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機器人通過完成編程任務(wù)來提高技能
王琴
錢俊
王春香
楊如青
上海交通大學(xué)機器人研究所
中國上海2000030
摘要：機器人方面的示范（PBD）的任務(wù)中，對象需要系統(tǒng)與環(huán)境的接觸是基于控制技能模型的建立。技能描述為三方面，接觸狀態(tài)分類器，接觸狀態(tài)序列的獲取與控制存在于國家之間。分類器是發(fā)展與支持向量機的力感。狀態(tài)序列是由事件觸發(fā)從實證的力量獲得的信號。
速度命令的過渡是通過線性化方法實現(xiàn)。PBD系統(tǒng)是成功的~建造開放式機器人控制器。
0 前言
機器人已經(jīng)成功應(yīng)用在制造業(yè)，那里有著結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)，完成的任務(wù)是簡單的和相對重復(fù)的，但是傳統(tǒng)的位置教學(xué)和回放編程方法對于有特殊要求的用戶，尤其是對于再完成復(fù)雜任務(wù)的用戶，此外，這些項目基于精準(zhǔn)的位置，如果出現(xiàn)位置不確定性，往往會失敗，所有這些機器人的服務(wù)從小方面開始推廣，為了解決這個問題，研究人員提出了通過展示編程來克服。這個想法是實現(xiàn)機器人的自動編程優(yōu)化人們的現(xiàn)實生活。它通過建模，利用簡單的界面之間的區(qū)別，避免了復(fù)雜的編程，目前，實現(xiàn)它，是基于機器人的視覺加工，然而該方法有一定的局限性，在這個過程中接觸工件和工作環(huán)境需配合完成，因為接觸狀態(tài)不能明確確定機器人的視覺，因為烏曼人完成的口角力的方便感的任務(wù)，所以我們開發(fā)的PBD是去完成力在接觸狀態(tài)的任務(wù)。力信號利用的是機器人兼容的功能，這篇文章的目的不是達到兼容，而是，基于里信號最后實現(xiàn)PBD，最后實現(xiàn)從完成特定技能向普通能的轉(zhuǎn)換。
1接觸狀態(tài)下技能模型的任務(wù)
大多數(shù)處理在接觸狀態(tài)可以被描述為一個序列的離散聯(lián)系。如果該機器人知道的序列處理,轉(zhuǎn)換是可解決的，根據(jù)目前的狀態(tài)。經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換, 機器人可以完成這項工作。圖1是控制技能模型為任務(wù)在接觸狀態(tài)。如果低頻傳感器變化超出一個固定值,這意味著接觸狀態(tài)
已經(jīng)改變了。事件觸發(fā)設(shè)置的狀態(tài)分類工作，它的狀態(tài)序列表列出了過渡的機人要根據(jù)本接觸狀態(tài)。
在轉(zhuǎn)動過渡控制器提供英譯命令，該命令將被執(zhí)行的機器人控制器。整個技能可以說是在三個步驟：建立接觸狀態(tài)分類，獲得序列聯(lián)系狀態(tài)和控制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。對賦予機器人用這個技能，我們必須先說明接觸狀態(tài)和狀態(tài)序列.
