【正文】 工業(yè)機器人的發(fā)展現狀及趨勢畢業(yè)論文目　　錄摘　　要 IAbstract II引　　言 11文獻綜述 2 工業(yè)機器人的發(fā)展現狀及趨勢 2 3 4 5 62方案設計 8 8 8 9 10 10 11 13 14 14 15 15 15 17 183主要零部件強度校核 22 22 22 22 24 24 25 25 27 27 27 28 29 29 30 304設計成果展示 34結　　論 40參 考 文 獻 42附 錄 491. 英文文獻原文 49 54致　　謝 60 引　　言伴隨著我國經濟發(fā)展的腳步的不斷加快，人們的生活過得越來越好了，都開始追求一種安全、舒適的生活跟工作環(huán)境，勞動力成本也在不斷地提高。因此，發(fā)展高科技產業(yè)，提升制造業(yè)的生產自動化水平，已經到了不能說不的時候的，這是制造業(yè)產業(yè)結構調整以及未來的經濟發(fā)展模式必然要走的一段路程，同時這也是實現勞動密集型向著技術密集型轉型的必然之路。我國正處于工業(yè)化高速發(fā)展的過程中，生產方式肯定是要經歷以下幾個發(fā)展階段，機械化自動化智能化信息化的變革，工業(yè)產品也將經歷由數量到質量，從質量再到柔性、低成本的發(fā)展階段。就目前來看，為了增強自己的競爭力，提高自己的經濟效益，制造業(yè)普遍需要對自己的生產技術，生產方法以及生產設備進行升級和改造。從這個角度來說，如何憑借自己較高的質量，同時又以較低的成本以及快速的反應手段在市場中求得生存和發(fā)展，已是我國許多企業(yè)（尤其是制造業(yè)）必須要面臨的大問題所在。不是說沒有壓力就沒有動力嗎，天底下任何事物的都是從發(fā)現問題開始，然后尋找解決問題的方法，最后解決問題，再接著發(fā)現新的問題，如此周而復始的進行下去，也就推動著事物一步一步向前發(fā)展。正是由于有這些問題的存在，也為我國工業(yè)機器人的應用和發(fā)展，提供了巨大的市場；這也將會促使我國工業(yè)機器人的應用市場在我未來的發(fā)展中漸漸趨于成熟；更為為我國工業(yè)機器人的產業(yè)化提供了千載難逢的機遇，必將為我國在改變經濟的發(fā)展模式、調整產業(yè)結構以及促進傳統(tǒng)產業(yè)優(yōu)化升級等方面發(fā)揮不容忽視，極其重要的作用。作為制造業(yè)大國，預計在今后的很多年內，我國對工業(yè)機器人需求量會達到前所未有的高度，啤酒作為消費品行業(yè)中一種需求相對較大的飲用品，在國民經濟中占有一定的比例；而啤酒箱的搬運、碼垛作為啤酒生產線中不可缺少的一個環(huán)節(jié)，如果能用機器人來完成這一項工作，必將對啤酒生產廠家的經濟效益的提高有積極的作用，本課題就是針對罐裝啤酒生產線上實現啤酒箱在不同工位之間的轉移而設計了一種五自由度的關節(jié)式搬運機器人，由于能力有限文中可能會有很多不足之處，希望大家批評指正。1文獻綜述 工業(yè)機器人的發(fā)展現狀及趨勢工業(yè)機器人技術，是一種以很多學科作為基礎的，綜合性比較強的高新技術，可以說它是先進制造業(yè)的支撐技術和典型代表，因為這個原因，工業(yè)機器人的發(fā)展水平，也作為了衡量一個國家工業(yè)自動水平的重要標志。隨著機器人向更多不同行業(yè)的發(fā)展和延伸，以及機器人智能化水平的不斷提高，機器人的應用領域也在不斷地擴大，除此以外，機器人在國防、醫(yī)療衛(wèi)生、服務等領域機器人的應用也越來越多，機器人為提高人類的生活水平發(fā)揮著重要的作用[1]。