球面SCARA機(jī)器人總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),球面,scara,機(jī)器人,總體,整體,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)PLC仿真報(bào)告 2011 在安裝有三菱PLC編程調(diào)試軟件GX Developer的計(jì)算機(jī)內(nèi)追加安裝GX-Simulator后，就能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)PLC離線狀態(tài)下的順控程序調(diào)試工作。GX-Simulator仿真軟件可對(duì)三菱A系列、FX系列、Q系列PLC的用戶程序進(jìn)行離線仿真與調(diào)試，能夠更有效地完成順控程序調(diào)試工作，從而縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，降低費(fèi)用。 一 仿真軟件的功能就是將程序在虛擬的PLC中啟動(dòng)運(yùn)行,如果沒(méi)有編好的程序,如何進(jìn)行仿真?所以,在安裝仿真軟件GX-Simulator之前,必須先安裝GX-Developer,并且版本要互相兼容。 二 安裝好編程軟件和仿真軟件后,在桌面或者開(kāi)始菜單中并沒(méi)有仿真軟件的圖標(biāo)。因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖礼X-Developer中了，其實(shí)這個(gè)仿真軟件相當(dāng)于編程軟件的一個(gè)插件。GX Simulator軟件具有如下PLC仿真功能： ①監(jiān)視、測(cè)試PLC內(nèi)部軟元件、內(nèi)存功能。利用GX Simulator可在PLC離線的狀態(tài)下成批量監(jiān)視軟元件的狀態(tài)，并可強(qiáng)制開(kāi)、閉位軟元件和改變字軟元件的當(dāng)前值進(jìn)行軟元件測(cè)試。 ②能夠模擬外部機(jī)器運(yùn)行I／O系統(tǒng)設(shè)定功能。GX Simulator可在I／O系統(tǒng)設(shè)定中通過(guò)使用位軟元件的ON／OFF條件和字軟元件的值的組合對(duì)話界面的設(shè)定，就能夠模擬來(lái)自外部的輸入。 ③能夠進(jìn)行軟元件緩沖存儲(chǔ)器的保存讀取的工具功能。 ④模擬和外部機(jī)器通信串行通信功能。GX Simulator可以通過(guò)該功能來(lái)模擬外部機(jī)器的串行通 信模塊，進(jìn)行可編程控制器與外部機(jī)器的串行通信模塊之間傳輸通訊格式是否正確的驗(yàn)證工作。 ⑤能夠進(jìn)行軟元件，緩沖存儲(chǔ)器的保存讀取。通過(guò)該功能可以保存PLC內(nèi)的軟元件、存儲(chǔ)器、特殊功能模塊的緩沖存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，并可以將其用于以后調(diào)試工作中。 三 接下來(lái)我們做一下機(jī)器人的程序仿真： 1. 初始化程序的仿真 （1）點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)進(jìn)行仿真。 （2）程序會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入PLC中。 （3）程序?qū)懭雙lc后，如果程序正確，會(huì)顯示RUN；否則ERROR。 （4）程序正確，但是X1，X3,X6的常開(kāi)未閉合，初始化程序沒(méi)有真正啟動(dòng)。這就需要把他們強(qiáng)制為ON。 （5）除此之外還有軟元件監(jiān)控，只要雙擊軟元件就能切換它的狀態(tài)，同時(shí)輸出效果也會(huì)相應(yīng)的顯現(xiàn)出來(lái)。 （6）除了以上兩種仿真方法，還可以利用時(shí)序圖，實(shí)時(shí)的監(jiān)控各個(gè)軟元件的狀態(tài)。 2.回原位程序的仿真 （1）點(diǎn)擊快捷鍵，進(jìn)行仿真 （2）載入程序 (3)程序載入后是可運(yùn)行的，打開(kāi)軟元件監(jiān)控，每次雙擊一下轉(zhuǎn)換條件，進(jìn)行步進(jìn)動(dòng)作。 3.手動(dòng)程序的仿真 （1）點(diǎn)擊快捷鍵，進(jìn)行仿真。 （2）載入程序 （3）手動(dòng)設(shè)置各個(gè)按鈕的閉合斷開(kāi)狀態(tài)，一步一步地執(zhí)行程序。 （4）也可以用時(shí)序圖或者軟元件進(jìn)行監(jiān)控 4.自動(dòng)程序的仿真 （1）點(diǎn)擊快捷鍵仿真，載入程序。 （2）進(jìn)入步進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 （3）打開(kāi)軟元件監(jiān)控，一步步地進(jìn)行步進(jìn)指令的操作。 17 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 附 件 三 PLC仿真報(bào)告 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 董香龍 班 級(jí) B機(jī)制077 學(xué) 號(hào) 0710101717 指導(dǎo)教師 袁 健 完成日期 2011年6月6 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 課題： 球面SCARA機(jī)器人總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 董香龍 班 級(jí) B機(jī)制077 學(xué) 號(hào) 0710101717 指 導(dǎo) 教 師 袁 健 專 業(yè) 系 主 任 王 福 元 發(fā) 放 日 期 2011年 2 月 20 日 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求，設(shè)計(jì)一臺(tái)三自由度教學(xué)型機(jī)器人，用于實(shí)踐教學(xué)，機(jī)器 人能進(jìn)行三個(gè)自由度方向的運(yùn)動(dòng)，本課題主要設(shè)計(jì)該機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)， 具體內(nèi)容有： 1．