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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
（3號楷體）
學 號：
（用3號楷體）
專 業(yè)：
（用3號楷體）
設計(論文)題目：
（用3號楷體）
指 導 教 師:
（用3號楷體）
年 月 日
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫
2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
摘要 本課題的主要內容是采用機器人代替人來進行噴漆作業(yè)，機器人可以代替很多重復性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度，提高生產效率。結合設計的各方面的知識，在設計過程中學會怎樣發(fā)現(xiàn)問題。解決問題.研究問題。并且在設計中融入自己的想法和構思，提高自己的創(chuàng)新能力。盡力使機器人使用方便，結構簡單。
關鍵詞 機器人 ，噴漆機器人 ，結構設計，步進電機
1 機器人概述
隨著人類科技的進步，社會經濟的發(fā)展，機器人學成為近幾十年來迅速發(fā)展的一門綜合學科。它體現(xiàn)了光機電一體化技術的最新成就，機器人作為其中的佼佼者更是發(fā)揮了不可磨滅的作用。在人類社會中，凡是有機械活動的地方，都能看到機器人的身影。機器人產品的應用已經由核工業(yè)和軍事科技等高端科學領域向醫(yī)療、農業(yè)甚至是服務娛樂等民用領域發(fā)展了，并且各式各樣的機器人正在涌現(xiàn)出來，以驚人的速度延伸到人類活動的各個領域。機器人是由于人類期望生產水平的提高，為了提升生產效率而出現(xiàn)的。然而由于機器人善于完成重復的，單調的，精確度要求高的工作，能取代人在惡劣的環(huán)境中完成人類不能或者不愿完成的工作，因此，機器人的出現(xiàn)又大大解放了人類的生產力。所以說機器人的發(fā)展是社會發(fā)展的結果，也是社會發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)在，很多發(fā)達國家都追逐著機器人這一發(fā)展趨勢，積極地進行著機器人的各種開發(fā)和研制的工作，并且其中一些國家已經取代了不錯的成果，研制出了許多新型且實用的機器人或者是機器人。例如：日本的跳舞機器人、犬型機器人愛寶(AIBO)；英國研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人；美國iRobot公司推出了能避開障礙，自動設計行進路線吸塵器機器人Roomba；上海世博會使用過的福娃機器人等等。
由于機器人的迅猛發(fā)展，機器人進入學校教學是必然的。三自由度機器人作為是機器人的典型產品，其設計及應用對機電一體化、機械結構工藝、機械制造、自動化、電子信息等專業(yè)的教學及研究都有著很重要的意義。
1.1機器人的特點
1機器人能進行自動化生產，降低成本。就本次設計的噴涂機器人而言，它能不間斷的搬運零件和各種材料的輸送。這樣既提高了生產率又降低了生產成本。
2機器人能使產品品質穩(wěn)定，減少人工污染。人工生產會使產品質量受工人狀態(tài)起伏而影響。對于某些高精度產品，人工送取會產生人工污染。
3機器人能改善勞動條件，避免各種工傷。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，人工操作會有危險，機器人能代替人工作，改善了人們的勞動條件。
4機器人能持久、耐勞，可以把人從繁重的勞動中解放出來，人在連續(xù)工作幾個小時后，總會感到疲勞或厭倦，以機器人代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。
5機器人的靈活性、通用性強。它能通過更換部件來適應不同產品的生產。并通過改變程序和自由度來達到迅速改變作業(yè)的可能性。這樣機器人能滿足各種各樣的零件生產，在生產中發(fā)揮重大作用。
1.2機器人的組成
工業(yè)機器人是由執(zhí)行機構、驅動機構和控制機構三部分組成。
1.2.1執(zhí)行機構
一般機器人的執(zhí)行機構由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機構組成。
1.2.2驅動機構
驅動機構主要有液壓驅動、氣動驅動、電動驅動和機械驅動等形式。不過目前還是以液壓和氣動用的最多。
液壓驅動具有體積小、出力大、控制性能好、動作平穩(wěn)等特點，它利用油缸、馬達加上齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動油缸、馬達與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉運動。液壓驅動具有潤滑性能好、壽命長的特點，結構緊湊，剛性好。定位精度高，克實現(xiàn)任意位置開停。有很多專業(yè)機器人能直接利用主機的液壓系統(tǒng)。但缺點是需要配備壓力源，系統(tǒng)復雜成本較高。
氣動驅動結構簡單、造價低廉、氣源方便，所需的壓縮氣源一般工廠都有，并且無污染，一般采用的壓力0.4-0.6MPa，最高可達1MPa。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。
電動由于減速和回轉運動變往復運動機構復雜, 很少采用。機械式用于簡單的場合。
1.2.3控制機構
機器人的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。
1.3噴漆機器人
噴漆機器人又叫噴涂機器人（spray painting robot）， 是可進行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集 團）發(fā)明。噴漆機器人主要由機器人本體、計算機和相應的控制系統(tǒng)組成，液壓驅動的噴漆機器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機等。多采用5或6自由度關節(jié)式結構，手臂有較大的運動空間，并可做復雜的軌跡運動，其腕部一般有2～3個自由度，可靈活運動。較先進的噴漆機器人腕部采用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉動，其動作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內部，噴涂其內表面。噴漆機器人一般采用液壓驅動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教。噴漆機器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門。
噴涂機器人的主要優(yōu)點：（1）柔性大，工作范圍大。（2）提高噴涂質量和材料使用率。（3）易于操作和維護，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場調試時間。（4）設備利用率高，噴涂機器人的利用率可達90%-95%。
1.4 結束語
本課題通對噴涂機器人進行結構設計和機電傳動原理設計。本設計采用的方法是理論設計與經驗設計相結合的方案，所運用的資料來源廣泛，內容充足。
參 考 文 獻
[1] 吳瑞祥. 機器人技術及應用[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，1994.
