Festo六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)二次開發(fā)含SW三維圖,festo,工業(yè),機械手,結(jié)構(gòu)設(shè)計,控制系統(tǒng),二次開發(fā),sw,三維 附錄Ⅰ：外文翻譯 工業(yè)機器人自適應(yīng)控制系統(tǒng) Marko ?vacoa*, Bojan ?ekoranjaa, Bojan Jerbi a 摘 要：本文提出了一種自適應(yīng)多智能體機器人裝配系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了先進的工業(yè)設(shè)備， 在高度非自動化的環(huán)境中執(zhí)行各種裝配任務(wù)，無需中央控制。本文重點在于解決特定問題的開發(fā)方法。人機交互是一種正在開發(fā)中的應(yīng)用，通過機器人上的復(fù)雜傳感器，使機器人裝配系統(tǒng)能與人類操作員緊密協(xié)作。其中活躍的語音命令和提示對人機交互有了很大幫助。另一個是與未知物體的裝配問題，機器人能在簡單的情況下自主解決。介紹了實際裝配應(yīng)用以及正在開發(fā)的應(yīng)用， 視覺系統(tǒng)，F(xiàn)/T 傳感器和其他感應(yīng)設(shè)備促進了非自動化環(huán)境中的操作。 關(guān)鍵詞：多智能體系統(tǒng) 機器人裝配 人機交互 1 介紹 為了應(yīng)對目前市場需求動態(tài)變化的趨勢，縮短產(chǎn)品生命周期和大量產(chǎn)品變更，需要在系統(tǒng)設(shè)計中采用新方法。從汽車到電子工業(yè)，裝配技術(shù)可以作為幾乎所有工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。目前已經(jīng)有了裝配技術(shù)的不斷發(fā)展。工業(yè)機器人，視覺系統(tǒng)，搬運和測量裝置等新型精密工具和機器已經(jīng)開發(fā)出來[1,2]。裝配技術(shù)的系統(tǒng)復(fù)雜程度是無疑是在增加。功能被添加到過去從未存在過的產(chǎn)品中。技術(shù)發(fā)展需要新穎的系統(tǒng)控制方法的相關(guān)發(fā)展。如今，在工業(yè)應(yīng)用中利用的系統(tǒng)控制原理從簡單的集中式單一目的系統(tǒng)到分布式靈活和自適應(yīng)系統(tǒng)。 本文提出了一種多代理機器人裝配系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性行為的嵌入式功能。最先進的工業(yè)設(shè)備用于在沒有中央控制機制的高度非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中執(zhí)行各種裝配任務(wù)。重點在于開發(fā)方法，解決這種機器人中的特定問題，裝配技術(shù)一直容易受到機器故障和部件缺陷的影響。經(jīng)典的工業(yè)系統(tǒng)通常在高度確定性的環(huán)境中運行。每個步驟都由中央系統(tǒng)控制器控制，這些控制器為所有單元同步動作。在復(fù)雜系統(tǒng)中，這種方法增加了時間以及部件準(zhǔn)備的資源。即使對該過程進行小的修改也會造成嚴(yán)重的干擾。因此， 已經(jīng)開發(fā)了各種方法和原理[3,4]，以支持這些系統(tǒng)在非確定性條件和環(huán)境中變得更加自主和可靠。 55 文獻[4]提出了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)內(nèi)部視覺參數(shù)的自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)視覺系統(tǒng)能夠在波動的光照條件下產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果，并且在實際裝配應(yīng)用中得到了促進。智能開發(fā)機器人[5]。具有動作和傳感能力的集成系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用潛力。機器人處理應(yīng)用中的一個長期問題是通過不發(fā)達(dá)的抓手來引入的。抓握能力的發(fā)展可以被看作是一個單獨的研究方向。各種各樣的試圖提供一個適用于多種應(yīng)用的通用夾具[6]。工具更換能力[7]對于解決大部分未定義的工作部件的問題更為明顯。為系統(tǒng)中的每個代理人選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ呖梢援a(chǎn)生令人滿意的結(jié)果。 本文提出了所有列舉的領(lǐng)域中的自適應(yīng)方法的協(xié)同作用。提出了一個繼續(xù)研究的總體目標(biāo)是提供一個完全可采用的技術(shù)裝配系統(tǒng)。在所提出的多代理系統(tǒng)中使用智能機器人（代理）作為骨干。各種傳感器和執(zhí)行器使這些智能代理能夠建立一個真實的環(huán)境表示。通過各種通信機制[8]，代理進行交互并能夠達(dá)成共識。 開發(fā)的多代理機器人系統(tǒng)不限于單一用途的機器，適用于不同的環(huán)境條件，因此可用于各種生產(chǎn)場景。中心部分由認(rèn)知代理[9]（機器人和機器）使用傳感器的環(huán)境以及與其他代理商的通信。通過在未知場景中提供適當(dāng)?shù)男袨?，多代理系統(tǒng)能夠?qū)σ馔獾淖兓龀龇磻?yīng)。在每個組件（代理）中嵌入認(rèn)知和行動能力的開發(fā)系統(tǒng)方法相比傳統(tǒng)的控制原理。在工業(yè)環(huán)境中向智能解決方案的轉(zhuǎn)變是創(chuàng)建自主技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟。為了提供這些解決方案，需要一系列確定的行動。針對這種系統(tǒng)的兩個孤立問題已經(jīng)得到解決。自適應(yīng)方法具有已被實施以解決未知事件另外還提出了人機交互方案的初始版本。 2 開發(fā)適應(yīng)性方法 2.1 系統(tǒng)設(shè)置 已開發(fā)的多智能體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過包含 8 個工業(yè)機器人，4 個傳輸系統(tǒng)，7 個視覺系統(tǒng)，2 個 F/T 傳感器，3 個 PLC 和自動換刀器的實際工業(yè)設(shè)置進行了測試和驗證，如圖 1 所示。 諸如 DeviceNet，Profibus 和 TCP/IP 等通信協(xié)議允許將不同的技術(shù)組件集成到系統(tǒng)中。 目前，該系統(tǒng)能夠完成兩種不同產(chǎn)品的裝配操作[10]。