除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì)
除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì),除冰,機(jī)器人,機(jī)構(gòu),控制,設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信承諾書(shū)
畢業(yè)
設(shè)計(jì)題目
除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)
機(jī)制
學(xué)號(hào)
指導(dǎo)老師
職稱(chēng)
所在系別
工程技術(shù)系
誠(chéng)信承諾
本人慎重承諾和聲明：
我承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，在本人的畢業(yè)論文中不剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果，不篡改研究數(shù)據(jù)，如有違規(guī)行為發(fā)生，我愿承擔(dān)一切責(zé)任，接受學(xué)校的處理。
學(xué)生（簽名）：
年 月 日
本科畢業(yè)論文外文資料翻譯
系 別：
專(zhuān) 業(yè)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
外文資料翻譯譯文
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手
機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人是人類(lèi)真正的奇跡工程。一個(gè)像人那么大的機(jī)器人可以輕松地抬起超過(guò)一百磅并可以在誤差0.006英寸內(nèi)重復(fù)運(yùn)動(dòng)。更重要的是這些機(jī)器人可以每天24小時(shí)不停止地工作。在許多應(yīng)用中他們是通過(guò)編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重復(fù)地做同一個(gè)工作許多年。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問(wèn)題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。
目前，由于機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污染排水放量增長(zhǎng)很快，污水處理已經(jīng)擺在了人們的議事日程上來(lái)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)知識(shí)水平的提高，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中時(shí)用于污水處理的很有效地污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動(dòng)化和高效率要求成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。本文結(jié)合塑料一次擠出成型機(jī)和塑料抓取機(jī)械手的研制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，綜述近幾年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在從分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料抓取機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計(jì)方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動(dòng)裝置的作用是將驅(qū)動(dòng)元件的動(dòng)力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各種必要的運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比答得蝸輪蝸桿傳動(dòng)和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的螺旋傳動(dòng)。機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時(shí)也要考慮價(jià)格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能都直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無(wú)累計(jì)誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力元件，因此，在驅(qū)動(dòng)裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的環(huán)控制方式，這種方式技能滿(mǎn)足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化目的。
目前的工業(yè)機(jī)械臂控制將每一個(gè)機(jī)械臂的聯(lián)合看做一個(gè)簡(jiǎn)單的聯(lián)合伺服。伺服方法不能從分地模仿不同的動(dòng)力學(xué)機(jī)械手，因?yàn)樗雎粤藱C(jī)械手整體的運(yùn)動(dòng)和配置。這些控制系統(tǒng)的參數(shù)的變化有時(shí)是足夠重要，以至于使常規(guī)的反饋控制方法失效。其結(jié)果是減少了伺服相應(yīng)的速度和阻尼，限制了京都和最終效應(yīng)的速度，使系統(tǒng)僅適用于有限精度的工作。機(jī)械手以這種方式控制速度降低而沒(méi)有不必要的震動(dòng)。任何在這一領(lǐng)域和其它領(lǐng)域的機(jī)械臂性能增益要求更有效率的動(dòng)態(tài)模型、精密的控制方法、專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)和并行處理技術(shù)。
在工業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體化的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。
外文原文
ABOUT MODERN INDUSTRIAL MANIPULATOR
Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of 0.006inches. Furthermore these robots can do that 24hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications they are programmed once and then repeat that exact same task for years.
At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With he rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly; with the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis, the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system.
Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effecter and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques.
In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robot, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs.
There are such mechanical components as ball footbridge, slides, air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensors, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection.
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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目 高壓線除冰機(jī)械人
系 別
專(zhuān) 業(yè)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
職 稱(chēng)
設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
職稱(chēng)
單 位
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：
第一：設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人的整個(gè)形狀布局以及各個(gè)零部件的大小尺寸，材料，結(jié)構(gòu)。
第二：設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
第三：除冰機(jī)器人在線纜上行走的運(yùn)動(dòng)形式和動(dòng)力裝置。
第四：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真。
第五：除冰的機(jī)構(gòu)在不同的冰層使整體除冰的效果保證最好。
主要參考資料：
[1] 王肖然. 供電線路快速除冰方案[J ]. 發(fā)明與創(chuàng)新, 2008年6月。.
