毕业设计（论文）开题报告-集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体结构

毕业设计（论文）开题报告-集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体结构

南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化设计(论文)题目：集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体结构设计指导教师:年月日\n开题报告填写要求1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。\n毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述摘要工业机器人是机器人的一个重要分支。它的特点是通过编程完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器的优点。机器人是一门涉及机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。以下着重阐述工业机器人的技术背景，国内外的研究状况，工业机器人的应用以及实际遇到的问题和解决思路。关键词逆解机器人人工智能1机器人的概念机器人是一个在三维空间中具有较多自由度，并能实现较多拟人动作和功能的机器，而工业机器人则是在工业生产上应用的机器人。美国机器人工业协会提出的工业机器人定义为：“机器人是一种可重复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机”。英国和日本机器人协会也采用了类似的定义。我国的国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：“机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业”。而将操作机定义为：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制装置和为使机器人进行作业而要求的外部设备组成[1]。2机器人技术的背景及其意义机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)\n、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。广泛采用工业机器人,不仅可提高产品的质量与数量,而且保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式[3]。20世纪80年代以来，工业机器人技术逐渐成熟，并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。3国内外研究概况3.1国际发展状况从机器人（Robots）诞生到二十世纪80年代，机器人制造技术经历了一个长期缓慢的发展过程。到了90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，机器人制造技术也得到了飞速发展。近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向各个科技领域发展。　海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。这些行业对机器人的要求比制造业更高，所以研制出具备能够行走、对外感知和能够局部自主规划功能的机器人，成了机器人制造技术发展的重要方向。如今，水下机器人、地下机器人、医用机器人、建筑机器人、军用机器人已经开始进入人们生活的各个领域，成为人类的得力助手和亲密伙伴。美国是机器人的诞生地,早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人,比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年。经过40多年的发展,美国现已成为世界上的机器人强国之一。据UNECE和IFR统计,2004年美国新安装工业机器人12693台,预计到2007年底,新安装的工业机器人将达15900台。至2003年末,在北美运行的机器人总量为112390台,比2002年增长7%,预计至2007年6美国运行的工业机器人总量将达到145100台。就每万名雇员拥有的工业机器人数进行统计,至2003年末,在美国制造业中,每1万名雇员有63个工业机器人。作为对比,德国为148个,欧盟为93个。在美国汽车工业中,每万名产业工人拥有740个工业机器人,但这个数字还是远低于日本(1400个机器人)意大利(1400个机器人)和德国(1000个机器人)[8]。