燕大开题报告

燕 山 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称： 直线轴工业机器人设计 学院（系）： 里仁学院 年级专业： 06机电一班 学生姓名： 指导教师：

完成日期： 2010年3月22日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1 工业机器人的定义

工业机器人是集机械、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重要的现代制造业自动化装备。在国家标准中，工业机器人被定义为：“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。他能搬运材料、零件、或夹持工具，用以完成各种作业[1]。”

2 国内外研究动态

1954年，美国人（George C.Devol）提出了一个关于工业机器人的技术方案，随后注册成为专利。1960年推出了工业机器人的试验样机。1961年推出了第一代工业机器人[1]。从此，工业机器人开始进入人们的视野。人类的制造业又掀开了新的一页，一个新的以机器人为主的工业时代来了！

1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了对机器人的制造和开发热潮[10]。经过短短的十几年，已一跃而为“机器人王国”。其工业机器人的发展令世人瞩目，无论是机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。[12]

德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五、六年，但战争导致得劳动力缺乏，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利的条件。目前，德国机器人总数占世界第二位，仅次于日本[16]。

法国政府一直比较重视机器人技术，通过大力支持一系列研究计划，建立了一个完整的科学技术体系，使法国机器人的发展比较顺利。现在法国在国际工业机器人界拥有不可或缺的一席之地[14]。

英国的机器人起步比日本还要早，并取得了早期的辉煌。然而，20世纪70年代初期，英国科学研究委员会颁布了否定人工智能和机器人的报告，导致政府对工业机器人实施了限制发展的严厉措施。然而，国际上机器人的蓬勃发展转变了英国政府的态度，从20世纪70年代末开始，推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，使英国机器人开始在生产领域广泛应用及大力研制的兴盛时期[14]。

我国工业机器人是从20世纪80年代开始起步，经过二十年余年的努力，已经形成了一些具有竞争力的工业机器人研究机构和企业。先后研发出弧

焊、点焊、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。近几年，我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已突破十亿元。20世纪80年代末，清华大学研制了“Eye—in—Hand”智能装配机器人系统。该装配机器人有PUMA560机械手、图像处理系统和计算机构成。在机械手顶部装一部摄像机，用于观察工作台的全景。在机械手的末端有CCD的急、摄像机和半导体的激光发生器。“Eye—in—Hand”能完成很精密的装配任务[19]。

了解了各国在工业机器人方面的发展史，我们再看看最新研究动态。 陈航，殷国富，赵伟等在文献[2]中介绍了工业机器人模块化设计的概念，并且详细阐述了这种设计方式的过程及其对比传统设计方法的优势，指出了模块化设计的关键技术是模块的划分和集成。以50kg负载工业机器人的设计为实例，对这一设计思路进行说明[2]。

在大型关节型工业机器人的研究中，也有了新的突破。安彦波，高娃，宋宝玉等在文献[3]中提出对大小臂杆进行重力补偿，可以增加运动的平稳性。文中针对六自由度关节型机器人，介绍了一种在不外加装置的情况下，利用机器人本身的驱动电机进行补偿的方法，并对其动静态特性作了详细的分析[3]。

田东升，胡明，邹平在文献[4]中提出了可以提高机器人整体的动态性能的方案。文中指出利用三维建模软件Pro/E进行六自由度机器人实体建模及装配，然后无缝导入ANSYS软件中。通过机器人模型简化和等效模拟建立有限元模型，利用有限元方法和振动理论对一个六自由度的工业机器人进行模态分析.通过对整个系统的固有频率和振型的分析，确定了整个机器人的各个轴承关节和动力传动链为系统的薄弱环节，进而通过增强这些薄弱的环节来提高机器人整体的动态性能[4]。

利用可编程控制器（ＰＬＣ）控制系统的高可靠性、编程及维护方便、体积小的特点，将其应用于环流可逆调速系统中，研制出基于ＰＬＣ的工业机器人关节直流伺服系统，通过环流可逆调速系统控制电机的正反转，实现对工业机器人关节的伺服控制。这是朱仕学，陈伟，谢永宏等在文献[5]中提出的。其优点是在改变电机正反转时无需改变线路结构，使工业机器人关

节的伺服控制更简单、更可靠和更稳定[5]。

岁波，都东，陈强等针对工业机器人运动轨迹准确度检测困难的问题在文献[6]中提出了一种基于双目视觉理论的检测方法。根据空间解析几何学中点线和面三者之间的约束关系建立了基于直线特征匹配的工业机器人运动轨迹位姿视觉检测模型。基于此模型对一种典型六轴工业机器人运动轨迹的位置偏差和姿态偏差进行了测量测量结果表明采用这种方的测量系统结构相对简单，能够方便地进行工业机器人动态轨迹准确度的测量[6]。

激光加工机器人是国际上面向21世纪的先进制造技术。杨洗陈等在文献[7]中综述了激光机器人的原理、构成、种类和若干重大工业应用。重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术———光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维 ( 3D) 形貌技术。提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向———高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术[7]。

张兴国，徐海黎在文献[8]中分析开放式平面关节型工业机器人的结构及工作空间，详细阐述了机器人的控制系统结构及工作原理。同时还讨论了该工业机器人的计算机辅助软件系统中的设置模块、分析模块、轨迹规划流程和显示模块等。借助于开放式工业机器人系统，可以更好地满足工业现场的要求。同时所开发的机器人系统还可用于机器人技术训练[8]。

杨萍，杨锋，张淑珍等在[9]中提出以JR—1型机器人本体为基础，利用单片机技术对控制系统进行全新的设计。指出全新机器人主、从两级微机控制系统。在此基础上，对其直流伺服电机控制的机器人手腕位置控制进行了数学建模，并对稳定性及稳定误差进行了分析[9]。

张广鹏，方英武，田忠强-在文献[13]中提出一种快速预测和评价机器人整机结构动态特性的建模解析方法。模型由梁单元和集中质量单元组成,并通过结合部联接;基于边界元法建立单元动柔度方程式,通过柔度矩阵合成方法建立机器人整机结构的动柔度方程式,从而可快速获得机器人整机结构的固有频率和振型特性。基于该方法开发了相应的动态特性解析软件。应用该方法和软件预测一个五自由度搬运机器人结构的动态特性,对其3种可选方