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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師資格及題目審批表 指導(dǎo)教師姓名 所在單位 指導(dǎo)教師職稱 所學(xué)專業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）題目 箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì) 題 目 類 型 設(shè)計(jì) √ 題 目 來 源 科 研 實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 論文 工程生產(chǎn) √ 自 擬 題目真實(shí)性程度 真實(shí) √ 題目新舊 新題 √ 難度 等級(jí) 難 一般 模擬 舊題 較難 √ 設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn) 校內(nèi) √ 設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間 自03月 2 日 至06 月7日 校外 概要： 題目來源：題目來源于吉林省東元精密機(jī)械有限公司，本設(shè)計(jì)是應(yīng)用專業(yè)知識(shí)完成箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)備的設(shè)計(jì)。 隨著港口包裝箱吞吐量迅速增加,堆場迫切要求提高港口作業(yè)效率。影響港口堆場作業(yè)效率的主要因素之一是過多的翻箱作業(yè)。本設(shè)計(jì)針對(duì)后方堆場,根據(jù)包裝箱初始位置將影響提箱翻箱量,以普通箱的堆碼運(yùn)送轉(zhuǎn)移問題為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一款包裝箱自動(dòng)碼垛運(yùn)送轉(zhuǎn)移設(shè)備，該設(shè)備具有如下特點(diǎn)：一是這個(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)紙箱大小調(diào)整吸盤夾具，從而裝卸不同尺寸大小的貨物箱子；二是這個(gè)系統(tǒng)的框架高度可以根據(jù)現(xiàn)場包裝箱高度去配合調(diào)整；三是這個(gè)系統(tǒng)還可以拓展出多種用途，例如掃描，貼標(biāo)簽，稱重等。還可以與倉庫管理系統(tǒng)連接。 設(shè)計(jì)目的：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生能夠熟練運(yùn)用 2D 軟件(AutoCAD)或 3D 軟件進(jìn)行包裝箱自動(dòng)碼垛設(shè)備的設(shè)計(jì)，通過本設(shè)計(jì)可以掌握非標(biāo)生產(chǎn)裝備的設(shè)計(jì)過程。 此外，在設(shè)計(jì)中可培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程問題的能力，使學(xué)生在、編寫技術(shù)文件、查閱文獻(xiàn)和三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用能力方面受到一次綜合訓(xùn)練，最終達(dá)到畢業(yè)要求所要求達(dá)到的能力。 可行性：此設(shè)計(jì)來源于生產(chǎn)實(shí)踐，設(shè)計(jì)內(nèi)容具有較強(qiáng)的專業(yè)性，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)典型，涉及較多機(jī)械設(shè)計(jì)理論，綜合性較強(qiáng)。在調(diào)查研究、查閱資料及綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助 CATIA、SOLIDWORKS 等三維軟件的功能有能力完成任務(wù)。 技術(shù)路線： （1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)，收集有關(guān)資料。 （2）包裝箱自動(dòng)碼垛轉(zhuǎn)移設(shè)備傳動(dòng)方案制定。 （3）包裝箱拾取方案制定。 （4）電機(jī)、氣動(dòng)元件選型。 （5）三維建模，校驗(yàn)、修改并完善。 （6）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成技術(shù)圖紙。 復(fù)雜工程問題界定 （1）必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決；（該項(xiàng)必須具備） （下面2-7項(xiàng)，具備其中至少一項(xiàng)，即為復(fù)雜工程問題） （2）設(shè)計(jì)多方面的技術(shù)、工程和其它因素，并可能相互有一定沖突； （3）需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性； （4）不是僅靠常用方法就可以完全解決的； （5）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中； （6）問題相關(guān)各方利益不完全一致； （7）具有較高的綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問題。 畢業(yè)設(shè)計(jì)解決的復(fù)雜問題分析及具體實(shí)施方法： 針對(duì)特征 1：本設(shè)計(jì)需要針對(duì)給出轉(zhuǎn)移機(jī)械手的企業(yè)的技術(shù)要求，利用機(jī)械原理的理論分析其工作原理，分析各組成部分的作用和工作原理，才能得到設(shè)計(jì)方案，并在設(shè)計(jì)開題報(bào)告和說明書中給出。實(shí)施方法：開題報(bào)告、說明書方案論證部分。 針對(duì)特征 2：在設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求來給出設(shè)計(jì)方案，但是在方案的選擇上存在多種可行性，如零件是自制還是外購，零件的加工精度和經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)品的成本控制和企業(yè)的技術(shù)要求等技術(shù)和工程因素之間都存在著一定沖突。 針對(duì)特征 3：在設(shè)計(jì)過程中需要利用到國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求和測量原理，在將原理變成實(shí)際的應(yīng)用設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性，在設(shè)計(jì)過程中才能將原理實(shí)現(xiàn) 針對(duì)特征 6：在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，設(shè)計(jì)生產(chǎn)者考慮的是達(dá)到設(shè)計(jì)要求，利益最大化，而使用方達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，考慮成本最低。兩者利益正好相對(duì)。 針對(duì)特征 7：在本設(shè)計(jì)過程中，綜合應(yīng)用機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，二維工程圖和國家制圖標(biāo)準(zhǔn)，氣動(dòng)元件，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，電機(jī)，現(xiàn)代工具如電腦，互聯(lián)網(wǎng)等多種工具和技術(shù)的使用。 系部意見： 教研室主任簽字： 2020年3 月 2 日 企業(yè)專家意見： 企業(yè)專家簽字： 2020年3 月 2日 學(xué)院（系）審查意見： 院長（系主任）簽字： 2020年3 月 2日 本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目內(nèi)容對(duì)應(yīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程目標(biāo)情況說明 課程目標(biāo)1 在開題和說明書的完成過程中需要查找資料，收集分析判斷解決箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手的工作原理，為完成方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 參考文獻(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、審題表、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)2 參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶要求提出初始設(shè)計(jì)要求和相應(yīng)查找的標(biāo)準(zhǔn)等提出多種可行方案，通過方案對(duì)比分析，模擬驗(yàn)證等確定和完成解決方案。 