在描述兩個物體的接觸狀態(tài)，我們需要說明它們之間的確切位置和態(tài)度。我們需要的是，他們是如何相互聯(lián)系的定性描述。每個幾何對象由三部分組成：點線面，我們就可以描述接觸狀態(tài)。
我們把這種接觸盯著元素描述為接觸形式（ECF）。圖2示出兩個序列時發(fā)生了一個人放置一個瓶子在桌子上，我們可以這樣描述序列為{，3個頂點0.4;面，4?'C，S}和{Vertex_＆S：Edge_AB的，S序列b;FaceABC，S}。
2學(xué)習(xí)技術(shù)
2.1元素接觸形式標(biāo)識符
對于圖中所示工件。2，保持機器人手臂，用手直接接觸的環(huán)境，在不同的環(huán)境及自然保育基金,為每個環(huán)境及自然保育基金，旋轉(zhuǎn)力的木材和記錄信號。通過分析傳感器的數(shù)我們發(fā)現(xiàn)，力和力矩向量組每個環(huán)境及自然保育基金形成一個圓錐體，每一個不同的環(huán)境及自然保育基金有不同的力和力矩分配。相同的結(jié)論，可以用于其它形狀中的對象。圖3和圖4展示出的二維4個頂點和邊的接觸受力分布預(yù)測環(huán)境及自然保育基金。
由于不同的環(huán)境及自然保育金有不同的動力分配，機器人可以識別死亡環(huán)境及自然保育基金力信號。我們利用的支持矢量蟑螂常開/常閉（SVM）建立一個狀態(tài)標(biāo)識，SVM是一個新的統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法。古典的統(tǒng)計探索?足夠數(shù)量趨于無窮大時的漸近理論，而SVM尋求最佳的解決方案現(xiàn)有的的信息，SVM可以解決的問題，當(dāng)?shù)叵拗粕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)無法避免的，并得到全局最優(yōu)解。非線性SVM分類器兩個ECFs的描述如 。
上述表達式一二值的標(biāo)識符。因為我們有兩種以上的接觸狀態(tài)實驗，我們需要一個多值的標(biāo)識符。一個多值標(biāo)識符可以由“其他”方法獲得， 這使得用多個標(biāo)識符和每個區(qū)分樣本的手段屬于一個ECF或其他。n種ECF需要n標(biāo)識符。由于分類的依據(jù)是力的方向和與大小沒有關(guān)系. 力數(shù)據(jù)必須歸一化. 因此數(shù)據(jù)歸一化力F = { F.。英尺，F(xiàn)Z，先生，我，和BT。}ECF = { 1.2，”}，AR（n是種ECF數(shù)）構(gòu)成訓(xùn)練樣本對。關(guān)鍵要獲得一個標(biāo)識符的細化數(shù)據(jù)支持向量和拉格朗日乘數(shù).SMO算法，絞車迄今被認(rèn)為是最好的本文應(yīng)用解決方案.
2.2獲取聯(lián)系人的狀態(tài)序列
從人的示范讓接觸狀態(tài)序列，機器人必須提取序列的一系列的時間變化在示范力數(shù)據(jù)收集。因為狀態(tài)變化的原因在力信號相應(yīng)的變化，我們使用事件~更大，使分類器識別的當(dāng)前狀態(tài)。以這種方式我們可以從力數(shù)據(jù)達到一個序列。事件觸發(fā)器基于力信號的變化建立了。
如果改變超支設(shè)定的閾值，事件觸發(fā)發(fā)送一個消息給分類器。如果閾值設(shè)置得太高，有可能錯過改變，而如果太低，有可能錯誤地解釋動態(tài)變化的效果的接觸將導(dǎo)致的損失效率。我們可以根據(jù)得到一個合適的閾值實驗。圖5是記錄的力信號的塑料瓶的時候放在桌子上。圖6是一個序列的ECF實現(xiàn)由機器人。在環(huán)境有很大的干擾和它在一些實驗結(jié)果。因為演示由人類的四肢和人的因素的研究表明那人的反射動作和肢體運動的帶寬是在10赫茲，我們使用低通濾波器來處理力信號。圖顯示的順序，機器人終于得到了它是一致的狀態(tài)序列論證
2.3狀態(tài)轉(zhuǎn)換的技巧
既然我們已經(jīng)對ECF序列，下一步是實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，根據(jù)執(zhí)行任務(wù)序列。在本文中，速度的方向控制和力中斷用于過渡控制。這意味著機器人沿著既定的方向和停止時的受力變化
翻轉(zhuǎn)極限。此方法是獨立的確切位置它能適應(yīng)環(huán)境的不確定性。推導(dǎo)速度如下.