該裝配系統(tǒng)利用復(fù)雜的感應(yīng)功能，包括 2 個 F/T 傳感器，6 個攝像頭和一個 3D 激光投影視覺系統(tǒng)。這些代理包括解決 未知物體，人機接口和交互方案。多種感官設(shè)備允許代理人創(chuàng)建環(huán)境表示。 2.2 人機交互 人類和機器人之間的密切合作是這個系統(tǒng)的一個特征，它正在開發(fā)中。對于自動化的未來，機器人不僅是愚蠢的機器，它們執(zhí)行沉悶和危險的工作，籠罩在圍欄后面， 而是作為機器人助手靠近接近并與人類合作[2]。另外機器人可以通過觸覺和語音交互進行編程，從而使人類機器人界面更易于訪問，并消除了對專業(yè)編程知識的需求。以上所有安全級別都必須保持。特殊用于碰撞檢測的傳感器集成在一起。傳統(tǒng)的工業(yè)機器人通過測量其聯(lián)合電機中的電流來提供此功能?？梢源_定機器人是否因電流增加而遇到障礙物。相反的方向使用力/力矩傳感器由于靈敏度更高，工業(yè)機器人制造商正在響應(yīng)這些需求和產(chǎn)品這些機器人在一個甚至每個關(guān)節(jié)都有傳感器[2]。這些感應(yīng)功能使得操作人員可以非常靠近機器人工作，也是未來互動行為的主要前提條件。如果工作人員可以輕松地將機器人推開提出了一個障礙。高精度力傳感器還可以對編程位置進行微調(diào)。 除了觸覺反饋之外，最直觀的交互方式還是言語。運行語音識別模塊的背景是分 析口頭命令。出于安全原因，語音識別模塊被訓(xùn)練成僅在說出特定單詞后才作出響應(yīng)。語音命令具有最高的優(yōu)先級（嚴(yán)格保留），機器人可以及時響應(yīng)。根據(jù)發(fā)出的命令， 機器人執(zhí)行特定任務(wù)。可以執(zhí)行預(yù)編程任務(wù)，或者可以激活用于創(chuàng)建新程序和例程的模式。 人類交流的一種自然方式主要是面向手勢，語言和觸覺。在技術(shù)系統(tǒng)日益復(fù)雜的情況下，只有熟練和高效的操作員才能夠使用特殊語言和界面與機器人進行“交流”。設(shè)計一個人面向沒有專業(yè)編程知識的操作人員的機器人接口將為他們提供通過更直觀的界面與機器人系統(tǒng)協(xié)同工作的能力。 2.3 未知對象 工業(yè)機器人處理應(yīng)用中的常見問題是處理各種零件的可能性不足。對未知物體的處理是一個尚未引起足夠重視的問題。今天，適用于工業(yè)機器人的環(huán)境是嚴(yán)格排列的。每一個過程都與人分離干擾，工作空間和工作部件的安排非常詳細(xì)。這些要求在靈活行為方面造成了限制。 未來的可能工廠將有能力在非確定性環(huán)境中生產(chǎn)各種產(chǎn)品。產(chǎn)品的不斷變化和定制需要努力實現(xiàn)完全自適應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng)。關(guān)于這些可能的解決方案的一個問題是機器人的未知對象（代理）。在組裝大量產(chǎn)品并且機器人遇到各種不同部件的系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)不可預(yù)知的情況。由這種情況產(chǎn)生的死鎖將顯著降低系統(tǒng)效率?！罢{(diào)試”決定由另一方面，機器人可以節(jié)省時間并提高生產(chǎn)力。 在系統(tǒng)中的幾個代理上開發(fā)并實現(xiàn)了定位未知對象時處理簡單案例場景的解決方案。原理如圖 2 所示.Vision 系統(tǒng)檢查新部件的到達(dá)。如果識別的對象與代理程序集計劃執(zhí)行適當(dāng)?shù)男袆印Ｔ谀恳暀z查代理識別未知或有缺陷的部件的情況下，它首先警告所有涉及其公共工作空間的鄰居代理。通過該過程，所有代理的意識增加并且其工作速度顯著降低。使用分割方法，代理試圖識別零件的幾何。幾何特征與視覺圖案數(shù)據(jù)庫中的相似對象進行比較。如果匹配圖案是已知零件的缺陷，則代理附加適當(dāng)?shù)墓ぞ摺Ｈ绻嬖跊]有適當(dāng)?shù)墓ぞ撸瑳]有其他鄰居代理可以消除發(fā)送手動超馳請求的未知部分。 當(dāng)已識別部分與已定義部分相比具有相似的幾何形狀時，代理使用最有可能的抓取工具。選擇主要取決于對象的形狀和尺寸。附帶最有可能產(chǎn)生積極抓取結(jié)果的工具。代理商可以從用于拾取小物體的特定平行夾具，用于拾取中等大小物體的夾具，可用于任何（足夠大的）平坦表面的夾爪和具有不同手指行程和角度的夾具中選擇。在接近分析拾取位置和拾取該部分的 F/T 傳感器的反饋。如果記錄施加到傳感器的力的增加，則該部分已被成功抓取。如果在抓取替代物之前與讀數(shù)相比沒有變化如果沒有其他的抓取方法會產(chǎn)生積極的結(jié)果，那么代理就會發(fā)送手動超馳的請求。 附錄Ⅰ：外文原文 任務(wù)書 論文(設(shè)計)題目：Festo 六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(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)研合作實驗室建設(shè)項目，為機電綜合類題目。工業(yè)機械手是工業(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)域為工業(yè)機器人，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計和動作的控制系統(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)生機電綜合設(shè)計能力，有一定的創(chuàng)新性和設(shè)計實踐意義 。 2.論文要求(設(shè)計參數(shù)): 基于Festo機械手平臺，完成六軸工業(yè)機械手的抓取端蓋功能。1.了解六軸工業(yè)機械手的功能要求； 2.六軸工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 3.六軸工業(yè)機械手機電系統(tǒng)設(shè)計方案； 4.工業(yè)機械手控制系統(tǒng)程序開發(fā)； 5.工業(yè)機械手動作執(zhí)行； 6.編寫設(shè)計說明書（大于6000字）； 7.外文翻譯一篇（大于2000字） 3.個人工作重點: 1.提出六軸工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，選用合適的三維軟件，進行六軸工業(yè)機械手 三維實體設(shè)計； 2.六軸工業(yè)機械手抓取端蓋動作程序開發(fā)。 4.時間安排及應(yīng)完成的工作: 第1周：下達(dá)設(shè)計任務(wù)，介紹設(shè)計內(nèi)容和具體要求。查閱文獻，了解課題。 第2周：撰寫開題報告和文獻綜述。 第3周：修改完善開題報告和文獻綜述。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)機器人的功能和結(jié)構(gòu)。