開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)3 在箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要依照機(jī)械手的國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新等設(shè)來完成本機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖紙 建模 課程目標(biāo)4 在理解和分析客戶需求和技術(shù)要求的前提下，考慮設(shè)計(jì)裝置安全保護(hù)，通過設(shè)置導(dǎo)線防護(hù)罩等裝置提高設(shè)備的安全性，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)因素，為客戶和生產(chǎn)廠家提供最優(yōu)設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)5 利用 CATIA或者Solidworks軟件完成產(chǎn)品的零件建模和裝配，在裝配過程中進(jìn)行干涉驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分析和優(yōu)化。 設(shè)計(jì)說明書 圖紙 課程目標(biāo)6 利用知網(wǎng)等計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)工具等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)文獻(xiàn)檢索，獲取與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的資料。 利用catia等現(xiàn)代技術(shù)工具完成圖紙的繪制，模型建立。 課程目標(biāo)7 在說明書和開題報(bào)告的完成過程中，考慮箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手對(duì)港口運(yùn)輸?shù)挠绊懖⒔o與論述，理解箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手的設(shè)計(jì)對(duì)港口運(yùn)輸行業(yè)的意義。 開題報(bào)告、說明書 課程目標(biāo)8 結(jié)合箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì)項(xiàng)目，要考慮在設(shè)計(jì)過程中箱式工件的尺寸大小和應(yīng)用場合的不同，在設(shè)計(jì)中,考慮對(duì)箱式工件拾取的適應(yīng)性或針對(duì)未來可能使用型號(hào)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性或模塊化設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)9 使用 office 組件撰寫技術(shù)報(bào)告，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中通過專業(yè)術(shù)語與指導(dǎo)教師進(jìn)行交流，闡述設(shè)計(jì)內(nèi)容，與指導(dǎo)老師交流設(shè)計(jì)不明了的地方，聽取指導(dǎo)老師指導(dǎo)。 撰寫開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 PPT、答辯發(fā)言 課程目標(biāo)10 翻譯與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容切實(shí)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)文件，文獻(xiàn)，在設(shè)計(jì)說明書撰寫過程中翻譯摘要，以準(zhǔn)確的語言進(jìn)行具有使用外語進(jìn)行跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)文件翻譯、書寫的能力。并能理解不同區(qū)域、國家、文化對(duì)知識(shí)和能力的影響和要求，具有跟隨國際技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)的能力。 外文翻譯，設(shè)計(jì)說明書中英文摘要 課程目標(biāo)11 在說明書中專有一節(jié)，寫有關(guān)設(shè)計(jì)題目的項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟(jì)成本核算分析內(nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)12 對(duì)于在設(shè)計(jì)過程中，項(xiàng)目所需要的專業(yè)知識(shí)和能力，軟件使用能力，非標(biāo)自動(dòng)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)13 使用互聯(lián)網(wǎng)、書籍、媒體學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)或查找相關(guān)資料，自主學(xué)習(xí)，提高自身專業(yè)業(yè)務(wù)水平 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，設(shè)計(jì)成果 備注：1.此表由擬擔(dān)任畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)工作的教師填寫，每個(gè)題目填報(bào)一張表，一式兩份； 2.部分分項(xiàng)填寫時(shí)，只在對(duì)應(yīng)項(xiàng)內(nèi)打“√”即可； 3.表中真實(shí)題目是指在學(xué)校、生產(chǎn)、科研及其它單位實(shí)際立項(xiàng)的課題； 4.指導(dǎo)教師如果是外聘，應(yīng)在所在單位欄中加注（外聘）字樣； 5.在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作開始前，各院（系）將此表匯總，報(bào)教務(wù)處備案。 參考資料：機(jī)制專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)課程目標(biāo)： 畢業(yè)要求 支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn) 課程目標(biāo) 課程目標(biāo)主要教學(xué)內(nèi)容 畢業(yè)要求2 問題分析 2.3能認(rèn)識(shí)到解決機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝和機(jī)電控制領(lǐng)域中復(fù)雜工程問題有多種方案可選擇，會(huì)通過文獻(xiàn)研究尋求可行的替代解決方案，并能運(yùn)用基本原理，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。 課程目標(biāo)1 資料綜述 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)可采用的原理分析 目標(biāo)1：能夠識(shí)別畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)方法的不同，通過資料收集分析判斷出解決該設(shè)計(jì)問題合理的解決方案。 機(jī)電產(chǎn)品或非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備中的機(jī)械精度、機(jī)械傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等技術(shù)難點(diǎn)的解決原理、方法和知識(shí)。