重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【三維SW參考】【8張CAD圖紙+PDF圖】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
學(xué) 號：
姓 名：
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
系 別：
機(jī)械工程系
指導(dǎo)教師：
XXX
講師
XXX
副教授
二○一五年五月
摘 要
機(jī)器人工業(yè)是一個國家的重要產(chǎn)業(yè)，機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展無時(shí)不刻都在影響著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的進(jìn)步離不開機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進(jìn)技術(shù)影響的同時(shí)，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。在新的市場需求的推動下，對重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人進(jìn)行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。有重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人研究企業(yè)對該機(jī)器人的安全指標(biāo)的有著一定生產(chǎn)的嚴(yán)格要求。在生產(chǎn)機(jī)器人的企業(yè)，充分考慮到在機(jī)器人運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，從而減少噪聲污染引起的振動或不當(dāng)操作設(shè)備的現(xiàn)象等。國內(nèi)重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟(jì)、安全穩(wěn)定主題保持一致。重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的發(fā)展與人類社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。
本文運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算和相關(guān)強(qiáng)度校驗(yàn)，構(gòu)建了重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人總的指導(dǎo)思想，從而得出了該重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是高效，經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行平穩(wěn)的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人；結(jié)構(gòu)；滾動；經(jīng)濟(jì)
ABSTRACT
For a lot of special places, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.It’s a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start generally attach importance.
This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. Key word: Micro walking robot；construction；four-bar linkage；crank-rocker
ii
目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
目 錄 iii
1緒論 1
1.1課題來歷與研究的目的以及意義 1
1.2 機(jī)器人發(fā)展概況 4
1.3本課題研究的內(nèi)容 6
1.4 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 8
1.4.1 草圖繪制 9
1.4.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 10
1.4.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 10
1.4.4 工程圖的設(shè)計(jì) 10
1.4.5 裝配設(shè)計(jì) 11
2 重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12
2.1 重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人機(jī)構(gòu)的總體方案圖 12
3 機(jī)械傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.1 直流伺服電機(jī)的選型計(jì)算 18
3.2 傳軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.3 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
結(jié)論 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
附錄 一 23
附錄 二 28
XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1 緒論
由于機(jī)械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項(xiàng)目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。機(jī)器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程機(jī)械和機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實(shí)。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計(jì)算機(jī)硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強(qiáng)，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實(shí)踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。大腦和手之間的人工智能和機(jī)械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機(jī)械制造。在過去，各種機(jī)械離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運(yùn)算精度的進(jìn)化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進(jìn)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)械工程進(jìn)展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機(jī)械工程。在第十九世紀(jì)，機(jī)械工程的知識總量仍然是有限的，大學(xué)在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學(xué)科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀(jì)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。在第二十世紀(jì)，隨著機(jī)械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機(jī)械工程專業(yè)，有分支機(jī)構(gòu)。在第二十世紀(jì)中期趨勢分解，在時(shí)間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)達(dá)到的峰值。由于機(jī)械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。綜合職業(yè)分化和發(fā)展知識循環(huán)過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業(yè)和專業(yè)知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學(xué)科和項(xiàng)目作為一個整體，從而形成一種相互強(qiáng)烈的集體工作。綜合和專業(yè)水平。有機(jī)械工程全面而專業(yè)的沖突；在綜合性工程技術(shù)也有綜合和專業(yè)問題。在人類所有的知識，包括社會科學(xué)，自然科學(xué)和工程技術(shù)，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業(yè)性的問題。
