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工作报告之机器人设计开题报告

机器人设计开题报告

【篇一：

搬运机器人毕业设计开题报告】

广东技术师范学院

毕业设计（论文）开题报告

题目4-dof搬运机器人的结构设计

专业名称飞行器动力工程

班级学号

学生姓名

指导教师

填表日期2013年10月28日

一、选题的依据及意义：

传统的工业机器人常用于搬运、喷漆、焊接和装配工作。

工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替,这一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面可以大大提高劳动生产率。

搬运机器人是可以进行自动化搬运作业的工业机器人。

最早的搬运机器人出现在1960年的美国，versatran和unimate两种机器人首次用于搬运作业。

搬运作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。

搬运机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。

目前世界上使用的搬运机器人逾10万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、集装箱等的自动搬运。

部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度的必须由搬运机器人来完成。

搬运机器人是近代自动控制领域出现的一项高新技术，涉及到了力学，机械学，电器液压气压技术，自动控制技术，传感器技术，单片机技术和计算机技术等学科领域，已成为现代机械制造生产体系中的一项重要组成部分。

它的优点是可以通过编程完成各种预期的任务，在自身结构和性能上有了人和机器的各自优势，尤其体现出了人工智能和适应性。

应用搬运机器人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用搬运机械人可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都有搬运机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

可见，有效的应用搬运机械手，是发展机械工业的必然趋势机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段,国内外都很重视它的应用和发展。

搬运机器人是典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。

二、国内外研究概况及发展趋势：

（1）国内现状及发展趋势工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。

机器人的分类方法有多种,按其应用可分为：

工业机器人、军用机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、空间机器人和娱乐机器人。

搬运机械人的是工业机器人的一个重要分支。

它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性，如图1、图2的搬运机器人。

机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

图1.搬运机器人图2.六自由度机器人搬运机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

在现代生产过程中，搬运机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了搬运机械手的发展，使得搬运机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

搬运机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，搬运机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用国内搬运机械手的发展趋势主要可以概括为以下几点：

1搬运机械手性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。

2机械结构向模块化、可重构化发展。

例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:

由关节模块、连杆模块用重组方式构造搬运机械手整机;国外已有模块化装配搬运机械手产品问市。

3搬运机械手的控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:

大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

4搬运机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，搬运机械手还应用了视觉、力觉等传感器，

5虚拟现实技术在搬运机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机械手操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵搬运机械手。

（2）国外现状及发展趋势现代国际工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。

因此其各种生产流水线以及物流管理中更是多元化的使用着气动机械手，如图3。

其中化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。

但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。

因此，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，搬运机器人就是为实现这些工序的自动化而产生的。

搬运机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

国外机械手工业、铁路工业中不仅在单机、专机上采用机械手上下料如图4，减轻工人的劳动强度。

并和机床共同组成一个综合的数控加工系统。

采用搬运机械手在流水线进行生产更是目前研究的重点，国外已研究采用摄象机和力传感装置和微型计算机连在一起，能确定零件的方位达到准确搬运的目的。

图3.气动搬运机械手

图4.自动上下料机械手国外搬运机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的搬运机械手。

使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

视觉功能即在搬运机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机。

触觉功能即是在机械手上安装有触觉反馈控制装置。

工作时机械手首先伸出手指寻找工作，通过安装在手指内的压力敏感元件产生触觉作用，然后伸向前方，抓住工件。

总之，随着传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高。

更重要的是将搬运机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

三、研究内容及实验方案：

（1）主要研究内容本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了搬运机械手的运动机理。

在此基

础上，确定了四自由度搬运机械手的基本系统结构，对搬运机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了机械手机械方面的设计（包括传动部分、执行部分、驱动部分）和简单的三维实体造型工作。

（2）主要实验方案

1根据系统的要求，选择机器人的坐标形式；

2确定驱动系统的类型；

3确定四自由度机器人的结构设计方案，进行力学校核；

4选择各部件的具体结构，进行机器人总装图的设计；

5绘制机器人的零件图，并确定尺寸；

6运用三维软件完成三维实体造型工作。

四、目标、主要特色及工作进度

（1）本课题研究的目标

以4-dofscara机器人为研究对象，基于三维软件完成4-dofscara机器人的结构设计及运动模拟。

要求机器人手爪最大负载能力是1.0kg

各轴最大运动速度＜1.8rad/s

（2）本课题需要解决的问题

完成4-dof搬运机器人的结构设计，进行力学分析校核确保机器人工作的可靠性；画出机器人的各个零件图，同时运用三维软件画出实体图。

（3）主要特色本设计的特色就是设计一个小型气动搬运机器人，应用于工业自动化生产线，把工业产品从一条生产线搬运到另外一条生产线，实现自动化生产，减轻产业工人大量的重复性劳动，同时又可以提高劳动生产率。

