Festo六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開發(fā)含SW三維圖
Festo六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開發(fā)含SW三維圖,festo,工業(yè),機(jī)械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),控制系統(tǒng),二次開發(fā),sw,三維
任務(wù)書
論文(設(shè)計(jì))題目：Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開發(fā)
工作日期：2017年12月18日 ~ 2018年05月25日
1.選題依據(jù):
本題目源自產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目，為機(jī)電綜合類題目。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)4.0的主要環(huán)節(jié)之一，與數(shù)控加工相結(jié)合，作為加工工序的前后序，組成智能制造環(huán)節(jié)。 本題目的研究領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)機(jī)器人，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動作的控制系統(tǒng)開發(fā)，可培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電綜合設(shè)計(jì)能力，有一定的創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)實(shí)踐意義
。
2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)):
基于Festo機(jī)械手平臺，完成六軸工業(yè)機(jī)械手的抓取端蓋功能。1.了解六軸工業(yè)機(jī)械手的功能要求；
2.六軸工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3.六軸工業(yè)機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；
4.工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序開發(fā)；
5.工業(yè)機(jī)械手動作執(zhí)行；
6.編寫設(shè)計(jì)說明書（大于6000字）；
7.外文翻譯一篇（大于2000字）
3.個(gè)人工作重點(diǎn):
1.提出六軸工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，選用合適的三維軟件，進(jìn)行六軸工業(yè)機(jī)械手 三維實(shí)體設(shè)計(jì)；
2.六軸工業(yè)機(jī)械手抓取端蓋動作程序開發(fā)。
4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，介紹設(shè)計(jì)內(nèi)容和具體要求。查閱文獻(xiàn)，了解課題。 第2周：撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。
第3周：修改完善開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。確定外文翻譯文章。 第4周：完成外文翻譯。開題答辯。
第5周：了解工業(yè)機(jī)器人的功能和結(jié)構(gòu)。第6周：六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。第7周：六軸工業(yè)機(jī)械手三維實(shí)體設(shè)計(jì)。第8周：六軸工業(yè)機(jī)械手三維實(shí)體設(shè)計(jì)。
第9周：工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。中期檢查。 第10周：控制系統(tǒng)軟件開發(fā)。
第11周：控制系統(tǒng)軟件開發(fā)。第12周：控制系統(tǒng)軟件開發(fā)。
第13周：整理設(shè)計(jì)資料，編寫設(shè)計(jì)說明書。第14周：修改完善設(shè)計(jì)說明書。準(zhǔn)備答辯。
5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):
1.熊立貴,曾福全.六自由度工業(yè)機(jī)械手的開發(fā)與研究[J].煤礦機(jī)械,2016.2
2.王田苗,陶永.我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2014.5
3.任志剛.工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].裝備制造技術(shù)，2015.3
4.計(jì)時(shí)鳴，黃希歡.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機(jī)電工程，2015.1
5.駱敏舟,方健,趙江海.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動化,2015.2
6.張坤,崔永祥.我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r及未來發(fā)展戰(zhàn)略[J].河南科技,2014.8
7.吳應(yīng)東.六自由度工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014.1
8.黃晨華,毛桂生.上下料工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2013.3
9.熊雋.IRB1410型機(jī)床上下料機(jī)器人設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文
10.施文龍.六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文
11.高美原,秦現(xiàn)生,白晶等.基于ROS和LinuxCNC的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā)[J].機(jī)械制造
,2015.10
指導(dǎo)教師簽字：
XX
教研室主任意見：
同意
簽字：XX 2017年12月14日
教學(xué)指導(dǎo)分委會意見：
同意
簽字：XX 2017年12月15日 學(xué)院公章
進(jìn)度檢查表
第
-4
周
工作進(jìn)展情況
接收設(shè)計(jì)任務(wù)，了解設(shè)計(jì)內(nèi)容和具體要求。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并對已有文獻(xiàn)做些整理，為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
2018年01月15日
指導(dǎo)教師意見
講解了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)和整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成幾部分工作。講解開題報(bào)告如何撰寫，文獻(xiàn)查閱及確定翻譯的外文文獻(xiàn)。講解工作進(jìn)度安排；畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)填寫方法。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第
