【正文】 幻小說之中一樣，人們對(duì)機(jī)器人充滿了幻想。蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目 錄 1. 緒 論 2 機(jī)器人的發(fā)展綜述 ................................................. 2 機(jī)器人定義 ...................................................... 2 我國科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義 ........................................ 2 機(jī)器人發(fā)展簡(jiǎn)史 .................................................. 3 管道機(jī)器人概述 ................................................... 5 國外管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 5 國內(nèi)管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 6 管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)概述 ........................................... 6 管道清灰機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式 .......................................... 7 管道 清灰機(jī)器人操作臂設(shè)計(jì)要求 .................................... 7 管道清灰機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................... 7 管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)組成 .......................................... 8 2. 管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和三維模型的建立 ........................ 9 PRO/ENGINEER軟件的介紹 .............................................. 9 Pro/E 的系統(tǒng)特征 ............................................... 10 Pro/Engineer 主要模塊介紹 ...................................... 11 管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)三維模型的建立 ............................. 13 3. 管道清灰機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 26 機(jī)器人操作臂類型選擇 ............................................. 26 鏟斗轉(zhuǎn)角差及卸載角分析 ........................................... 29 機(jī)器人操作臂自由度 ............................................... 30 操作臂死點(diǎn)分析 ................................................... 31 4. 管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真 33 鏟斗鏟灰 ......................................................... 33 鏟斗舉升 ......................................................... 35 鏟斗旋轉(zhuǎn) ......................................................... 37 結(jié) 論 39 致 謝 40 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 參考文獻(xiàn) 41 1. 緒 論 機(jī)器人的發(fā)展綜述 機(jī)器人定義 在科技界，科學(xué)家會(huì)給每一個(gè)科技 術(shù)語一個(gè)明確的定義，但機(jī)器人問世已有幾十年，機(jī)器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個(gè)統(tǒng)一的意見。也許正是由于機(jī)器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。 數(shù)控型機(jī)器人：不必使機(jī)器人動(dòng)作，通過數(shù)值、語言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。 智能機(jī)器人 ：以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。結(jié)合這些領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)，人們發(fā)展了各式各樣的 具有感知、決策、行動(dòng)和交互能力的特種機(jī)器人和各種智能機(jī)器，如移動(dòng)機(jī)器人、微機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器人、空中空間機(jī)器人、娛樂機(jī)器人等。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高技術(shù)的發(fā)展前沿，它在人類生活應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大正引起國際上重新認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)的作用和影響。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢(shì)，如服務(wù)機(jī)器 人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。 1939 年 美國紐約世博會(huì)上展出了西屋電氣公司制造 的家用機(jī)器人 Elektro。