（4）计划和工作进度

①查阅相关资料，外文资料翻译，撰写题报告2.20〜3.154周②

相关外文文献资料的阅读与翻译（6000字符以上）3.15〜3.292周③总体传动方案设计3.29〜4.132周④零部件的结构设计4.13〜5.73周

【篇二：

智能机器人开题报告】

毕业设计（论文）开题报告――智能移动机器人系统设计一．设计目的及意义

随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。

同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。

目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，动态避障策略，壁障时间等方面提出了更高的要求。

地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂动态自然环境中的全自主机器人系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国内外学术界面临的挑战性问题。

移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。

理想的自主移动机器人可以不需人的干预在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平，但目前全自主的移动机器人还大多处于实验阶段，进入实用的多为自主移动机器人，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，而遥控机器人则完全离不开人的干预。

智能移动机器人是一类能够通过传感器、感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。

移动机器人技术研究综合了路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。

涉及包括距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外部传感器，作为移动机器人的输入信息。

移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。

性能良好的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基础，能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。

随着移动机器人技术的发展及其在工业军事等领域中的广泛应用，有关移动机器人的理论设计制造和应用的新的技术学科一一机器人

学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的关注。

机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统和人工智能等多门学科.但是它又有自身的系统性和专业性。

内容极为丰富、广泛，其中专业性比较强的有机器人动力学和运动学、机器人轨迹规划和运动控制、机器人的传感技术、机器人的编程语言、机器人的智能和任务规划等。

其中机器人的运动控制是实现机器人航迹控制的关键。

运动控制是移动机器人的执行机构，对机器人的平稳运行起着重要作用。

随着新的智能控制算法的不断涌现，移动机器人正向着智能化方向发展，这就对运动控制系统性能提出了更高的要求。

设计实现智能移动机器人的控制系统，能够熟悉移动机器人硬件和软件的开发，掌握移动机器人的运动控制特性，为后续的移动机器人的功能扩展搭建一个可行、稳定的平台，而这个平台则可以成为多种机器人开发的公共基础平台。

实现智能移动机器人控制系统的开发具有一定的现实意义，将为以后的移动机器人开发奠定坚实基础。

二．国内外研究现状

移动机器人的研究始于60年代末期斯坦福研究院（sri）的nilsnilssen和charlesroesn等人，在1966年至1972年中研制出了自主移动机器人shakey。

70年代末，移动机器人研究又出现了新的高潮，特别是80年代中

期以来，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。

一大批世界著名的公司，如美国通用电气、日本本田、索尼等开始研制移动机器人平台，这些促进了移动机器人学多种研究方向的出现。

例如，轮式移动机器人的代表作有：

smartrobots公司推出的新型基于linux的移动机器人sr4；美国activmediaboties公司用于教学的p3-dx轮式移动机器人；卡内基梅隆研发的nomad移动机器人；美国国家航天航空局闻名遐迩的火星登陆车“勇气号”等。

我国的机器人学研究起步较晚，但进步较快，已在工业机器人特种机器人和智能机器人各个方面都取得了显著成绩。

在“七五“期间，完成了示教再现工业机器声成套技术。

为了跟踪国外搞技术，80年

代国家高技术计划中安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人高功能装配机器人和多种特种机器人。

进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工智能、机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究，取得了大量成果。

其中，轮式移动机器人的研究也硕果累累。

国内研究轮式移动机器人的科研单位及公司主要有研制能力风暴的as-r机器人的上海广茂达伙伴机器人有限公司；研制的casia-i自主移动机器人的中科院自动化所；研制“青青”轮式移动机器人的哈尔滨工业大学，研制“小蜘蛛”轮式移动机器人登月车的上海交大等。

当前，移动机器人技术的研究与发展的趋势包括有：

机器人机构导航定位路径规划传感器信息融合技术智能技术移动机器人传感器技术等研究。

我国自“八五”期间开始进入这一研究领域，并在国家863计划中予以重点支持。

较为全面对路径规划、视觉导航、信息融合、自动驾驶等一些基本的智能机器人技术做了探索，所形成的一些关键技术成果也在其他领域得到应用。

我国在机器人技术与自动化工艺装备等方面已经取得了突破性进展，缩短了同发达国家的差距，但是在机器人的核心及关键技术的原创性研究、高性能关键工艺装备的自主设计和制造能力、高可靠性基础功能部件的批量生产应用方面，同发达国家相比，我国仍存在较大差距。

三．课题任务、重点内容、实现途径通过对各项机器人技术的研究与分析，设计了满足教学实验要求的智能移动机器人系统，完成机器人车体结构、传感系统、运动执行系统、通信系统的功能设计和模块化实现，以及机器人系统工程的整体设计，并着重研究嵌入式控制系统的软硬件系统设计。