[2] 李海，張吉等 .架空高壓輸電線除冰機(jī)器人設(shè)計(jì)[J ]. 中國(guó)科技信息，2010年第19期。
[3] 王超，魏世明，廖啟征. 高壓輸電線上除冰機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J ].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010
年2月。
[4] 繆思怡，孫煒，張海霞. 基于小波矩的高壓輸電線路除冰機(jī)器人障礙智能視覺(jué)識(shí)別方法[J ]，機(jī)器人，2010年5月
[5] 許馮平.關(guān)節(jié)式管外行走機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[j].機(jī)械傳動(dòng)，2005，6（29）：22-24.
[6] 張家梁等.氣動(dòng)蠕動(dòng)式纜索維護(hù)機(jī)器人的研制[j].機(jī)器人，2000，9：397-401.
[7] 張家梁等.氣動(dòng)管外爬升機(jī)構(gòu)的研究[j].機(jī)械工程師，1997，7：7-8.
[8] 周成武，董繼先.氣動(dòng)爬纜機(jī)械手的研究和設(shè)計(jì)[j].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，22：60-62.
[9] 畢道欽等.氣動(dòng)蠕動(dòng)式管外爬行機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[j].機(jī)械制造，2005，3：38-40.
[10] 張家梁等.管外摩擦輪自爬升機(jī)構(gòu)的研究[j].現(xiàn)代機(jī)械，1999，3：32-33.
畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的主要工作：
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
2.畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
3.畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
4.畢業(yè)設(shè)計(jì)的翻譯文章及外文原文
5.畢業(yè)論文
6.相關(guān)圖紙
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排：
序號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容
時(shí)間安排
備注
1
查閱資料并撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
2011.12.10-2011.12.20
2
指導(dǎo)教師審核開(kāi)題報(bào)告,學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師意見(jiàn)做進(jìn)一步修改
2011.12.21-2011.12.22
3
系里組織開(kāi)開(kāi)題報(bào)告會(huì)
2011.12.21-2011.12.22
4
由指導(dǎo)老師指導(dǎo)查閱資料，并翻譯外文資料
2012.12.23-2011.12.31
5
撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述，經(jīng)指導(dǎo)老師審閱后著手畢業(yè)論文的寫(xiě)作
2012.01.01-2012.01.20
6
開(kāi)始編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)
2012.01.21-2012.03.06
7
整改論文
2012.04.29-2012.04.30
8
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
2012.05.05-2012.05.19
課題信息：
課題性質(zhì)： 設(shè)計(jì)■ 論文□ ?
課題來(lái)源： 教學(xué)□ 科研■ 生產(chǎn)□ 其它□
發(fā)出任務(wù)書(shū)日期：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見(jiàn)：
教研室主任簽名：
年 月 日
學(xué)生簽名：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
指導(dǎo)教師
職稱(chēng)
單 位
課題性質(zhì)
設(shè)計(jì)■ 論文□
課題來(lái)源
科研■ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它□
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì)
研究的目的及其意義
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中。機(jī)器人的研究與應(yīng)用水平己經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。我國(guó)自1987年實(shí)施國(guó)家“863“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃以來(lái)，就把智能機(jī)器人研究確立為自動(dòng)化領(lǐng)域的主體之一。目前，開(kāi)發(fā)輸電線路機(jī)器人代替人工作業(yè)以提高除冰效率和維護(hù)人員安全以成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而在機(jī)器人研究領(lǐng)域并未出現(xiàn)與輸電鐵塔檢測(cè)相關(guān)的成熟方案，落后的人工檢測(cè)桿塔方法不僅危險(xiǎn)性高，而且缺乏準(zhǔn)確度，無(wú)法完全排除安全隱患。因此提出一款用于輸電鐵塔檢測(cè)的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性就具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。本論文因此討論一種安全有效的輸電鐵塔攀爬機(jī)構(gòu)用于該類(lèi)機(jī)器人的研究。