設(shè)計(jì)總體方案，確定機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)，繪制機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖； 2．各電機(jī)的選擇，各零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，進(jìn)行機(jī)器人大臂、小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并 繪制主要零件圖； 3．控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：1）繪制機(jī)器人的控制系統(tǒng)接線圖；2）編寫(xiě)機(jī)器人的控制程序； 4．撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 二、設(shè)計(jì)依據(jù) 1．課題來(lái)源：實(shí)驗(yàn)室課題； 2．產(chǎn)品名稱：球面SCARA型機(jī)器人； 3．第一軸、第二軸動(dòng)作范圍都為,定位精度都為； 4．第三軸r動(dòng)作范圍100mm ，定位精度為0.015mm，最大抗力5N； 5． 工件最大直徑200mm； 6．批量：一臺(tái)。 三、設(shè)計(jì)要求 1．能滿足要求，保證定位精度； 2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠，裝卸方便，便于維修、調(diào)整； 3．盡量使用通用件，以便降低制造成本； 4．各動(dòng)力部件便于控制； 5．設(shè)計(jì)圖樣總量：折合成A0幅面在2張以上；工具要求：應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件繪圖；過(guò) 程要求：裝配圖需提供手工草圖； 6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按照學(xué)校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字； 7．查閱文獻(xiàn)資料10篇以上，并有不少于3000漢字的外文資料翻譯； 8．到相關(guān)單位進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫(xiě)不少于3000字實(shí)習(xí)報(bào)告； 9．撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份 按教務(wù)處畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字。 2、設(shè)計(jì)圖樣 1）機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 1 張 2）機(jī)器人的控制系統(tǒng)接線圖 1 張 3）機(jī)器人零件圖 不少于7張 3、控制程序 1) 控制程序 1 份 2）控制程序編寫(xiě)說(shuō)明 1 份 4、外文資料翻譯（英譯中）要求 1）外文翻譯材料中文字不少于3000字。 2）內(nèi)容必須與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)； 3）所選外文資料應(yīng)是近10年的文章，并標(biāo)明文章出處。 五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 2月20日～2月21日 布置任務(wù) 2月21日～3月19日 調(diào)查研究，畢業(yè)實(shí)習(xí)，方案論證，總體設(shè)計(jì) 3月20日～4月7日 技術(shù)設(shè)計(jì)（部件設(shè)計(jì)） 4月7日～5月7日 工作設(shè)計(jì)（零件設(shè)計(jì)） 5月8日～5月25日 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5月26日～5月27日 畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯 5月28日～6月6日 修改資料 6月7日～6月8日 評(píng)閱材料 6月9日～6月10日 畢業(yè)答辯 6月11日～6月15日 材料整理裝袋 六、 主要參考文獻(xiàn)： 1．朱世強(qiáng)，王宣銀．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]．杭州：浙江大學(xué)出版社, 2001． 2．蔡自興．機(jī)器人學(xué)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000． 3．殷際英，何廣平．關(guān)節(jié)型機(jī)器人[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003． 4．霍偉．機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制[M]．北京：高等教育出版社, 2004． 5．王天然．機(jī)器人[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002． 6．孫迪生，王炎．機(jī)器人控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．. 7．吳振彪． 機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]．