需完成移动机器人的结构图纸1份、智能移动机器人原理分析、硬件设计并编写相关程序。

本课题采用通用单片机实现轮式移动机器人电机驱动和闭环调速。

实现基于渡越时间法的超声波测距模块设计，为机器人提供简单方便的障碍物距离检验°DSP实时监测驱动电动机的正交编码脉冲实现移动机器人的运动学定位，作为机器人一种比较粗略的定位方式，可以作为后续高精度定位方式的补充。

使用模糊控制实现移动机器人路径跟踪控制，利用matlab的模糊控制工具箱实现路径跟踪控制决策，完成移动机器人的路径跟踪。

最后，论文设计的移动机器人运行平稳，控制简单。

路径跟踪控制规则能够使机器人较好的跟踪已知路径。

可以作为简单的移动机器人实验平台使用。

移动机器人控制系统设计与实现的主要内容有底层系统设计和控制系统的实现：

（1）移动机器人底层系统设计：

移动机器人的底层系统设计包括移动机器人的控制电路设计、电机驱动电路设计和超声波测距电路设计。

底层设计涉及到的软件算法包括电机驱动和速度闭环、电机码盘的机器人定位、超声波测距等。

（2）移动机器人的控制系统的实现：

移动机器人控制系统的主要内容是生成机器人的运动控制信息，控制机器人的运动。

轨迹跟踪是移动机器人需要完成的任务之一，其典型工作过程为机器人运动。

轨迹跟踪是移动机器人需要完成的任务之一，其典型工作过程为机器人完成相应的移动，完成规划路径的跟踪。

运动控制过程中用到的输入信息包括底层超声波测距模块提供的障碍物距离信息，电机码盘提供的机器人的位置、速度信息，以及全景摄像机、单目视觉摄像机采集并经过处理后的视频信息等。

四．完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法智能移动机器人集成了机械、电子、计算机、自动控制、人工智能等多学科的研究成果，在当前机器人研究领域具有突出地位。

控制系统是机器人的核心部分，所以完成本课题的条件之一就是对控制系

统方面有很好的知识并且能受到指导老师的指导。

需要我们的计算机安装MATLAB仿真软件、PROTEL、S

OLIDWORKS等软件。

需要用到的参考书有：

[1]王耀南.机器人智能控制工程[m].北京：

科学出版社，2004

[2]郭洪红.工业机器人技术[m].西安：

西安电子科技大学出版社，2006

[3]熊有伦.机器人技术基础[m].武汉：

华中科技大学出版社，1996

[4]吴宗泽.机械设计实用手册[m].北京：

化学工业出版社，1999，2006

（2）

[5]张毅.移动机器人技术及其应用[m].北京：

电子工业出版社，

2007

[6]宋伯生.plc编程实用指南[m].北京：

机械工业出版社，2007

[7]王敏，金波斯科，黄心汉.基于传感器和模糊规则的机器人在动态障碍环境中的智能运动控制[j].控制理论与应用，2000，6：

819~825.

[8王沫南，孟庆鑫.步行机器人控制方案及单足控制实验研究[j].林业机械与木工设备，2003，5：

10~14.

[9]包明，包奎.基于fpga的搬运机器人的控制系统[j].集成电路应用，2004，12：

59~61.

[10]张汝波，周宁.基于强化学习的智能机器人避碰方法研究

[j].机器人.1999.

【篇三：

机器人开题报告】

毕业设计（论文）开题报告――智能移动机器人系统设计一．设计目的及意义随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展，移动机