當今社會，隨著人們生活水平的提高，人們的追求也在發(fā)生著變化，現在都在追求一種安全、舒適的工作以及生活環(huán)境，勞動力成本越來越高。為此發(fā)展高科技產業(yè)，由機械代替人力工作，需要人們花很大的精力和時間來研發(fā)工業(yè)機器人，工業(yè)機器人的廣泛應用會在很大程度上提高制造業(yè)生產的自動化水平，這也是由勞動密集型產業(yè)結構向技術密集型結構轉變的必然之路，這種產業(yè)結構的轉型也會為經濟發(fā)展模式的調整起到的強有力的推動作用。然而我國作為制造業(yè)大國，制造產業(yè)結構轉型和調整經濟發(fā)展模式就顯得尤為重要了，預計在今后的很多年內，我國對工業(yè)機器人需求量會達到前所未有的高度。近十年來，在“十五”、“十一五”和“863計劃”等科技計劃的大力支持下，我國開始了有組織、有計劃地發(fā)展工業(yè)機器人產業(yè)，到目前，我國工業(yè)機器人現在已進入了產業(yè)化的初期階段，取得多項令人鼓舞的成果[2]，但是我們在看到成果的同時也要保持清醒的頭腦，善于發(fā)現我國在機器人行業(yè)中存在的一些問題，實現工業(yè)機器人產業(yè)的規(guī)?；@一目標，需要大家不斷學習，不斷探索，不斷創(chuàng)新，俗話說群眾的智慧是無窮的，相信在大家的努力下我國的工業(yè)機器人會取得很大的突破與進展，下面提出幾點我國在發(fā)展工業(yè)機器人方面存在的一些問題。由于目前我國的工業(yè)機器人的關鍵元部件主要依賴進口，關鍵的核心技術還停留在仿制的層面，這便造成了國產工業(yè)機器人成本居高不下的問題；還有部分的研究機構（或者企業(yè)）為了爭取到國家的項目資助，盲目地追求高指標、高性能，使得工業(yè)機器人成本嚴重偏高，有些甚至高于國外的同類產品，造成機器人產品無法得到推廣應用；在工業(yè)機器人的諸多關鍵核心技術方面仍然停留在仿制的層面，創(chuàng)新能力不夠強，這就嚴重制約了機器人市場的拓展，停滯不前，嚴重阻礙了機器人產業(yè)化進程。 看到我國對工業(yè)機器人的需求量在不斷的加大，很多企業(yè)便看準了工業(yè)機器人這塊市場，于是大量企業(yè)都蜂擁而上，然而這中間企業(yè)的實力懸殊很大，良莠不齊，肯定會造成國內工業(yè)機器人市場中眾多生產企業(yè)之間的惡性競爭；另外從事工業(yè)機器人的研究和生產的高校院所和企業(yè)在我國有不下數百家，然而現行的體制造成這些研究高校院所與企業(yè)相互之間都過于孤閉，不能形成合力，造成同一技術重復研究問題，浪費了大量的研發(fā)經費和研發(fā)時間不說，同時也造成了人才這一部分資源的重復利用；現在國內的大多數企業(yè)都熱衷于大而全，都在進行機器人整機的生產制造，一些原本具有較好的機器人關鍵部件研發(fā)基礎和能力的企業(yè)，專門制造關鍵零部件的生產廠家越來越少，這樣便難以形成工業(yè)機器人有序、細化的產業(yè)鏈。建立真正的生產、學習、研發(fā)、應用聯盟，形成強大的研究、開發(fā)、生產、應用隊伍；從現在開始要認識到我國機器人行業(yè)存在的諸多問題，走出追求高指標的誤區(qū)，將著眼點放在高性價比方面；結合中國實際國情，不斷探索機器人應用的新領域和新模式[3]。