國(guó)家電網(wǎng)的快速建設(shè)，超高壓大容量輸電線路的應(yīng)用也越來(lái)多，然而電網(wǎng)線路所覆蓋的地理環(huán)境極為復(fù)雜，常常經(jīng)過(guò)人跡罕至的崇山峻嶺，這就給輸電線路維護(hù)上造成了很大的困難。特別是在寒冬臘月的時(shí)候，輸電鐵塔和輸電線路往往出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，極易發(fā)生輸電鐵塔倒塌和輸電線路斷裂，給國(guó)家電力系統(tǒng)帶來(lái)極其嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致全國(guó)各地不同程度的大范圍長(zhǎng)時(shí)間的停電，嚴(yán)重影響人們的日常生活和企業(yè)的正常安全生產(chǎn)，直接或間接的給國(guó)家和人民帶來(lái)無(wú)法估量的損失。目前已有各種類(lèi)型的輸電線路除冰機(jī)器人出現(xiàn)，用于除去高壓輸電線上覆蓋的積冰，避免輸電線路發(fā)生斷裂。然而，無(wú)論是人工除冰還是機(jī)器人除冰都需要由電力人員爬上輸電鐵塔進(jìn)行操作。因此輸電鐵塔在寒冷嚴(yán)酷的環(huán)境下是否出現(xiàn)了裂紋等安全隱患就關(guān)系到了維護(hù)人員和設(shè)備的安全問(wèn)題。另外若輸電鐵塔出現(xiàn)隱患對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)也是一個(gè)嚴(yán)重的威脅?；谏鲜銮闆r，就有必要設(shè)計(jì)一款針對(duì)于輸電鐵塔的檢測(cè)機(jī)器人用于輸電鐵塔的安全檢測(cè)維護(hù)，以解決人工上塔探傷時(shí)危險(xiǎn)性高、準(zhǔn)確性低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低的問(wèn)題。從而確保人員和設(shè)備安全，保證電網(wǎng)安全，在災(zāi)害下挽救更多的國(guó)家財(cái)產(chǎn)，最大程度的減少損失。因此本論文在已發(fā)明的壁面攀爬檢測(cè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，提出一種用于輸電鐵塔檢測(cè)的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性。
研究現(xiàn)狀
目前，研究開(kāi)發(fā)輸電線路檢測(cè)、除冰機(jī)器人已經(jīng)成為了熱點(diǎn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)來(lái)說(shuō)起步較早，例如在20世紀(jì)80年代末,日本、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家先后開(kāi)展了高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究工作。然而針對(duì)輸電鐵塔的檢測(cè)機(jī)器人研究并不成熟。但國(guó)外的壁面攀爬機(jī)器人發(fā)展技術(shù)相對(duì)成熟，一些壁面攀爬機(jī)器人已應(yīng)用在清潔窗戶(hù)和墻面或用于檢測(cè)偵查。 如：1990年?yáng)|京工業(yè)大學(xué)的広瀬茂男領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在4足步行機(jī)器人的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)NINJA系列4足壁面移動(dòng)機(jī)器人。其中NINJA-II實(shí)現(xiàn)了地面至壁面、壁面至天花板、壁面至相鄰壁面的移動(dòng)過(guò)程，并對(duì)壁面移動(dòng)機(jī)器人的特有步態(tài)——壁面步態(tài)（Wall Gait）和控制方法進(jìn)行深入研究。其后，該研究小組于1996年又開(kāi)發(fā)了適應(yīng)高速公路路基大角度護(hù)坡作業(yè)的移動(dòng)機(jī)器人TITAN VII，該機(jī)器人不僅實(shí)現(xiàn)了在土質(zhì)護(hù)坡上行走的目標(biāo)，還可完成打孔作業(yè)。上述步行式結(jié)構(gòu)的壁面移動(dòng)機(jī)器人具有越障能力強(qiáng)的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多組合面轉(zhuǎn)換功能，但控制比較復(fù)雜。
國(guó)內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)起步于上世紀(jì)80年代，技術(shù)水平較發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，在國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃的支持下，國(guó)內(nèi)的機(jī)器人發(fā)展技術(shù)較快。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)在壁面移動(dòng)機(jī)器人這一領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，許多科研單位也相繼推出了各自的壁面清洗機(jī)器人。針對(duì)我國(guó)核工業(yè)發(fā)展的需要，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所自行設(shè)計(jì)并研制我國(guó)的第一臺(tái)用于檢查核廢液儲(chǔ)罐壁厚及焊縫的壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。