參考文獻(xiàn)，方案原理、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)、審題表、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)要求3設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案 3.1掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝和機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、方法和流程，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝和機(jī)電控制領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案； 課程目標(biāo)2 總體方案設(shè)計(jì)，多方案對(duì)比分析 目標(biāo)2：能運(yùn)用機(jī)械工程知識(shí)和方法，通過文獻(xiàn)研究比較分析，給出畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的設(shè)計(jì)路線或技術(shù)方案。 參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶要求提出初始設(shè)計(jì)方案。 開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3.2能結(jié)合特定的工程需求分析，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)電控制等單元部件進(jìn)行設(shè)計(jì)并能夠在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)； 課程目標(biāo)3 設(shè)計(jì)計(jì)算、詳細(xì)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的創(chuàng)新之處 目標(biāo)3：使用理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新等構(gòu)建畢業(yè)設(shè)計(jì)的路線和方案。 結(jié)合企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目，應(yīng)用機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、方案分析與對(duì)比。方案可行性論證。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖紙 建模 3.3能夠進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和機(jī)械制造工藝流程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。 課程目標(biāo)4 設(shè)計(jì)中對(duì)滿足法律、環(huán)境、安全等要求的論述 目標(biāo)4：理解和分析機(jī)械項(xiàng)目的技術(shù)要求和用戶需求，考慮安全、環(huán)境、法律、經(jīng)濟(jì)因素，構(gòu)建最終技術(shù)方案并論證可行性，優(yōu)化最終設(shè)計(jì)。 進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和控制部分設(shè)計(jì)；機(jī)電液器件選型和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具 5.2能夠開發(fā)、選擇與使用仿真工具、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造分析軟件、及機(jī)電控制編程軟件對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造工藝和機(jī)電控制等有關(guān)的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、預(yù)測和模擬，并能理解其局限性； 課程目標(biāo)5 有應(yīng)用分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、模擬、仿真的內(nèi)容 目標(biāo)5：能夠利用各類軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)構(gòu)計(jì)算，有限元仿真，模流分析、機(jī)床切削模擬等計(jì)算模擬，并對(duì)工程問題進(jìn)行分析，優(yōu)化或并與理論計(jì)算相比較，得到結(jié)果并認(rèn)識(shí)到其運(yùn)算結(jié)果只是對(duì)設(shè)計(jì)理想狀態(tài)的模擬并具有局限性。 設(shè)計(jì)說明書 圖紙 5.3能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)、文獻(xiàn)檢索工具獲取信息 課程目標(biāo)6 檢索資料 目標(biāo)6：熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等信息資源獲得信息，使用獲得的資訊。合理使用現(xiàn)代專業(yè)軟件完成專業(yè)內(nèi)容設(shè)計(jì)。 利用知網(wǎng)等計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)工具等現(xiàn)代信息技術(shù)、文獻(xiàn)檢索工具獲取與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的資料。開題報(bào)告、說明書使用autocad、catia完成圖紙的繪制。 畢業(yè)要求6：標(biāo)準(zhǔn)6工程與社會(huì) 6.2能夠分析評(píng)價(jià)機(jī)械工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、生產(chǎn)過程以及復(fù)雜工程問題的解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。 課程目標(biāo)7 說明本課題對(duì)社會(huì)的影響 目標(biāo)7：通過分析和評(píng)價(jià)機(jī)械工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、生產(chǎn)過程對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響。 考慮項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造過程對(duì)生產(chǎn)企業(yè)上下游的影響，理解項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)的社會(huì)、健康、安全、法律以及文化意義。開題報(bào)告、說明書 畢業(yè)要求7：工程與社會(huì) 環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展 7.2能夠從環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度，評(píng)價(jià)機(jī)械產(chǎn)品全生命周期中對(duì)環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。 課程目標(biāo)8 本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在使用過程中能源消耗、環(huán)境影響 目標(biāo)8：具有能夠結(jié)合設(shè)計(jì)項(xiàng)目，預(yù)期環(huán)境政策和可持續(xù)發(fā)展等產(chǎn)業(yè)政策因素對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中方案、路線及產(chǎn)品生命周期的影響并依照預(yù)期對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目做出修改的能力。 從企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)的角度，理解環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等產(chǎn)業(yè)政策對(duì)設(shè)計(jì)的影響并依照發(fā)展規(guī)律對(duì)設(shè)計(jì)做出修改。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)要求10：溝通 10.2具備撰寫技術(shù)報(bào)告、設(shè)計(jì)工程圖紙、制作演示文稿等書面表達(dá)能力； 課程目標(biāo)9 書面口頭表達(dá)能力 目標(biāo)9：能通過口頭及書面方式進(jìn)行有效溝通和交流，具備撰寫技術(shù)報(bào)告、設(shè)計(jì)演示文稿、陳述發(fā)言、答辯等能力。 