第6周：六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。第7周：六軸工業(yè)機械手三維實體設(shè)計。第8周：六軸工業(yè)機械手三維實體設(shè)計。 第9周：工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設(shè)計。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)計資料，編寫設(shè)計說明書。第14周：修改完善設(shè)計說明書。準(zhǔn)備答辯。 5.應(yīng)閱讀的基本文獻: 1.熊立貴,曾福全.六自由度工業(yè)機械手的開發(fā)與研究[J].煤礦機械,2016.2 2.王田苗,陶永.我國工業(yè)機器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機械工程學(xué)報,2014.5 3.任志剛.工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].裝備制造技術(shù)，2015.3 4.計時鳴，黃希歡.工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機電工程，2015.1 5.駱敏舟,方健,趙江海.工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機械制造與自動化,2015.2 6.張坤,崔永祥.我國工業(yè)機器人發(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)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2014.1 8.黃晨華,毛桂生.上下料工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真研究[J].機械設(shè)計與制造,2013.3 9.熊雋.IRB1410型機床上下料機器人設(shè)計[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 10.施文龍.六軸工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的研究與實現(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)機器人控制系統(tǒng)開發(fā)[J].機械制造 ,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 進度檢查表 第 -4 周 工作進展情況 接收設(shè)計任務(wù)，了解設(shè)計內(nèi)容和具體要求。查閱相關(guān)文獻，并對已有文獻做些整理，為設(shè)計做準(zhǔn)備。 2018年01月15日 指導(dǎo)教師意見 講解了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和整個畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成幾部分工作。講解開題報告如何撰寫，文獻查閱及確定翻譯的外文文獻。講解工作進度安排；畢業(yè)設(shè)計網(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 工作進展情況 撰寫開題報告，并在撰寫過程中深入了解課題，最終完成文獻綜述。 2018年01月15日 指導(dǎo)教師意見 完成開題報告初稿。思路可行，論述較全面，工作重點和主要完成內(nèi)容清晰。對國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和文獻綜述進一步修改，文獻綜述要列條目，這樣層次清楚。參考文獻格式按規(guī)范修改。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 -1 周 工作進展情況 修改開題報告，完善文獻綜述，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)和工作重點清楚明確，工作進度安排合理、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 工作進展情況 進行外文翻譯，整理完善翻譯內(nèi)容，到實驗室熟悉相關(guān)設(shè)備。 2018年04月10日 指導(dǎo)教師意見 測量工業(yè)機器人尺寸，熟悉Festo機器人操作手冊和命令要求，完成工 業(yè)機器人三維結(jié)構(gòu)設(shè)計。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 3 周 工作進展情況 了解工業(yè)機器人的功能和結(jié)構(gòu)，擬定六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 2018年04月10日 指導(dǎo)教師意見 基本掌握了實驗室的Festo機器人的操作，按命令完成相關(guān)動作。細(xì)化三維結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，需要完成相關(guān)計算，確定核心設(shè)計數(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 工作進展情況 繪制整體零件及裝配圖，完成六軸工業(yè)機械手整體三維設(shè)計。 2018年04月10日 指導(dǎo)教師意見 完成了工業(yè)機械手整體三維設(shè)計，二維零件圖需要修改。掌握了工業(yè)機器人的開發(fā)語言，能夠自擬任務(wù)，完成動手操作。整理機電控制部分，系統(tǒng)性提出機電系統(tǒng)設(shè)計方案。 指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2018年04月14日 第 7 周 工作進展情況 了解六軸工業(yè)機械手控制方式、流程和程序開發(fā)環(huán)境，學(xué)習(xí)工業(yè)機器人控制語言，能夠在PC端進行仿真。 2018年04月23日 指導(dǎo)教師意見 熟悉機械手操作，能夠進行移動功能的機械手動作?；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 工作進展情況 熟練運用在示教器進行實際操作，從應(yīng)用層面到二次開發(fā)，完成各設(shè)計任務(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 工作進展情況 整理六軸工業(yè)機械手的設(shè)計資料，并編寫其設(shè)計說明書。 