隨后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)又相繼研制出單吸盤(pán)真空吸附車(chē)輪行走式壁面攀爬機(jī)器人從國(guó)內(nèi)外目前的研究成果來(lái)看，一般來(lái)說(shuō)壁面移動(dòng)機(jī)器人，不管其應(yīng)用領(lǐng)域是什么，執(zhí)行什么任務(wù)，都必須具有兩個(gè)基本功能：壁面靜態(tài)定位功能和移動(dòng)功能。因此可以按照這兩大基本功能進(jìn)行分類(lèi)。按吸附功能分，主要分為真空吸附、磁吸附兩類(lèi)。真空吸附的承載能力受真空發(fā)生裝置所能達(dá)到的真空度和壁面環(huán)境的影響，通常承載能力不大。磁吸附法要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，如鋼鐵表面等。這類(lèi)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附。如推力式，仿壁虎足掌吸附等等，其中仿壁虎足是通過(guò)分子間的作用力來(lái)吸附的，能夠不受壁面材料和表面狀況的影響，代表了今后壁面移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的方向，但目前僅處于初步研究階段，離實(shí)用還有很長(zhǎng)一段的距離。按運(yùn)動(dòng)方式分，可以分為連續(xù)移動(dòng)和交替移動(dòng)兩大類(lèi)。連續(xù)移動(dòng)類(lèi)機(jī)器人又可分為輪式和履帶式兩類(lèi)。共同特點(diǎn)是使用輪子行走和轉(zhuǎn)向，運(yùn)動(dòng)連續(xù)，移動(dòng)速度快。缺點(diǎn)是一般需要在平面上行走，越障能力不強(qiáng)，不能實(shí)現(xiàn)壁面過(guò)渡，與真空吸附配合使用時(shí)，由于吸盤(pán)跟著一起運(yùn)動(dòng)，存在泄漏，因而負(fù)載能力有限。履帶式更是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向不如輪式靈活。交替移動(dòng)類(lèi)機(jī)器人通常有兩個(gè)或者多個(gè)吸盤(pán)，分為兩組，一組吸附于壁面，另一組向行進(jìn)方向移動(dòng)一段距離然后吸附，再讓前一組脫離吸附，往前移動(dòng)。如此交替進(jìn)行。其特點(diǎn)是越障能力比較強(qiáng)，負(fù)載能力也比較大。但移動(dòng)速度緩慢。足式機(jī)器人，框架式機(jī)器人等均屬于此類(lèi)。其中足式機(jī)器人的腿從兩條到八條甚至更多，每條腿都有多個(gè)自由度，因而需要很多的電機(jī)等驅(qū)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。吸附方式與運(yùn)動(dòng)方式組合，可得各種機(jī)器人，如單吸盤(pán)輪式壁面機(jī)器人，足式磁吸附機(jī)器人等，需根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選用吸附和移動(dòng)方式。
研究?jī)?nèi)容：
第一：設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)。第二：除冰機(jī)器人在線纜上行走的運(yùn)動(dòng)形式和動(dòng)力裝置。第三：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真。第四：除冰的機(jī)構(gòu)在不同的冰層使整體除冰的效果保證最好。
研究方案：
基于冰層強(qiáng)度和溫度的特殊環(huán)境下工作問(wèn)題的考慮，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該選擇合適的材料，這種材料不但具有較好的強(qiáng)度和剛度，更重要的是，能在較冷的環(huán)境下能穩(wěn)定的工作而不至于是刀具損壞，從而達(dá)到較好的除冰效果，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，且具有較高的除冰效率。整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也要盡量考慮合理安排動(dòng)力的分配情況，在保證最好的除冰效果下，減少能量損失。同時(shí)要考慮機(jī)器本身對(duì)線纜造成的負(fù)擔(dān)。要選取合適的裝置功率，更加有效的提高除冰效率效率，而不至于使線纜因機(jī)器自身重量過(guò)大而造成破壞。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置時(shí)也要對(duì)其功率和傳動(dòng)比進(jìn)行校核。
進(jìn)度安排：
2011年12月21日-31日，在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下查閱資料，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行外文資料閱讀，并翻譯外文資料；
2012年1月1日-1月20日，向指導(dǎo)教師匯報(bào)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)展、文獻(xiàn)閱讀情況，并撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述。完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯的指導(dǎo)工作，將文獻(xiàn)綜述和外文翻譯定稿交與指導(dǎo)老師。經(jīng)指導(dǎo)教師審閱通過(guò)后著手畢業(yè)設(shè)計(jì)的繪圖及設(shè)計(jì)說(shuō)明的寫(xiě)作。