使用office撰寫技術(shù)報(bào)告、設(shè)計(jì)演示文稿、陳述發(fā)言、答辯。撰寫開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯PPT、答辯發(fā)言 10.3具具備一定的國際視野，具有英語聽說讀寫的基本能力，能在跨文化背景下就專業(yè)問題進(jìn)行溝通和交流。了解機(jī)械工程專業(yè)領(lǐng)域的國際技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)，理解和尊重世界不同文化的差異性和多樣性。 課程目標(biāo)10 外語能力、國外技術(shù)的發(fā)展 目標(biāo)10：具有使用外語進(jìn)行跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)文件翻譯、書寫的能力。并能理解不同區(qū)域、國家、文化對(duì)知識(shí)和能力的影響和要求，具有跟隨國際技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)的能力。 外文翻譯，設(shè)計(jì)說明書中英文摘要 畢業(yè)要求11項(xiàng)目管理 11.3能夠?qū)⒐こ坦芾碓?、技術(shù)經(jīng)濟(jì)決策方法應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)活動(dòng)中。 課程目標(biāo)11 模仿企業(yè)做項(xiàng)目的過程，寫出項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程、項(xiàng)目的階段管理計(jì)劃、項(xiàng)目成本核算與分析 目標(biāo)11：認(rèn)識(shí)并熟悉機(jī)械行業(yè)中一個(gè)機(jī)械工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施流程，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中按照項(xiàng)目規(guī)劃及實(shí)施。 在說明書中增加一節(jié)，寫有關(guān)設(shè)計(jì)題目的項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟(jì)成本核算分析內(nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)要求12：自主學(xué)習(xí) 12.1能認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，理解不斷學(xué)習(xí)的必要性，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)； 課程目標(biāo)12 先進(jìn)的技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用或論述 目標(biāo)12：理解技術(shù)進(jìn)步對(duì)知識(shí)和能力的影響和要求，具有跟蹤和識(shí)別本學(xué)科新知識(shí)發(fā)展和新研究的意識(shí)。 學(xué)習(xí)企業(yè)項(xiàng)目所需要的專業(yè)知識(shí)和能力，軟件使用能力，非標(biāo)自動(dòng)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力；畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12.2具有自主學(xué)習(xí)能力，掌握自主學(xué)習(xí)的方法，能夠有效拓展知識(shí)和能力。效拓展知識(shí)和能力； 課程目標(biāo)13 為完成該設(shè)計(jì)，自學(xué)拓展了什么知識(shí)并應(yīng)用在設(shè)計(jì)中 目標(biāo)13：掌握自主獲取學(xué)科專業(yè)知識(shí)信息的方法，自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)學(xué)科專業(yè)知識(shí)和適應(yīng)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。 使用互聯(lián)網(wǎng)、書籍、媒體學(xué)習(xí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 論文題目： 箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 班級(jí)名稱 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 教師職稱 學(xué) 歷 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目 箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 任務(wù)書下發(fā)日期 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容： 本設(shè)計(jì)的題目是：箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì) 涉及的具體內(nèi)容是：總體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；工件的傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械手的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；工件的夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；開題報(bào)告1份；外文翻譯1份；設(shè)計(jì)說明書1份；手工繪圖1張等。 本設(shè)計(jì)的背景：題目來源于吉林省東元精密機(jī)械有限公司，本設(shè)計(jì)是應(yīng)用專業(yè)知識(shí)完成箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)備的設(shè)計(jì)。隨著港口包裝箱吞吐量迅速增加,堆場迫切要求提高港口作業(yè)效率。影響港口堆場作業(yè)效率的主要因素之一是過多的翻箱作業(yè)。本設(shè)計(jì)針對(duì)后方堆場,根據(jù)包裝箱初始位置將影響提箱翻箱量,以普通箱的堆碼運(yùn)送轉(zhuǎn)移問題為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一款包裝箱自動(dòng)碼垛運(yùn)送轉(zhuǎn)移設(shè)備 開題報(bào)告要求：研究項(xiàng)目的意義；國內(nèi)外的發(fā)展情況；研究項(xiàng)目的內(nèi)容；項(xiàng)目的技術(shù)要求；設(shè)計(jì)總體方案；設(shè)計(jì)技術(shù)路線；進(jìn)度安排。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書要求：說明書應(yīng)包括標(biāo)題、摘要、目錄、前言、正文、結(jié)論、總結(jié)與體會(huì)、謝辭、參考文獻(xiàn)、附錄等。 正文內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)方案論證；計(jì)算部分；設(shè)備及產(chǎn)品選型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安裝布置設(shè)計(jì)；樣機(jī)或試件測試、方案的校驗(yàn)等（可無）。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目內(nèi)容對(duì)應(yīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程目標(biāo)情況說明 課程目標(biāo)1 在開題和說明書的完成過程中需要查找資料，收集分析判斷解決箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手的工作原理，為完成方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 參考文獻(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、審題表、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)2 參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)用戶要求提出初始設(shè)計(jì)要求和相應(yīng)查找的標(biāo)準(zhǔn)等提出多種可行方案，通過方案對(duì)比分析，模擬驗(yàn)證等確定和完成解決方案。 