-2
周
工作進(jìn)展情況
撰寫開題報(bào)告，并在撰寫過程中深入了解課題，最終完成文獻(xiàn)綜述。
2018年01月15日
指導(dǎo)教師意見
完成開題報(bào)告初稿。思路可行，論述較全面，工作重點(diǎn)和主要完成內(nèi)容清晰。對國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和文獻(xiàn)綜述進(jìn)一步修改，文獻(xiàn)綜述要列條目，這樣層次清楚。參考文獻(xiàn)格式按規(guī)范修改。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第
-1
周
工作進(jìn)展情況
修改開題報(bào)告，完善文獻(xiàn)綜述，確定外文翻譯文章，開題答辯。
2018年01月15日
指導(dǎo)教師意見
開題答辯。自述思路清晰，對完成的工作任務(wù)和工作重點(diǎn)清楚明確，工作進(jìn)度安排合理、格式較符合規(guī)范。同意開題。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第 1
周
工作進(jìn)展情況
進(jìn)行外文翻譯，整理完善翻譯內(nèi)容，到實(shí)驗(yàn)室熟悉相關(guān)設(shè)備。
2018年04月10日
指導(dǎo)教師意見
測量工業(yè)機(jī)器人尺寸，熟悉Festo機(jī)器人操作手冊和命令要求，完成工 業(yè)機(jī)器人三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第 3
周
工作進(jìn)展情況
了解工業(yè)機(jī)器人的功能和結(jié)構(gòu)，擬定六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
2018年04月10日
指導(dǎo)教師意見
基本掌握了實(shí)驗(yàn)室的Festo機(jī)器人的操作，按命令完成相關(guān)動作。細(xì)化三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要完成相關(guān)計(jì)算，確定核心設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。完成外文翻譯
。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第 5
周
工作進(jìn)展情況
繪制整體零件及裝配圖，完成六軸工業(yè)機(jī)械手整體三維設(shè)計(jì)。
2018年04月10日
指導(dǎo)教師意見
完成了工業(yè)機(jī)械手整體三維設(shè)計(jì)，二維零件圖需要修改。掌握了工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)語言，能夠自擬任務(wù)，完成動手操作。整理機(jī)電控制部分，系統(tǒng)性提出機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日
第 7
周
工作進(jìn)展情況
了解六軸工業(yè)機(jī)械手控制方式、流程和程序開發(fā)環(huán)境，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人控制語言，能夠在PC端進(jìn)行仿真。
2018年04月23日
指導(dǎo)教師意見
熟悉機(jī)械手操作，能夠進(jìn)行移動功能的機(jī)械手動作?；诓煌螤罟ぜ?
，完成夾緊功能的開發(fā)；模擬汽車焊接流水線上的焊槍，完成焊接動作。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月05日
第 8
周
工作進(jìn)展情況
熟練運(yùn)用在示教器進(jìn)行實(shí)際操作，從應(yīng)用層面到二次開發(fā)，完成各設(shè)計(jì)任務(wù)。
2018年05月13日
指導(dǎo)教師意見
熟練掌握示教器的功能和使用方法，使用示教器輸入程序，進(jìn)行二次開
發(fā)。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月23日
第 9
周
工作進(jìn)展情況
整理六軸工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)資料，并編寫其設(shè)計(jì)說明書。
2018年05月13日
指導(dǎo)教師意見
設(shè)計(jì)說明書基本內(nèi)容較全，但各章節(jié)需要調(diào)整修改，以使各章節(jié)論述主題集中，邏輯清楚。另外，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容表達(dá)得不完整。修改完善。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月14日
第 10
周
工作進(jìn)展情況
修改和完善工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
2018年05月13日
指導(dǎo)教師意見
再次修改設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容完整，思路清楚，格式符合規(guī)范要求，按任務(wù)書完成各要求。做PPT，準(zhǔn)備評閱和答辯。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年05月14日
過程管理評價(jià)表
評價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評分
工作態(tài)度
態(tài)度認(rèn)真，刻苦努力，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)
3
3
遵守紀(jì)律
自覺遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導(dǎo)教師,接受指導(dǎo)
3
3
開題報(bào)告
內(nèi)容詳實(shí)，符合規(guī)范要求
5
4
任務(wù)完成
按時(shí)、圓滿完成各項(xiàng)工作任務(wù)
4
4
過程管理評分合計(jì)
14
過程管 理評語
該同學(xué)將主要精力投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中，在學(xué)校工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場進(jìn)行研發(fā)工作。工作態(tài)度非常認(rèn)真、工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，具有非常強(qiáng)的自學(xué)能力和研究能力。自覺遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，主動聯(lián)系指導(dǎo)教師當(dāng)面匯報(bào)工作進(jìn)展；對于老師布置的各項(xiàng)工作，能進(jìn)行思考和研究，基本上自主完成各項(xiàng)工作任務(wù)，同時(shí)還有一定的拓展性。查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料，對課題了解全面和深入，撰寫的開題報(bào)告各部分內(nèi)容詳實(shí)，文獻(xiàn)綜述論述充分，格式經(jīng)修改后符合規(guī)范要求。該同學(xué)按時(shí)高質(zhì)量地完成了畢業(yè)任務(wù)書的各項(xiàng)內(nèi)容。