1） 實(shí)現(xiàn)的潛力
2010年，國家各部委進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和論證后認(rèn)為：智能機(jī)器人這個大產(chǎn)業(yè)在接下來的幾十年內(nèi)產(chǎn)值和市場占有率都會是井噴式的。在2013七月，在測量市場大小的根本上行使2010之“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市場趨勢考查”后續(xù)。情況即中國市場正在急劇膨脹，然后韓國，日本和德國都在拼命瓜分市場。
2）工業(yè)機(jī)器人的定義和需求
在日本，工業(yè)機(jī)器人從開始普及到現(xiàn)在已然30年。工業(yè)機(jī)器人對全球制造業(yè)發(fā)展提供了很多的幫助，像戰(zhàn)勝了困難的，污濁的，無法掌握的應(yīng)用情況，供應(yīng)了優(yōu)秀的產(chǎn)品品質(zhì)，補(bǔ)充了貧乏的現(xiàn)場人力。 能理解，在將來數(shù)年，由于老齡化加劇，現(xiàn)場人力數(shù)目縮小，會發(fā)生很多的用人貧乏。因此，產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的希冀變得更多。產(chǎn)業(yè)機(jī)器人在全新范疇的施行（像食物，藥劑以及消費(fèi)物的研發(fā)，建設(shè)以及制造范圍）亦然有很好的遠(yuǎn)景。特別是在醫(yī)學(xué)范疇，試劑以及樣品分析前處理，可能獲得類似于高度精準(zhǔn)的技術(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。人力也能夠防止于在危急境況下作業(yè)，如病毒和細(xì)菌。
另一面來說，怎么去教依舊是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人的很大問題。利用口令進(jìn)行示范，必須鍛煉的非常好，方能嫻熟的操縱各式各樣產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。在當(dāng)下的機(jī)器人體系里，多臂互相配合鏈接操縱的境況下，操縱要用去巨額的工夫。早前的機(jī)器人體系愈來愈艱巨，是讓教授更易學(xué)的一個大難點(diǎn)。在將來的時(shí)間里邊，達(dá)成不必講授成了終極的目的。更由于這樣，智能的機(jī)器人會成為不可或缺的。我們需求各式各類的研發(fā)成效，聯(lián)合科研院所的協(xié)助。
3）機(jī)器人在社會中的定義和需要
由于全球都邁進(jìn)了衰老型社會，想讓老弱病殘幼在存活和環(huán)境容納中獲得援手。估計(jì)機(jī)器人會給以充分的反饋，好比訊號的供應(yīng)以及撐持，幫助那些居家討生活的人，向組建社團(tuán)給以幫助，縮小休養(yǎng)之包袱，給身體功能施以幫助，以及增加商業(yè)設(shè)施。這會能使得老人以及殘疾人覺得就是貌似孩子們、孫子們和他們呆在一塊兒似的。歷經(jīng)實(shí)踐，這是愈來愈明朗，在以后，服務(wù)型機(jī)器人的成長會加快環(huán)境容納度，我們會使得延續(xù)康健的時(shí)期愈來愈長，用自幫自助的存在方法，有目的地工作和參與社會。所以有，它可以變成構(gòu)建更好環(huán)境以及衰老境況乃至世界上生長的能量。
B）機(jī)器人服務(wù)平臺
如果我們必須領(lǐng)會服務(wù)機(jī)器人體系的運(yùn)作方法，就得懂得實(shí)際情況、顧客還有產(chǎn)品中的懸殊，包括領(lǐng)導(dǎo)大批機(jī)器人還給以幫助。不只是增添了很多額外花費(fèi)，以及能否賺錢的疑惑。誠然我們可以建造出來服務(wù)機(jī)器人體系，若是服務(wù)的回報(bào)無法回本更無盈利，就更不能擴(kuò)大利用了。假如一個多服務(wù)系統(tǒng)機(jī)器人可以建造出來，可給他人用的嶄新的幫助方式已初露鋒芒，制造者才敢去想走到了這一步，得到的回報(bào)能否順利地抵消甚至超出用去的本金。所以，現(xiàn)在極大的障礙是創(chuàng)造出一個體系，這體系會滲透進(jìn)幫助型機(jī)器人的發(fā)展范疇，也更容易滲透進(jìn)IT行業(yè)。
4）機(jī)器人在教育中的定義和需求
C）機(jī)器人在教育中的需求
在日本，那樣的向來肩負(fù)著本國對外競爭力的研發(fā)科技、生產(chǎn)制造人員卻是在急劇銳減，現(xiàn)在，他們加快應(yīng)對著居民衰老化，真正境況是，依托相應(yīng)調(diào)研報(bào)告，眼下的事實(shí)卻是，日本群眾用在高端科技的精力以及會意程度非常明顯的愈來愈少了。即使如此，機(jī)器人和機(jī)器人應(yīng)用工程課堂展示教學(xué)也收獲了重視，是一種很好的鍛煉制造員工以及淡化對科學(xué)害怕的技術(shù)措施。機(jī)器人活動比賽被承辦在各式各樣的地區(qū)，傳統(tǒng)刊物也錄用了興趣者們的作品，還有機(jī)器人知識亦然在人民里邊傳播開來。電機(jī)把持，傳感器科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，機(jī)構(gòu)零部件和別的技術(shù)歸納在一塊，是為機(jī)器人技術(shù)。于是，途徑PBL——源自困難的進(jìn)修以及同等的要領(lǐng)，激發(fā)了察覺麻煩的本領(lǐng)以及處理的技巧，相當(dāng)順應(yīng)思維培養(yǎng)的組合，其也可增強(qiáng)優(yōu)化多組件科技以及提升歸納體系的優(yōu)點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)此方針，不妨面向基礎(chǔ)教育的同學(xué)達(dá)成科學(xué)培養(yǎng)，使培養(yǎng)方式和手段得以普遍使用，還有方針即是開始于小學(xué)和初中止于科技培養(yǎng)部門工程師。
D)機(jī)器人在教育中的挑戰(zhàn)
說起機(jī)器人培養(yǎng)的要求，如此3種方向在未來數(shù)年會當(dāng)作機(jī)器人培養(yǎng)的中心。首先是對各行各業(yè)的外部人力的教導(dǎo)。比方說，各個社區(qū)來負(fù)責(zé)踐諾開放向青少年的機(jī)器人培養(yǎng)行徑。全體地區(qū)的互動方式中都有他們的身影，比如地方廣電局以及私人單位的加入。然后就是達(dá)成社會機(jī)器人培養(yǎng)觀念的引導(dǎo)。第五科技根本設(shè)計(jì)的種種資料已然贊同社會達(dá)成了技能的看法。末了一點(diǎn)，是關(guān)于重用高素質(zhì)的人力。2005年，日本的幾個部委在定期工作資料中早就說明，他的高管以及技能人力的減少源自于本國的群眾衰老在加劇。他呼吁必須善加利用那種高級人才，不要過于限制他們的歲數(shù)以及保持工作場所。這成為一個極度首要的困難，對校企培養(yǎng)來講。真正尊重知識人材是處理此困難的一個絕佳思維，針對日本眼下難處來講。我們應(yīng)該建造渠道，傳播知識人材得到的技巧、技能和經(jīng)歷的給接下來的工程師。機(jī)器人的培養(yǎng)愈加發(fā)展，熟練掌握每種能力的工程師已然能夠有所擔(dān)當(dāng)，接下來具備雄厚履歷的知識人材操作起來也是十分順手了。
1.1課題的來源與研究的目的和意義
現(xiàn)在有兩種類型的機(jī)器人可以到達(dá)我們難以接近或者不能接觸的復(fù)雜環(huán)境開展自主勘察。一個機(jī)器人是模仿多足昆蟲的行進(jìn)軌跡，另外一個機(jī)器人則是腳底裝上車輪依靠滾動行走。依靠車輪滾動機(jī)器人的缺點(diǎn)是無法吻合崎嶇不平整的路面，但模仿多足昆蟲行進(jìn)機(jī)器人則能在上述環(huán)境里輕巧的行使職責(zé)。所以將車輪與腿部結(jié)合為一體的機(jī)器人的未來極為明朗，像用于施工現(xiàn)場、煤炭挖掘、摸清敵情、事故救援、太空考察以及電力行業(yè)等環(huán)境。結(jié)合了車輪與腿部的機(jī)器人是各類機(jī)器人中極簡單完成順利爬行的。在眾多機(jī)器人中，通過仿照類似蜘蛛、蜥蜴等爬行動物的腿部組織以及爬行方式研發(fā)的重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人是極具代表性之一種。某些相對條件高、工作起來必須可靠的行為比如自然探測、天外考察和海洋營救的情況必須讓車輪和腿部相結(jié)合的復(fù)合機(jī)器人來操作，因?yàn)樗c兩條腿及其他產(chǎn)品相比，構(gòu)成部分十分簡單，運(yùn)行安全，行動迅速。世界上將小型步行四桿機(jī)構(gòu)開展了普遍的考查，目前有超過70種微走四桿機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，因?yàn)槲⒆吡怂臈U機(jī)構(gòu)作用在布局復(fù)雜，難以預(yù)料的情況，大家想要他的動力部分愈發(fā)先進(jìn)，還要達(dá)到極好的自給自足。還有，小型行走四桿體的腿數(shù)量大，完成每條腿的順利行進(jìn)必須處理好彼此的運(yùn)動關(guān)系，小型四桿行走體研究與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于怎樣才能完美的達(dá)成那樣的協(xié)作關(guān)系。小型四桿走型體，作為一個可以通過經(jīng)歷內(nèi)、外感知工具傳遞訊號何時(shí)到達(dá)和具體情況, 達(dá)到能順利行進(jìn)在復(fù)雜地形下的目的，然后實(shí)現(xiàn)自己的使命及效用的機(jī)器人體系。已經(jīng)被普遍使用在多個領(lǐng)域，自然侵害，實(shí)地調(diào)查，污染查證和文體活動，在國防，存在，人身平安和科技開發(fā)里起了愈來愈關(guān)鍵的作用。然而依靠車輪的機(jī)器人的長處是運(yùn)行速率高，容易拐彎，運(yùn)動性能好，制造方便，用料低廉，然而難以適應(yīng)地形，避障能力不好。車輪和腿相結(jié)合的機(jī)器可完美地適應(yīng)地形，能一步一步越過障礙和不明物體，可是間歇的行進(jìn)，效率和速度都較小。