日本素有“机器人王国”之称,其工业机器人的发展令人瞩目,无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。在其经历了短暂的摇篮期之后,快速跨过实用期,迈入普及提高期。在20世纪80年代至90年代初期,日本的工业机器人可谓处于繁荣鼎盛时期,似乎无所不能。然而,花无百日红,自20世纪90年代中期开始,\n随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起,国际市场的格局发生了明显的变化,从日本转向了欧洲和北美。在度过了几年的低迷期之后,21世纪初日本的工业机器人又开始重新焕发生机,尤其是伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长,以及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新换代,预期将对日本工业机器人的发展发挥积极的作用。据日本机器人协会的统计,2004年全年日本工业机器人的定单较去年增长了1718%,达到499516亿日元(48亿美元)，是连续第三年大幅度增长。2004年全年日本工业机器人出货量为445813亿日元,同比增长13.4%。2005年第一季度,日本工业机器人出货量为1289亿日元,较去年同期增长13.6%[4]。3.2国内发展状况我国机器人研究与应用起步于二十世纪70年代初，1986年，“智能机器人”被列入国家高技术研究发展计划（863计划），经过近二十年的不懈努力，取得了一系列令世界瞩目的科研成果。随着以国家863机器人技术主题为主的国家相关部门对机器人产业的进一步推动，必将对我国创建“以人为本”社会发展模式和发展国民经济产生巨大的影响。根据调查结果显示，近年来，国内各类主要机器人的生产和应用均呈现快速增长的趋势。从大型的工业机器人到小型的纳米机器人，从代表国家最高科技水平的登月机器人到提高学生综合素质的教育机器人，机器人产业在中国正进入一个快速发展的时期，呈现出一种欣欣向荣的前景。中国是一个制造业大国，以其低成本的劳动力奠定了在国际制造业中的地位，号称“世界工厂”。但是，随着经济快速全球化以及信息技术飞速发展，单纯地依靠劳动密集型的生产模式已经满足不了对生产效率和产品品质等日益提高的要求，提高制造业的技术与资金密集度是制造业现代化的必然趋势。实践证明，通过信息化带动工业化是中国继续保持国际制造业大国并转变为制造业强国的唯一出路。工业机器人作为重要的自动化基础装备，是制造业信息化发展的基石。在可以预见的未来，机器人技术与现代传感技术、智能技术、控制技术和信息技术互相渗透、融合，应用于制造业基础装备的改造，使传统制造业发生“脱胎换骨”式的飞跃，对社会生产力的进步产生强大的推动力[2]。4机器人技术的应用4.1仿人机器人\n仿人机器人具有可移动性、超多的自由度、视觉和听觉处理能力，可以完成更复杂的任务。但对控制系统的可靠性、实时性，建立包含语音、视频等多媒体信息的多功能远程操作平台，都提出了更高的要求。以往采用的集中控制系统，控制功能高度集中，局部的故障就可能造成系统的整体失效，降低了系统的可靠性和稳定性，因此考虑采用分布式的控制系统来实现系统控制.CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网)总线作为在工业领域广泛应用的一种总线，具有成本低、可靠性好、结构简单、开放性好等特点，非常适合用来搭建仿人机器人的控制系统[7]。4.2机器人在机械制造业中的应用机器人远程控制技术不仅在传统的机器人遥控操作领域有着广泛的应用，随着Internet的迅猛发展，它在其它许多领域中也有良好的应用前景，如远程制造业、分布式制造系统、自主机器人系统等领域。(1)机械加工机器人：在多品种、大批量、效率低下的生产线上，通过网络控制生产过程，谋求实现生产的自动化；通过机器人收集现场工况信号，使运送、装卸工件、切屑处理等工序流程均处于远程监视之下，控制信号神经网络及时传送到现场机器人完成生产过程的控制[10]。（2）工业装配机器人：在装配作业过程中，往往有视觉、触觉等感知功能的运用。这些信号经现场机器人采集后，通过网络传送到远方控制终端，由远方工作人员来操控现场机器人的动作，完成装配任务，实现装配过程的远程控制[11]。(3)喷漆机器人：与其它作业的机器人不同(其它作业的机器人只需正确控制动作，即控制定位精度、轨迹模仿精度和速度就已足够)，喷漆机器人在进行喷漆作业时还要评价喷漆完成的状态，需不断采集工件喷漆后的图像信息，把这些信号通过网络传送到远方控制终端，实现喷漆作业的远程控制，可以大大提高喷漆作业的精度和速度[8]。(4)焊接机器人：在焊接生产中可提高焊接质量和生产效率，保证了焊接过程的稳定性和产品的一致性，减小了劳动强度，满足了高度柔性化生产的要求。因此，焊接机器人广泛地应用于现代制造业，如汽车制造和汽车零部件、摩托车制造、工程机械、机车车辆、家用电器等行业[15]。