指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:2018-05-17
指導(dǎo)教師評價(jià)表
評價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標(biāo)要求,有一定的研究價(jià)值和實(shí)踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
5
能力水平
有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表達(dá)與外語能力、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
5
5
完成質(zhì)量
文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
9
指導(dǎo)教師評分合計(jì)
19
指導(dǎo)教 師評語
工業(yè)機(jī)器人是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。本課題源自實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目，為機(jī)電結(jié)合類設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，工作量較大，具有一定的研究深度，有創(chuàng)新性，具有較好的研究意義。該同學(xué)自身機(jī)電硬件系統(tǒng)開發(fā)和軟件能力強(qiáng)，為開展本項(xiàng)目打下工作基礎(chǔ)。該同學(xué)以Festo參 考手冊為基礎(chǔ)，對六軸工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了實(shí)測，進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要參數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)表達(dá)全面；完成了機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用Festo機(jī)器人編程語言進(jìn)行了物料搬運(yùn)、模仿焊接弧焊軌跡
、較復(fù)雜圖形進(jìn)行了程序開發(fā)，并在機(jī)械手上實(shí)際操作進(jìn)行控制
，動作準(zhǔn)確、流暢。設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容全面、層次清楚，論述條理性好，格式規(guī)范。從整套設(shè)計(jì)來看，該同學(xué)具有很強(qiáng)的自學(xué)能力，學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性好，專業(yè)基礎(chǔ)理論扎實(shí)，專業(yè)綜合能力強(qiáng)，掌握了科學(xué)研究的方法，中文表達(dá)能力強(qiáng)，計(jì)算機(jī)能力尤為突出。希望在外語能力方面再提高。同意答辯。
指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:2018-05-18
評閱人評價(jià)表
評價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標(biāo)要求,有一定的研究價(jià)值和實(shí)踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
5
能力水平
有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表
達(dá)與外語能力、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
5
5
完成質(zhì)量
文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確
合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
9
評閱人評分合計(jì)
19
評閱人 評語
論文選題《Festo六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開發(fā)
》與智能制造研究熱點(diǎn)相結(jié)合，涉及多學(xué)科知識的綜合，選題符合培養(yǎng)目標(biāo)要求，有一定的研究價(jià)值和實(shí)踐意義，有一定的開拓性、創(chuàng)新性，深度、難度適宜，工作量飽滿。論文體現(xiàn)了該生具有有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表達(dá)與外語能力
、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。文題相符，概念準(zhǔn)確，分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確合理，結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)范要求。
評閱人簽字：XX 評閱人工作單位：XX日期：2018-05-22
答辯紀(jì)錄
學(xué)生姓名：XX 專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目： Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開
發(fā)
答辯時(shí)間：2018年05月24日 時(shí) 分 ~ 時(shí) 分
答辯委員會(答
主任委員(組長)： XX
辯小組)成員
委 員(組 員)： XX XX XX
答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況
問題1：結(jié)構(gòu)減速器特點(diǎn)、為什么造它？
回 答： 傳動效率高，體積小，傳動平穩(wěn)，傳動比大（幾千）。問題2：負(fù)載的力矩大??？計(jì)算過程
回 答： 物料可通用，體積大，如長方體利用力矩轉(zhuǎn)動慣量，得到質(zhì)量體積參數(shù)
問題3：力和減速方向不在同一平面？
回 答： 拿起一個(gè)工件，轉(zhuǎn)動時(shí)找最大點(diǎn)，垂直抓取，產(chǎn)生最大的力
。
問題4：P2D控制參數(shù)的設(shè)置，那3個(gè)參數(shù)？ 回 答： 比例P，積分I，微分D。
問題5：P影響什么？功率放大越大越好嗎？
回 答： P2D的理解。能把變量的區(qū)間改變（0-50或0-1000） 調(diào)解時(shí)先從最小值開始調(diào)節(jié)。
問題6：I影響什么？ 回 答： 靜態(tài)誤差。
問題7：微分影響什么？評價(jià)系統(tǒng)用那些指標(biāo)？ 回 答： 預(yù)見性
快速性、準(zhǔn)確性
穩(wěn)定性
問題8：增量A P2D和位置A‘ P2D為什么不一樣？
回 答： 場合不同，位置式一般有一個(gè)基準(zhǔn)位置不動，舵機(jī)每個(gè)角度都會改變。
問題9：機(jī)械手在執(zhí)行動作時(shí)，出現(xiàn)偏差對結(jié)果的影響。 回 答： 用傳感器，攝像頭，夾子，平板采用電子版。