2018年05月13日 指導(dǎo)教師意見 設(shè)計說明書基本內(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 工作進展情況 修改和完善工業(yè)機械手的設(shè)計說明書，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。 2018年05月13日 指導(dǎo)教師意見 再次修改設(shè)計說明書，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 過程管理評價表 評價內(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 開題報告 內(nèi)容詳實，符合規(guī)范要求 5 4 任務(wù)完成 按時、圓滿完成各項工作任務(wù) 4 4 過程管理評分合計 14 過程管 理評語 該同學(xué)將主要精力投入到畢業(yè)設(shè)計工作中，在學(xué)校工業(yè)機器人實驗室現(xiàn)場進行研發(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)面匯報工作進展；對于老師布置的各項工作，能進行思考和研究，基本上自主完成各項工作任務(wù)，同時還有一定的拓展性。查閱了相關(guān)文獻資料，對課題了解全面和深入，撰寫的開題報告各部分內(nèi)容詳實，文獻綜述論述充分，格式經(jīng)修改后符合規(guī)范要求。該同學(xué)按時高質(zhì)量地完成了畢業(yè)任務(wù)書的各項內(nèi)容。 指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:2018-05-17 指導(dǎo)教師評價表 評價內(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,有一定的研究價值和實踐意義,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 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達(dá)與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理,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 19 指導(dǎo)教 師評語 工業(yè)機器人是當(dāng)前的研究熱點之一。本課題源自實驗室研究項目，為機電結(jié)合類設(shè)計和軟件開發(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)自身機電硬件系統(tǒng)開發(fā)和軟件能力強，為開展本項目打下工作基礎(chǔ)。該同學(xué)以Festo參 考手冊為基礎(chǔ)，對六軸工業(yè)機器人進行了實測，進行了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要參數(shù)計算準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)表達(dá)全面；完成了機器人控制系統(tǒng)設(shè)計，使用Festo機器人編程語言進行了物料搬運、模仿焊接弧焊軌跡 、較復(fù)雜圖形進行了程序開發(fā)，并在機械手上實際操作進行控制 ，動作準(zhǔn)確、流暢。設(shè)計說明書內(nèi)容全面、層次清楚，論述條理性好，格式規(guī)范。從整套設(shè)計來看，該同學(xué)具有很強的自學(xué)能力，學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性好，專業(yè)基礎(chǔ)理論扎實，專業(yè)綜合能力強，掌握了科學(xué)研究的方法，中文表達(dá)能力強，計算機能力尤為突出。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 評閱人評價表 評價內(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,有一定的研究價值和實踐意義,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 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達(dá)與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 5 5 完成質(zhì)量 文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確 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 19 評閱人 評語 論文選題《Festo六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)二次開發(fā) 》與智能制造研究熱點相結(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，有一定的研究價值和實踐意義，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)了該生具有有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達(dá)與外語能力 、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力。文題相符，概念準(zhǔn)確，分析、論證、計算、設(shè)計、實驗等正確合理，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)題目： Festo 六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)二次開 發(fā) 答辯時間：2018年05月24日 時 分 ~ 時 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、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)載的力矩大小？計算過程 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： 拿起一個工件，轉(zhuǎn)動時找最大點，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，位置式一般有一個基準(zhǔn)位置不動，舵機每個角度都會改變。 問題9：機械手在執(zhí)行動作時，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： 實物與畢設(shè)的關(guān)系。 