開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)3 在箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要依照機(jī)械手的國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新等設(shè)來完成本機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖紙 建模 課程目標(biāo)4 在理解和分析客戶需求和技術(shù)要求的前提下，考慮設(shè)計(jì)裝置安全保護(hù)，通過設(shè)置導(dǎo)線防護(hù)罩等裝置提高設(shè)備的安全性，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)因素，為客戶和生產(chǎn)廠家提供最優(yōu)設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)5 利用 CATIA或者Solidworks軟件完成產(chǎn)品的零件建模和裝配，在裝配過程中進(jìn)行干涉驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行分析和優(yōu)化。 設(shè)計(jì)說明書 圖紙 課程目標(biāo)6 利用知網(wǎng)等計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)工具等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)文獻(xiàn)檢索，獲取與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的資料。 利用catia等現(xiàn)代技術(shù)工具完成圖紙的繪制，模型建立。 課程目標(biāo)7 在說明書和開題報(bào)告的完成過程中，考慮箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手對(duì)港口運(yùn)輸?shù)挠绊懖⒔o與論述，理解箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手的設(shè)計(jì)對(duì)港口運(yùn)輸行業(yè)的意義。 開題報(bào)告、說明書 課程目標(biāo)8 結(jié)合箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì)項(xiàng)目，要考慮在設(shè)計(jì)過程中箱式工件的尺寸大小和應(yīng)用場合的不同，在設(shè)計(jì)中,考慮對(duì)箱式工件拾取的適應(yīng)性或針對(duì)未來可能使用型號(hào)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性或模塊化設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)9 使用 office 組件撰寫技術(shù)報(bào)告，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中通過專業(yè)術(shù)語與指導(dǎo)教師進(jìn)行交流，闡述設(shè)計(jì)內(nèi)容，與指導(dǎo)老師交流設(shè)計(jì)不明了的地方，聽取指導(dǎo)老師指導(dǎo)。 撰寫開題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 PPT、答辯發(fā)言 課程目標(biāo)10 翻譯與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容切實(shí)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)文件，文獻(xiàn)，在設(shè)計(jì)說明書撰寫過程中翻譯摘要，以準(zhǔn)確的語言進(jìn)行具有使用外語進(jìn)行跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)文件翻譯、書寫的能力。并能理解不同區(qū)域、國家、文化對(duì)知識(shí)和能力的影響和要求，具有跟隨國際技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)的能力。 外文翻譯，設(shè)計(jì)說明書中英文摘要 課程目標(biāo)11 在說明書中專有一節(jié)，寫有關(guān)設(shè)計(jì)題目的項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理、經(jīng)濟(jì)成本核算分析內(nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)12 對(duì)于在設(shè)計(jì)過程中，項(xiàng)目所需要的專業(yè)知識(shí)和能力，軟件使用能力，非標(biāo)自動(dòng)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 課程目標(biāo)13 使用互聯(lián)網(wǎng)、書籍、媒體學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)或查找相關(guān)資料，自主學(xué)習(xí)，提高自身專業(yè)業(yè)務(wù)水平 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，設(shè)計(jì)成果 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要設(shè)計(jì)要求與技術(shù)參數(shù): （1）傳送帶長度到達(dá)3m，傳送帶速度30m/min。 （2）運(yùn)動(dòng)速度：X-50m/min ，Z-20m/min。 （3）搬運(yùn)的箱體工件重量可達(dá)25kg。 （4）搬運(yùn)工件長度730mm，寬度680mm，高度905mm。 （5）定位精度±0.1。 （6）工件夾持為氣動(dòng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的成果要求: 方案設(shè)計(jì)合理、可行、經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊；元件選擇正確、合理；在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行傳動(dòng)計(jì)算、功率分析、效率計(jì)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中要廣泛查閱有關(guān)資料、圖冊(cè)、綜合應(yīng)用。 機(jī)械結(jié)構(gòu)總裝配圖（A0一張）；零件圖若干（折合A0二張，A1一張）；開題報(bào)告1份（3000字以上）；外文翻譯1份（原文單詞3000以上）；設(shè)計(jì)說明書1份（1.5萬字以上）； 其中1張為手工繪圖，其它為計(jì)算機(jī)繪圖，將所有設(shè)計(jì)資料電子版刻制成一張光盤。 主要參考文獻(xiàn)： [1] 譚慶昌 趙洪志主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.高等教育出版社，2004.7； [2] 毛謙徳 李振清主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1； [3] 蒲良貴. 機(jī)械原理.北京：高等教育出版社.2006 [4] 朱龍根 主編．《簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》.(第二版)機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8； [5] 許福玲 陳堯明. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5 [6] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).液壓傳動(dòng)與控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [7] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).密封件、密封與潤滑[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [8] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).