隨著重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的不斷開發(fā)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，未來會在更多復(fù)雜且未知的環(huán)境中工作。紛繁龐雜、種類繁多的實(shí)際應(yīng)用只是依賴于車輪或腿機(jī)構(gòu)般機(jī)器人的話并不能滿足需求。種類齊全的結(jié)合型運(yùn)行結(jié)構(gòu)紛紛出臺，可以共同慢慢增長車輪和多腿機(jī)器人的技術(shù)規(guī)范，這些特色已被車輪多腿結(jié)合型機(jī)器人吸收并加以應(yīng)用，它不但能提高在光滑陸地的運(yùn)行功用，逾越困難環(huán)境的本領(lǐng)也得到加強(qiáng)?？墒乾F(xiàn)在重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人在原理層面尚有大量障礙，倘若選取腳式運(yùn)動的話。但是，多條腿的爬蟲在多足向自然提供能體布局是龐大和纖巧的，經(jīng)歷其持久的演變和活動的輕巧性，很簡單就可逾越各式各樣的惡劣境況，甚至可在光滑的表面上倒立行走。所以有，把多腳爬蟲步履運(yùn)動結(jié)論摻和進(jìn)行進(jìn)機(jī)器人的布局研發(fā)和掌管里邊，制造兼?zhèn)渫昝雷龉ず托羞M(jìn)本領(lǐng)的車輪與腿部結(jié)合型機(jī)器人，這將提供給多機(jī)構(gòu)結(jié)合型機(jī)器人的開發(fā)和制造完備且杰出的知識以及實(shí)際的道理。
1.2 機(jī)器人發(fā)展概況
第一臺工業(yè)機(jī)器人問世已整整40年了。在機(jī)器人發(fā)展的歷史上,存在著兩條不同的技術(shù)路線:一條是日本和瑞典所走的"需求牽引,技術(shù)驅(qū)動",把美國開拓的機(jī)器人,結(jié)合工業(yè)發(fā)展的需求,開發(fā)出一系列特定應(yīng)用的機(jī)器人,如弧焊、點(diǎn)焊、噴漆裝配、刷膠、建筑等等,從而形成了龐大的機(jī)器人產(chǎn)業(yè);另一條是把機(jī)器人作為研究人工智能的載體,看成計(jì)算機(jī)科學(xué)的一部分,即從單純技術(shù)上模仿人的某些功能出發(fā),研究智能機(jī)器人,如美國、英國相當(dāng)一部分大學(xué)及研究所所做的,由于人工智能和其他智能技術(shù)的發(fā)展遠(yuǎn)落后于人們對它的冀望,致使絕大部分研究成果始終走不出實(shí)驗(yàn)室。我們必須對需要與可能二者作認(rèn)真的研究,按"需求牽引,技術(shù)導(dǎo)向"的原則,才能得出正確的研究方向,制訂出一條可行的技術(shù)路線。?2.21世紀(jì)工業(yè)機(jī)器人面臨的形勢?21世紀(jì)即將來臨,毫無疑問,技術(shù)的發(fā)展及世界市場的競爭,將沿著20世紀(jì)90年代展開的道路前進(jìn),危機(jī)與機(jī)遇并存。能否把現(xiàn)在的大規(guī)模生產(chǎn)線作為一塊跳板,跳到具有和它具有同樣效率,能生產(chǎn)中小批量的"敏捷"生產(chǎn)線,以期達(dá)到生產(chǎn)同一類產(chǎn)品的價(jià)格和批量無關(guān)。這將決定一個企業(yè)、一個地區(qū)以至一個國家在未來競爭中的地位。這一發(fā)展態(tài)勢將為機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步研究與開發(fā)提供極大的機(jī)遇。在用通過編程可重組的生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)敏捷制造裝備中,傳統(tǒng)機(jī)械的機(jī)器人化及新一代機(jī)器人化的機(jī)器將是兩個重要的發(fā)展方向。這里所謂的機(jī)器人化,是賦予機(jī)器以一定的"感知、思維(問題解題、決策和規(guī)劃)和動作"的能力,或者說采用機(jī)械電子工程(Mechantronics)的辦法來改造傳統(tǒng)機(jī)械,發(fā)展新機(jī)械。另外材料、傳感器、控制等技術(shù)的發(fā)展又為機(jī)器及機(jī)器人本體的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。?3.非制造業(yè)用機(jī)器人面臨的形勢?21世紀(jì)將是人類開發(fā)海洋的世紀(jì)。由于海洋和空間都不適宜于人類的生存。適應(yīng)這種需求,發(fā)展各種機(jī)器人將是一個可選擇的途徑,這將大大促進(jìn)機(jī)器人的發(fā)展。?從自動化的發(fā)展來看,21世紀(jì)前20年內(nèi),將是非制造業(yè)的自動化發(fā)展的時(shí)期。開發(fā)適應(yīng)于非結(jié)構(gòu)環(huán)境工作的機(jī)器人仍將是機(jī)器人發(fā)展的一個長遠(yuǎn)方向。作為長期可行的技術(shù)途徑,發(fā)展一種人機(jī)系統(tǒng),把工況分析、判斷及決策等高層活動由人來完成,低層由機(jī)器人完成,使人脫離危險(xiǎn)的工作面,或輔助人進(jìn)行更精細(xì)的動作(如醫(yī)療機(jī)器人)等。?二、工業(yè)機(jī)器人?1.系統(tǒng)發(fā)展方式?工業(yè)機(jī)器人必須改變過去的"部件發(fā)展方式",而優(yōu)先考慮"系統(tǒng)發(fā)展方式"。隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,在今天機(jī)器人早已從當(dāng)初的柔性上下料裝置,發(fā)展成為可編程的高度柔性加工單元。隨著高剛性及微驅(qū)動問題的解決,機(jī)器人作為高精度、高柔性的敏捷性加工設(shè)備的時(shí)代,遲早將會到來。不論機(jī)器人在生產(chǎn)線中起什么樣的作用,它總是作為系統(tǒng)中的一員而存在?？紤]到我們即將進(jìn)入敏捷制造的時(shí)代,我們更應(yīng)該從組成敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),考慮工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。?從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),首先要考慮如何能和其他設(shè)備方便地實(shí)現(xiàn)連接及通信。機(jī)器人和本地?cái)?shù)據(jù)庫之間的通信從發(fā)展方向看是場地總線,而分布式數(shù)據(jù)庫之間則采用以太網(wǎng),我國應(yīng)該根據(jù)國際的情況盡快地制訂相應(yīng)的通信規(guī)范及協(xié)議,以便我們在開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)可以遵循?？傊?從系統(tǒng)觀點(diǎn)來看,設(shè)計(jì)和開發(fā)機(jī)器人必須考慮和其他設(shè)備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力。?2.編程語言及編程方式?通用的工業(yè)機(jī)器人程序語言仍是動作級語言,雖然開發(fā)了很多種任務(wù)級語言,但多不實(shí)用。隨著OO技術(shù)的發(fā)展及離線編程技術(shù)的成熟,任務(wù)級語言可能會日趨成熟。但在可以預(yù)見的將來,由于"任務(wù)"的復(fù)雜性,實(shí)用的語言仍將是動作級語言。機(jī)器人群作為整個集成化的生產(chǎn)裝備的一部分,編程及監(jiān)控技術(shù)必須進(jìn)一步改進(jìn),使得它能和整個生產(chǎn)設(shè)備在統(tǒng)一的框架下進(jìn)行編程、仿真及監(jiān)控。目前的編程語言仍然是供應(yīng)商獨(dú)立開發(fā),五花八門,各式各樣。在今后的發(fā)展中,隨著機(jī)器人控制器采用通用計(jì)算機(jī)已成為一個主流,機(jī)器人語言完全可以像計(jì)算機(jī)語言一樣規(guī)范化,這將大大有利于系統(tǒng)集成,便于系統(tǒng)的編程、仿真及監(jiān)控。當(dāng)前在形成我們自己的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中,完全有條件制訂機(jī)器人語言規(guī)范,特別是動作級的編程語言規(guī)范。這樣系統(tǒng)可以在統(tǒng)一的語言下進(jìn)行編程,經(jīng)仿真驗(yàn)證后,通過輸出接口直接下裝到每一臺機(jī)器人,通過輸入接口對整個運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控,并可保留原有的編程資料。相對而言底層設(shè)備的"集成框架"的開發(fā)工作,應(yīng)及早安排。?機(jī)器人編程方式是一個大問題。