回 答： 程序 P2D 實物（平衡小車）來驗證程序代碼的實施。 記錄人： 2018年05月24日 答辯委員會評價表 評價內(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,有一定的研究價值和實踐意義,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、計算、設(shè)計、實驗等正確 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 有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表 達(dá)與外語應(yīng)用能力、文獻資料檢索能力、計算機應(yīng)用能力 10 9 答辯委員會評分合計 41 答辯委員會評語 XX同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計工作期間，工作刻苦努力，態(tài)度認(rèn)真，能夠遵守各項紀(jì)律，表現(xiàn)出色。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)各環(huán)節(jié)的工作，表現(xiàn)出較強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。 論文中使用的圖表，設(shè)計中的圖紙在書寫和制作時，能夠嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 具有較強的獨立查閱文獻資料及外語應(yīng)用能力，原始數(shù)據(jù)搜集得當(dāng)，實驗或計算結(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）的主要內(nèi)容，思路清晰 ，論點正確。回答問題準(zhǔn)確、深入，有自己的見解，有較強的應(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）題目 Festo 六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(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)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(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）工作的理論意義和應(yīng)用價值 本機械手設(shè)計是基于實驗室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機械手，具有一定的實用性。本文擬開展工業(yè)機械手機械結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計和其控制系統(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)機械手高度自動化機器，在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。由于工業(yè)機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)了受計算機控制的可編程的數(shù)控機床，人類需要開發(fā)機械代替人手去勞動，在這一背景下，工業(yè)機器人技術(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)機器人 Unimation 和 Verstran 的生產(chǎn)許可證。日本從此開始了機器人的研制。20 世紀(jì) 60 年代，噴漆弧焊機器人問世并逐步發(fā)展應(yīng)用于工業(yè)。1969 年，日本早稻田大學(xué)加藤一朗實驗室研發(fā)出第一臺雙腳走路機器人。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)機器人，標(biāo)志著工業(yè)機器人技術(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 機器人，該型機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。全國第一個機 器人研究示范工程 1986 年在沈陽建成。目前我國已經(jīng)基本掌握了機器人設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌道規(guī)劃技術(shù)。開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。20 世紀(jì) 90 年代中期，我國 6000m 以下深水作業(yè)機器人試驗成功。以后近十年中，在步行機器人、精密裝配機器人、多自由度關(guān)節(jié)機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水平的差距。目前機械手大部分還屬于第一代，主要依靠人工控制。第二代機械手設(shè)有微型電子計算控制系統(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，使機械手具有感覺機能。雖然目前我國機器人還處于初級階段，國產(chǎn)六軸機 器人產(chǎn)量低迷，核心部件減速器等依然依賴進口，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)的機器人發(fā)展奠定了深厚的基礎(chǔ)和支持。 目前國內(nèi)機器人使用的減速機、伺服電機及驅(qū)動還是以國外供應(yīng)為主，其中日本為最大的減速機出口國。而國內(nèi)的研制減速機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沒有批量生產(chǎn)，機器人的各個環(huán)節(jié)都有涉足。 總體趨勢是從狹義的機器人概念向廣義的機器人技術(shù)概念轉(zhuǎn)移，從工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機器人技術(shù)的內(nèi)涵已變?yōu)殪`活應(yīng)用機器人技術(shù)的、具有實際動作功能的智能化系統(tǒng)。機器人結(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）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 （1）提出六軸工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，選用合適的三維軟件，進行六軸工業(yè)機械手三維實體設(shè)計。 （2）六軸工業(yè)機械手抓取端蓋動作程序開發(fā)。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 六軸工業(yè)機械手本身就是以我們?nèi)说氖直圩鳛閰⒄斩O(shè)計出來的，即跟人的手臂一樣，其運動機構(gòu)，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。設(shè)計應(yīng)了解工業(yè)機器人的功能和結(jié)構(gòu)，并提出六軸工業(yè)機械手結(jié)構(gòu)方案，為實現(xiàn)方案的可行化程度再進行三維實體設(shè)計。機械結(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、減速機、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)機械手整機。了解工業(yè)機器人運動控制的原理，以用戶角度對工業(yè)機器人做控制分析，學(xué)習(xí) G 代碼，其控制系統(tǒng)要基于 PC 機的開放型控制器，通過嵌入式的實操手柄和電腦無線通訊的仿真上位機進行終端控制。本設(shè)計的研究重點在于控制系統(tǒng)的用戶開發(fā)，基于實驗室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機械手，根據(jù)其抓取端蓋功能，完成整套的設(shè)計任務(wù)和具體實現(xiàn)。 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 通過對工業(yè)機器人的相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究，制定出六軸工業(yè)機械手的整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并運用三維軟件繪制出實體模型。開發(fā)出一套工業(yè)機器人的控制程序，并在 PC 端上位機仿真軟件中模擬，最后結(jié)合實驗室六軸工業(yè)機械手及手部安裝的傳感器，實現(xiàn)機械手在空間中做區(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）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 本研究課題為六自由度工業(yè)機械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及操作控制，其中以操作控制的開發(fā)為重點，任務(wù)是對端蓋從 A 點 B 姿態(tài)夾取放置在 C 點 D 姿態(tài)。明確任務(wù)， 首先對工業(yè)機器人功能和結(jié)構(gòu)進行初步了解，查閱現(xiàn)有文獻，分析目前工業(yè)機器人企業(yè)已有的相關(guān)機械手產(chǎn)品，提出本機械手整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，其中包含相關(guān)機械設(shè)計參數(shù)，通過三維實體設(shè)計直觀表達(dá)。掌握工業(yè)機器人的操作流程，學(xué)習(xí)機器人語言和仿真軟件運用，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)合實驗室現(xiàn)有的設(shè)備， 實踐設(shè)計的可行性。 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第 1 周：下達(dá)設(shè)計任務(wù)，介紹設(shè)計內(nèi)容和具體要求。查閱文獻，了解課題。 第 2 周：撰寫開題報告和文獻綜述。 第 3 周：修改完善開題報告和文獻綜述。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)機器人進行全面詳細(xì)的剖析。為課題設(shè)計做準(zhǔn)備。 第 6 周：對六軸工業(yè)機械手的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計提出若干設(shè)計方案，并進行比較篩選。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)機械手進行三維實體設(shè)計，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)計參數(shù)。 第 8 周：繼續(xù)對六軸工業(yè)機械手進行三維實體設(shè)計，將繪制好的零件和部件進行裝配，并可模擬拖動。裝配過程中可繼續(xù)完善設(shè)計參數(shù)。 第 9 周：了解六軸工業(yè)機械手控制方式和流程，收集相關(guān)產(chǎn)品資料，結(jié)合機械結(jié)構(gòu)，傳感系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，設(shè)計出控制系統(tǒng)框圖。為機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用，結(jié)合仿真效 果，熟悉六軸工業(yè)機械手的控制程序并編寫。PC 端測試無誤，則對現(xiàn)有平臺進行實操，完成端蓋的夾取任務(wù)。 第 13 周：整理設(shè)計資料，結(jié)合同學(xué)和老師的建議，根據(jù)要求編寫設(shè)計說明書，。 第 14 周：修改完善設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]熊立貴,曾福全.六自由度工業(yè)機械手的開發(fā)與研究[J].煤礦機械, 2016(2):99-103. 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[19] Pan Z,Polden J,Larkin N,et al.Recent progress on programming methods for industrial robots[J].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,2012,28(2):87-94. 附：文獻綜述或報告 1. 引言 文獻綜述 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(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國家工業(yè)自動化的水平，目前， 工業(yè)機器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等等強干擾惡劣環(huán)境，重復(fù)性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。