問題 10：
實(shí)物與畢設(shè)的關(guān)系。
回 答： 程序
P2D
實(shí)物（平衡小車）來驗(yàn)證程序代碼的實(shí)施。
記錄人： 2018年05月24日
答辯委員會評價(jià)表
評價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評分
自述總結(jié)
思路清晰,語言表達(dá)準(zhǔn)確,概念清楚,論點(diǎn)正確,分析歸納合理
10
9
答辯過程
能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù)
10
9
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標(biāo)要求,有一定的研究價(jià)值和實(shí)踐意義,有一定的
開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
5
完成質(zhì)量
文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確
合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)
10
9
能力水平
有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表
達(dá)與外語應(yīng)用能力、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
10
9
答辯委員會評分合計(jì)
41
答辯委員會評語
XX同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作期間，工作刻苦努力，態(tài)度認(rèn)真，能夠遵守各項(xiàng)紀(jì)律，表現(xiàn)出色。
能按時(shí)、全面、獨(dú)立地完成與畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)各環(huán)節(jié)的工作，表現(xiàn)出較強(qiáng)的綜合分析問題和解決問題的能力。
論文立論正確，理論分析透徹，解決問題方案恰當(dāng)，結(jié)論正確，并有一定的創(chuàng)新性，有較高的學(xué)術(shù)水平或?qū)嵱脙r(jià)值。
論文使用的概念正確，語言表達(dá)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，條理清楚，邏輯性強(qiáng)。
論文中使用的圖表，設(shè)計(jì)中的圖紙?jiān)跁鴮懞椭谱鲿r(shí)，能夠嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
具有較強(qiáng)的獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及外語應(yīng)用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當(dāng)，實(shí)驗(yàn)或計(jì)算結(jié)論準(zhǔn)確可靠。
答辯過程中，能簡明和正確地闡述論文（設(shè)計(jì)）的主要內(nèi)容，思路清晰
，論點(diǎn)正確?；卮饐栴}準(zhǔn)確、深入，有自己的見解，有較強(qiáng)的應(yīng)變力及語言表達(dá)能力。 答辯成績： 41 答辯委員會主任： XX 2018年05月29日
成績評定
項(xiàng)目分類
成績評定
過程管理評分
14
指導(dǎo)教師評分
19
評閱人評分
19
答辯委員會評分
41
總分
93
成績等級
A
成績等級按“A、B、C、D、F”記載
成績審核人簽章： XX
審核人簽章： XX
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計(jì)）題目 Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)二次開發(fā)
2．研究領(lǐng)域
本題目的研究領(lǐng)域?qū)儆诠I(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(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)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。它涉及機(jī)械工程學(xué)、控制工程學(xué)以及人工智能工程學(xué)等等多門尖端學(xué)科。
3．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
本機(jī)械手設(shè)計(jì)是基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手，具有一定的實(shí)用性。本文擬開展工業(yè)機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)和其控制系統(tǒng)終端開發(fā)的探究，為工業(yè)自動化提供參考。機(jī)械手在工業(yè)上應(yīng)用越來越廣泛，工業(yè) 4.0 的重要環(huán)節(jié)之一是確保加工前后序環(huán)節(jié)的自動化，六軸工業(yè)機(jī)械手高度自動化機(jī)器，在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。由于工業(yè)機(jī)器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
隨著電子技術(shù)有了一定的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了受計(jì)算機(jī)控制的可編程的數(shù)控機(jī)床，人類需要開發(fā)機(jī)械代替人手去勞動，在這一背景下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)得到快速發(fā)展。
國外：1959 年，戴沃爾與美國發(fā)明家英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機(jī)器人。
1967 年，日本川崎重工公司和豐田公司分別從美國購買了工業(yè)機(jī)器人 Unimation 和
Verstran 的生產(chǎn)許可證。日本從此開始了機(jī)器人的研制。20 世紀(jì) 60 年代，噴漆弧焊機(jī)器人問世并逐步發(fā)展應(yīng)用于工業(yè)。1969 年，日本早稻田大學(xué)加藤一朗實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一臺雙腳走路機(jī)器人。帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木。1979 年，美國 Unimation 公司推出通用工業(yè)機(jī)器人，標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)成熟。
1979 年，日本山梨大學(xué)牧野洋發(fā)明了平面關(guān)節(jié)型 SCARA 機(jī)器人，該型機(jī)器人在以后裝配作業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。目前，世界上工業(yè)機(jī)器人無論是從技術(shù)水平上還是從已裝配的數(shù)量上都日趨成熟，優(yōu)勢集中在以日、美為代表的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。