1.3本課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的題目是重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。
本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人。該機(jī)器人能夠在失重狀態(tài)下滾動。其研究內(nèi)容包括：
（1）功能分析與方案設(shè)計(jì)；
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型；
（3）運(yùn)動仿真；
（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1.4 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
熟悉SolidWorks的工作環(huán)境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作環(huán)境中文件的打開、保存、導(dǎo)入等基本操作，掌握三維建模流程。
1.4.1草圖繪制
掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。
1.4.2 基準(zhǔn)特征-參考幾何體的創(chuàng)建
清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。
1.4.3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模
靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用放樣特征的概念與建立方法；通過實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。
1.4.4工程圖設(shè)計(jì)
靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運(yùn)用各種注釋的方法。
1.4.5裝配設(shè)計(jì)
靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法；靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運(yùn)用SolidWorks智能裝配技術(shù)；靈活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體；靈活運(yùn)用干涉檢查；靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法；靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。
2 重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1 重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的總體方案圖
本次設(shè)計(jì)的重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人采取的方案是：采用外觀為圓形的殼體作為機(jī)器人的主體，內(nèi)部裝有直流電機(jī)，通過底部的電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動上部分的電機(jī)轉(zhuǎn)動從而致使失重板的傾斜從而使得我的機(jī)器人的運(yùn)動功效得以實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人如下圖2.1、2.2所示，我的大致計(jì)劃構(gòu)造是如圖2.3所示：
圖2.1
圖2.2
3 機(jī)械傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 直流伺服電機(jī)的選型計(jì)算
已知整個重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的總重量160KG,其他重量40KG，我們?nèi)】傊亓繛?00Kg，移動速度為1~2r/min。即：
具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下:
1、確定運(yùn)行時(shí)間
本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間
負(fù)載速度（m/min）
有速度可知每秒上升50mm，
電機(jī)轉(zhuǎn)速
3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩
式中：
4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩
啟動轉(zhuǎn)矩
必須轉(zhuǎn)矩
S為安全系數(shù)，這里取1.0。
根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號為160BL-A，此電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。依據(jù)電動機(jī)參數(shù)和特性曲線可得：
根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號為160BL-4030H1-LK-B，電機(jī)額定功率為0.1KW，額定轉(zhuǎn)矩為7.62N.m，最高的轉(zhuǎn)矩是9N.m，額定的轉(zhuǎn)速是3000r/min，以下是電動機(jī)的效果圖：
外形尺寸130x160，電機(jī)輸出軸徑為25mm。
3.2 轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸作為機(jī)器的一個關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動部件的安裝，傳動的扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動圍繞軸進(jìn)行，而且經(jīng)過軸承和機(jī)架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計(jì)成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。
因?yàn)橛糜谡駝拥膫鬟f的軸體不僅要傳送扭矩，還得經(jīng)受住彎矩，是以本人研究的階梯性軸是轉(zhuǎn)動軸。因?yàn)榇_定了小帶輪的參數(shù)，相應(yīng)的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計(jì)算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來調(diào)整彎曲的強(qiáng)度，因?yàn)榭捎米鬏S的原料比較多，所以必須得明確軸的應(yīng)用環(huán)境，還有規(guī)定諸如剛度，強(qiáng)度以及別的機(jī)構(gòu)機(jī)能?？梢允褂脽崽幚磉@種方法，當(dāng)然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費(fèi)較少，用研究計(jì)算所得的數(shù)據(jù)以確定軸體的用料，故采取45號鋼當(dāng)成軸體的原料，它需要40MPa的切應(yīng)力。然后需要做正火或者調(diào)質(zhì)處理來確保它的力學(xué)性能。
1、初步計(jì)算軸的直徑
扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估計(jì)軸的最小直徑d，軸的最小直徑mm，查表16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入設(shè)計(jì)公式得=17.26mm。考慮鍵槽等要素對軸的影響，軸的直徑應(yīng)增加以彌補(bǔ)軸的鍵槽強(qiáng)度減弱。取軸直徑d=20mm，就是最右邊裝帶輪處直徑等于20mm。裝有密封元件和滾動軸承處的直徑，應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)孔徑尺寸保持一致。軸體上面存在兩支點(diǎn)的軸承要選用一樣的標(biāo)準(zhǔn)，方便加工軸承的座孔。挨著的軸段，應(yīng)使直徑不一樣構(gòu)成軸肩，軸肩在軸體上部件定位以及承受軸向力時(shí)要提供相應(yīng)的高度，軸肩的直徑差通常選5到10mm，本文軸肩處采取5毫米的直徑差，接著把每段軸體的長度尺寸匹配到一塊，還要注意軸承座的安裝以及結(jié)構(gòu)是否合理，同樣，螺釘?shù)炔考拈L度和別的的因素，這樣即可確定出軸的各段長度了。
