附件四： 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱 激光管材焊接機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計課題類型 工程設(shè)計 Y 導(dǎo)師姓名學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級一、選題依據(jù)：1、選題的目的及意義：隨著現(xiàn)代加工制造業(yè)的迅猛發(fā)展，各種材料應(yīng)運而生，相應(yīng)的加工方法也層出不窮，各種新加工方法、新技術(shù)呈現(xiàn)百花齊放的狀態(tài)。管材件的應(yīng)用越來越多,相應(yīng)的加工方法也隨之增多.而且越來越多的場合對管材件的質(zhì)量、精度等有了越來越高的要求?，F(xiàn)在的企業(yè)公司使用的火焰、激光切割機在很多情況下只能完成平面構(gòu)件的加工切割，很難實現(xiàn)對三維實體表面的加工，而激光切割機器人的應(yīng)用正好能夠適應(yīng)這種變化，而且相關(guān)的技術(shù)發(fā)展也越來越快，并且這種機器人的開發(fā)對保證管材構(gòu)件的切割質(zhì)量、切割精度，延長管件的使用時間，降低管件相應(yīng)的加工制造成本，都有著非常重要的意義。由于管材加工應(yīng)用的場合日益增多，同時隨著人們對其認(rèn)知度的提高，該產(chǎn)品將會有更加廣大的發(fā)展前景?，F(xiàn)在，國外在這方面的技術(shù)基本成熟，但國內(nèi)各單位對這些技術(shù)的了解有相當(dāng)部分還停留在文獻(xiàn)上。所以應(yīng)該從基本做起，開展一些基礎(chǔ)技術(shù)研究作為機器人課題的主要研究與開發(fā)內(nèi)容之一。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：（1）工業(yè)機器人我國工業(yè)機器人開始于 70 年代初期，其發(fā)展過程大體可分為三個部分：70 年代的孕育期；80 年代的研發(fā)期；90 年代的應(yīng)用期。而今經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。當(dāng)前我國已經(jīng)制造出部分機器人的關(guān)鍵部件，開發(fā)出點焊、弧焊、裝配、搬運、沖壓、注塑、噴漆等工業(yè)機器人。一批國產(chǎn)工業(yè)機器人已經(jīng)應(yīng)用于國內(nèi)很多企業(yè)的生產(chǎn)線上；一批與其相關(guān)技術(shù)的研究人員也涌現(xiàn)出來。部分有關(guān)科研機構(gòu)以及企業(yè)院所已擁有了工業(yè)機器人控制、驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)；工業(yè)機器人操作機的優(yōu)化設(shè)計制造技術(shù)；工業(yè)機器人的運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)；工業(yè)機器人軟件的設(shè)計開發(fā)和編程技術(shù)；點焊、弧焊以及大型機器人的自動生產(chǎn)線與周邊配套設(shè)備的研發(fā)和加工技術(shù)等。有些關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)達(dá)到或接近世界先進水平。在西歐等發(fā)達(dá)國家里，工業(yè)機器人的自動化成套設(shè)備已經(jīng)成長為自動化設(shè)備的標(biāo)榜和未來的發(fā)展方向。國外在農(nóng)業(yè)機械、電子、汽車等行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用了工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)線，這不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了加工效率，而且降低了工傷事故的發(fā)生率。全球很多國家在近半個多世紀(jì)的工業(yè)機器人的應(yīng)用實踐說明，工業(yè)機器人的推廣應(yīng)用是實現(xiàn)自動化制造生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)制造效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力向前發(fā)展的有效途徑和方法。日本工業(yè)機器人行業(yè)早在上世紀(jì) 90 年代就已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用了第一和第二類工業(yè)機器人，并且達(dá)到了其工業(yè)機器人發(fā)展歷史的輝煌時期?，F(xiàn)如今已經(jīng)在發(fā)展三、四類工業(yè)機器人的道路上取得了舉世矚目的偉大成就。日本的下一代機器人發(fā)展重點包括：高速化技術(shù)、低成本技術(shù)、小型化技術(shù)、提高可靠性技術(shù)、計算機控制技術(shù)、高精度技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、觸覺和視覺傳感器技術(shù)等。 根據(jù)日本在 2007 年制定的一份計劃，日本到 2050 年工業(yè)機器人規(guī)模將達(dá)到 1.4 兆日元，擁有百萬工業(yè)機器人。