國內(nèi)：我國機(jī)器人技術(shù)起步較晚，從 20 世紀(jì) 80 年代初才開始。全國第一個(gè)機(jī)
器人研究示范工程 1986 年在沈陽建成。目前我國已經(jīng)基本掌握了機(jī)器人設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌道規(guī)劃技術(shù)。開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。20 世紀(jì) 90 年代中期，我國 6000m 以下深水作業(yè)機(jī)器人試驗(yàn)成功。以后近十年中，在步行機(jī)器人、精密裝配機(jī)器人、多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的研制等國際前沿領(lǐng)域，我國逐步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。目前機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工控制。第二代機(jī)械手設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)， 具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺機(jī)能。雖然目前我國機(jī)器人還處于初級階段，國產(chǎn)六軸機(jī)
器人產(chǎn)量低迷，核心部件減速器等依然依賴進(jìn)口，但這不影響中國市場已成為全球最大的市場。而且，我國提出的中國制造 2025 發(fā)展戰(zhàn)略，為我國國內(nèi)的機(jī)器人發(fā)展奠定了深厚的基礎(chǔ)和支持。
目前國內(nèi)機(jī)器人使用的減速機(jī)、伺服電機(jī)及驅(qū)動還是以國外供應(yīng)為主，其中日本為最大的減速機(jī)出口國。而國內(nèi)的研制減速機(jī)的上市公司以及擬上市公司有秦川發(fā)展和華恒焊接，匯川技術(shù)、英威騰、科遠(yuǎn)股份、華中數(shù)控研制驅(qū)動器。在非上市公司中，廣州數(shù)控和南京埃斯頓除了減速機(jī)沒有批量生產(chǎn)，機(jī)器人的各個(gè)環(huán)節(jié)都有涉足。
總體趨勢是從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有實(shí)際動作功能的智能化系統(tǒng)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來越靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，其智能也越來越高，并正朝著一體化方向發(fā)展。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
（1）提出六軸工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，選用合適的三維軟件，進(jìn)行六軸工業(yè)機(jī)械手三維實(shí)體設(shè)計(jì)。
（2）六軸工業(yè)機(jī)械手抓取端蓋動作程序開發(fā)。
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
六軸工業(yè)機(jī)械手本身就是以我們?nèi)说氖直圩鳛閰⒄斩O(shè)計(jì)出來的，即跟人的手臂一樣，其運(yùn)動機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。設(shè)計(jì)應(yīng)了解工業(yè)機(jī)器人的功能和結(jié)構(gòu)，并提出六軸工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案，為實(shí)現(xiàn)方案的可行化程度再進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)需模塊化、可重構(gòu)化，采用關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體，由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造工業(yè)機(jī)械手整機(jī)。了解工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制的原理，以用戶角度對工業(yè)機(jī)器人做控制分析，學(xué)習(xí) G 代碼，其控制系統(tǒng)要基于 PC 機(jī)的開放型控制器，通過嵌入式的實(shí)操手柄和電腦無線通訊的仿真上位機(jī)進(jìn)行終端控制。本設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)在于控制系統(tǒng)的用戶開發(fā)，基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手，根據(jù)其抓取端蓋功能，完成整套的設(shè)計(jì)任務(wù)和具體實(shí)現(xiàn)。
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。
通過對工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，制定出六軸工業(yè)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并運(yùn)用三維軟件繪制出實(shí)體模型。開發(fā)出一套工業(yè)機(jī)器人的控制程序，并在 PC 端上位機(jī)仿真軟件中模擬，最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)室六軸工業(yè)機(jī)械手及手部安裝的傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在空間中做區(qū)域位置判斷和任意動作，并完成夾取端蓋的具體任務(wù)。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
本研究課題為六自由度工業(yè)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及操作控制，其中以操作控制的開發(fā)為重點(diǎn)，任務(wù)是對端蓋從 A 點(diǎn) B 姿態(tài)夾取放置在 C 點(diǎn) D 姿態(tài)。明確任務(wù)， 首先對工業(yè)機(jī)器人功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步了解，查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)，分析目前工業(yè)機(jī)器人企業(yè)已有的相關(guān)機(jī)械手產(chǎn)品，提出本機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，其中包含相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)，通過三維實(shí)體設(shè)計(jì)直觀表達(dá)。掌握工業(yè)機(jī)器人的操作流程，學(xué)習(xí)機(jī)器人語言和仿真軟件運(yùn)用，結(jié)合傳感器系統(tǒng)，優(yōu)化路徑和診斷動作，設(shè)置多項(xiàng)程序變量，開發(fā)出本一套靈活的、智能的控制系統(tǒng)的開發(fā)程序。再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備， 實(shí)踐設(shè)計(jì)的可行性。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，介紹設(shè)計(jì)內(nèi)容和具體要求。查閱文獻(xiàn)，了解課題。