在演示中我們可以得到相對位移各坐標(biāo)軸方向。因為手顫振，曲線不光滑。為了避免不必要的顫振，用線性化方法實現(xiàn)的方向的速度。首先，我們描述的兩個相鄰的時間觸發(fā)事件為T ~和TT。]。然后這兩個位移描述可以被描述為。分類器的T ~寧模塊應(yīng)用層可以給列車命令。然后命令處理器集合分類器列車。它的函數(shù)原型stroctsv ~ svmtralnlng（~ lassecf，veetorf，classifiername，claparameter）
在classecf是ECF型，vectorf六矢量力，個體量詞名稱分類名稱，claparameteris參數(shù)描述分類模式的CH為“人”和structsv是一個結(jié)構(gòu)描述的~支持向量和拉格朗日，為改變態(tài)度讓，”可旋轉(zhuǎn)三軸則相對轉(zhuǎn)動位移，4P角度。我們可以通過一些上面提到的方式得到轉(zhuǎn)動方向。
使用我們上面討論的方法，我們可以實現(xiàn)元素~游泳的演示程序。但它要求的過程的初始接觸形成作為ininal相同在示范接觸形成。它不能應(yīng)用于任務(wù)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。為了解決這個問題，我們必須證明posaible初始接觸形成的序列機器人。這樣的機器人將能夠選擇一個合適的對于每個初始接觸形成序列。序列存儲在計劃表。在確定的初始狀態(tài)下的機得到正確的序列，通過查表。
我們添加了兩個自由度的機器人用六自由度塞阿拉機器人設(shè)計的實驗內(nèi)容，該機器人的涂油機基于Windows NT的實時擴展環(huán)境結(jié)束RTX。DSP運動控制卡用于庫服務(wù)器控制。的
軟件是建立在模塊化結(jié)構(gòu)使軟件具有良好的開放性和可擴展性。
圖7是PBD系統(tǒng)模型。有三個層次：硬件層，實時控制層端用戶應(yīng)用層。應(yīng)用在WinNT和實時控制的開發(fā)在RTX。他們交換信息的過程通信對象。命令處理器驅(qū)動相應(yīng)的模房灰層根據(jù)信號通信接口。系統(tǒng)程序采用VisualC + +。乘數(shù)。
教學(xué)模塊的序列在應(yīng)用程序?qū)涌梢砸粋€命令來設(shè)置增益序列模塊工作。這activa——測試工程師國家分類器也。這個函數(shù)原型的分類器是classECF svmClassify(vectorF,claasifierName,claParameter)
該分類器的輸出傳送到ECF序列模塊和羅恩生成序列表。這個信息—T /可通過通信用戶應(yīng)用程序顯示。
工作運行模可生產(chǎn)啟動和停止一個任務(wù)的命令。當(dāng)這個過程開始，命令處理模塊集的分類器識別/ T / ~ L狀態(tài)。
接觸狀態(tài)的序列表可以決定未來的狀態(tài)和其相應(yīng)的轉(zhuǎn)換速度。過渡的控制器發(fā)出運動指令，機器人可以移動沿規(guī)定的方向。同時在U /傷害檢查力信號的變化，如果力的變化超過設(shè)定限制觸發(fā)發(fā)送一個消息來停止機器人運動和集分類器的再分類。上述過程重復(fù)直到分類器的輸出，在序列的最后狀態(tài)最后，速度序列表返回一零和任務(wù)完成。
4實驗結(jié)果
在圖2所示的塑料瓶，我們首先{雨的狀態(tài) 分類器的W /釷各種ECF序列，然后證明
把桌上的瓶子可能的初始狀態(tài)平穩(wěn)。最后我們設(shè)置的機器人在不同的初始狀態(tài)，讓機器人
開始工作。保證安全的機器人將停止在個案工作信號超出限值。在開始的幾實驗對象被困在桌面和實驗~ F。這是由于不正確的~ EI因為我們國家 USC的靜態(tài)力數(shù)據(jù)TRA /寧分類器但的任務(wù)是在一個執(zhí)行最后從環(huán)境的l由高摩擦。因此，分類器訓(xùn)練使用滑動瓶收集的數(shù)據(jù)董桌。AFL ~覺得任務(wù)能夠順利在不同的初始/ Al的態(tài)度和立場完成。圖8是在端部執(zhí)行器的機器人的位置和姿態(tài)的WBAN成功地運行瓦序列~，C描述圖與這技巧的過程模式，使機器人能夠適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化服務(wù)貿(mào)易的環(huán)境。
5結(jié)論
（1）基于接觸狀態(tài)的任務(wù)的控制技能模型，PBD系統(tǒng)開發(fā)的機器人。本：問的接觸狀態(tài)描述為一個序列的離散的接觸狀態(tài)。首先，ECF介紹狀態(tài)然后技能模型提出了。技巧三個方面進行了闡述：接觸狀態(tài)分類器，對序列的接觸狀態(tài)的獲取和控制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
（2）的分類與支持向量機的開發(fā)—利用力SE ~ E.狀態(tài)序列的中國是從由事件觸發(fā)的示范力信號。的過渡速度命令是通過線性化方法。
（3）的PBD系統(tǒng)是利用機器人控制成功的建立—具有開放的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。該方法不僅可以提供一個簡單的編程方法也適應(yīng)環(huán)境的不確定性，由于系統(tǒng)是基于SK / FI模型和位置信息的獨立性。它增加了程序的可靠性。因此，這種技術(shù)可以推廣服務(wù)和工業(yè)機器人中的應(yīng)用。
參考
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3 王ciaua ~鎂是一cammtly RR ..×R ~ RCH所robori ~教授。，禁止~美元AEI交通0univ ~泰，下巴~ h×R ~ seamh興趣包括IA ~茶—以桑~ ~，~ 1機器人和appliga ~教授。TCH