3.3 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）深溝球軸承的選擇
軸承為深溝球軸承350324B，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。
（2）壽命驗(yàn)算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對于深溝球軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻(xiàn)[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗(yàn)算
h （4.3）
h=年
由于該機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計(jì)算的壽命。
經(jīng)審核后，此軸承合格。
19
XXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
結(jié)論
在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的設(shè)計(jì)和研究，通過初期的定題，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可能做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。
致 謝
至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來對我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個愛貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類的重心驅(qū)動式球形滾動機(jī)器人的資料，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動和開心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識，在此對所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。在具體的研究設(shè)計(jì)過程中，關(guān)永翰老師，代偉業(yè)老師，段振坤同學(xué)，韓宇同學(xué)，劉欣星同學(xué)，尹韓松同學(xué)也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！
另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要?dú)怵H，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時(shí)代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價(jià)的，我愿在求真的道路上下而求索！
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機(jī)器人
首先我介紹一下機(jī)器人產(chǎn)生的背景，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，它應(yīng)該說是一個科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個綜合性的結(jié)果，同時(shí)，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了一個重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另一方面它也是生產(chǎn)力發(fā)展的需求的必然結(jié)果，也是人類自身發(fā)展的必然結(jié)果，那么隨著人類的發(fā)展，人們在不斷探討自然過程中，在認(rèn)識和改造自然過程中，需要能夠解放人的一種奴隸。那么這種奴隸就是代替人們?nèi)ツ軌驈氖聫?fù)雜和繁重的體力勞動，實(shí)現(xiàn)人們對不可達(dá)世界的認(rèn)識和改造，這也是人們在科技發(fā)展過程中的一個客觀需要。
機(jī)器人有三個發(fā)展階段，那么也就是說，我們習(xí)慣于把機(jī)器人分成三類，一種是第一代機(jī)器人，那么也叫示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它是通過一個計(jì)算機(jī)，來控制一個多自由度的一個機(jī)械，通過示教存儲程序和信息，工作時(shí)把信息讀取出來，然后發(fā)出指令，這樣的話機(jī)器人可以重復(fù)的根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果，再現(xiàn)出這種動作，比方說汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人，它只要把這個點(diǎn)焊的過程示教完以后，它總是重復(fù)這樣一種工作，它對于外界的環(huán)境沒有感知，這個力操作力的大小，這個工件存在不存在，焊的好與壞，它并不知道，那么實(shí)際上這種從第一代機(jī)器人，也就存在它這種缺陷，因此，在20世紀(jì)70年代后期，人們開始研究第二代機(jī)器人，叫帶感覺的機(jī)器人，這種帶感覺的機(jī)器人是類似人在某種功能的感覺，比如說力覺、觸覺、滑覺、視覺、聽覺和人進(jìn)行相類比，有了各種各樣的感覺，比方說在機(jī)器人抓一個物體的時(shí)候，它實(shí)際上力的大小能感覺出來，它能夠通過視覺，能夠去感受和識別它的形狀、大小、顏色。抓一個雞蛋，它能通過一個觸覺，知道它的力的大小和滑動的情況。第三代機(jī)器人，也是我們機(jī)器人學(xué)中一個理想的所追求的最高級的階段，叫智能機(jī)器人，那么只要告訴它做什么，不用告訴它怎么去做，它就能完成運(yùn)動，感知思維和人機(jī)通訊的這種功能和機(jī)能，那么這個目前的發(fā)展還是相對的只是在局部有這種智能的概念和含義，但真正完整意義的這種智能機(jī)器人實(shí)際上并沒有存在，而只是隨著我們不斷的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能的概念越來越豐富，它內(nèi)涵越來越寬。
下面我簡單介紹一下我國機(jī)器人發(fā)展的基本概況。由于我們國家存在很多其他的各種因素、問題。我們國家在機(jī)器人方面的研究是在20世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時(shí)我們在國家北京舉辦一個日本的工業(yè)自動化產(chǎn)品展覽會，在這個會上有兩個產(chǎn)品，一個是數(shù)控機(jī)床，一個是工業(yè)機(jī)器人，這個時(shí)候，我們國家的許多學(xué)者，看到了這樣一個方向，開始進(jìn)行了機(jī)器人的研究，但是這時(shí)候研究，基本上還局限于理論的探討階段，那么真正進(jìn)行機(jī)器人研究的時(shí)候，是在七五、八五、九五、十五將近這二十年的發(fā)展，發(fā)展最迅速的時(shí)候，是在1986年我們國家成立了863計(jì)劃是高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，就將機(jī)器人技術(shù)作為一個重要的發(fā)展的主題，國家投入將近幾個億的資金開始進(jìn)行了機(jī)器人研究，使得我們國家在機(jī)器人這一領(lǐng)域得到很快地、迅速地發(fā)展。
目前主要單位像中科院沈陽自動化所，原機(jī)械部的北京自動化所，像哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，還包括中科院北京自動化所等等的一些單位都做了非常重要的研究工作，也取得了很多的成果，而且目前這幾年來看，我們國家在高校里邊，有很多單位從事機(jī)器人研究，很多研究生和博士生都在從事機(jī)器人方面的研究，目前我們國家比較有代表性的研究，有工業(yè)機(jī)器人，水下機(jī)器人，空間機(jī)器人，核工業(yè)的機(jī)器人，都在國際上應(yīng)該處于領(lǐng)先水平，總體上我們國家與發(fā)達(dá)國家相比，還存在很大的差距，主要表現(xiàn)在，我們國家在機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化方面，目前還沒有固定的成熟的產(chǎn)品，但是在上述這些水下、空間、核工業(yè)，一些特殊機(jī)器人方面，我們?nèi)〉昧撕芏嘤刑厣难芯砍删汀?