氣壓傳動(dòng)與控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [9] 劉小年,郭克希主編.機(jī)械制圖（機(jī)械類、近機(jī)類）.機(jī)械工業(yè)出版社，2004.10。 [10] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)第3版，機(jī)械工業(yè)出版社.2008. 任務(wù)書編制教師（簽章）： 2020年 3 月 1日 教研室審核意見: 教研室主任(簽章): 2020 年 3 月 1 日 學(xué)院審核意見: 學(xué)院院長(簽章): 2020 年 3 月 1 日 備注 注：任務(wù)書中的數(shù)據(jù)、圖表及其他文字說明可作為附件附在任務(wù)書后面，并在主要要求中標(biāo)明：“見附件” Context-Dependent Compensation Scheme to Reduce Trajectory Execution Errors for Industrial Manipulators 用前后參照補(bǔ)償方案減少工業(yè)機(jī)械手的軌跡執(zhí)行誤差 資料來源：2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA)Palais des congres de Montreal, Montreal, Canada,May 20-24, 2019 設(shè)計(jì)題目： 箱式工件轉(zhuǎn)移機(jī)械手設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 班級(jí)名稱 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 教師職稱 完成時(shí)間 8 摘要 當(dāng)前，由于機(jī)器人模型不準(zhǔn)確，執(zhí)行器錯(cuò)誤和控制器限制而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，自動(dòng)生成的軌跡無法直接用于需要執(zhí)行高精度的任務(wù)。這些軌跡通常需要手動(dòng)優(yōu)化。這在小批量生產(chǎn)中，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。更糟的是是，執(zhí)行誤差取決于軌跡和末端執(zhí)行器負(fù)載的性質(zhì)，因此無法設(shè)計(jì)出通用的自動(dòng)補(bǔ)償方案來減少軌跡誤差。本文提出了一種用于分析給定軌跡，對(duì)給定軌跡的一小部分執(zhí)行探索性物理運(yùn)行以及基于測量數(shù)據(jù)試驗(yàn)補(bǔ)償方案的方法。試驗(yàn)型補(bǔ)償方案是參照前后的運(yùn)行軌跡以用于減少執(zhí)行誤差。我們已經(jīng)通過進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)證明了這種方法的可行性。 1. 介紹 機(jī)器人的可重復(fù)性衡量了機(jī)器人在負(fù)載配置不變的情況下可以精確地返回到先前訪問過（或教過的）工作空間配置（例如末端執(zhí)行器的位置和方向）。當(dāng)工業(yè)機(jī)械手使用反饋控制在給定的負(fù)載配置下移動(dòng)時(shí)，它在受控環(huán)境（例如典型的工廠車間或辦公室環(huán)境）中不會(huì)遇到意料之外的干擾。因此，執(zhí)行相同的運(yùn)動(dòng)命令會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)軌跡相同的結(jié)果。大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手具有出色的重復(fù)性，它們可以以低錯(cuò)誤返回到相同的工作空間位置 機(jī)器人的準(zhǔn)確性衡量了機(jī)器人可以達(dá)到指定工作空間配置的精度。這需要進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算以計(jì)算關(guān)節(jié)角，并使用反饋控制器來獲得所需的關(guān)節(jié)值。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差（例如，連桿尺寸，平行度，正交性誤差等），關(guān)節(jié)誤差（例如，傳感器誤差等）和非運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差（例如，連桿剛度，齒輪間隙等）[1] 導(dǎo)致偏離末端執(zhí)行器預(yù)期的位置。這種偏差被認(rèn)為是路徑誤差，而準(zhǔn)確性是該誤差的衡量。此外，當(dāng)機(jī)器人正在跟蹤軌跡時(shí)，由于控制器的原因，機(jī)器人到達(dá)配置時(shí)可能會(huì)有延遲。為避免振蕩，機(jī)器人中使用的PID（比例積分微分）控制器通常在過阻尼狀態(tài)下運(yùn)行，這會(huì)導(dǎo)致跟蹤性能下降。到達(dá)配置的時(shí)間延遲被認(rèn)為是軌跡跟蹤誤差。 對(duì)于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人而言，可重復(fù)性遠(yuǎn)勝于準(zhǔn)確性。當(dāng)今行業(yè)中最常見的機(jī)器人編程方法是使用示教器手動(dòng)將機(jī)器人引導(dǎo)至所需配置并記錄與所需配置關(guān)聯(lián)的關(guān)節(jié)角度。然后在執(zhí)行過程中回放記錄的配置。這種操作模式充分利用了機(jī)器人的高重復(fù)性，避免了直接跟蹤計(jì)算軌跡時(shí)精度低的問題。但是，在許多應(yīng)用中，例如機(jī)器人[2]-[5]的增材制造，機(jī)器人精加工[6]，機(jī)器人復(fù)合材料鋪層[7]或移動(dòng)操縱[8]常常需要通過掃描或CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）文件自動(dòng)生成機(jī)器人軌跡。這些軌跡通常需要人工細(xì)化。這在小批量生產(chǎn)上在經(jīng)濟(jì)上不可行。參考在移動(dòng)的工件上雕刻圓形圖案的示例（見圖1）。圖1中所示的參考軌跡用于執(zhí)行此操作。圖1顯示由于執(zhí)行錯(cuò)誤，圓中存在很大的缺陷。而我們需要自動(dòng)軌跡補(bǔ)償方法。 圖1：實(shí)際演示關(guān)節(jié)機(jī)器人中執(zhí)行錯(cuò)誤的實(shí)際設(shè)置，設(shè)置原理圖和參考軌跡 圖1 / 在機(jī)床和3D（3維）打印機(jī)中，有了參照前后軌跡的補(bǔ)償方法，該方法可以校正計(jì)算的軌跡以準(zhǔn)確地考慮硬件的可變性。我們使用這項(xiàng)前后參照的補(bǔ)償方案，是因?yàn)檠a(bǔ)償方法適用于各種軌跡和工件位置（例如，前后無關(guān)的DH（Denavit-Hartenberg）參考補(bǔ)償方案，用于使機(jī)器人在任何給定的情況下都能獲得較高的精度軌跡[9]，[10]）。這些方法的成功取決于這樣一個(gè)事實(shí)，即不同關(guān)節(jié)引入的誤差是彼此獨(dú)立的。然而，由于關(guān)節(jié)之間的耦合，這種方法在多關(guān)節(jié)機(jī)器人上的應(yīng)用限制了精度的提高。獨(dú)立于前后參照的補(bǔ)償方案的另一個(gè)嚴(yán)重缺陷是它們不能動(dòng)態(tài)地考慮末端執(zhí)行器所承受的負(fù)載。顯然，前后參照補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔ诖蠖鄶?shù)情況下不會(huì)提高準(zhǔn)確性。在本文中，我們提出這種參照前后補(bǔ)償（C-DC）方案，旨在減少給定軌跡執(zhí)行中的錯(cuò)誤。重要的是要注意，我們的補(bǔ)償方案獨(dú)特地迎合了任何給定的軌跡，并適應(yīng)了任何給定的末端執(zhí)行器負(fù)載。 我們的方法分析給定的軌跡，選擇軌跡的很小一部分，并使用此選定的軌跡進(jìn)行首次探索性運(yùn)行。在第一次探索性運(yùn)行的執(zhí)行過程中測量誤差，并使用該誤差數(shù)據(jù)自動(dòng)設(shè)計(jì)補(bǔ)償方案。通過使用小的軌跡樣本執(zhí)行第二次探索性運(yùn)行，可以驗(yàn)證本文的補(bǔ)償方案。最后，在完整軌跡的執(zhí)行過程中采用補(bǔ)償方案以減少執(zhí)行誤差。探索性軌跡的執(zhí)行增加了總體軌跡的執(zhí)行時(shí)間。我們的目標(biāo)是在探索性運(yùn)行過程中使用軌跡的最小可能部分，以最大程度地減少總體軌跡執(zhí)行時(shí)間的增加。結(jié)果顯而易見，有可能研究出一種前后參照的補(bǔ)償方案，該方案可以顯著減少軌跡執(zhí)行錯(cuò)誤，同時(shí)將總體執(zhí)行時(shí)間僅增加10％。