86-21。'62932680；電子郵件：哇。N ~河~原位。~ xl
4 ymag RUC [ [銀ctu ~ nfly親出租人~ D博士CA，dichtte主管R ~ T，~斧：H上海jiso機器人，所：OAG unlvet ~泰，中國。他mseairch利益~。包括高級~ CED機器人MD機器人控制S / ST：女士電話：+ 86-21-62932680；~ N ~ 12 RQ。V ~ G ~ sjta ~美國~。
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設(shè)計
系： 機械工程系
專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其制動化
班級： 機092
姓名： 王偉
學(xué)號： 2009307210
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計（論文）地點:
指導(dǎo)教師： 李常勝
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 5 日
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）目的：
本次畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求每個學(xué)生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生掌握塔式起重機的總體設(shè)計、吊臂的設(shè)計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
2、畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
（1） 設(shè)計任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)計原則
③ 平衡重的計算
④ 塔機的風(fēng)力計算
⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 平衡臂的設(shè)計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設(shè)計
（4） 設(shè)計要求
① 主要任務(wù)：學(xué)生應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成一項給定的設(shè)計任務(wù)，編寫符合要求的設(shè)計說明書，并正確繪制機械與電氣工程圖紙，獨立撰寫一份畢業(yè)論文，并繪制有關(guān)圖表。
② 知識要求：學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計工作中，應(yīng)綜合運用多學(xué)科的理論、知識與技能，分析與解決工程問題。通過學(xué)習(xí)、鉆研與實踐，深化理論認(rèn)識、擴展知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能。
③ 能力培養(yǎng)要求：學(xué)生應(yīng)學(xué)會依據(jù)技術(shù)課題任務(wù)，完成資料的調(diào)研、收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握有關(guān)工程設(shè)計的程序、方法與技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計計算、圖紙繪制、編寫技術(shù)文件的能力；培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗、測試等科學(xué)研究的基本方法；鍛煉學(xué)生分析與解決工程實際問題的能力。
④ 綜合素質(zhì)要求：通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生應(yīng)掌握正確的設(shè)計思想；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)；在工程設(shè)計中，應(yīng)能樹立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀與全局觀。
⑤ 設(shè)計成果要求：
1） 凡給定的設(shè)計內(nèi)容，包括說明書、計算書、圖紙等必須完整，不得有未完的部分，不應(yīng)出現(xiàn)缺頁、少圖紙現(xiàn)象。
2） 對設(shè)計的全部內(nèi)容，包括設(shè)計計算、機械構(gòu)造、工作原理、整機布置等，均有清晰的了解。對設(shè)計過程、計算步驟有明確的概念，能用圖紙完整的表達機械結(jié)構(gòu)與工藝要求，有比較熟練的認(rèn)識圖紙能力。對運輸、安裝、使用等亦有一般了解。
3） 說明書、計算書內(nèi)容要精練，表述要清楚，取材合理，取值合適，設(shè)計計算步驟正確，數(shù)學(xué)計算準(zhǔn)確，各項說明要有依據(jù)，插圖、表格及字跡均應(yīng)工整、清楚、不得隨意涂改。制圖要符合機械機械制圖標(biāo)準(zhǔn)，且清潔整齊。
4） 對國內(nèi)外塔式起重機情況有一般的了解，對各種塔式起重機有一定的分析、比較能力。
其他各項應(yīng)符合本資料有關(guān)部分提出的要求。
3、畢業(yè)設(shè)計（論文）成果要求（包括圖表、實物等硬件要求）：