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學(xué)術(shù)界默認(rèn)的研發(fā)原則。 德沃爾制造出世界上第一臺(tái)可編程的機(jī)器人，并注冊(cè)了專利。這個(gè)定義影響到以后 30 年智能機(jī)器人的研究方向。由于英格伯格對(duì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為 “ 工業(yè)機(jī)器人之父 ” 。 1965 年約翰 美國興起研究第二代帶傳感器、 “ 有感覺 ” 的機(jī)器人，并向人工智能進(jìn)發(fā)。 1969 年 日本早稻田大學(xué)加藤一郎實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺(tái)以雙腳走路的機(jī)器人。 1978 年 美國 Unimation 公司推出通用工業(yè)機(jī)器人 PUMA，這標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 完全成熟。 1998 年 丹麥樂高公司推出機(jī)器人 (Mindstorms)套件，讓機(jī)器人制造變得跟搭積木一樣，相對(duì)簡(jiǎn)單又能任意拼裝，使機(jī)器人開始走入個(gè)人世界。 2021 年 6 月，微軟公司推出 Microsoft Robotics Studio，機(jī)器人模塊化、平臺(tái)統(tǒng)一化的趨勢(shì)越來越明顯，比爾 管道在使用過程中，由于各種外界因素的影響，會(huì)形成各種各樣的管道故障與管道損傷。 管內(nèi)機(jī)器人是一種可沿管道自動(dòng)行走，攜有一種或多種傳感器件和作業(yè)機(jī)構(gòu)，在遙控操作或計(jì)算機(jī)控制下能在極其惡劣的環(huán)境中進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。 國內(nèi)管道機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 我國管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究己有十幾年的歷史，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所、上海交通大學(xué)、大慶石油管理局、勝利油田、中原油田等單位都進(jìn)行了這方面的研究工作。 (4)中科院研發(fā)用于 400*400mm 和 500mm*500mm 空調(diào)通風(fēng)管道中的清潔機(jī)器人，具有在管道中行走、對(duì)管道內(nèi)污染情況進(jìn)行觀察和對(duì)污染物進(jìn)行清潔的功能。目前國內(nèi)外關(guān)于管道機(jī)器人的研究很多，大多是管道監(jiān)測(cè)維修，適應(yīng)于 ? 200mm 以下、? 400600mm 以及微型管道等管徑。 管道清灰機(jī)器人工作要求及性能指標(biāo) ： 1)管道分為水平、小于 30 度傾斜、 倍管道直徑彎曲三種形式，要求能行走自如 ； 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2)機(jī)器人必須小巧、靈活、拆卸方便，可自由通過 ? 600 入口； 3)自動(dòng)化程度高， 生產(chǎn)能力高，每小時(shí)清理能力應(yīng)在 50 米左右 ； 4)機(jī)器人應(yīng)有管道監(jiān)視系統(tǒng) ； 5)可附加焊縫檢測(cè)、壁厚檢測(cè)模塊； 6)煙灰密度 。機(jī)械手具有兩個(gè)自由度，手抓末端安 裝著末端操作器 — 鏟斗，可實(shí)現(xiàn)抬升和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。 ③速度調(diào)節(jié)方便易控，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的無極調(diào)速和換向。該機(jī)器人的鏟掘作業(yè)和裝卸物料的作業(yè)都是通過操作臂來完成的，因此操作臂的設(shè)計(jì)要達(dá)到下列要求 : ； ，其轉(zhuǎn)角差不得超出一定范圍，以免在鏟斗舉升過程中物料撒落 ； ，其卸載角不小于一定值，以保證卸料干凈 ； ，應(yīng)滿足傳動(dòng)角的要求，保證運(yùn)動(dòng)輕巧，不得出現(xiàn)死點(diǎn) ； 操作 臂各構(gòu)件之間不允許發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉 。 ②越野性能好，爬坡、越溝性能均比輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)越。機(jī)器人工作時(shí)，隨著履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)，該機(jī)器人機(jī)械手上的鏟斗向前移動(dòng)，將沉積在底部的灰鏟在鏟斗內(nèi)，鏟斗內(nèi) 的灰達(dá)到最大限度時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)到出灰口將灰倒出。 管道清灰機(jī)器人系統(tǒng)組成 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 2. 管道清灰機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和三維模型的建立 對(duì)于機(jī)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)模型的建立，采用代表目前機(jī)械 CAD 領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件 Pro/Engineer 來完成。 Pro/Engineer 與傳統(tǒng)的 CAD 系統(tǒng)僅提供繪圖工具有著極大的不同，它提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解 決方案，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、板金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，甚至包括產(chǎn)品生命周期的管理，它使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率大大提高，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初期具有更多的靈活性，保證在日后根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行相應(yīng)的更改和計(jì)算 。