這些年以來，世界上陸續(xù)推出了一系列的機器人產品，從這一路出現的機器人產品來觀察，不難發(fā)現，現在的工業(yè)機器人技術正在朝著向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的趨勢發(fā)展。其發(fā)展趨勢主要包括以下內容：；、PC化和網絡化；；；；[4]。通過文獻檢索了解到，曾有四川理工學院機械工程系碩士生張明，對白酒制造廠里面，白酒包裝生產線上的自動碼垛機器人進行了研制，他從該機器人的工作要求的角度出發(fā)，采用方法建立了該機器人的運動學方程，利用三次多項式來規(guī)劃機器人的運動軌跡曲線，保證機器人的運動的平穩(wěn)性；除此他還用、分別對機器人運動學正問題和逆問題進行求解，還對機器人進行了工作空間域的分析。利用相關的力學知識，簡單地地對碼垛機器人的動能方程和勢能方程進行了分析，并利用的功能分析了機器人的質量、質心和慣量等參數，建立了各關節(jié)的動力學方程。除此，還建立了關鍵零部件的有限元模型，使用分析工具軟件為對各部件進行了靜力分析，獲得了各部件的變形情況，據此對機器人局部剛度進行了校核，為機器人結構的進一步優(yōu)化，提供了一定的理論依據[5]。來自北京工商大學機械自動化學院的碩士生金魏，還有辛洪兵副教授，聯合發(fā)表了一篇文章介紹過一種搬運機器人的工藝要求，這種搬運機器人用于汽車前軸精輥成形自動輥鍛機組，對配置的輥鍛進行搬運，他們對德國公司和北京機電研究所的產品的特點，進行了比較，并且根據新的設計要求，提出了新的設計方案，內容包括：總體結構設計以及各自由度、夾爪和補償機構的實現，以及提高定位和運動精度的相關措施[6]。KlausVollrath，Eric Hemmingson和J. Norberto Pires聯合發(fā)表了一篇文章，介紹了一種物料搬運機器人，這種機器人借助于圖像識別技術和復雜的編程技術，應用于在帶有微型機電一體化原件的小型盤、套、罩形等零部件的自動化封裝運送[7]，公司開發(fā)的一種新的碼垛機器人，這種碼垛機器人允許用戶創(chuàng)建自己的離線碼垛程序，而且不要求用戶掌握任何專業(yè)的編程知識[8] 以及像馬桶這類非平面陶瓷制品的選型機器人和碼垛機器人也有相關文獻進行了介紹[9]。在了解了機械手設計要求的前提下，根據教學培訓系統(tǒng)總體設計方案，經過設計分析后，利用軟件Pro /E的相關功能，逐步進行機械手零件結構三維參數建模，并且完成總體裝配。經過裝配的虛擬樣機，再進行干涉檢查、運動仿真等初步分析后，達到預期的結構設計要求，只需將各設計零件經加工后裝配，便可得到實物并運用于系統(tǒng)中[10]。在機構設計中，采用了平面關節(jié)型機械手臂，能夠實現對工件的夾緊、提升和轉動等一系列操作；在控制系統(tǒng)的設計中，采用可編程控制器()對機構進行控制，完成了軟件的編程任務，并且對控制系統(tǒng)的硬件也進行了原理性分析[11]。研究了一種四自由度搬運機器人，利用實現了對該機器人零部件，以及其裝配實體的三維模型制作，并運用的二次開發(fā)工具，建立了機器人零件庫，并且在建立機構運動分析方案后，模擬了該機器人的運動仿真和動態(tài)特性，還對關鍵零件進行了有限元分析[12]。充分應用相關機械原理，根據實際應用要求，設計了一種新穎、實用的專業(yè)機械手，夾緊可靠，能實現機械自鎖，結構剛性好，可以完成特定工位的車輪搬運作業(yè)，工作平穩(wěn)。