[2] 熊有倫.機器人技術基礎[M].武漢：華中理工大學出版社，1996.
[3] 白井良明著. 王棣棠譯. 機器人工程[M]. 北京：科學出版社，2001.2.
[4] 熊有倫.機器人技術基礎[M].武漢：華中理工大學出版社，1996.
[5] 王志良.競賽機器人制作技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.
[6] 成大先.機械設計手冊（第4版）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.
[7] 熊有倫.機器人技術基礎[M].武漢：華中理工大學出版社，1996.
[8] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.7.
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[16] Suk-Han Sun,Jung-Jae Lee. Prototype Intergrated Robotic Painting System: Software Development [J].Journal of Manufacturing Systems, 2005,10(12):314.
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
要研究的問題
1.噴涂機器人的基本技術參數(shù)確定
表示機器人特性的基本技術參數(shù)主要有自由度、坐標形式的選擇。
1.1自由度
自由度是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數(shù)目，但是一般不包括手部（末端操作器）的開合自由度。自由度表示了機器人靈活的尺度，在三維空間中描述一個物體的位置和姿態(tài)需要六個自由度。
噴涂機器人的自由度越多，越接近人手的動作機能，其通用性就越好，但是結構也越復雜，自由度的增加也意味著噴涂機器人整體重量的增加。輕型化與靈活性和抓取能力是一對矛盾，此外還要考慮到由此帶來的整體結構剛性的降低，在靈活性和輕量化之間必須做出選擇。工業(yè)機器人基于對定位精度和重復定位精度以及結構剛性的考慮，往往體積龐大，負荷能力與其自重相比往往非常小。一般通用噴涂機器人有5～6個自由度即可滿足使用要求（其中臂部有3個自由度，腕部和行走裝置有2～3個自由度），專用噴涂機器人有1～2個自由度即可滿足使用要求。
1.2坐標形式的選擇
噴涂機器人的坐標形式主要可分為：直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、關節(jié)坐標型另外還有比較復雜的SCARA型和并聯(lián)型。
1直角坐標型噴涂機器人：這類噴涂機器人就是如圖2-1(a)得直移型，其手部空間位置的改變通過沿三個互相垂直軸線的移動來實現(xiàn)，該形式噴涂機器人具有位置精度高，控制無耦合、簡單，壁障性好等特點。但結構較龐大，動作范圍小，靈活性差，且移動軸的結構復雜，占地面積大，而且需架空線路。
2圓柱坐標型噴涂機器人：這種噴涂機器人如圖2-1（b）的回轉型噴涂機器人，通過兩個移動和一個轉動實現(xiàn)手部空間位置的改變，手臂的運動系由垂直立柱平面內的伸縮和沿立柱的升降兩個直線運動及手臂繞立柱的轉動復合而成。這種噴涂機器人，占地面積小而活動范圍較大，結構亦較簡單，并能達到較高的定位精度，因而應用范圍較廣泛。機身采用立柱式，噴涂機器人側面行走，順利完成上料、翻轉、轉位等功能。但是結構也比較龐大，兩個移動軸的設計較為復雜。
3球坐標型機器人： 這類噴涂機器人如圖2-1（c）的俯仰型噴涂機器人，其手臂沿X方向伸縮，繞Y軸俯仰和繞Z軸回轉。這類噴涂機器人具有占地面積小、結構緊湊、重量較輕、位置精度尚可等特點，能與其他機器人協(xié)調工作，但避障性差，存在著平衡問題，位置誤差與臂長有關。
4關節(jié)坐標型噴涂機器人：如圖2-1（d）的屈伸型噴涂機器人，主要由立柱、前臂和后臂組成。機器人的運動由前、后臂的俯仰及立柱的回轉構成，其結構最緊湊，靈活性大，占地面積最小，工作空間最大，能與其他機器人協(xié)調工作，避障性好，但是位置精度較低，存在平衡以及控制耦合的問題，故比較復雜。
圖 噴涂機器人的坐標形式[22]
2 要采用的手段
分析機械手工作原理和性能。
繪制工作機構示意圖、工作原理圖。
設計機械手整體結構，繪制裝配圖。
設計、計算機械手各部分結構，繪制結構各部件圖紙，繪制主要零件的零件圖。
編制設計說明書。
畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1．對“文獻綜述”的評語：
××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：
××××××××（小4號宋體，1.5倍行距）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××…………。
指導教師：
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所在專業(yè)審查意見：
負責人：
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