假如一個工業(yè)機器人等同于 10 個勞動力的話，其工業(yè)機器人的規(guī)模就相當(dāng)于千萬個勞動力，是現(xiàn)在日本全部勞動人口的 15%。（2）焊接機及相關(guān)技術(shù)在機械制造過程中，零部件焊接常用方式包括手工焊接、半自動焊接及數(shù)控焊接。手工焊接簡單方便，但是手工焊接質(zhì)量差、加工誤差大、浪費材料多、后續(xù)加工的工作量多，同時其勞動條件比較惡劣，生產(chǎn)效率很低。半自動焊接中的仿形焊接機，其焊接構(gòu)件的質(zhì)量好，因為其使用相關(guān)模具，不適合于單件小批量和大型件的加工。其它型號的半自動焊接機雖然降低了勞動者的勞動強度，但其功能簡單，只適合一些形狀比較規(guī)則的構(gòu)件加工。數(shù)控焊接相對手動及半自動焊接來說，能有效地提高構(gòu)件焊接的質(zhì)量和效率，降低勞動者的勞動強度。 數(shù)控焊接機是根據(jù)圖樣以及數(shù)控裝置的相關(guān)規(guī)定，編制出焊接加工程序，由電腦根據(jù)程序的要求進行運算，控制割嘴沿著圖樣要求的軌跡運動進行焊接加工。1958 年，英國氧氣公司（BOC）研制出第一臺數(shù)控氣割機，使焊接領(lǐng)域進入了高科技自動化階段。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，數(shù)控焊接機在焊接能源方面和數(shù)控控制系統(tǒng)方面都取得了很大的發(fā)展，焊接能源已經(jīng)由當(dāng)初單一的火焰能源焊接發(fā)展為現(xiàn)在的多種能源( 激光、等離子、火焰、高壓水射流)焊接方式；數(shù)控焊接機的控制系統(tǒng)已經(jīng)由當(dāng)初的功能簡單、編程復(fù)雜、自動化程度不高發(fā)展到具有功能齊全、網(wǎng)絡(luò)化、圖形化、智能化的控制方式； 驅(qū)動系統(tǒng)也從開始的步進驅(qū)動、模擬伺服驅(qū)動發(fā)展到今天的全數(shù)字式伺服驅(qū)動。我國的數(shù)控焊接機從 20 世紀(jì) 70 年代由分離元件開始起步，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成應(yīng)用微機控制焊接機。生產(chǎn)制造公司也逐年增加，現(xiàn)在生產(chǎn)各類焊接機的公司已近 40 家，世界四大著名的焊接機專業(yè)制造商，也先后來到中國投資建廠生產(chǎn)多種規(guī)格的焊接機。我國焊接機行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展歷程，在專業(yè)技術(shù)上有了很大的提高。當(dāng)前，具有一定的研發(fā)和生產(chǎn)能力的公司有金鳳公司、無錫華聯(lián)、中船 611 所及深圳博力昌等企業(yè)，年產(chǎn)數(shù)控火焰焊接機達(dá)2000 余套。其產(chǎn)品性能已經(jīng)接近國外同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，并且有少數(shù)指標(biāo)超過了國外標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量在逐步提高，完全有能力滿足國內(nèi)不同用戶需求，代替了部分進口產(chǎn)品，還有部分產(chǎn)品出口。但在某些特殊焊接及專用系統(tǒng)開發(fā)方面同外國公司相比還有一定的差距。從各種類型的數(shù)控焊接機的應(yīng)用情況來看，國內(nèi)生產(chǎn)制造的數(shù)控焊接機的整機性能、技術(shù)水平等各種參數(shù)水平都取得了很大的進步，逐步趕上了國際的先進水平，滿足了用戶的需求，進一步提升了市場競爭力。國內(nèi)部分產(chǎn)品在很多方面已經(jīng)形成了各自獨有的特點，實現(xiàn)了“ 多功能、自動化和高可靠性”。在有些方面，產(chǎn)品的技術(shù)性能參數(shù)已經(jīng)超越了國外的產(chǎn)品。 （ 3） 激光焊接及相關(guān)技術(shù)激光焊接加工技術(shù)廣闊的應(yīng)用市場，另外加上現(xiàn)代相關(guān)的科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，促使國內(nèi)外相關(guān)的科技工作者對激光焊接加工技術(shù)進行不斷深入的研究開發(fā)，推動著激光焊接技術(shù)不斷地向前更好、更快的發(fā)展。焊接機器人廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、通用機械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界在役的工業(yè)機器人中大約有一半用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。截止 2005 年，全世界在役工業(yè)機器人約為 91.4 萬臺，其中日本裝備的工業(yè)機器人總量達(dá)到了 50 萬臺以上，成為“機器人王國”，其次是美國和德國，在亞洲，日本、韓國和新加坡的制造業(yè)中每萬名雇員占有的工業(yè)機器人數(shù)量居世界前三位。近幾年，全球機器人的數(shù)量在迅速增加，僅 2005 年就達(dá) 12.1 萬臺。