2012年1月21日-3月6日，開(kāi)始編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)階段。在假期內(nèi)利用電子郵件等方式與指導(dǎo)教師溝通，修改計(jì)劃和設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師填寫(xiě)“指導(dǎo)記錄表”。進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)繪圖、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等階段。
2012年3月8日前，接受學(xué)院、系對(duì)開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文譯文的隨機(jī)抽查。提交畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱同意后實(shí)施。
2012年3月9日—3月31日，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)雛形，并定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)進(jìn)度，聽(tīng)取指導(dǎo)教師的意見(jiàn)和指導(dǎo)。
2012年4月1日—4月15日，進(jìn)入中期檢查階段，根據(jù)檢查情況，填寫(xiě)“中期檢查表”。
2012年4月17日前，根據(jù)《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范》完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫(xiě)作。
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見(jiàn)：
審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名：
年 月 日
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述
系 別：
專(zhuān) 業(yè)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
1 機(jī)械手研究的意義
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在機(jī)械工業(yè)中，大量應(yīng)用于鑄、鍛、焊、沖、熱處理、機(jī)械加工以及裝配等工種。在其他部門(mén)，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)等工種中也均有應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義可以概括如下：
(1)可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度。
應(yīng)用機(jī)械手有利于在自動(dòng)生產(chǎn)線中實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換、以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。
(2)可以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故。
在高溫、高壓、低溫、低壓、噪聲、臭味、有放射性物質(zhì)的環(huán)境場(chǎng)合，用人手直接操作是很危險(xiǎn)的甚至是不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或者全部代替人完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。
(3)可以減少人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。
應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行作業(yè)，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一方面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的生產(chǎn)。
(4)用液壓系統(tǒng)來(lái)控制機(jī)械手，比一般的機(jī)械控制具有更好的穩(wěn)定性，并且控制的精確度更高。
(5)運(yùn)用機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，而大大提高在生產(chǎn)線的工作的時(shí)間，從而能大幅提高勞動(dòng)的生產(chǎn)率。
綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)
2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
專(zhuān)用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入了以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。通用機(jī)械手可以應(yīng)用于更加多的場(chǎng)合，從而節(jié)約了不少的開(kāi)發(fā)以及設(shè)計(jì)的成本。由于通用機(jī)械手的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。通用機(jī)械手涉及的內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用了一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一技術(shù)都很重視。幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷的擴(kuò)大。雖然在這方面相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家還有點(diǎn)落后，但是國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也越來(lái)越感覺(jué)到機(jī)械手的重要性，國(guó)家大力支持相關(guān)的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。在機(jī)器人的發(fā)展以及機(jī)械手的設(shè)計(jì)上也取得了一定的成果，國(guó)內(nèi)每年都將舉行機(jī)器人大賽，以增加研發(fā)單位的交流與合作。