① 計算說明書一份
內(nèi)容包括：設(shè)計任務(wù)要求的選型、設(shè)計計算內(nèi)容、畢業(yè)實習(xí)報告等。作到內(nèi)容完整，論證充分（包括經(jīng)濟性論證），字跡清楚，插圖和表格正規(guī)（分別進行統(tǒng)一編號），字?jǐn)?shù)要求不少于2萬字；撰寫中英文摘要；提倡學(xué)生應(yīng)用計算機進行設(shè)計、計算與繪圖。
② 圖紙一套
不少于四張零號圖紙量
4、主要參考文獻：
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機械設(shè)計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7] 曹雙寅主編《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》 南京：東南大學(xué)出版社 2002
[8]劉鴻文主編《材料力學(xué) Ⅰ》（第4版） 高等教育出版社
[9]《QTZ400塔式起重機使用說明書》
[10]張青 張瑞軍 編著《工程起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.7
[11]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13752-92 《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1993
[12]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
[13]許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機械零件》 人民教育出版社
[14]成大先主編《機械設(shè)計手冊》（第4版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2002
[15]顧迪民主編《工程起重機》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社 1988
[16]劉品主編《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2001
[17]徐灝主編《機械設(shè)計手冊》（第2版） 北京：機械工業(yè)出版社 2000
5、本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2013.3.25-2013.3.28
2013.3.29-2013.4.13
2013.4.14-2013.4.20
2013.4.21-2013.5.15
2013.5.16-2013.6.5
2013.6.6-2013.6.19
2013.6.20-2013.6.21.
熟悉整理資料
方案選擇及總體設(shè)計
繪制總圖
平衡臂設(shè)計
繪制平衡臂圖
繪制零件圖紙
準(zhǔn)備論文及答辯
教研室審查意見：
教研室主任簽字：
年 月 日
系審查意見：
系主任簽字：
年 月 日
河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題
目
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設(shè)計
學(xué) 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 機092
姓 名 王偉
指 導(dǎo) 教 師 李常勝
輔 導(dǎo) 教 師
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機總體及平衡臂設(shè)計
系： 機械工程系
專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其制動化
班級： 機092
姓名： 申亞軍
學(xué)號： 2009307210
起迄日期：2013年3月25日~ 2013年 6月21日
設(shè)計（論文）地點: 綜405
指導(dǎo)教師： 李常勝
輔導(dǎo)教師：
發(fā)任務(wù)書日期： 2013年3月 5 日
課題來源
導(dǎo)師課題
課題類別
畢業(yè)論文
1、 論文資料的準(zhǔn)備
（一）塔式起重機的概況及發(fā)展趨勢
塔式起重機（下文簡稱塔機），是工程機械設(shè)備的一種，主要用于物料的垂直和水平輸送，廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)、市政工程、工業(yè)建設(shè)等諸多領(lǐng)域。
20世紀(jì)50年代初，我國塔機由仿制開始起步。經(jīng)過改革開放和1998年房改，我國塔機行業(yè)得到快速發(fā)展。我國已成為世界塔機的生產(chǎn)大國，也是世界塔機主要需求市場之一。
?近年來，隨著塔式起重機技術(shù)的發(fā)展，塔式起重機型號規(guī)格不斷完善，性能、質(zhì)量不斷提高，塔式起重機除滿足其安全、可靠、高效的基本性能外，越來越趨向于智能和綠色。下面著重介紹最新的幾點技術(shù)發(fā)展趨勢。
（1）設(shè)計方法精確化。
??計算機技術(shù)的深化發(fā)展，改變了塔式起重機的設(shè)計理念。有限元技術(shù)、疲勞分析、動力學(xué)仿真分析的廣泛應(yīng)用，使塔式起重機的設(shè)計計算、受力分析更精確，塔式起重機零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理；一些實力強大塔式起重機制造商，都有自己超強的設(shè)計能力，他們利用優(yōu)勢，開發(fā)塔式起重機參數(shù)化設(shè)計專用軟件，使塔式起重機設(shè)計進一步的向最優(yōu)化方向推進，有效地提高塔式起重機產(chǎn)品的安全性、可靠性、節(jié)能效果，同時大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提升競爭能力。