器人的研究进入了一个崭新的阶段。

同时，太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人

的发展提供了广阔的空间。

目前，智能移动机器人，无人自主车等领域的研究进入了应用的

阶段，随着研究的深入，对移动机器人的自主导航能力，动态避障策略，壁障时间等方面提

出了更高的要求。

地面智能机器人路径规划，是行驶在复杂动态自然环境中的全自主机器人

系统的重要环节，而地面智能机器人全地域全自主技术的研究，是当今国内外学术界面临的

挑战性问题。

移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境中面向

目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。

理想的自主移动机器人可以不需人的干预

在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平，但目前全自主的移动机器人还大多

处于实验阶段，进入实用的多为自主移动机器人，通过人的干预在特定环境中执行各种任务，

而遥控机器人则完全离不开人的干预。

智能移动机器人是一类能够

通过传感器、感知环境和自身状态，实现在有障碍物的环境

中面向目标自主运动，从而完成一定功能的机器人系统。

移动机器人技术研究综合了路径规

戈V、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。

涉及包括距离探测、视频采集、温湿度以及声

光等多种外部传感器，作为移动机器人的输入信息。

移动机器人的运动控制主要是完成移动

机器人的运动平台，提供一种移动机器人的控制方式。

性能良好的移动机器人运动控制系统

是移动机器人运行的基础，能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。

随着移动机器人技术的发展及其在工业军事等领域中的广泛应用，有关移动机器人的理

论设计制造和应用的新的技术学科一一机器人学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的

关注。

机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统

和人工智能等多门学科．但是它又有自身的系统性和专业性。

内容极为丰富、广泛，其中专

业性比较强的有机器人动力学和运动学、机器人轨迹规划和运动控制、机器人的传感技术、

机器人的编程语言、机器人的智能和任务规划等。

其中机器人的运动控制是实现机器人航迹

控制的关键。

运动控制是移动机器人的执行机构，对机器人的平稳运行起着重要作用。

随着新的智能控制算法的不断涌现，移动机器人正向着智能化方向发展，这就对运动控制系统性能提出了更高的要求。

设计实现智能移动机器人的控制系统，能够熟悉移动机器人硬件和软件的开发，掌握移动机器人的运动控制特性，为后续的移动机器人的功能扩展搭建一个可行、稳定的平台，而这个平台则可以成为多种机器人开发的公共基础平台。

实现智能移动机器人控制系统的开发具有一定的现实意义，将为以后的移动机器人开发奠定坚实基础。

二．国内外研究现状移动机器人的研究始于60年代末期斯坦福研究院（sri）的nilsnilssen和charles

roesn等人，在1966年至1972年中研制出了自主移动机器人shakey。

70年代末，移动机器人研究又出现了新的高潮，特别是80年代中期以来，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界。

一大批世界著名的公司，如美国通用电气、日本本田、索尼等开始研制移动机器人平台，这些促进了移动机器人学多种研究方向的出现。

例如，轮式移动机

器人的代表作有：

smartrobots公司推出的新型基于linux的移动机器人sr4；美国

activmediaboties公司用于教学的p3-dx轮式移动机器人；卡内基梅隆研发的nomad移动

机器人；美国国家航天航空局闻名遐迩的火星登陆车“勇气号”等。

我国的机器人学研究起步较晚，但进步较快，已在工业机器人特种机器人和智能机器人

各个方面都取得了显著成绩。

在“七五“期间，完成了示教再现工业机器声成套技术。

为了

跟踪国外搞技术，80年代国家高技术计划中安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人高功能装配机器人和多种特种机器人。

进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工

智能、机器视觉，高性能传感器及新材料的应用研究，取得了大量成果。

其中，轮式移动机

器人的研究也硕果累累。

国内研究轮式移动机器人的科研单位及公司主要有研制能力风暴的as-r机器人的上海

广茂达伙伴机器人有限公司；研制的casia-i自主移动机器人的中科院自动化所；研制“青

青”轮式移动机器人的哈尔滨工业大学，研制“小蜘蛛”轮式移动机器人登月车的上海交大

等。

当前，移动机器人技术的研究与发展的趋势包括有：

机器人机构导航定位路径规划传感器信息融合技术智能技术移动机器人传感器技术等研究。

我国自“八五”期间开始进入这一研究领域，并在国家863计划中予以重点支持。

较为全面对路径规划、视觉导航、信息融合、自动驾驶等一些基本的智能机器人技术做了探索，所形成的一些关键技术成果也在其他领域得到应用。

我国在机器人技术与自动化工艺装备等方面已经取得了突破性进展，缩短了同发达国家的差距，但是在机器人的核心及关键技术的原创性研究、高性能关键工艺装备的自主设计和制造能力、高可靠性基础功能部件的批量生产应用方面，同发达国家相比，我国仍存在较大差距。

三．课题任务、重点内容、实现途径通过对各项机器人技术的研究与分析，设计了满足教学实验要求的智能移动机器人系统，

完成机器人车体结构、传感系统、运动执行系统、通信系统的功能设计和模块化实现，以及机器人系统工程的整体设计，并着重研究嵌入式控制系统的软硬件系统设计。

需完成移动机

器人的结构图纸1份、智能移动机器人原理分析、硬件设计并编写相关程序。

本课题的重点内容是嵌入式操作系统，智能轮式移动机器人是一个典型的实时多任务系统，传统单任务顺序执行机制不能满足该系统设计的实时性要求，而且对于复杂系统来说可剪的嵌入式操作系统，具有代码尺寸小，可占用实时内核，任务多，可确定执行时间，运行

间。

基于实时内核的多任务系统可划分为系统层和应用层。

系统层由内核和驱动程序库组成；应用层包括用于达成机器人任务目标的全部代码。

在该系统软件应用层程序设计中，将机器任务模块进行管理调度，协调机器人各项任务运行，保证了系统的实时性和可靠性。

移动机器人控制系统设计与实现的主要内容有底层系统设计和控制系统的实现：

（1）移动机器人底层系统设计：

移动机器人的底层系统设计包括移动机器人的控制电路设计