5目前仍存在的问题和解决的思路\n工业机器人在我国的发展需要克服众多困难，其中很重要的一个就是认识上的错误。就我国绝大多数制造厂家而言，对机器人如何提高劳动生产率、降低劳动成本方面缺乏相应的了解和认识。这种认识上的缺乏导致许多人抱着一个错误的观念，工业机器人在中国没有市场。但是实际情况却正好相反。最近几年，中国工业机器人使用量呈大幅上升趋势，工业机器人的使用已经从传统的汽车和工程机械行业向其它制造类行业快速扩散。目前，我国机械制造业的现状是大而不强。为了全面提升我国制造业的竞争力，实现从制造业大国向制造业强国的转变，必须加快推进制造业信息化。将网络机器人技术应用于机械制造业。这对于实现我国制造业信息化、提高本国制造业的国际影响力，完成“用信息化带动制造业现代化，用高新技术改造制造业，以实现制造业跨越发展”的战略目标，有着显著的现实意义，应用前景十分广阔，将来大有可为[11]。6结束语我国的工业机器人研究从“七五”开始起步，近十几年来在国家“863”计划的支持下已经取得了长足进步。虽然因为工业基础方面的原因，我国在工业机器人本体的生产水平方面与国外还有较大差距，但在机器人应用技术和系统集成等方面，与国外先进水平的差距已经不大。国内部分企业在许多工业机器人应用的招标项目中已经可以和国外著名企业抗衡。目前国内的工业机器人市场已经逐步走向成熟，应用范围也越来越广。随着我国经济的不断发展，国内外市场竞争将更加激烈，制造业对产品质量和生产率的要求越来越高，人力成本也将不断提高，作为全球制造工厂的我国制造业对工业机器人的需求也将会在较短时间内进入快速发展时期。\n参考文献[1]原魁．工业机器人发展现状与趋势[J]．MC现代零部件,2007,(01):33～34.[2]张效祖．工业机器人的现状与发展趋势[J]．WMEM,2007,(05):25～26.[3]宋海宏．机器人技术展望[J]．山西煤炭管理干部学院学报,2006,(04):43～45.[4]吴林．全球工业机器人产业现状与趋势[J]．机电一体化,20006,(02):56～57.[5]坪岛茂彦中村修照．电动机实用技术指南[M]．北京：科学出版社，2003.[6]熊有伦．机器人技术基础．武汉：华中科技大学出版社，1996.[7]温效朔．机器人技术在农业上的开发与应用现状[M]．合肥：安徽农业科学，2007，(11)：124～125.[8]周伯英．工业机器人设计[M]．北京：机械工业出版社，1995.[9]吴林，张广军，高洪明．焊接机器人技术[M]．北京：机械工业出版社,2000.[10]吴宗泽．机械零件设计手册[M]．北京:机械工业出版社,2002.[11]I.OM.索罗门采夫．工业机器人图册[M．北京:机械工业出版社,2005.[12]　郑相锋，胡小建．弧焊机器人焊接区视觉信息传感与控制技术[J]．电焊机，2005．[13]　孔宇，戴明，吴林．机器人结构光视觉三点焊缝定位技术[J]．焊接学报，1997．[14]　王军波等．基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪[J]．焊接学报，2001．[15]　徐培全等．基于机器人焊接的视觉传感系统综述[J]．焊接，2005．\n毕业设计（论文）开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题是集装箱波纹板焊接机器人机构运动学分析及车体机构设计，通过十字滑块选用，进而组成的焊接机器人能够解决波内斜边段焊缝外观成形与直线段焊缝不一致的问题。即末端执行器端点（焊枪）的位移，速度及焊枪与焊缝间的夹角关系，来求三个关节的协调运动，即三个关节的运动规律解决。内容如下：1、解决焊接过程中焊枪速度与波形夹角的问题，使焊接速度始终与波形垂直，完成三自由度焊接机器人的运动学逆解2、三个自由度的实现3、设计出小车车体结构，并在图纸上绘制出机器人的装配图在广泛调研的基础上,针对上述问题有了以下设计思路：1、焊接机器人的结构设计，完成三自由度焊接机器人的运动学逆解机器人采用三个运动关节：左右平移的焊接机器人本体，前后平移的十字滑块和做旋转运动的末端效应器。通过三个关节之间的协调运动，来保证末端效应器的姿态发生变化时，焊接速度保持不变，焊枪与焊缝间的夹角保持垂直关系，来做到直线段与波内斜边段焊缝成形的一致。2、三个自由度实现机器人采用两个移动关节一个转动关节来实现。3、完成车体结构设计，画出相关的零件图和装配图运用AutoCAD、Pro/engineer等机械绘图软件分别绘制出车体结构及相关的零件图和装配图。\n毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1．对“文献综述”的评语：2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师：年月日所在专业审查意见：负责人：年月日