機器人技術(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)機器人技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我國，我國進口的工業(yè)機器人主要來自日本，因此作為制造大國，應(yīng)在工業(yè)機器人領(lǐng)域自力更生，創(chuàng)新進取。本設(shè)計是擬開展工業(yè)機器人的整體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)終端開發(fā)，為工業(yè)機器人領(lǐng)域提供助力。 2. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機器人自動化生產(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)機器人的研究和開發(fā)做大量投入，工業(yè)機器人技術(shù)得到突飛猛進。 國外概況：國外的工業(yè)機器人研究概況優(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)機器人完備的配套產(chǎn)業(yè)體系，在控制器、傳感器、減速機、伺服電機、數(shù)控系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件方面，均具備較強的技術(shù)優(yōu)勢，呈現(xiàn)出以工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢帶動服務(wù)機器人產(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，政府資助人機交互技術(shù)及軟件開發(fā)。通過智能人機交互傳感器， 人類可借助物聯(lián)網(wǎng)對下一代工業(yè)機器人進行遠(yuǎn)程管理，機器人還具備生產(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)，中國在機器人領(lǐng)域的部分技術(shù)已達(dá)到或接近國際先進水平。機器人涉及的技術(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、清潔、碼垛、包裝機器人的國產(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隊，機器人學(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)機器人發(fā)展趨勢 隨著計算機技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展，機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展和深化以及在系統(tǒng)（FMS、CIMS）中的群體應(yīng)用，工業(yè)機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)域進軍[6]。從優(yōu)化設(shè)計、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、高性能機器人專用伺服電機和驅(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，打破長期依賴進口的局面。機械結(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、減速機、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)造機器人整機[2]。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于 PC 機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，進而發(fā)展到進一步應(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)，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中機器人群體協(xié)調(diào)功能、群智能和多機通訊協(xié)議，開發(fā)能理解人的意志的“同事機器人”。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“同事機器人”（Cobot）將成為操作人員不可或缺的伙伴。圍繞著各種機器人與人共存的諸多課題，正在興起一門新學(xué)科“軟機器人學(xué)”。 （5）安全可靠性：由于大量不確定因素的存在，要實現(xiàn)智能化的安全可靠性， 機器人必須具有對各種意外情況的應(yīng)變能力，及時采取預(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 機電一體化智能傳感器：包括具有感知、自主運動、自清污（自調(diào)整、自適應(yīng)）的機電一體化傳感器研究；面向工藝要求的運動機構(gòu)設(shè)計、實現(xiàn)檢測和清污的自主運動； 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；機器人機構(gòu)和控制技術(shù)在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用。 4. 工業(yè)機械手結(jié)構(gòu) 工業(yè)機械手主要由機械臂，機械手抓和伺服傳動組成。機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)合動作來實現(xiàn)機械手的功能作用，實現(xiàn)被抓持或周轉(zhuǎn)工件的姿勢、位置。機械臂各方向轉(zhuǎn)動、伸展、縮回、升降為獨立式軌跡運動，為智能機械手的多自由度。為實現(xiàn)能在一定運行軌跡范圍內(nèi)任意方位、位置的被抓取空間工件，需要有六個靈活的自由度。多自由度參數(shù)設(shè)計是機械手的關(guān)鍵，因此自由旋轉(zhuǎn)角度越多，機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，有的需要設(shè)計抓起夾具，有的平面結(jié)構(gòu)物體則需要安裝吸從機械結(jié)構(gòu)來看，盤的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)等。工業(yè)機器人總體上分為串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人。