下邊我簡單介紹一下工業(yè)機(jī)器人的一些情況。到目前為止，工業(yè)機(jī)器人是最成熟，應(yīng)用最廣泛的一類機(jī)器人，世界總量目前已經(jīng)銷售110萬臺，這是1999年的統(tǒng)計(jì)，但這110萬臺在已經(jīng)進(jìn)行裝備使用的是75萬臺，這個量也是不小的?？傮w情況看，日本在工業(yè)機(jī)器人這一塊，是首位的，成為機(jī)器人的王國，美國發(fā)展也很迅速，目前在新安裝的臺數(shù)方面，已經(jīng)超過了日本，中國剛開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的階段，已經(jīng)研制出多種工業(yè)機(jī)器人樣機(jī)，已有小批量在生產(chǎn)中使用。
點(diǎn)焊機(jī)器人主要是針對汽車生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，提高汽車焊接的質(zhì)量，降低工人的勞動強(qiáng)度的一種機(jī)器人。它的特點(diǎn)是通過機(jī)器人對兩個鋼板進(jìn)行點(diǎn)焊的時(shí)候，需要承載一個很大的焊鉗，一般在幾十公斤以上，那么它的速度要求在每秒鐘一米五到兩米這樣的高速運(yùn)動，所以它一般來說有五到六個自由度，負(fù)載三十到一百二十公斤，工作的空間很大，大概有兩米，這樣一個球形的工作空間，運(yùn)動速度也很高，那么自由度的概念，就是說，是相對獨(dú)立運(yùn)動的部件的個數(shù)，就相當(dāng)于我們?nèi)梭w，腰是一個回轉(zhuǎn)的自由度，我們大臂可以抬起來，小臂可以彎曲，那么這就三個自由度，同時(shí)腕部還有一個調(diào)整姿態(tài)來使用的三個自由度，所以一般的機(jī)器人有六個自由度，就能把空間的三個位置，三個姿態(tài)，機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也有小于六個自由度的，也有多于六個自由度的機(jī)器人，只是在不同的需要場合來配置。
第二類是服務(wù)機(jī)器人，隨著工業(yè)化的發(fā)展，尤其近十年以來，機(jī)器人的發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓寬，目前一個很重要的特征，大家都知道，機(jī)器人已經(jīng)從制造業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向了非制造業(yè)和服務(wù)行業(yè)，剛才談的汽車制造屬于是制造業(yè)，但服務(wù)行業(yè)包括清潔、加油、救護(hù)、搶險(xiǎn)、救災(zāi)這些等等，都屬于非制造行業(yè)和服務(wù)行業(yè)，那么這里邊跟工業(yè)機(jī)器人相比，它有一個很重要的不同，它主要是一個移動平臺，它能夠移動、去運(yùn)動，上面有一些手臂進(jìn)行操作，同時(shí)還裝有一些像力覺傳感器和視覺傳感器、超聲測距傳感器等等。它對周邊的環(huán)境進(jìn)行識別，來判斷它的運(yùn)動，完成某種工作，這是服務(wù)機(jī)器人的基本的一個特點(diǎn)。
例如，家務(wù)機(jī)器人主要體現(xiàn)在像一些對地毯和地板定期的它能夠進(jìn)行清掃和吸塵，它這個機(jī)器人很有意思，它有傳感器，它能夠把家具和人能識別出來，它自動的按照一種規(guī)律，能根據(jù)路徑把地面全部的清掃干凈，這也是家務(wù)中一些機(jī)器人的表現(xiàn)。
那么醫(yī)療機(jī)器人，是近五年來發(fā)展比較迅速的一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。如果人手術(shù)的時(shí)候，醫(yī)生來手術(shù)，一個是疲勞，另一個人手操作的精度還是有限的。在德國一些大學(xué)里面，面向人的脊椎，如腰間盤突出這種病，進(jìn)行識別以后，能夠自動地用機(jī)器人來輔助進(jìn)行定位，進(jìn)行操作和手術(shù)。像美國已經(jīng)有一千多例機(jī)器人對人眼球進(jìn)行手術(shù)，這樣的機(jī)器人，還包括通過遙控操作的辦法，實(shí)現(xiàn)對人的胃腸這種手術(shù)，大家在電視里邊看到，一個機(jī)械手，大概有手指這樣粗細(xì)的一個機(jī)械手，通過插入腹臟以后，人在屏幕上操作這個機(jī)器手，同時(shí)對它用激光的方法對病灶進(jìn)行激光的治療，這樣的話，人就不用很大幅度地破壞人的身體，這實(shí)際對人的一種解放，是非常好一種機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人它也很復(fù)雜，一方面它完全自動去完成各種工作，是有困難的，一般來說都是人來參與，這是美國開發(fā)的一個林白手術(shù)這樣一個例子，人通過在屏幕上，通過一個遙控操作手來控制另一個機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)通過對人的腹腔進(jìn)行手術(shù)，前幾年我們國家展覽會上，美國已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了對人的心臟瓣膜的手術(shù)和搭橋手術(shù)，這已經(jīng)在機(jī)器人領(lǐng)域中，引起了很大的轟動，還包括，AESOP的這種外科手術(shù)機(jī)器人，它實(shí)際上通過一些儀器能夠?qū)θ说囊恍┎∽冞M(jìn)行檢查，通過一個機(jī)械手就能夠?qū)崿F(xiàn)對人的某些部位進(jìn)行手術(shù)，還包括遙操作機(jī)械手，以及多個醫(yī)生可以在機(jī)器人共同參與下進(jìn)行手術(shù)，包括機(jī)器人給大夫醫(yī)生拿鉗子、鑷子或刀子來代替護(hù)士的工作，同時(shí)把照明能夠自動的給醫(yī)生的動作聯(lián)系起來，醫(yī)生的手到哪兒，照明就去哪兒，這樣非常好的，一個醫(yī)生的助手。
我們國家的這個方面也不甘落后，應(yīng)該說繼美國、俄國和法國之后，我們國家這個方面，也是走向了國際的前列，這是中科院沈陽自動化所開發(fā)和研制成功，水下六千米無纜自治水下機(jī)器人，那么這個機(jī)器人到水下六千米，能夠無纜進(jìn)行作業(yè)，這是剛被獲得2000年我們國家十大科技成果之一，這個標(biāo)志著我們國家在水下機(jī)器人這塊，已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，目前我們在863計(jì)劃，在開發(fā)水下七千米的有載人潛器來對海洋進(jìn)一步的開發(fā)和作業(yè)，這也是投了很大的財(cái)力和物力。
我們在空間機(jī)器人研究這塊也有很大的發(fā)展。包括像歐洲十六國在聯(lián)合空間計(jì)劃，面向未來太空的這種太空艙這樣一個整個計(jì)劃，其中有一點(diǎn)就是空間機(jī)器人，它的主要意義在于開發(fā)宇宙，造福人類，創(chuàng)造人類新的家園，它主要的功能是在于科學(xué)考察，像空間生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，衛(wèi)星和航天器的維修和修理，以及空間建筑的裝配，這幾個應(yīng)用，確實(shí)是必要的，比方說科學(xué)考察，如果對像地面的模擬一些物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不一定非得人在太空艙里邊，因?yàn)槿嗽谔张摾锷嬉惶斓馁M(fèi)用，將近是一百萬美金，而且也很危險(xiǎn)，那么其實(shí)有些動作是很簡單的，人通過在地面上，通過衛(wèi)星進(jìn)行控制機(jī)器人，再定期的完成某種預(yù)定的動作，實(shí)際是很簡單的，還有包括像太空艙進(jìn)行控制一些實(shí)驗(yàn)，一些開關(guān)、按鈕、法蘭簡單的維修維護(hù)，都可以用機(jī)器人來完成，因?yàn)闄C(jī)器人有太陽能電池的話，那么機(jī)器人就能夠生存，就能工作，通過上次我們剛才介紹機(jī)器人發(fā)展的應(yīng)用，在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，也確實(shí)看到了機(jī)器人在工業(yè)、醫(yī)療、水下、空間、采掘、建筑、服務(wù)、娛樂、軍事方面的應(yīng)用，也的的確確看到，是由于應(yīng)用帶動了關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，沒有需求，機(jī)器人就不能發(fā)展，正是因?yàn)槿藗冊谡J(rèn)識自然改造自然過程中，需要各種各樣的機(jī)器人，所以才促進(jìn)了這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)器人本身問題的發(fā)展，從另一個方面，由于關(guān)鍵技術(shù)的解決，以及應(yīng)用的需求，就促進(jìn)了機(jī)器人學(xué)本身的一個主題的發(fā)展，智能化，由原來的示教再現(xiàn)，發(fā)展成目前局部感知功能的第二代機(jī)器人，最終的目標(biāo)，是不斷地隨著其它學(xué)科和先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)器人內(nèi)涵不斷豐富，最終實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人這樣一個主流。
機(jī)器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機(jī)器人會存在一個空間里邊，成為一個互相的助手和朋友。機(jī)器人會不會產(chǎn)生飯碗的問題。我們相信不會出現(xiàn)“機(jī)器人上崗，工人下崗”的局面，因?yàn)槿藗冸S著社會的發(fā)展，實(shí)際上把人們從繁重的體力和危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來，使人們有更好的崗位去工作，去創(chuàng)造更好的精神財(cái)富和文化財(cái)富。
Robots