這項(xiàng)工作可以在需要高軌跡執(zhí)行精度的應(yīng)用程序中使用自動(dòng)生成的軌跡。此外，即使不使用工業(yè)機(jī)器人的控制器，我們的補(bǔ)償方案也能正常工作。 相關(guān)工作 前后參照的軌跡誤差補(bǔ)償?shù)难芯恐饕性趦蓚€(gè)領(lǐng)域：（1）校正軌跡路徑誤差和（2）校正軌跡跟蹤時(shí)間。 長期以來，一直在研究機(jī)器人的前后無關(guān)路徑和定位誤差校正[11]-[19]。通常，通過估計(jì)整個(gè)機(jī)器人工作空間中的路徑錯(cuò)誤并在執(zhí)行任何軌跡之前進(jìn)行補(bǔ)償，來完成機(jī)器人的前后無關(guān)的路徑錯(cuò)誤校正。 Alici和Shirinzadeh通過使用諸如傅立葉多項(xiàng)式和普通多項(xiàng)式之類的分析函數(shù)來估計(jì)機(jī)械手的路徑誤差 [20]。 Aoyagi等人則使用非線性最小二乘法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來估計(jì)路徑誤差[21]。最近，Nguyen等人采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來估計(jì)路徑誤差[22]。所有這些方法雖然在機(jī)械手的整個(gè)工作空間中都是有效的，但它們不能保證在任何端部執(zhí)行器負(fù)載下所有可能軌跡的誤差減少。此外，它們?cè)诼窂秸`差估計(jì)中沒有考慮軌跡的時(shí)間跟蹤問題。 大多數(shù)前后無關(guān)的軌跡跟蹤誤差校正的研究都是在軌跡執(zhí)行時(shí)進(jìn)行的[23]，[24]。 Steinhauser和Swevers已經(jīng)使用了迭代學(xué)習(xí)控制方案來減少工業(yè)機(jī)器人的路徑時(shí)間跟蹤誤差[25]。kali等人提出使用具有時(shí)間延遲估計(jì)的超扭曲算法來實(shí)現(xiàn)高精度的軌跡跟蹤[26]。baek等人目前提出了一種自適應(yīng)時(shí)間延遲控制方案，以提高機(jī)械手的時(shí)間跟蹤性能[27]。 Jin等人已經(jīng)使用了Takagi-Sugeno-Kangfuzzy控制系統(tǒng)來增強(qiáng)機(jī)器人的跟蹤性能[28]。 Li等人使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)軌跡跟蹤控制，然后使用DNN控制軌跡并減少跟蹤誤差[29]。 在本文中，我們僅利用給定的軌跡設(shè)計(jì)一種補(bǔ)償方案，該補(bǔ)償方案可為給定的軌跡提供更準(zhǔn)確的執(zhí)行軌跡。而且，它不需要連續(xù)的反饋來減少軌跡跟蹤誤差。 問題表述 給定工業(yè)機(jī)械手（M）的輸入軌跡（Τ={（Pi,Ti,Xi）}i=1n）其中Pi =(Xi,Yi,Zi)∈R3是路徑點(diǎn)，T ∈ R是時(shí)間，Xi =(αi,βi,γi)∈S3是要執(zhí)行的方向)。 我們假設(shè)操縱器在末端執(zhí)行器負(fù)載（L）下運(yùn)行，并且在反饋控制下運(yùn)行。需要設(shè)計(jì)一種C-DC方案（S），該方案可以為任何給定的機(jī)器人操縱器生成一條補(bǔ)償軌跡（Τ*），這樣，機(jī)器人操縱器的控制器將通過執(zhí)行補(bǔ)償軌跡來實(shí)現(xiàn)輸入軌跡方面的改進(jìn)精度性能。 我們希望C-DC方案執(zhí)行以下四個(gè)任務(wù)： l 分析給定的輸入軌跡，并根據(jù)軌跡的特征對(duì)軌跡的路徑點(diǎn)（{Pi}i=1n）進(jìn)行分類。 l 相對(duì)于分類特征對(duì)給定的輸入軌跡進(jìn)行采樣，以便為每個(gè)特征分類包括足夠的采樣點(diǎn)（Ps）。然后執(zhí)行采樣軌跡（Τs），其中包含給定機(jī)器人上的所有采樣點(diǎn)，以收集執(zhí)行軌跡數(shù)據(jù)/讀數(shù)（Τses）。 l 使用ΤS和Τses系列補(bǔ)償算法（A）。使用該系列后的A執(zhí)行采樣的補(bǔ)償軌跡（ΤS*）并驗(yàn)證結(jié)果。 l 使用相同的的A系列方法來補(bǔ)償軌跡Τ并生成Τ*。最后，對(duì)給定的應(yīng)用執(zhí)行Τ*以實(shí)現(xiàn)高精度。 方法 為了減少軌跡誤差，任何方案都必須首先校正路徑誤差（即，末端執(zhí)行器相對(duì)于機(jī)器人參考系的（P）笛卡爾坐標(biāo)）和時(shí)間跟蹤誤差（即末端執(zhí)行器接近該位置的時(shí)間（T）） 。此外，對(duì)于在其末端執(zhí)行器上具有方向DOF（自由度）的任何機(jī)械手，都需要進(jìn)行方向校正，即，（X）歐拉角校正。我們提出以下C-DC方案以減少錯(cuò)誤。 軌跡分析與分類 給定的輸入軌跡包含一系列路徑點(diǎn)。在每個(gè)點(diǎn)（Pi），我們可以定義一個(gè)傳入單位矢量（Vic= Pi — Pi-1）和一個(gè)傳出矢量（Vio = Pi +1— Pi =（ ?xi,?yi,?zi））。這些向量之間的角度（ζi= <（vic，vi0））是該點(diǎn)方向變化的體現(xiàn)。ζ越小，機(jī)械手連桿的動(dòng)量變化越大。ζ在路徑錯(cuò)誤上很強(qiáng)的影響。我們選擇ζ作為分類特征。 在由操作員分析軌跡之后，將ζ∈ [0，π]這個(gè)范圍分為三組。操作員選擇這三組，以便在這三組中包含整個(gè)ζ的范圍，并且點(diǎn)在這三組中幾乎相等地分布。根據(jù)相應(yīng)的值將輸入軌跡路徑點(diǎn)分為相似的組。 軌跡采樣與運(yùn)行 對(duì)分類的點(diǎn)進(jìn)行采樣，以確保每個(gè)分類都有足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且在特定分類中捕獲所有軌跡形狀特征，即在特定分類中進(jìn)行統(tǒng)一采樣。這些采樣路徑點(diǎn)（Ps）用于生成采樣軌跡。在給定的末端執(zhí)行器負(fù)載下，在任何給定的機(jī)器人上執(zhí)行采樣軌跡，以生成具有路徑點(diǎn)（Psex）的Τsex。 算法選擇，訓(xùn)練和驗(yàn)證 第二節(jié)討論了研究人員過去用來解決機(jī)器人操縱器軌跡校正問題的子集的不同算法。我們?cè)贑-DC方案中選擇了ANN（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），因?yàn)樗軌蚝芎玫乇平蔷€性函數(shù)[30]（例如，使用ANN預(yù)測的徑向基函數(shù)[31]）。當(dāng)僅需要稀疏的運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)，它還可以加快運(yùn)行時(shí)間。 盡管在我們的設(shè)置中可以使用DNN（深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）[32]，但我們選擇了淺層ANN，因?yàn)橹荒軓慕o定的軌跡中獲得有限的運(yùn)行數(shù)據(jù)。另一個(gè)好處是，有限地使用機(jī)器人來收集運(yùn)行數(shù)據(jù)還可以保持機(jī)器人的整體利用率，這在工業(yè)環(huán)境中至關(guān)重要。 對(duì)于給定的輸入軌跡，我們限定機(jī)器人操作來研究時(shí)間比率（TRΤ），即TRΤ= time（Τs）/ time（Τ）。三種不同類型的ANN用于路徑錯(cuò)誤校正（Path-Net），時(shí)間跟蹤（Time-Net）和方向校正（Orient-Net），如圖2所示。 圖2：設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)序列按C-DC方案中的數(shù)據(jù)流順序排列 路徑誤差校正ANN（Path-Net） path-Net專注于通過機(jī)械手末端執(zhí)行器校正執(zhí)行的路徑。假設(shè)在執(zhí)行軌跡的任何一點(diǎn)上，末端執(zhí)行器TCP（工具中心點(diǎn)）與給定點(diǎn)i（Pi）的偏差為δxi，δyi和δzi。 Path-Net的目標(biāo)是估計(jì)該偏差并通過提供一個(gè)校正點(diǎn)i *進(jìn)行補(bǔ)償，使得x i* = xi-δxi，y i* = yi-δyi和z i* = zi-δzi。這些補(bǔ)償?shù)闹禍p小了該點(diǎn)處的軌跡的路徑誤差。Path-Net可以用于提供每個(gè)點(diǎn)偏差的高精度估算。因此，通過遍歷輸入路徑點(diǎn)的序列，我們的Path-Net會(huì)生成一系列校正后的路徑點(diǎn)。 特征選擇：與路徑網(wǎng)有關(guān)的相關(guān)特征是x，y，z，T，?x，?y和?z，機(jī)械手的關(guān)節(jié)角度（θ =（θ1，θ2，……，θn），其中n是關(guān)節(jié)數(shù)）和到達(dá)點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)之間的機(jī)器人關(guān)節(jié)角度差（對(duì)于點(diǎn)I,?