)班級： 學 號： 姓 名： 日 期： 2009年 一、選題的目的、意義 1.1、 課題研究背景 機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)?！? 而機器人學是一門高度交叉的前沿學科，是典型的的機電一體化技術系統(tǒng)。它涉及機械學﹑電子工程學﹑計算機科學與工程﹑人工智能﹑生物學﹑人類學﹑社會等眾多領域。 在機器人技術快速發(fā)展的今天，不管是作為一名現(xiàn)代工程師，還是理工科大學學生，都有必要學習，掌握一些機器人學方面的知識，特別是機械專業(yè)的學生，機器人技術可以說是一門必修課。 而現(xiàn)在，機器人在人們生活的各個領域都起著舉足輕重的作用，在工業(yè)、醫(yī)學、農業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領域中均有它們的身影，并且起著重要用途。總的來說它把人從大量的煩瑣的重復的危險的勞動中解放出來 節(jié)省出人的腦力 物力 人力干別的創(chuàng)新之類的事情 。繁瑣的，精密的，重復的甚至是危險的工作則都可以交給機器人來完成。 在機器人用眾多的種類中，爬桿機器人（Pole-Climbing Robot）是一類應用幾率較高的機器人，隨著人們生活水平的升高與科技的發(fā)展，需要進行高空作業(yè)的工程逐漸增多，如高樓建筑，清洗，救護亦或是高空電力系統(tǒng)的電纜架設及維修等，都需要爬桿機器人來代替人來完成。因為這些高空作業(yè)不僅給工人們帶來很大工作上的不便與困難，更重要的是也有很大的安全隱患，尤其是對于一些直徑較細，強度較小的桿件比如路燈桿等，人工攀爬較為困難。應用帶升降機的工程車進行作業(yè)，作業(yè)成本較高，而且對于狹窄的胡同，工程車難以進入，造成作業(yè)困難，為了改善工作人員的工作條件，我們設計出一種能爬桿(繩)的機器人。該裝置能按照人們預設的動作，代替人完成各種高空作業(yè)。因此，爬桿機器人的研制一直是研究的熱點。 爬竿機器人的出現(xiàn)將為高空作業(yè)提供了方便。并且使工人們工作時的危險系數(shù)降到最低，只需觀察并操作爬桿機器人工作過程即可，通常該種機器人的爬行方式有直線連續(xù)爬升、夾緊蠕動爬升、螺旋攀援爬升和吸附爬升等。而本文中就將設計一種直線連續(xù)爬升的爬桿機器人的機械結構設計。 1.2、爬竿機器人發(fā)展狀況 2004年年底蘇州大學學生成功研制出能模仿人爬行動作的機器人。這種機器人在研制上涉及的領域包括計算機、通信、自動控制、機械、氣動等，具有很強的使用價值。 2006年6月哈爾濱工程大學設計了一種爬樹機器人該機器人，該爬樹機器人機構設計采用曲柄滑塊機構、凸輪機構等實現(xiàn)機器人的爬樹程[9] 。 2009年1月國防科技大學設計了一種全方位爬纜機器人該機器人能夠實現(xiàn)在纜索上的全方位運動,可適用于不同粗細的纜線,適合完成一系列纜索自動維護工作[10]。 2009年1月由山東建筑大學和山東萊鋼股份公司煉鋼廠共同研制出一種基于氣動元件的爬桿機器人。該機器人應用四只兩種類型的氣缸實現(xiàn)機器人的爬桿作業(yè)， 機器人本體應用紅外遙控驅動的單片機控制。該機器人載重可達10kg， 可廣泛替代人工應用到市政爬桿作業(yè)中。 1.3、本課題研究目的及意義 目的：完成一種爬竿機器人機械結構設計 意義：1、本課題擬將設計一種爬竿機器人機械機構，該機器人的機械結構基本上全部由齒輪齒條機構實現(xiàn)，其結構相對簡單； 2、利用相關課程，機械原理、機械設計等，對此機械結構進行設計及計算。 3、此次的畢業(yè)設計，是對我四年所學知識的一個認證與考查，此外對所學知識將有進一步加深理解。 二、本題的基本內容 1、方案的總體設計 2、模塊化機械結構設計與計算 ① 卡爪的設計與計算 ② 減速器的設計與計算 ③ 齒輪齒條的設計計算 3、爬竿機器人三維建模 三、完成期限和主要措施 第1—2周（3月2日—3月16日） 查找中文及外文文獻，完成開題報告并翻譯外文文獻。 第3—4周（3月17日—3月30日） 仔細閱讀主要參考文獻，形成自己對方案的全面認識。 第5—8周（3月31日—4月27日） 整理文獻的重點，確定公式。 第9—11周（4月28日—5月18日） 繪制工程圖及相關簡圖。 第12—14周（5月19日—6月8日） 完成畢業(yè)設計初稿。 第15—16周（6月9日—6月22日） 修改，定稿并最終通過審核。 四、預期達到的目標 1、各機械的機構簡圖 2、畢業(yè)論文及英文翻譯 3、機構的裝配圖 五、主要參考文獻 [1] 芮延年.機器人技術及其應用[J].化學工業(yè).2008.5 [2] 蒲良貴.紀名剛.機械設計[J].高等教育.2006.5 [3] 孫恒.陳作模.葛文杰.機械原理[J].2006.5 [4] 大連理工大學工程畫教研室.機械制圖[J]高等教育2003.8 [5]BAGHANIA, AHMADABAD M N. Kinematics Modeling of a Wheel Based Pole Climbing Robot(UT–PCR)[C]//Proceeding of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005: 2009 - 2014. [6]TAVAKOL IM, ZAKERZADEHM R, VOSSOUGHIGR. A hybrid pole climbing and manipulating robot with minimum DOFs for construction and service applications[J]. An International Journal, 2005, 32 (2) : 171-178. [7] 楊存智. 爬桿(繩)機器人的研制[ J ]. 機電一體化, 2003,9 (4) : 59 - 61. [8]HAYASHI I, IWATSUKIN, IWASH INA S Development of In-pipe Operation Robots[C]//Proceeding of 5 th International Symposium on Micro Machine and Human Science,1994: 35 - 39 [9] 劉桂珍. 爬樹機器人機構設計及運動分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2006 [10] 海丹,張輝,韓大鵬,鄭志強. 一種全方位爬纜機器人的設計與分析[J].機電工程，2009，26（1）：8-11 [11] 沈孝芹，張蔚波，張鳳琴，于復生，宿孝慶.氣動爬桿機器人的研制[J]. 機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，22（1）：23-24 六、指導教師意見（包括畢業(yè)實習） 指導教師簽字： 七、系審查意見 系主任簽章： 八、學院審查意見 院長簽章：