垂直面绘画写字机器人的机械系统设计开题报告.docx资源-CSDN文库

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1 选题的目的和意义 .......................................................................................................................1

2 绘画写字机器人的发展现状 .......................................................................................................2

2.1 按工作对象性质分类 ........................................................................................................3

2.2 按机器人平台分类 ............................................................................................................5

2.3 按绘制工具分类 ................................................................................................................6

3 主要研究内容 ...............................................................................................................................8

3.1 机械设计 ............................................................................................................................8

3.2 运动分析 ............................................................................................................................8

3.3 仿真 ....................................................................................................................................8

4 方案选择 .......................................................................................................................................9

4.1 整体结构 ............................................................................................................................9

4.2 执笔器 ..............................................................................................................................11

4.3 电机 ..................................................................................................................................12

4.4 减速器 ..............................................................................................................................12

4.5 传动装置 ..........................................................................................................................13

5 预定要求 .....................................................................................................................................13

6 设计思路 .....................................................................................................................................13

7 进度安排 .....................................................................................................................................14

8 设计的预期结果 .........................................................................................................................14

9 参考文献 .....................................................................................................................................14

1 选题的目的和意义

机器人技术是当今高技术研究的一个重要方向，普遍受到各国政府的关注。

2014 年中国工业机器人市场销量达 5.7 万台，同比增长 55%，约占全球市场总销

量的四分之一，连续两年成为全球第一大工业机器人市场。据国际机器人联合会

统计，2005 至 2014 年的十年间，我国工业机器人市场销量的年均复合增长率高

达 32.9％。预计到 2017 年，工业、服务和特种机器人市场规模将达到 750 亿美

元，并带动相关产业上千亿美元的增长。种种迹象表明：机器人技术和应用已成

为各国必争领域和未来竞争的制高点，各主要国家纷纷出台机器人发展战略规划。

2015 年 11 月下旬，2015 世界机器人大会在北京召开。IEEE 机器人与自动

化学会主席 Raja Chatila 致辞道：“今天，世界机器人大会在北京召开，彰显了世

界各国对机器人技术的关注。如今人们普遍意识到，我们正在见证一场信息技术

带来的新革命，然而另一场革命也在进行，它的征兆在几年间一直若隐若现，这

便是技术引发的革命，这也是行动的科学。”

众所周知，劳动力密集曾一度是中国制造业发展的绝对优势。此前，中国制

造依靠人工成本优势赢得了“世界工厂”的称号，近年来随着我国人口红利逐渐

下降，不少企业开始转向越南、泰国、菲律宾等东南亚人口成本较低的国家开设

工厂，而伴随机器人时代来临，“机器代人”成为大势所趋，并逐步倒逼中国制

造业转型，上述格局终将被打破。

机器人不只是简单意义上代替人工劳动的工具，它还是综合了人的特长和机

器特长的一种拟人的机械电子装置。其特点是，即有人对环境状态的快速反应和

分析判断能力，又有机器可长时间持续工作的、准确度高、抗恶劣环境的能力。

它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可或

缺的自动化设备

[1]

。

机器人技术国家工程研究中心主任、中国工程院院士王天然作了题为《机器

人助力中国智能制造》的演讲，提出中国要实现智能制造离不开机器人，而下一

代“人机共融”的机器人将是中国的机会，也是应当着力突破的方向。“机器人

是智能制造的支撑设备，必将助力中国的智能制造发展，满足中国的民生需求。

与人共融是下一代机器人的本质特征。各个学科的交叉结合将为机器人带来新的

发展机会。所以我们应该关心它、抓住它为我们服务。”

机器人与人类的生活的联系越发紧密，对机器人研究得越发深入，在探索各

个领域机器人的过程中，人们渐渐的倾向于研究能够模仿人类特定行为的类人机

器人。《机器人产业十三五发展规划》的草案当中提到家庭辅助类机器人将以更

高的性价比解放人类双手。书写与绘画是人类的重要特征之一，因此研制能模仿

人类的书写和绘画功能的机器人是人类的愿望之一。对其的深入研究也是在传承

中国文化和艺术，以高新技术为载体发扬华夏文明。

写字和绘画的机器人可运用于教学、科普和日常生活当中。在研究方面，可

涉及到理论力学、驱动与控制、轨迹规划等领域

[1]

。在教学方面可为高等学府的

机械、电子、计算机、软件等专业开出机器人写字试验、绘图试验、机器人机构

学试验、计算机应用试验、机器人数控编程试验等。在科普方面，可以陈列于各

种城市科学馆、少年馆，作写字绘画表演，激发新一代青少年对机器人的兴趣等

[2]

。在日常生活方面可以进行大面积的壁画和围墙的绘画和写字作业等。以下将

“写字和绘画机器人”简称为“绘画机器人”。

2 绘画写字机器人的发展现状

国内外对于绘画机器人的研究历史很短、参与研究的人员也并不是很多。上

世纪 90 年代，国外绘画机器人开始起步，而国内研究则相对更晚，香港中文大

学近年率先开展了相关研究。在图源获取方面，从最初单纯的轨迹规划生成图画

发展到基于图像处理技术。在轨迹控制方面，一是从原先的 3 自由度发展到 6

自由度机械臂控制；二是由二维平面的图画绘制发展到了 2.5D 以及 3D 绘图

[3]

。

在机械方面，执笔器的改变，由一开始的机械固定到后来的控制类人手部握笔。

在绘制工具方面已经发展出喷涂式、硬笔式、软笔式、毛笔式等。综合以上所述

的国内外绘画机器人的发展和现状，本文按照以下的方式对绘画机器人进行不同

的分类以说明。

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