（2）零部件模塊化。
??模塊化的設(shè)計可能增加少量的制造成本，但其不僅可以提高產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以降低管理成本，也相應(yīng)地降低了用戶的購置成本。如A機型和B機型有許多的結(jié)構(gòu)件（如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和起重臂節(jié)、平衡臂節(jié)）是通用的，那么用戶就可以少購買通用的結(jié)構(gòu)件，交錯使用這些可能閑置的通用件，從而減少購置成本。因此，模塊化設(shè)計是塔式起重機發(fā)展的必然趨勢，國際上許多的塔式起重機制造商如Liebherr、Potain、Terex、Wolffkran等都是模塊化設(shè)計的典范。
（3）控制智能化。
??隨著數(shù)字化、集成化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展，高可靠、低能耗、微型化、集成化、數(shù)字化的各種液壓、機電及電氣元件在塔式起重機上得到普遍應(yīng)用，使傳動和控制系統(tǒng)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。在控制手段上，無級調(diào)速、安全監(jiān)控系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、故障自動診斷系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了塔式起重機操作過程的自動控制、自動顯示與記錄、遠距離遙控等，保證了塔式起重機的安全使用和實時監(jiān)控，減少了控制的故障點，提高了塔式起重機的可靠性，大幅提升了塔式起重機行業(yè)的管理水平。
（4）制造綠色化。
??國外塔式起重機在設(shè)計時就充分考慮零部件的通用性、模塊化，因此零部件集約化程度高，適合批量化生產(chǎn)。批量化零部件從原材料前處理、下料、焊接、機加、裝配、到涂裝都采用生產(chǎn)流水線，這樣既提高了材料的利用率、零部件通用性、產(chǎn)品質(zhì)量和美觀，又便于管理、減少污染、節(jié)約成本。Liebherr、 Zoomlion、 Potain等公司都有成熟的生產(chǎn)流水線。如，Zoomlion現(xiàn)已擁有了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)生產(chǎn)線、涂裝流水線，其他流水線在陸續(xù)建設(shè)中。
（5）在產(chǎn)品開發(fā)中落實實驗驗證。
??實驗是新產(chǎn)品驗證最直接的方法，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性最主要的檢驗手段。產(chǎn)品的可靠性和安全性主要是由零部件決定的，是零部件安全性和可靠性的綜合體現(xiàn)。零部件的可靠性和安全性高，產(chǎn)品的可靠性和安全性自然就高。因此，大型塔式起重機制造廠商，投入大量的財力物力，建設(shè)自己的實驗場，如Potain的結(jié)構(gòu)和機構(gòu)實驗場在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)基本建成，共占地17萬m2，擁有各種實驗臺架百余種，產(chǎn)品需經(jīng)過真實而嚴(yán)酷的工況驗證合格才能出廠。Zoomlion目前正在建設(shè)自己的塔式起重機專用實驗基地。
一個國家要成為工業(yè)化、現(xiàn)代化國家，必須要實現(xiàn)一定的城市化水平,而城市化進程是產(chǎn)業(yè)、人口、市場的集聚過程，城市化、工業(yè)化進程在集聚產(chǎn)業(yè)過程中，成為農(nóng)村富余勞動力轉(zhuǎn)移的載體，提供了改善區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟、文化發(fā)展空間。城市化與工業(yè)化互動并進，是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的特征。中國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)耕大國，改革開放30年來，中國的工業(yè)化發(fā)展取得了很大的成就，而中國要成為一個現(xiàn)代化強國，就必走城市化、工業(yè)化并進發(fā)展的道路。因此，城市化進程是未來國家重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向，同時也是2020年全面建成小康社會最直接、最重要的載體。而城市化進程會伴隨大規(guī)模的基本建設(shè)。
今后工程項目的體量和規(guī)模越來越大。勞動力短缺越來越嚴(yán)重，勞動力成本越來越高。建筑施工屬勞動密集型行業(yè)，而隨著城市化、工業(yè)化進程發(fā)展，以及社會轉(zhuǎn)型，加速了人口紅利的消耗及“劉易斯拐點”的到來。按有關(guān)專家的分析預(yù)測，中國的人口紅利窗口將會在2015年關(guān)閉。因此，今后建筑施工的勞動力成本會不斷推高。因此，今后工程施工對塔機等技術(shù)裝備的依賴性會越來越大。
（二）??平衡臂相關(guān)介紹?
