毕业论文（设计）任务书

学  院：  智能装备学院 专  业：  机器人工程

题 目： 空间机器人四自由度机械臂的结构与控制（载荷较大-10） 题目类型：  工程设计(G)  指导教师：

一、主要参数及技术指标

协作机器人，顾名思义就是机器人与人可以在生产线上协同作战,充分发挥机器人的效率及人类的智能。这种机器人不仅性价比高，而且安全方便，能够极大地促进制造企业的发展。协作型机器人作为一种新型的工业机器人。扫除了人机协作的障碍，让机器人彻底摆脱护栏或围笼的束缚，其开创性的产品性能和广泛的应用领域,为工业机器人的发展开启了新时代。未来的智能工厂是人与机器共同缔造的，这就要求机器人能够与人一同协作，并与人类共同完成不同的任 务。这既包括完成传统的“人干不了的，人不想干的,人干不好的”任务。又包括能够减轻人类劳动强度、提高人类生存质量的复杂任务。正因如此，人机协作可被看作新型工业机器人的必有属性。因此协作机器人的设计要更多的考虑与数学模型，多传感器感知、动力学、控制等问题的融合。

1. 根据协作机器人关节的特点，主要涉及参数如下:

参 数 规 格
臂自由度		4
重复定位精度		±0.2mm
单关节自由度		1
驱动方式		伺服或步进电机驱动
最大展开半径		1000 mm
高度		≤1 200 mm
本题重量		≤40 Kg
供电电源		直流≤24V 或 交流 220V
额定负载		10 Kg
材料		铝合金，ABS 工程塑料
轴 转 动 参 数
轴	工作范围	最大速度 (250g 负荷）
轴 1	± 140°	320°/s
轴 2	-10° ~ +90°	320°/s
轴 3	-20° ~ +90°	40°/s
轴 4	± 160°	480°/s

2.机器人动作灵活、结构紧凑、装拆方便。

3.机器结构设计合理、满足与末端执行器协调配合。

4.机器人自动化与集成程度高，控制方便灵活。

5.有碰撞检测功能设计，无需安装防护栏。

6.轻量化设计，末端可选配视觉。

二、设计内容及要求

（一）设计计算说明书（不少于 1.5 万字）

设计计算说明书是设计的依据。应表达设计者主要的设计思想和设计计算内容，论证设计的正确性。主要内容包括：

1. 协作机器人发展状况。

2. 总体方案的制定。

3. 运动及动力系统设计

3.1 运动学与动力学建模

3.2 运动与动力系统设计

4. 协作机器人总装及关节结构设计(需含有零部件结构分析)

5. 技术经济分析

6. 控制系统、传感系统统计

（二）图纸部分

1. 机器人总装图 0# 1 张

2. 关节装配图 0# 3 张

3. 传动零件图、驱动系统图（合计） 0# 1 张

要求：以上图纸必须利用计算机绘制二维机械图和三维机械图至少一张。

（三）英文资料阅读与综述

阅读与设计内容相关的英文文献 5 篇以上，总页数不少于 25 页。撰写综述报告（参见模板）一份，正文字数 4500~5000 字。文献原稿及综述报告用 A4 纸打印，单独装订成册。

（四）毕业设计基本要求

1. 能够综合运用所学知识，针对机械领域复杂工程问题进行合理的设计， 给出解决方案。设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程。并能够

在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

2. 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，对设计中的主要问题能深入分析，论述充分。

3. 设计图纸的绘制应符合机械制图、公差与配合等国家标准或行业标准。

4. 设计计算说明书要求字迹工整、文理通顺、图文并茂；论证与说明简洁清晰、有理有据；设计数据正确完整。

5. 毕业设计体现一定的新颖性与前沿性，将主流技术与未来可能的发展技术融入其中，尽可能综合传感器、控制系统对机器人的作用和影响。

6. 毕业设计进度要严格按照进程计划进行，按时、按质、按量完成毕业设计内容。

7. 外文资料每人一份，不得雷同。

8. 凡未按时完成毕业设计规定内容和工作量的学生不得参加毕业设计答辩。

9. 学生应认真做好毕业设计笔记。

三、进程安排（工作顺序和时间分配）

2023 年 12 月 8 日-----2024 年 5 月 6 日，共计 12 周

序号	主 要 任 务	完成时间（起止周）
1	调研、收集资料，交流探讨，总结研究现状	第 1~2 周
2	提交开题报告，拟定初步方案	第 2 周
3	总体方案制定，主要计算，设计草图	第 3~4 周
4	运动分析	第 5~6 周
5	协作机器人关节设计（含配件）	第 6~11 周
6	绘制三维及其工程图（自选较复杂零件穿插在设计中进行）	第 9~11 周
7	整理资料，编写计算说明书，答辩	第 12 周

四、参考文献

[1] 熊有伦.机器人学：建模、控制与视觉 [M].华中科技大学出版社，2020.

[2] 蔡兴义、谢斌.机器人学：Robotics [M].清华大学出版社 2015.

[3] （美）尼库（Niku, S.B）.机器人学导论：分析、控制及应用（第二版）

[M].电子工业出版社，2013.

[4] 宋伟刚.机器人学：运动学、动力学与控制 [M].科学出版社，2007.

[5] 田宇.伺服与运动控制系统设计 [M].人民邮电出版社，2010.

[6] 李雷,黄恺.PRO/E 产品装配与机构仿真(附光盘) [M].化学工业出版社,2009.

[7] 刘豹,唐万生.现代控制理论(第三版) [M].机械工业出版社,2007.

[8] 王文斌,林志钦,李琦,谢李阳. 机械设计手册新版第一、二、三、四卷，机械工业出版社,2006 年

[9] Victoria A.Webster-Woodl，Ozan Akkus,etal.Organismal enginneering:Toward a robotictaxonomic hey for devices using organic materials [J]. Science Robotics, 29Nov 2017:Vol.2,Issue12,eaap9281.DOI:10.1126/scirobotics.aap9281.

[10] Miller R K.Industrial Robot Handbook [M]. New York:Fairmont press,Inc.1987.

[11] 殷标英，何广平.关节型机器人 [M].北京:化学工业出版社,2003.

[12] 张福学.机器人技术及其应用 [M].电子工业出版社，2001,1.

[13] 邢依然. 机器人控制系统设计与仿真 [J]. 智能机器,2016（12）：62-64.