First, I explain the background robots, robot technology development. It should be said it is a common scientific and technological development of a comprehensive results, for the socio-economic development of a significant impact on a science and technology. It attributed the development of all countries in the Second World War to strengthen the economic input on strengthening the country's economic development. But they also demand the development of the productive forces the inevitable result of human development itself is the inevitable result then with the development of humanity, people constantly discuss the natural process, in understanding and reconstructing the natural process, people need to be able to liberate a slave. So this is the slave people to be able to replace the complex and engaged in heavy manual labor, People do not realize right up to the world's understanding and transformation of this technology as well as people in the development process of an objective need.
Robots are three stages of development, in other words, we are accustomed to regarding robots are divided into three categories. is a first-generation robots, also known as teach-type robot, it is through a computer, to control over one of a mechanical degrees of freedom Through teaching and information stored procedures, working hours to read out information, and then issued a directive so the robot can repeat according to the people at that time said the results show this kind of movement again, For example, the car spot welding robots, only to put this spot welding process, after teaching, and it is always a repeat of a work It has the external environment is no perception that the force manipulation of the size of the work piece there does not exist, welding 0S It does not know, then this fact from the first generation robot, it will exist this shortcoming, it in the 20th century, the late 1970s, people started to study the second-generation robot, called Robot with the feeling that This feeling with the robot is similar in function of a certain feeling, for instance, force and touch, slipping, visual, hearing and who is analogous to that with all kinds of feelings, say in a robot grasping objects, In fact, it can be the size of feeling out, it can through visual, to be able to feel and identify its shape, size, color Grasping an egg, it adopted a acumen, aware of its power and the size of the slide. Third-generation robots, we were a robotics ideal pursued by the most advanced stage, called intelligent robots, So long as tell it what to do, not how to tell it to do, it will be able to complete the campaign, thinking and perception of this man-machine communication function and function Well, this current development or relative is in a smart part of the concept and meaning But the real significance of the integrity of this intelligent robot did not actually exist, but as we continued the development of science and technology, the concept of intelligent increasingly rich, it grows ever wider connotations.
Now I have a brief account of China's robot development of the basic profiles. As our country there are many other factors that problem. Our country in robotics research of the 20th century the late 1970s. At that time, we organized at the national, a Japanese industrial automation products exhibition. In this meeting, there are two products, is a CNC machine tools, an industrial robot, this time, our country's many scholars see such a direction, has begun to make a robot research But this time, are basically confined to the theory of phase .Then the real robot research, in 7500 August 5, 1995, 15 nearly 20 years of development, The most rapid development, in 1986 we established a national plan of 863 high-technology development plan, As robot technology will be an important theme of the development of The state has invested nearly Jiganyi funds begun to make a robot, We made the robot in the field quickly and rapid development.
At present, units like the CAS ShenYng Institute of Automation, the original machinery, automation of the Ministry, as of Harbin Industrial University, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Qinghua University, Chinese Academy of Sciences, also includes automation of some units, and so on have done a very important study, also made a lot of achievements Meanwhile, in recent years, we end up in college, a lot of flats in robot research, Many graduate students and doctoral candidates are engaged in robotics research, we are more representative national study Industrial robots, underwater robots, space robots, robots in the nuclear industry are on the international level should be taking the lead .On the whole of our country Compared with developed countries, there is still a big gap, primarily manifested in the We in the robot industry, at present there is no fixed maturity product, but in these underwater, space, the nuclear industry, a number of special robots, we have made a lot of achievements characteristics.