（1）平衡臂的作用：?
上回轉(zhuǎn)塔式起重機均需配設(shè)平衡重，用以支撐平衡重，構(gòu)成作用方向與起重力矩方向相反的平衡力矩。?在平衡臂上放置配重，使其產(chǎn)生后傾力矩以便在工作狀態(tài)減少由吊重引起的前傾力矩，在非工作狀態(tài)以減少強風(fēng)引起的前傾力矩，并保證其抗傾翻穩(wěn)定性。平衡臂上可放置起升或變幅機構(gòu)，還可以安裝風(fēng)帆標(biāo)志，調(diào)節(jié)逆風(fēng)面積，保證非工作狀態(tài)下尾吹風(fēng)以減少傾翻力矩。在采用可擺動塔頂撐桿時，平衡臂還要對塔頂支撐桿起支持作用，在采用固定塔頂時，平衡臂則是靠塔頂來支持的。
（2）平衡臂的分類：?
平衡臂有以下幾種常見的結(jié)構(gòu)形式：平面框架式、三角形截面桁架式和矩形截面桁架式。平面框架式平衡臂由由兩根槽鋼或兩根槽鋼拼焊的箱型截面梁組成。桁架式平衡臂適用要求有較長平衡臂的重型、超重型自升塔機。本公司平衡臂的結(jié)構(gòu)形式為;平面框架式平衡臂。
?（3）平衡臂及平衡重?：
平衡臂長度與起重臂長度之間有一定的比例關(guān)系一般可取其比值為0.2~0.35。?平衡重的用量與平衡臂的長度成反比例關(guān)系，一般用鑄鐵或鋼筋混凝土制造。鑄鐵平衡重結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造難度大，但是體形尺寸小，迎風(fēng)面積小。鋼筋混凝土體積較大，迎風(fēng)面極大，對塔身結(jié)構(gòu)和整體穩(wěn)定性有一定不利影響。?
（4）平衡臂的結(jié)構(gòu)：?
平衡臂的結(jié)構(gòu)一般包括金屬結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)和起升機構(gòu)?
（5）平衡臂的行走平臺?：
平衡臂的行走平臺主要供塔式起重機操作人員行走及維修人員進行維修用，行走平臺是單獨成型焊接的焊好后按要求靠銷軸連接到平衡臂的坯料上的。將平衡臂的后坯兩側(cè)各焊上四根支撐方鋼作為行走平臺的支撐，將焊好的行走平臺放到支撐上焊接到平衡臂的坯料上。
（6）平衡臂的護欄?：
平衡臂的護欄焊接到平衡臂的兩側(cè)，護欄全為圓管焊接而成，與平衡臂的連接靠的是管套，鉆孔后的管套焊接到平衡臂上，再把鉆孔后的欄桿插入管套用銷簽固定。
（7）平衡臂的吊耳?：
平衡臂的吊耳共三對，前坯和后坯各一對，通過拉桿將平衡臂與塔帽連接。后半坯子上另有一對吊耳，用于拆卸和安裝。
（8）平衡臂的加強板：?
