机械臂开题报告

附件b：

毕业设计（论文）开题报告

1课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）

1.1 研究背景及课题意义

机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志[1] [2]。

机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段。

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产率。机械手越来越广泛地得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统fms和柔性制造单元fmc中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

此外，医疗机器人是目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一,其发展前景非常看好。近年来,医疗机器人技术引起美、法、德、意、日等国家学术界的极大关注, 研究工作蓬勃兴起。二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划已召开过的多届医疗外科机器人研讨会己经立项,开展基于遥控操作的外科研究,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一

在发达国家已经出现医疗，外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了大量病例研究。而目前我国的机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低。机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产及医疗水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

1.2 国内外研究状况

1.2.1 国外研究状况

机器人主要分为两类：工业机器人以及其他特种机器人，自1962年美国推出世界上第一台unimate型和versatra型工业机器人以来，机器人在工业发达国家得到了迅速发展。根据国际工业机器人联合会(ifr)前几年的统计[3]：2000年全世界工业机器人的总数达到82万台，比1996年增加24％。其中日本拥有42万台，占全世界机器人总数的50％左右，继续保持“机器人王国”的地位。除日本外，世界上还有许多工业发达国家，如美国、前苏联和西欧一些国家的机器人产业也发展得很快。例如，在美国，1970—1980年间的机器人台数增加20倍以上。尽管美国所拥有的机器人在台数上不如日本．但其技术水平较高．占有一定的优势。在亚洲，

韩国的机器人产业发展也很迅速，现排名世界前列．而日本、韩国和新加坡的机器人密度(即制造业中每万名雇员占有的工业机器人数量)居世界第1-3位，包揽了前三名。西欧的意大利、法国、英国和东欧的匈牙利、波兰等，机器人制造业及应用机器人的情况都有很大发展。

图1 图2

其他特种机器人是国外近年来才迅速发展起来的，是机器人技术的一个重要发展方向，主要研究方向有：空间机器人，医用机器人，水下机器人，建筑机器人和军用排爆机器人等等[4]。

现在国外的机器人各个方面的技术发展现状为[5]：

① 机械结构

以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1／3。90年代初开发的适应于窄小空间、快节奏、全工作空间范围的垂直关节型机器人大量用于焊接和上、下料。应3k和汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。

② 控制技术

大多采用32位cpu，控制轴数多达27轴，nc技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于pc的开放结构的控制系统已成为一股潮流。

③ 驱动技术

80年代发展起来的ac伺服驱动已成为主流驱动技术应用于工业机器人中。新一代的伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已开发并用于工业机器人中：在远程控制中已采用了分布式智能驱动新技术。

④ 应用智能化的传感器

装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。

⑤ 网络通讯方式

大部分机器人采用了ether网络通讯方式，占总量的41．3％，其他采用rs一232，rs一485等通讯接口。

⑥ 高速、高精度、多功能化

目前，最快的装配机器人最大合成速度为16．5m／s，有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度竟达80m／s：而另一种并联结构的nc机器人，其位置重复精度达1um。90年代末的机器人一般都具有两、三种功能，向多功能化方向发展。⑦ 集成化与系统化当今机器人技术的另一特点是机器人的应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边设备和操作人员形成一个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联接在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。

1.2.2 国内研究状况

我国有组织有计划地发展机器人事业．应该说是从“七五”期间的科技攻关及实施“863计划”开始的。经过十几年来的研制、生产、和应用，有了长足的进步。目前在一些方面[6]，如喷涂机器人、弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器

人、装配机器人、特种机器人(水下、爬壁、管道、遥控等机器人)，已掌握了机器人的设计制造技术，解决了控制、驱动系统的设计和配置、软件的设计和编制

等关键技术；还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线(工作站)及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术。