第 2 周：撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。
第 3 周：修改完善開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。確定外文翻譯文章。
第 4 周：完成外文翻譯。開題答辯。
第 5 周：了解六軸工業(yè)機(jī)器人基本知識，包括組成、技術(shù)參數(shù)、分類及應(yīng)用。并針對某一具體六軸工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行全面詳細(xì)的剖析。為課題設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
第 6 周：對六軸工業(yè)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出若干設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行比較篩選。擬定結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，出整體結(jié)構(gòu)草圖，分析參數(shù)可行性。
第 7 周：對六軸工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，根據(jù)初步的尺寸參數(shù)，繪制所需零件和部件的 3D 圖，并在繪制過程中可完善設(shè)計(jì)參數(shù)。
第 8 周：繼續(xù)對六軸工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)，將繪制好的零件和部件進(jìn)行裝配，并可模擬拖動。裝配過程中可繼續(xù)完善設(shè)計(jì)參數(shù)。
第 9 周：了解六軸工業(yè)機(jī)械手控制方式和流程，收集相關(guān)產(chǎn)品資料，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)，傳感系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)框圖。為機(jī)器人的控制操作做準(zhǔn)備。第 10 周到 12 周：學(xué)習(xí) G 語言， 掌握數(shù)控仿真仿真軟件的運(yùn)用，結(jié)合仿真效
果，熟悉六軸工業(yè)機(jī)械手的控制程序并編寫。PC 端測試無誤，則對現(xiàn)有平臺進(jìn)行實(shí)操，完成端蓋的夾取任務(wù)。
第 13 周：整理設(shè)計(jì)資料，結(jié)合同學(xué)和老師的建議，根據(jù)要求編寫設(shè)計(jì)說明書，。
第 14 周：修改完善設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
1. 引言
文獻(xiàn)綜述
工業(yè)機(jī)器人是集機(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)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。工業(yè)機(jī)器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，其技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動化的水平，目前， 工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等等強(qiáng)干擾惡劣環(huán)境，重復(fù)性并且勞動強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。機(jī)器人技術(shù)是具有前瞻性、戰(zhàn)略性的高技術(shù)領(lǐng)域。
然而，國外已經(jīng)研制和生產(chǎn)了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組件，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我國，我國進(jìn)口的工業(yè)機(jī)器人主要來自日本，因此作為制造大國，應(yīng)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域自力更生，創(chuàng)新進(jìn)取。本設(shè)計(jì)是擬開展工業(yè)機(jī)器人的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)終端開發(fā)，為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域提供助力。
2. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備已成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。各國都對工業(yè)機(jī)器人的研究和開發(fā)做大量投入，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到突飛猛進(jìn)。
國外概況：國外的工業(yè)機(jī)器人研究概況優(yōu)于我國。以智能化為主要方向，美國企業(yè)一方面加大對新材料的研發(fā)力度，力爭大幅降低機(jī)器人自重與負(fù)載比，一方面加快發(fā)展視覺、觸覺等人工智能技術(shù)，如視覺裝配的控制和導(dǎo)航[5]。日本產(chǎn)業(yè)體系配套完備，政府大力推動應(yīng)用普及和技術(shù)突破。日本工業(yè)機(jī)器人完備的配套產(chǎn)業(yè)體系，在控制器、傳感器、減速機(jī)、伺服電機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件方面，均具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，呈現(xiàn)出以工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢帶動服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢[3]。德國帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級，政府資助人機(jī)交互技術(shù)及軟件開發(fā)。通過智能人機(jī)交互傳感器， 人類可借助物聯(lián)網(wǎng)對下一代工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，機(jī)器人還具備生產(chǎn)間隙的“網(wǎng)絡(luò)喚醒模式”，以解決使用中的高能耗問題，促進(jìn)制造業(yè)的綠色升級。