對于類似的生產線搬運作業(yè)，該連桿式機械手也可以廣泛使用，這可以可極大地降低勞動強度，安全可靠，還能提高工作效率，這種設計方法以及相關的設計原理可以為類似設計提供了一個很好的范例[13]。根據實際的大米搬運工況，設計了機械手的機械部分、驅動傳動部分以及控制部分，并對機械手在抓取、搬運系統(tǒng)中的應用作了研究。用 軟件在機械結構設計的基礎上，對機械手的腰部回轉運動，大臂豎的直方向移動，小臂的水平方向伸縮，腕部俯仰運動以及手部的開合運動分別作了仿真分析。論文通過對機械手的機械系統(tǒng)、驅動傳動系統(tǒng)和控制部分的設計，理論上實現了機械手對物體的抓取設計[14]。檢測周期長，檢測人員的疲勞作業(yè)，安全系數低等等一系列問題的存在，遠遠不能滿足現代武器試驗的要求。為此，設計出一臺能夠用于彈藥搬運的機械手迫在眉睫，也是很有必要的。文章綜合了工作環(huán)境，還有炮彈的各項參數后，確定將該機械手設計為六自由度的多關節(jié)型通用機械手。由于其手部設計可按工作需要隨時更改，因此該機械手既可用于炮彈搬運，也適用于其他工業(yè)場所[15]。這篇文章詳細設計了以一種四自由度搬運機器人，并用這種機器人為研究對象，基于實現了該機器人零部件，及其裝配實體的三維參數化模型構建，并運用的二次開發(fā)工具建立了機器人零件庫；在建立結構運動分析方案后，模擬了該機器人的運動仿真和動態(tài)特性，并對機械手的各部分結構和關健零件進行了有限元分析。對驅動腰部做回轉運動的電機做了選型，計算了手臂液壓缸的相關參數[16]。這篇文章簡要闡明了大賽模塊搬運機器人，驅動系統(tǒng)部分的設計，該設計不僅包括驅動系統(tǒng)機械部分（車載機構和行走機構）的設計，而且還包括了驅動系統(tǒng)電控部分的設計[17]。這篇文章主要針對碼垛機器人，根據那些關于空間運動學以及動力學方面的特點，提出了一種基于平行四邊形機構運動原理的設計方法，構建4自由度關節(jié)型碼垛機器人[18]。這篇文章鑒于動力學模型，對系統(tǒng)仿真、控制系統(tǒng)設計的重要性，對 5自由度袋裝物料搬運機器人進行動力學分析，分析方法主要是基于第二類拉格朗日方程建立動力學模型[19]。采用編程工具求解動力學微分方程的解[20]，基于虛擬樣機平臺，進行動力學仿真，由此獲得機器人各個關節(jié)位移、加速度、驅動力以及力矩特性的曲線圖[21]。這篇文章運用方法建立機器人運動學方程，分析正、逆運動學問題的解法。并且詳細介紹了在中建立機器人幾何模型的過程，而且還對其在一個搬運周期內的運動過程，進行了運動學的仿真，求出了各關節(jié)逆運動學解，并分析了各運動關節(jié)的位移特性曲線[22]。隨著高性能IC制造裝備的需求，提出了一種新穎的潔凈搬運機器人，這種潔凈搬運機器人由以下三個主要部分組成：；；。在文章里介紹了這種潔凈搬運機器人在主要的機械結構和技術方面的特點，對其主要部件的運動機理進行了著重分析。針對潔凈搬運機器人手臂的轉動慣量對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，在這里計算轉動慣量和轉矩的公式是利用 函數得到的，除此還利用對運動結果進行了仿真與分析，為進行研究動態(tài)性能，提供了重要的理論基礎[23]。機械手（工業(yè)機器人）作為自動化設備的一個典型代表，在搬運、裝卸、焊接等工作中，它可以代替人力從事這些作業(yè)，尤其是在惡劣的作業(yè)環(huán)境中，人