θi =（θi+1-θi）），通過許多實(shí)驗(yàn)，我們觀察到任何涉及時(shí)間的特征都會(huì)導(dǎo)致擬合不足，并且包含關(guān)節(jié)角度的特征導(dǎo)致過度擬合，所以選擇x，y，z，?x，?y和?z作為路徑網(wǎng)的特征。 路徑網(wǎng)如圖2所示。淺層ANN由輸入層中的6個(gè)神經(jīng)元和輸出層中的3個(gè)神經(jīng)元組成（由輸入和輸出的數(shù)量決定）。我們確定淺層隱藏層中神經(jīng)元的數(shù)量。通過應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的修剪規(guī)則進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[33]。 時(shí)間誤差校正（Time-Net） 對(duì)于軌跡上時(shí)間T的給定點(diǎn)i（Pi），到達(dá)下一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間分配為?t，=（Ti+1 -Ti）。事實(shí)上，到達(dá)下一個(gè)點(diǎn)需要花費(fèi)一些額外的時(shí)間?ti。Time-Net的目的是預(yù)測時(shí)間延遲并提供校正的時(shí)間?ti* = ?ti，— δti。 特征的選擇：我們考慮以下時(shí)間網(wǎng)絡(luò)的特征：x，y，z，T，?x，?y，?z和?t。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，我們決定給時(shí)間網(wǎng)應(yīng)包括行進(jìn)距離的概念以及為此分配的時(shí)間，以便對(duì)軌跡進(jìn)行正確的時(shí)間跟蹤，因此，將?x，?y，?z和?t選擇為時(shí)間網(wǎng)的特征。 方向誤差校正ANN（Orient-Net） orient-Net通過從α，β和γ預(yù)測補(bǔ)償?shù)腅uler角α*，β*和γ*來校正末端執(zhí)行器的定位誤差。在這項(xiàng)工作中，我們不提供Orient-net的測試結(jié)果。我們計(jì)劃將其包含在未來的工作中。 由于每個(gè)ANN（路徑網(wǎng)，時(shí)間網(wǎng)和方向網(wǎng)）都是經(jīng)過設(shè)計(jì)的，因此我們可以形成ANN序列（All-Net，見圖2）來校正機(jī)器人操縱器的軌跡，它由一個(gè)時(shí)間組成。然后是三個(gè)Path-Netsin系列（每個(gè)Path-Net對(duì)來自每個(gè)δ組的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試），最后是Orient-Net。通過ANN序列來運(yùn)行校正整個(gè)軌跡。函數(shù)擬合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于形成ANN序列，并使用Levenberg-Marquardt算法[34]，[35]對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。之所以選擇該計(jì)算算法是因?yàn)樗目焖偈諗啃院团c該應(yīng)用程序的其他算法（例如，貝葉斯正則化，梯度下降等）相比具有更好的性能。為了驗(yàn)證計(jì)算后的算法，對(duì)隨機(jī)選擇的ts的10％進(jìn)行補(bǔ)償和執(zhí)行以查看軌跡誤差減少量。 軌跡補(bǔ)償與執(zhí)行 最后，對(duì)整個(gè)輸入軌跡進(jìn)行采樣，并通過計(jì)算的ANN序列，以生成補(bǔ)償軌跡（見圖3）。補(bǔ)償?shù)能壽E被反饋送到機(jī)器人的控制器中，并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)。 在我們的C-DC方法中，軌跡特征分類是一種新穎而關(guān)鍵的特征，因?yàn)樗梢杂米钌俚脑囼?yàn)樣本來補(bǔ)償形狀不規(guī)則且工作面積較大的軌跡。這使我們可以將軌跡補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人使用率保持不到10％的增長（請(qǐng)參閱第V節(jié)）。 圖 3 結(jié)果 我們提出的參考補(bǔ)償方法在ABB IRB 2600-20 / 1.65 6自由度工業(yè)機(jī)器人操縱器上進(jìn)行了測試。 ABB IRB 2600是一款中型工業(yè)機(jī)械手，在清潔/噴涂，材料分配等方面具有關(guān)鍵應(yīng)用。根據(jù)ISO 9293，該機(jī)械手的線性路徑重復(fù)性為0.13 mm，非線性路徑精度為0.55 mm [36]。機(jī)器人控制器通過ABB RobotStudio 6.07軟件進(jìn)行編程。計(jì)算機(jī)和機(jī)器人控制器之間的通信通過Python腳本進(jìn)行。軌跡生成，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，補(bǔ)償軌跡生成以及數(shù)據(jù)分析均使用MATLAB進(jìn)行。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)置中使用的每個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大約400到800個(gè)訓(xùn)練向量，每個(gè)分類至少分配80個(gè)訓(xùn)練向量（這些向量捕獲軌跡方向的變化），最大歷時(shí)限制為15000，試驗(yàn)，驗(yàn)證，和測試比率分別固定為0.70、0.15和0.15。 為了分析和繪制Τ和Τ*的性能，本節(jié)中使用以下方程式： l 軌跡上點(diǎn)i的路徑誤差（Ei）是實(shí)際點(diǎn)與執(zhí)行點(diǎn)i之間的歐式距離，Ei =（δxi2+δyi2+ δzi2）0.5 l 滯后誤差（軌跡上的點(diǎn)i = 0,1，... N的Li是到達(dá)該點(diǎn)i所需的總時(shí)間與從該軌跡開始處分配給該點(diǎn)i的總時(shí)間之間的差，Li =∑ij=1δt l 軌跡的平均路徑誤差（APE），最大路徑誤差（MPE）和總滯后誤差（TLE）為APE = min（Ei）; MPE = max（Ei）; eTLE = LN A. .使用激光跟蹤儀讀數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 圖 4 激光跟蹤器測量τ和τ*的圓軌跡誤差與軌跡檢查點(diǎn)的關(guān)系 我們使用了基于激光的跟蹤系統(tǒng)來測試我們的C-DC方案。 Leica絕對(duì)跟蹤儀AT960 [37]和6自由度Leica T-Mac（跟蹤儀-機(jī)器控制傳感器）[38]用于執(zhí)行精度測量。該跟蹤器利用干涉儀（IFM）和絕對(duì)距離儀（ADM）技術(shù)來高速，準(zhǔn)確地測量運(yùn)動(dòng)末端執(zhí)行器。 Leica T-Mac安裝在機(jī)器人操縱器的末端執(zhí)行器上。如圖4所示，將AT960激光跟蹤儀放置在距離機(jī)器人基座約2.5 m的位置。機(jī)器人操縱器補(bǔ)償了末端執(zhí)行器工具（T-Mac加上安裝適配器）的重量，并且工具中心點(diǎn)為校準(zhǔn)為T-MAC反射鏡的中心。所描述的設(shè)置具有±15 pm的測量不確定度。從激光跟蹤儀以50 Hz的采樣率獲得讀數(shù)，并相對(duì)于跟蹤儀參考系進(jìn)行讀取。對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，以獲得相對(duì)于機(jī)器人工作空間參考系的軌跡。預(yù)處理的激光跟蹤器讀數(shù)用于訓(xùn)練和分析C-DC方案的性能。 此設(shè)置用于評(píng)估通過使用建議的C-DC方案獲得的路徑誤差減少。測試了在2.5467 kg末端執(zhí)行器負(fù)載下的兩條短軌跡. 1) 圓形軌跡： 短的圓形軌跡t使用lasertracker讀數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。使用激光跟蹤器讀數(shù)獲得的補(bǔ)償軌跡t *和輸入軌跡t中的路徑誤差繪制在圖5中。平均路徑誤差和最大路徑誤差列于表I。 Type Trajectory cape (mm) cmpe (mm) Circular T 0.3424 0.6737 r* (proposed) 0.1990 0.3673 Reduction (%) 41.88 45.48 Non-Planar T 0.3976 1.1326 r* (proposed) 0.1964 0.4955 Reduction (%) 5060 56.25 表I：使用激光跟蹤儀測量的圓形軌跡和非平面3D打印層軌跡的平均路徑誤差和最大路徑誤差。