國內(nèi)概況：中國面臨核心技術(shù)被發(fā)達(dá)國家控制等挑戰(zhàn)，中國在機(jī)器人領(lǐng)域的部分技術(shù)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。機(jī)器人涉及的技術(shù)較多，大體可分為器件技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和智能技術(shù)[3]。中國在通用零部件、信息網(wǎng)絡(luò)等部分器件和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家的差距在 10 年左右，而對智能化程度要求不高的焊接、搬運(yùn)、清潔、碼垛、包裝機(jī)器人的國產(chǎn)化率較高。近年來，中國在人工智能方面的研發(fā)也有所突破，中國科學(xué)院和多所著名高校都培育出專門從事人工智能研究的團(tuán)隊(duì)，機(jī)器人學(xué)習(xí)、仿生識別、數(shù)據(jù)挖掘以及模式、語言和圖像識別技術(shù)比較成熟。
3. 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及在系統(tǒng)（FMS、CIMS）中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應(yīng)“敏捷制造”，滿足多樣化、個(gè)性化的需要，并適應(yīng)多變的非結(jié)構(gòu)環(huán)境作業(yè)，向非制造領(lǐng)域進(jìn)軍[6]。從優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料優(yōu)選、加工工藝、裝配技術(shù)、專用制造裝備、產(chǎn)業(yè)化能力等多方面入手，全面提升高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等五大關(guān)鍵零部件的質(zhì)量穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)能力，突破技術(shù)壁壘，打破長期依賴進(jìn)口的局面。機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)[2]。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化，控制器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的可控性、易操作性和可維修性。
（1）感覺功能：感覺功能方面將實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的融合，以檢測多變的外部環(huán)境，做出判斷和決策，其實(shí)質(zhì)類似于人的五官和身體的綜合感覺功能，包括視覺、
觸覺、力覺、滑覺、接近覺、壓覺、聽覺、味覺、臭覺、溫覺等。研究包括各類傳感信息的采集及融合處理、傳感器與驅(qū)動器一體化技術(shù)、感覺功能繼承模塊等。
（2）控制智能化：由引導(dǎo)教向 NC，離線編程發(fā)展，進(jìn)而發(fā)展到進(jìn)一步應(yīng)用。隨著系統(tǒng)化、集成化生產(chǎn)的發(fā)展，基于 PC 的開放式控制系統(tǒng)將機(jī)器人控制和車間一級控制的發(fā)展方向，國外專家預(yù)測，2007 年它將占 30％。
（3）移動功能的智能化：為解決長距離搬運(yùn)作業(yè)、大作業(yè)對象、多作業(yè)對象及極限作業(yè)等問題，需開發(fā)自主移動系統(tǒng)（包括滑動、滾動、行走、爬行、跳躍、飛行等）。
（4）系統(tǒng)應(yīng)用與集成化：支持以人為核心的生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機(jī)器人群體協(xié)調(diào)功能、群智能和多機(jī)通訊協(xié)議，開發(fā)能理解人的意志的“同事機(jī)器人”。國外專家預(yù)測，2000 你后有可能 IMS 要走向 MA(R)S（多智能體系統(tǒng)），而該系統(tǒng)中的“同事機(jī)器人”（Cobot）將成為操作人員不可或缺的伙伴。圍繞著各種機(jī)器人與人共存的諸多課題，正在興起一門新學(xué)科“軟機(jī)器人學(xué)”。
（5）安全可靠性：由于大量不確定因素的存在，要實(shí)現(xiàn)智能化的安全可靠性， 機(jī)器人必須具有對各種意外情況的應(yīng)變能力，及時(shí)采取預(yù)防措施和安全對策，包括硬件級、軟件級、應(yīng)用級和人機(jī)系統(tǒng)級的自診斷和自修復(fù)故障。
（6）微型化：向微型化發(fā)展，開發(fā)毫米級機(jī)器人，用于微加工、醫(yī)學(xué)、宇宙和海洋開發(fā)等領(lǐng)域。就使用性和成本來看，毫米級最可行。
（7）多傳感器信息融合與配置技術(shù)：①機(jī)器人的傳感器配置和融合技術(shù)在水泥生產(chǎn)過程控制和污水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用包括面向工藝過程的多傳感器融合 和配置技術(shù)；采用智能傳感器的現(xiàn)場總線技術(shù)；面向工藝要求的新型傳感器研制。② 機(jī)電一體化智能傳感器：包括具有感知、自主運(yùn)動、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機(jī)電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)檢測和清污的自主運(yùn)動； 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；機(jī)器人機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
4. 工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)
工業(yè)機(jī)械手主要由機(jī)械臂，機(jī)械手抓和伺服傳動組成。機(jī)械手抓部分是抓持的最關(guān)鍵部分，一般是由各方向轉(zhuǎn)動、伸展、縮回、升降等復(fù)合動作來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的功能作用，實(shí)現(xiàn)被抓持或周轉(zhuǎn)工件的姿勢、位置。機(jī)械臂各方向轉(zhuǎn)動、伸展、縮回、升降為獨(dú)立式軌跡運(yùn)動，為智能機(jī)械手的多自由度。為實(shí)現(xiàn)能在一定運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)任意方位、位置的被抓取空間工件，需要有六個(gè)靈活的自由度。多自由度參數(shù)設(shè)計(jì)是機(jī)械手的關(guān)鍵，因此自由旋轉(zhuǎn)角度越多，機(jī)械手的使用范圍就越廣，適用行業(yè)性就越大， 其結(jié)構(gòu)、自由度控制難度相對也就越復(fù)雜[1]。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是手部分、各自由轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)及擺動力臂，其中抓手是根據(jù)所抓起的物體來設(shè)計(jì)，有的需要設(shè)計(jì)抓起夾具，有的平面結(jié)構(gòu)物體則需要安裝吸從機(jī)械結(jié)構(gòu)來看，盤的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)等。工業(yè)機(jī)器人總體上分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人。串聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)是一個(gè)軸的運(yùn)動會改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)，而并聯(lián)機(jī)器人所采用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其一個(gè)軸運(yùn)動則不會改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)。1978 年，Hunt 首次提出把六自由度機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人操作器，機(jī)器人具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、微動精度高、運(yùn)動負(fù)荷小的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以具有冗余自由度，冗余度機(jī)器人是指關(guān)節(jié)自由度大于操作自由度的機(jī)器 人。多余的自由度可用來改善機(jī)器人的靈活性、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能，提高避障能力。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是機(jī)器人運(yùn)動的驅(qū)動力作用點(diǎn)，一般由電機(jī)通過減速器驅(qū)動。減速器是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，其成本約占機(jī)器人本體成本的 1/3，目前主要使用兩種類型的減速器： 諧波齒輪減速器和 RV 減速器[4]。
5. 工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌
跡、操作順序及動作的時(shí)間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)[10]。開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用分布式
CPU 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器(RC)，運(yùn)動控制器(MC)，光電隔離 I/O 控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN 總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字 I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux 上， 采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)通過各種信息，對機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要?？刂破魃暇哂写凇F(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。
6. 工業(yè)機(jī)械手程序控制
機(jī)器人的控制系統(tǒng)不僅要能夠支持機(jī)器人編程、控制，還要支持機(jī)器人與外圍設(shè)備、傳感器的接口、和計(jì)算機(jī)的通信等，系統(tǒng)應(yīng)提供操作者編輯和運(yùn)行機(jī)器人程序的方式。機(jī)器人程序編輯狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)是互斥的，即程序在編輯時(shí)不可運(yùn)行，在運(yùn)行時(shí)不可編輯。在編輯狀態(tài)下，操作者可以進(jìn)行程序文本的編輯操作如機(jī)器人指令的添加、修改、刪除和機(jī)器人位姿點(diǎn)的修改，也可以進(jìn)行程序文件的新建、復(fù)制、粘貼等操作[11]。在程序執(zhí)行狀態(tài)，機(jī)器人順序執(zhí)行機(jī)器人的每一條指令。操作者應(yīng)該還能調(diào)試發(fā)現(xiàn)并修改程序中的錯(cuò)誤。例如在程序執(zhí)行過程中，某一個(gè)機(jī)器人位置的關(guān)節(jié)角超過限制，因此機(jī)器人不能執(zhí)行此條指令，這時(shí)應(yīng)該立即停止程序的執(zhí)行并在人機(jī)界面上顯示錯(cuò)誤信息。操作者可切換至編輯界面修改程序中的錯(cuò)誤。和計(jì)算機(jī)語言類似， 機(jī)器人語言可以編譯，即把機(jī)器人源程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼或可供機(jī)器人控制器執(zhí)行的目標(biāo)代碼，以便機(jī)器人控制柜能直接讀取和執(zhí)行。機(jī)器人一般只用其專用的語言進(jìn)行編程而不使用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言和 G 代碼，是由機(jī)器人控制的復(fù)雜性決定的。因?yàn)樵跈C(jī)器人控制中用到各種運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)算法等，這些算法只是開發(fā)人員需要涉及的， 而用戶不需關(guān)心，可以用機(jī)器人語言將其封裝起來。而且，機(jī)器人在三維空間中工作， 需要有對空間物體的描述方法。
7. 六軸工業(yè)機(jī)械手
六軸工業(yè)機(jī)械手（抓取端蓋）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)開發(fā)屬于機(jī)電一體。難度很大，本次研究基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機(jī)械手抓取端蓋功能，對其工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)完成抓取端蓋動作的控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，確保動作準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。其中研究重點(diǎn)為控制系統(tǒng)終端開發(fā)設(shè)計(jì)，并編寫開發(fā)程序。根據(jù)機(jī)械原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的相關(guān)課程知識，設(shè)計(jì)出工業(yè)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)，并完成三維實(shí)體模型的繪制。然后再基于機(jī)械控制工程，數(shù)控技術(shù)和機(jī)電控制系統(tǒng)等的相關(guān)課程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合人機(jī)交互，學(xué)習(xí)操作指令，編寫控制程序，運(yùn)用 PC 端仿真軟件到實(shí)操等。本次解決設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)重點(diǎn)問題，預(yù)期完成六軸工業(yè)機(jī)械手精確抓取端蓋。
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