串聯(lián)機器人的特點是一個軸的運動會改變另一個軸的坐標(biāo)原點，而并聯(lián)機器人所采用的并聯(lián)機構(gòu)，其一個軸運動則不會改變另一個軸的坐標(biāo)原點。1978 年，Hunt 首次提出把六自由度機構(gòu)作為機器人操作器，機器人具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、微動精度高、運動負(fù)荷小的優(yōu)點。工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)可以具有冗余自由度，冗余度機器人是指關(guān)節(jié)自由度大于操作自由度的機器 人。多余的自由度可用來改善機器人的靈活性、運動學(xué)和動力學(xué)性能，提高避障能力。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是機器人運動的驅(qū)動力作用點，一般由電機通過減速器驅(qū)動。減速器是機器人的關(guān)鍵部件，其成本約占機器人本體成本的 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)機械手控制系統(tǒng) 機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機器人控制技術(shù)的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌 跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點[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 計算機結(jié)構(gòu)，分為機器人控制器(RC)，運動控制器(MC)，光電隔離 I/O 控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN 總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規(guī)劃、插補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時多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux 上， 采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個控制器軟件系統(tǒng)分為三個層次：硬件驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。三個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)中各個層次內(nèi)部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實現(xiàn)該層次所提供的功能。機器人的故障診斷與安全維護技術(shù)通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應(yīng)維護，是保證機器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前機器人的應(yīng)用工程由單臺機器人工作站向機器人生產(chǎn)線發(fā)展，機器人控制器的聯(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器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產(chǎn)線進行監(jiān)控、診斷和管理。 6. 工業(yè)機械手程序控制 機器人的控制系統(tǒng)不僅要能夠支持機器人編程、控制，還要支持機器人與外圍設(shè)備、傳感器的接口、和計算機的通信等，系統(tǒng)應(yīng)提供操作者編輯和運行機器人程序的方式。機器人程序編輯狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)是互斥的，即程序在編輯時不可運行，在運行時不可編輯。在編輯狀態(tài)下，操作者可以進行程序文本的編輯操作如機器人指令的添加、修改、刪除和機器人位姿點的修改，也可以進行程序文件的新建、復(fù)制、粘貼等操作[11]。在程序執(zhí)行狀態(tài)，機器人順序執(zhí)行機器人的每一條指令。操作者應(yīng)該還能調(diào)試發(fā)現(xiàn)并修改程序中的錯誤。例如在程序執(zhí)行過程中，某一個機器人位置的關(guān)節(jié)角超過限制，因此機器人不能執(zhí)行此條指令，這時應(yīng)該立即停止程序的執(zhí)行并在人機界面上顯示錯誤信息。操作者可切換至編輯界面修改程序中的錯誤。和計算機語言類似， 機器人語言可以編譯，即把機器人源程序轉(zhuǎn)換成機器碼或可供機器人控制器執(zhí)行的目標(biāo)代碼，以便機器人控制柜能直接讀取和執(zhí)行。機器人一般只用其專用的語言進行編程而不使用計算機程序設(shè)計語言和 G 代碼，是由機器人控制的復(fù)雜性決定的。因為在機器人控制中用到各種運動學(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，可以用機器人語言將其封裝起來。而且，機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)機械手 六軸工業(yè)機械手（抓取端蓋）的結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制系統(tǒng)開發(fā)屬于機電一體。難度很大，本次研究基于實驗室現(xiàn)有的 Festo 六軸工業(yè)機械手抓取端蓋功能，對其工業(yè)機械手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時完成抓取端蓋動作的控制系統(tǒng)進行開發(fā)，確保動作準(zhǔn)確實現(xiàn)。其中研究重點為控制系統(tǒng)終端開發(fā)設(shè)計，并編寫開發(fā)程序。根據(jù)機械原理、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等的相關(guān)課程知識，設(shè)計出工業(yè)機械手的整體結(jié)構(gòu)，并完成三維實體模型的繪制。然后再基于機械控制工程，數(shù)控技術(shù)和機電控制系統(tǒng)等的相關(guān)課程設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合人機交互，學(xué)習(xí)操作指令，編寫控制程序，運用 PC 端仿真軟件到實操等。本次解決設(shè)計過程中的難點重點問題，預(yù)期完成六軸工業(yè)機械手精確抓取端蓋。