平衡臂的很多位置都需要加強板來增加某些位置的強度，平衡臂前后坯子的連接處需要焊接加強板來增加連接強度。安裝吊耳處需要加強板來增加強度，安裝拆卸用的吊耳下部需加強板增加強度。
2、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題）：
本次畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求每個學(xué)生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)新、解決相關(guān)技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生掌握塔式起重機的總體設(shè)計、吊臂的設(shè)計、整體穩(wěn)定性計算等內(nèi)容，為今后步入社會、走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
擬解決的關(guān)鍵問題：
① 塔式起重機總體設(shè)計
② 平衡臂設(shè)計
3、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路
主要內(nèi)容：
（1） 設(shè)計任務(wù)：
① 總體參數(shù)的選擇（QTZ40級別）
② 結(jié)構(gòu)形式
（2） 總體設(shè)計
① 主要技術(shù)參數(shù)性能
② 設(shè)計原則
③ 平衡重的計算
④ 塔機的風(fēng)力計算
⑤ 整機傾翻穩(wěn)定性的計算
（3） 平衡臂的設(shè)計和計算
① 平衡臂的形式及尺寸
② 平衡臂的強度、穩(wěn)定性及剛度驗算
③ 平衡重的設(shè)計
研究方法、研究思路：
在畢業(yè)設(shè)計時,當(dāng)我們收到設(shè)計任務(wù)書時首先對研究對象進行細致的調(diào)查, 收集國內(nèi)外有關(guān)資料并通過對資料的調(diào)研、加工與整理了解國內(nèi)外的使用、生產(chǎn)、設(shè)計和科研情況，并進行分析比較，制定設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計的機型符合有關(guān)的方針政策。
畢業(yè)設(shè)計工作中，通過掌握正確的設(shè)計思想，綜合運用多學(xué)科的理論、知識與技能在認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)下分析并解決設(shè)計中遇到的問題。
4、總體安排和工作進度計劃：
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 平衡臂設(shè)計
2013.5.16-2013.6.5 繪制平衡臂圖
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.20-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯
5、主要參考文獻：
[1] 哈爾濱建筑工程學(xué)院主編.工程起重機.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2] 董剛、李建功主編.機械設(shè)計.機械工業(yè)出版社
[3] 機械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社（5冊）
[4] GB/T9462—1999 塔式起重機技術(shù)條件
[5] GB/T13752—1992 塔式起重機設(shè)計規(guī)范
[6] GB5144—1994 塔式起重機安全規(guī)程
[7]機械設(shè)計師手冊.吳宗澤主編， 機械工業(yè)出版社，2002
[8]機械設(shè)計手冊編委會主編. 機械設(shè)計手冊(2冊). 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[9]陸玉、荷在洲、佟延偉編. 機械設(shè)計課程設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2003
[10]范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期：
系蓋章
摘要
塔式起重機作為建筑施工的主要設(shè)備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉(zhuǎn)，臂架長度較大，結(jié)構(gòu)輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。
塔式起重機是為了滿足高層建筑施工、設(shè)備安裝而設(shè)計的新型起重運輸機械。本次設(shè)計QTZ40塔式起重機為自升式上回轉(zhuǎn)塔式起重機，能夠隨建筑高度的升高而加升、占地面積小和拆裝方便等優(yōu)點，塔機上部能借助于液壓頂升機構(gòu)，根據(jù)施工的建筑物的增高而相應(yīng)地升高，使司機操作方便，視野寬并始終保持高清晰，主要適用于高層住房、高層建筑的施工。
本設(shè)計的題目是固定式QTZ40塔式起重機平衡臂的設(shè)計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設(shè)計的形式為上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為30米，在附著狀態(tài)下可達到100米。
本設(shè)計書主要包括四部分：第一部分主要是對現(xiàn)今國內(nèi)外塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及QTZ40塔式起重機特點、應(yīng)用場合，做了一個簡要的概述；第二部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設(shè)計計算過程；第三部分是平衡臂設(shè)計和計算。
關(guān)鍵詞： QTZ40塔式起重機 平衡臂 設(shè)計
ABSTRACT
As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction
Tower cranes are to meet high-rise construction building, equipment installation and design as a new type machinery of lifting transport. The form of this design is tower crane ，the rotating structure of the QTZ40 tower crane is on the top. To the building of the height of the rise and add up, this crane covers an small area and open a convenient advantages of the tower on top of the department have the promotion, according to the construction of buildings improves and correspondingly increase, the driver is easy to operate with wide and remained high, which is applied to the construction of the high buildings.
The design topic is the stationary QTZ40tower crane system and the design of jack arm. There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary type is 30meter high; it could reach the height of 100meters.
This design book mainly includes four parts. The first part summarizes the present situation and the development tendency of the Tower crane in both our country and abroad, as well as the characteristic and application occasion. The second part is the QTZ40 tower crane overall concept choice and the system design computation process; the last part is the organization design and the computation of jack arm.
KEY WORDS: QTZ500 tower crane jack arm design