我國自上世紀(jì) 70 年代末開始進行工業(yè)機器人的研究，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，在技術(shù)和應(yīng)用方面均取得了長足的發(fā)展，對國民經(jīng)濟尤其是制造業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾年我國工業(yè)機器人呈現(xiàn)出快速增長勢頭，平均年增長率都超過40％，焊接機器人的增長率超過了 60％；2004 年國產(chǎn)工業(yè)機器人數(shù)量突破1400 臺，進口機器人數(shù)量超過 9000 臺，其中絕大多數(shù)應(yīng)用于焊接領(lǐng)域：2005 年我國新增機器人數(shù)量超過了 5000 臺，但僅占亞洲新增數(shù)量的 6％，遠(yuǎn)小于韓國所占的 15％，更遠(yuǎn)小于日本所占的 69％。這對于我國的經(jīng)濟發(fā)展速度以及經(jīng)濟總量來說顯然是不匹配的，這說明我國制造業(yè)的自動化程度有待進一步提高，另一方面也反映了我國勞動力成本的低廉，制造業(yè)自動化水平以及工業(yè)機器人應(yīng)用程度的提高受到限制。當(dāng)前，焊接機器人的應(yīng)用迎來了難得的發(fā)展機遇。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力成本不斷上升，我國由制造大國向制造強國邁進，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增強企業(yè)競爭力，這一切預(yù)示著機器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間巨大前景。3、主要參考文獻(xiàn)[1] 邱宣懷等編 .機械設(shè)計(第三版). 北京:高等教育出版社,1989.10[2] 張展主編.機械設(shè)計通用手冊 .機械工業(yè)出版社.北京:機械工業(yè)出版社,1994.5[3] 邱麗芳等編 .機械原理.北京:機械工業(yè)出版社,2004[4] 宗光華等編.機器人的創(chuàng)意設(shè)計與實踐 .北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004[5] 劉延俊.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.[6] 林明星.電氣控制與可編程控制器[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.[7] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[8] 濮良貴 紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2001.二、 研究(設(shè)計)內(nèi)容： 針對常見截面形狀（如圓形、方形、三角形、橢圓形等） 、常見截面尺寸管材，設(shè)計利用激光進行工件焊接的專用機器人的主體結(jié)構(gòu)。收集資料，了解國內(nèi)外焊接設(shè)備、激光焊接技術(shù)、管材加工設(shè)備、機器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計機器人主體結(jié)構(gòu)，選定合理參數(shù)，進行必要的強度和剛度校合，繪制相關(guān)裝配圖和必要零件圖，完成論文翻譯和畢業(yè)設(shè)計說明書。三、研究(設(shè)計)方法及技術(shù)路線：本設(shè)計以增強設(shè)備局部專用性，簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)為指導(dǎo)思路，同時采用新型結(jié)構(gòu)方案，增強其通用性。開發(fā)出針對常見截面形狀（如圓形、方形、三角形、橢圓形等） 、常見截面尺寸管材進行焊接加工的，能滿足各種型材焊接加工的空間要求，并能進行一些成形工件焊接的，一種簡易的激光焊接專用機器人。1) 查閱相關(guān)資料，了解管材激光焊接專用機器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。2）掌握設(shè)計過程所需的基本知識，為設(shè)計作好充分準(zhǔn)備。3）畫出結(jié)構(gòu)草圖，根據(jù)自己的思路進行設(shè)想，構(gòu)建機械模型并在草稿紙上體現(xiàn)出來。查閱相關(guān)手冊，選擇合理的機械零件。4）進行設(shè)計計算、受力分析，在此基礎(chǔ)上確定零件尺寸；并對關(guān)鍵零件尺寸進行校核。5）繪制總裝圖及零件圖。6）撰寫設(shè)計說明書。7）整理各種設(shè)計資料，按照要求裝訂入袋。四、時間安排：第 7 周～第 9 周：畢業(yè)實習(xí)，查閱資料、外文翻譯、文獻(xiàn)綜述第 9～10 周：熟悉課題，撰寫開題報告第 10 周：確定設(shè)計方案，完成機器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計第 11 周～第 13 周：畫裝配圖和零件圖第 14 周：撰寫設(shè)計說明書第 15 周～第 16 周：驗收評閱、答辯及成績評定五、預(yù)期成果：通過此次畢業(yè)設(shè)計，鞏固機械設(shè)計專業(yè)有關(guān)機構(gòu)和機械設(shè)計的知識，對機械系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識得到強化。所設(shè)計機器人應(yīng)能比較方便地完成以圓管為代表的管材的焊接加工。不少于 3 張零號圖，設(shè)計說明書 1 份。指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師： 年 月 日注：課題類型填寫：工程設(shè)計、技術(shù)開發(fā)、軟件工程、理論研究等，同時注明 X—真實課題；Y —模擬課題；Z —虛擬課題。