(1)研制有更多自由度的液壓機(jī)械手，這樣機(jī)械手就可以變得更加的靈活，從而完成更加多的動(dòng)作。
(2)研制帶有行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，這種機(jī)械手可以從一個(gè)工作地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)工作地點(diǎn)。
(3)研制維修維護(hù)方便的通用機(jī)械手。
(4)研制能自動(dòng)編制和自動(dòng)改變程序的通用機(jī)械手。
(5)研制具有一定感觸和一定智力的智能機(jī)械手。這種機(jī)械手具有各種傳感裝置，并配有計(jì)算機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)的理論，用計(jì)算機(jī)充當(dāng)其大腦，使它進(jìn)行思考和記憶。用聽(tīng)筒和聲敏元件作為耳朵能聽(tīng)，用揚(yáng)聲器作為嘴能說(shuō)話進(jìn)行應(yīng)答，用熱電偶和電阻應(yīng)變儀作為觸覺(jué)和感觸。用滾輪或者雙足式機(jī)構(gòu)腳來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移位。這樣的智能機(jī)械手可以由人的特殊語(yǔ)言對(duì)其下達(dá)命令，布置任務(wù)，使自動(dòng)化生產(chǎn)線成為智能化生產(chǎn)線。
(6)機(jī)械手的外觀達(dá)到美觀的要求，盡量用最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和設(shè)備能完成更加多的動(dòng)作．
(7)研制具有柔性系統(tǒng)的通用機(jī)械手
目前，在國(guó)外廣泛應(yīng)用的再現(xiàn)式通用機(jī)械手，雖然一般也都有記憶裝置，但其程序都是預(yù)先編好的，或由人在工作之前領(lǐng)動(dòng)一次，而后機(jī)械手可以按領(lǐng)動(dòng)的工作內(nèi)容正確進(jìn)行再現(xiàn)動(dòng)作。如果把這種再現(xiàn)式通用機(jī)械手稱(chēng)為第二代機(jī)械手的話，那么現(xiàn)在處于研制階段的智能機(jī)械手就是第三代了?，F(xiàn)在研究的機(jī)械手正在朝著一種可以存儲(chǔ)大量的程序的并且可以改變并重新寫(xiě)入程序的方向發(fā)展，而且機(jī)械手具有比原來(lái)的更多的自由度?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)具有越來(lái)越強(qiáng)的自主研發(fā)的單位，我相信在不久的將來(lái)，我國(guó)一定能夠趕上并將且超越發(fā)達(dá)國(guó)家在機(jī)械手乃至整個(gè)機(jī)械方面處于領(lǐng)先地位。
3夾持式手部結(jié)構(gòu)
夾持式是最常見(jiàn)的一種，其中常用的有兩指式、多指式和雙手雙指式:按手指夾持工件的部位又可分為內(nèi)卡式(或內(nèi)漲式)和外夾式兩種:按模仿人手手指的動(dòng)作，手指可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型(或稱(chēng)直進(jìn)型)，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的兩個(gè)回轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離縮小到無(wú)窮小時(shí)，就變成了一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指;同理，當(dāng)二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手指的手指長(zhǎng)度變成無(wú)窮長(zhǎng)時(shí)，就成為移動(dòng)型?；剞D(zhuǎn)型手指開(kāi)閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，應(yīng)用廣泛。移動(dòng)型應(yīng)用較少，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜龐大，當(dāng)移動(dòng)型手指夾持直徑變化的零件時(shí)不影響其軸心的位置，能適應(yīng)不同直徑的工件。
(一)具有足夠的握力(即夾緊力)
在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還應(yīng)考慮在傳送或操作過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。
(二)手指間應(yīng)具有一定的開(kāi)閉角
兩手指張開(kāi)與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱(chēng)為手指的開(kāi)閉角。手指的開(kāi)閉角應(yīng)保證工件能順利進(jìn)入或脫開(kāi)，若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對(duì)于移動(dòng)型手指只有開(kāi)閉幅度的要求。
(三)保證工件準(zhǔn)確定位
為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶“V”形面的手指，以便自動(dòng)定心。
(四)具有足夠的強(qiáng)度和剛度