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。 行為建模 技術(shù)功能主要體現(xiàn)在智能模型和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)式設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。規(guī)范是智能模型中固有的，一旦模型被修改，就能 重新生成和重新校驗(yàn)是否符合規(guī)范，即用規(guī)范來實(shí)際地驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)裝配完成后，可以對(duì)整個(gè)裝配進(jìn)行工程分析。 ，載荷 /邊界條件與特征參數(shù)之間 (如表面積等 )的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 二、 Pro/SURFACE Pro/SURFACE 是一個(gè)選項(xiàng)模塊，它擴(kuò)展了 Pro/ENGINEER 的生成、輸入和編輯復(fù)雜曲面和曲線的功能。 。使用戶能自行編寫參數(shù)化零件及組裝的自動(dòng)化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計(jì)，只需要輸入一些簡(jiǎn)單的參數(shù)即可。 Pro/MANUFACTURING 將 生產(chǎn)過程生產(chǎn)規(guī)劃與設(shè)計(jì)造型連接起來，所以任何在設(shè)計(jì)上的改變，軟件也能自動(dòng)地將己做過的生產(chǎn)上的程序和資料也自動(dòng)地重新產(chǎn)生過，而無需用戶自行修改。 Pro/MANUFACTURING 為下列機(jī)器操作產(chǎn)生自動(dòng)化的工具路徑 : (Miffing) 加工 (Turning) (Dritting) 五、 Pro/NCCHECK 1. Pro/NCCHECK 提供圖形工具。加工制造組件以陰影顯示，組裝線上各個(gè)組件可以由用戶設(shè)定不同的顏色。此外， Pro/NCCHECK 能讓用戶對(duì)工具及夾具任ixture)進(jìn)行快速驗(yàn)證及評(píng)估，從而防止嚴(yán)重的損失。操作臂主要由鏟斗、大臂、搖臂、拉桿、轉(zhuǎn)斗油缸、舉升油缸等組成。該機(jī)器人主要完成對(duì) ? 700 1000mm 管道內(nèi)砂狀沉積物的清理。操作臂簡(jiǎn)化后為一平面閉環(huán)連桿機(jī)構(gòu)，其上的末端操作器 — 鏟斗的運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。按桿數(shù)劃分的連桿機(jī)構(gòu)中，四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 簡(jiǎn)單，但因動(dòng)臂前端須裝有自重較大的框架，減少了鏟斗的載重量，且影響攝像機(jī)的視線 ； 八連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鏟起力變化平緩 ； 六桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，容易布置，一般能較好地滿足作業(yè)要求，因此在這 里鏟斗抬起運(yùn)動(dòng)采用六桿機(jī) 構(gòu)。 圖 31 正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 32反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1)正轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn) :如圖 33所示 ①發(fā)出最大鏟起力在 ? 0 時(shí)，如圖所示，即鏟斗有利于地面挖掘 ； ②在鏟斗卸料時(shí)，角速度較大，易于抖落物料，但沖擊較大 ； ③作業(yè)過程中各構(gòu)件不易發(fā)生干涉，工作裝 置易于布置在同一平面內(nèi)，使桿 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 件支撐和受力好。機(jī)器人鏟起灰物后舉升到運(yùn)輸過程中，保證物料不撒落，主要取決于鏟斗的形狀，其鏟斗提升狀態(tài)如圖 33 中所示，鏟斗內(nèi)灰物的重心通過鏟斗底部中心線時(shí)，此時(shí)鏟斗不易撒落物料。當(dāng)自由度等于主動(dòng)件數(shù)時(shí)，機(jī)構(gòu)具有確定的自由度。 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 操作臂死點(diǎn)分析 管道清灰機(jī)器人操作臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 5所示。該位置正是六桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)，如圖所示?？赏瓿?360旋轉(zhuǎn)，保證完全清理爐灰。為機(jī)器人的下一步研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。行走機(jī)構(gòu)由三個(gè)呈 120 度的履帶輪組成，與管壁底部接觸的兩個(gè)呈 120 度 的履帶為固定履帶，與管壁頂部接觸的履帶為可伸縮式的。 蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 致 謝 本文是在導(dǎo)師劉曉琴的精心指導(dǎo)、反復(fù)修改下完成的。沒有導(dǎo)師平時(shí)的嚴(yán)格要求和悉心教誨，本文是 不可能順利完成的；而且導(dǎo)師開闊的視野、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范使我終生受益；她兢兢業(yè)業(yè)、不辭勞苦的工作態(tài)度，誠實(shí)做人的人生觀使我敬佩。價(jià)錢最低質(zhì)量最好，把您的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，讓您無后顧之憂，選擇我們絕不后悔，保證您用最低的價(jià)錢買到質(zhì)蘭州 交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 量最好的論文。在點(diǎn)位、直線控制系統(tǒng)中，定位精度影響工件的尺寸精度，在輪廓控制系統(tǒng)中，定位精度影響工件輪廓的加工精度，產(chǎn)生輪廓失真。重復(fù)定位（測(cè)量）次數(shù)愈多，誤差值愈可能呈現(xiàn)出圍繞某一個(gè)平均值之間的位置偏差反映了該移動(dòng)部件系統(tǒng)存在的系統(tǒng)性誤差。從正、反方向趨近定位點(diǎn)時(shí)，位置偏差分別為 x? 與 x? ， 蘭