Now, I would like to briefly outline some of the industrial robot situation. So far, the industrial robot is the most mature and widely used category of a robot, now the world's total sales of 1.1 million Taiwan, which is the 1999 statistics, however, 1.1 million in Taiwan have been using the equipment is 75 million, this volume is not small. Overall, the Japanese industrial robots in this one, is the first of the robots to become the Kingdom, the United States have developed rapidly. Newly installed in several areas of Taiwan, which already exceeds Japan, China has only just begun to enter the stage of industrialization, has developed a variety of industrial robot prototype and small batch has been used in production.
Spot welding robot is the auto production line, improve production efficiency and raise the quality of welding car, reduce the labor intensity of a robot. It is characterized by two pairs of robots for spot welding of steel plate, bearing a great need for the welding tongs, general in dozens of kilograms or more, then its speed in meters per second a 5-2 meter of such high-speed movement. So it is generally five to six degrees of freedom, load 30 to 120 kilograms, the great space, probably expected that the work of a spherical space, a high velocity, the concept of freedom, that is to say, Movement is relatively independent of the number of components, the equivalent of our body, waist is a rotary degree of freedom We have to be able to hold his arm, Arm can be bent, then this three degrees of freedom, Meanwhile there is a wrist posture adjustment to the use of the three autonomy, the general robot has six degrees of freedom. We will be able to space the three locations, three postures, the robot fully achieved, and of course we have less than six degrees of freedom. Have more than six degrees of freedom robot, in different occasions the need to configure.
The second category of service robots, with the development of industrialization, especially in the past decade, Robot development in the areas of application are continuously expanding, and now a very important characteristic, as we all know, Robot has gradually shifted from manufacturing to non-manufacturing and service industries, we are talking about the car manufacturer belonging to the manufacturing industry, However, the services sector including cleaning, refueling, rescue, rescue, relief, etc. These belong to the non-manufacturing industries and service industries, so here is compared with the industrial robot, it is a very important difference. It is primarily a mobile platform, it can move to sports, there are some arms operate, also installed some as a force sensor and visual sensors, ultrasonic ranging sensors, etc. It’s surrounding environment for the conduct of identification, to determine its campaign to complete some work, this is service robot’s one of the basic characteristics.
For example, domestic robot is mainly embodied in the example of some of the carpets and flooring it to the regular cleaning and vacuuming. The robot it is very meaningful, it has sensors, it can furniture and people can identify, It automatically according to a law put to the ground under the road all cleaned up. This is also the home of some robot performance.
The medical robots, nearly five years of relatively rapid development of new application areas. If people in the course of an operation, doctors surgery, is a fatigue, and the other manually operated accuracy is limited. Some universities in Germany, which, facing the spine, lumbar disc disease, the identification, can automatically use the robot-aided positioning, operation and surgery Like the United States have been more than 1,000 cases of human eyeball robot surgery, the robot, also including remote-controlled approach, the right of such gastrointestinal surgery, we see on the television inside. a manipulator, about the thickness fingers such a manipulator, inserted through the abdominal viscera, people on the screen operating the machines hand, it also used the method of laser lesion laser treatment, this is the case, people would not have a very big damage to the human body.
In reality, this right as a human liberation is a very good robots, medical robots it is very complex, while it is fully automated to complete all the work, there are difficulties, and generally are people to participate. This is America, the development of such a surgery Lin Bai an example, through the screen, through a remote control operator to control another manipulator, through the realization of the right abdominal surgery A few years ago our country the exhibition, the United States has been successful in achieving the right to the heart valve surgery and bypass surgery. This robot has in the area, caused a great sensation, but also, AESOP's surgical robot, In fact, it through some equipment to some of the lesions inspections, through a manipulator can be achieved on some parts of the operation Also including remotely operated manipulator, and many doctors are able to participate in the robot under surgery Robot doctor to include doctors with pliers, tweezers or a knife to replace the nurses, while lighting automatically to the doctor's movements linked, the doctor hands off, lighting went off, This is very good, a doctor's assistant.
We regard this country excel, it should be said that the United States, Russia and France, in our nation, also to the international forefront, which is the CAS ShenYang Institute of Automation of developing successful, 6,000 meters underwater without cable autonomous underwater robot, the robot to 6,000 meters underwater, can be conducted without cable operations. His is 2000, has been obtained in our country one of the top ten scientific and technological achievements. This indicates that our country in this underwater robot, have reached the advanced international level, 863 in the current plan, the development of 7,000 meters underwater in a manned submersible to the ocean further development and operation, This is a great vote of financial and material resources.
In this space robotics research has also been a lot of development. In Europe, including 16 in the United States space program, and the future of this space capsule such a scheme, One thing is for space robots, its main significance lies in the development of the universe and the benefit of mankind and the creation of new human homes, Its main function is to scientific investigation, as production and space scientific experiments, satellites and space vehicles maintenance and repair, and the construction of the space assembly. These applications, indeed necessary, for example, scientific investigation, as if to mock the ground some physical and chemical experiments do not necessarily have people sitting in the edge of space, because the space crew survival in the day the cost is nearly one million dollars. But also very dangerous, in fact, some action is very simple, through the ground, via satellite control robot, and some regularly scheduled completion of the action is actually very simple. Include the capsule as control experiments, some switches, buttons, simple flange repair maintenance, Robot can be used to be performed by robots because of a solar battery, then the robot will be able to survive, we will be able to work, We have just passed the last robot development on the application of the different areas of application, and have seen the robots in industry, medical, underwater, space, mining, construction, service, entertainment and military aspects of the application .Also really see that the application is driven by the development of key technologies, a lack of demand, the robot can not, It is because people in understanding the natural transformation of the natural process, the needs of a wide range of robots, So this will promote the development of key technologies, the robot itself for the development of From another aspect, as key technology solutions, as well as the needs of the application, on the promotion of the robot itself a theme for the development of intelligent, and from teaching reappearance development of the current local perception of the second-generation robot, the ultimate goal, continuously with other disciplines and the development of advanced technology, the robot has become rich, eventually achieve such an intelligent robot mainstream.
Robot is mankind's right-hand man; friendly coexistence can be a reliable friend. In future, we will see and there will be a robot space inside, as a mutual aide and friend. Robots will create the jobs issue. We believe that there would not be a "robot appointment of workers being laid off" situation, because people with the development of society, In fact the people from the heavy physical and dangerous environment liberated, so that people have a better position to work, to create a better spiritual wealth and cultural wealth.
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