手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求有足夠的強(qiáng)度和剛度以防折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，自重輕，并使手部的中心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上，以使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。
(五)應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求
(1)抓取形狀 手指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計(jì)。如工件為圓柱形．則采用“V”形手指；圓球狀工件用圓弧形三指手指，方料用平面形手指，細(xì)絲工件用尖指勾形或細(xì)齒鉗爪手指?？傊畱?yīng)根據(jù)工件形狀來(lái)選定手指形狀。
(2)抓取部位 抓取部位的尺寸盡可能是不變的．若加工后尺寸有變化，手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求，否則不允許定為抓取部位。對(duì)于工件表面質(zhì)量要求高的，抓取時(shí)盡量避開(kāi)高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)墊片(如橡皮．抱沫塑料．石棉襯墊等)，以防夾持時(shí)損壞工件。
(3)抓取數(shù)量 若用一對(duì)手指抓取多個(gè)工件，為了不發(fā)生個(gè)別工件的松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫、塑料等 ，對(duì)于較長(zhǎng)工件可采用雙指或多指抓取。
(六)應(yīng)考慮手指的多用性
手指是專(zhuān)用性較強(qiáng)的部件，為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求，可制成組合式的手指，對(duì)于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，更換迅速和準(zhǔn)確，以便擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍。
4 控制系統(tǒng)
機(jī)器人手的控制系統(tǒng)決定哪些潛在的靈巧技能能夠被實(shí)際利用，這些技能都是由機(jī)械系統(tǒng)所提供的。如前所述，控制系統(tǒng)可分為控制計(jì)算機(jī)即硬件和控制算法即軟件?？刂葡到y(tǒng)必須滿(mǎn)足以下幾個(gè)的條件：必須要有足夠的輸入輸出端口。例如，一具有9 個(gè)自由度的低級(jí)手，其驅(qū)動(dòng)器至少需要9 路模擬輸出端口，且要有9 路從角度編碼器的輸入端口。如再加上每個(gè)手指上的力傳感器、觸覺(jué)傳感器及物體狀態(tài)傳感器的話，則端口數(shù)量將增加幾倍。需具備對(duì)外部事件快速實(shí)時(shí)反應(yīng)的能力。例如，當(dāng)檢測(cè)到物體滑落時(shí)，能立即采取相應(yīng)的措施。需具備較高的計(jì)算能力以應(yīng)對(duì)一些不同的任務(wù)。如可以對(duì)多指及物體并執(zhí)行路徑規(guī)劃、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及閉環(huán)控制系統(tǒng)等任務(wù)?？刂葡到y(tǒng)的體積要小，以便能夠?qū)⑵渲苯蛹傻讲僮飨到y(tǒng)當(dāng)中。在控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器及傳感器之間必須要電氣短接。特別是對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)，若沒(méi)有的話，很多的干擾信號(hào)將會(huì)干擾傳感器信號(hào)。
為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的要求，控制硬件一般分布在幾個(gè)專(zhuān)門(mén)的處理器中。如可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的微控制器處理很低端的輸入輸出接口（馬達(dá)和傳感器），因此控制器尺寸很小，能輕易地集成到操作系統(tǒng)中。但是較高水平的控制端口則需要較高的計(jì)算能力，且需要一個(gè)靈活實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。這可以通過(guò)PC 機(jī)輕易地解決。因此，控制硬件常有一個(gè)非均勻的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，它的一端是微控制器，而另一端則是一個(gè)功能強(qiáng)大的處理器。不同的計(jì)算單元?jiǎng)t通過(guò)一個(gè)通信系統(tǒng)連接起來(lái)，比如總線系統(tǒng)。
機(jī)器人手的控制軟件是相當(dāng)復(fù)雜的。必須要對(duì)手指進(jìn)行實(shí)時(shí)及平行控制，同時(shí)還要計(jì)劃手指和物體的新的軌跡。因此，為了減少問(wèn)題的復(fù)雜性，就有必要將此問(wèn)題分成幾個(gè)子問(wèn)題來(lái)處理。另一方面涉及軟件的開(kāi)發(fā)。機(jī)器人手其實(shí)是一個(gè)研究項(xiàng)目，它的編程環(huán)境如用戶(hù)界面，編程工具和調(diào)試設(shè)施都必須十分強(qiáng)大和靈活。這些只能使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)才能得到滿(mǎn)足。在機(jī)械人中普遍使用的分層控制系統(tǒng)方法都經(jīng)過(guò)了修剪，以滿(mǎn)足機(jī)械手的特殊控制要求。
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