北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2000． 8．楊昌焜，金廣業(yè)．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2003． 9．葉偉昌．機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001． 10．袁任光．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M]．廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003． 11．張建民．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社，2001． 七、其他 八、專業(yè)系審查意見(jiàn) 系主任： 年 月 日 九、機(jī)械工程學(xué)院意見(jiàn) 院長(zhǎng)： 年 月 日 6 外文翻譯 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 董香龍 班 級(jí) B機(jī)制077 學(xué) 號(hào) 0710101717 指 導(dǎo) 教 師 袁 健 外文資料名稱：Design and analysis of a spherical mobile robot 外文資料出處： Mechanism and Machine Theory 45 (2010) 130–136 附 件： 1.外文資料翻譯譯文 2.外文原文 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日 球形移動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析 Vrunda A.Joshi,Ravi N.Banavar,Rohit Hippalgaonkar 董香龍譯 摘要：最近，我們的團(tuán)隊(duì)構(gòu)造了了一個(gè)球形移動(dòng)機(jī)器人的平面圖并且驗(yàn)證了它是否滿足角動(dòng)量守恒定律。該機(jī)器人是一個(gè)典型的非完整約束系統(tǒng)，它采用路徑規(guī)劃算法來(lái)鑒別某個(gè)平面系統(tǒng)的非完整性。這種球形移動(dòng)機(jī)器人模型不同于已往的機(jī)器人模型，因此以往的算法不適用于本系統(tǒng)?？尚行月窂揭?guī)劃和反饋控制算法是該類機(jī)器人研究的理論基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞： 球形機(jī)器人；非完整約束系統(tǒng)；歐拉參數(shù) 1.前言 移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)的重要分支之一。對(duì)于機(jī)器人的移動(dòng)性（比如滾動(dòng)），比一般的機(jī)器人更具優(yōu)勢(shì)。這種運(yùn)動(dòng)的磨損少，配置容量小，系統(tǒng)具有非完整性并且摩擦小。相對(duì)于單輪式機(jī)器人，陀螺儀的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因?yàn)橥庑问乔蛐?，機(jī)器人可以從碰撞中恢復(fù)到原狀[1]。傳感器都可以安裝在里面的球殼，這樣機(jī)器人就可以得到有效的使用。所以，可以利用控制工程的理論來(lái)建設(shè)一個(gè)自主球形移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 球形移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元一般裝在球殼內(nèi)。它由球形外殼和拱狀體組成的，傳動(dòng)裝置是由一個(gè)單擺和控制拱組成。拱狀體和單擺可以控制俯仰角。在[2,3]中，滾動(dòng)輪子里面的球形外殼驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)彎。該機(jī)器人的移動(dòng)會(huì)受到平衡系統(tǒng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。在Harmo設(shè)計(jì)和研發(fā)的球形移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)中 （這個(gè)特別的實(shí)驗(yàn)稱之為“羅洛” ）[4]，他把驅(qū)動(dòng)單元放在邊緣，這個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可繞兩軸旋轉(zhuǎn)。而具有這個(gè)結(jié)構(gòu)的小型車(chē)已經(jīng)使用了Sphericle的驅(qū)動(dòng)單元[5]。這款車(chē)既可以獨(dú)輪運(yùn)動(dòng)也可以由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)介紹目前機(jī)器人的工作原理時(shí)它們的工作質(zhì)心都發(fā)生了變化。 Rollmob是由Ferrière等人設(shè)計(jì)和發(fā)展上的一個(gè)項(xiàng)目。[6]是一個(gè)由裝有輪子的普遍滾筒驅(qū)動(dòng)的球。軋輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)周?chē)S輪球的滾動(dòng)，而球的滾動(dòng)方向垂直于該軸。由Bhattacharya等建筑設(shè)計(jì)的機(jī)器人——[7]，是把兩個(gè)相互正交的轉(zhuǎn)子，從球殼內(nèi)連接到外部的機(jī)器人。沿Z軸的一個(gè)單轉(zhuǎn)子和沿X軸的兩個(gè)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，這是作為一個(gè)單一的剛性連接體。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于角動(dòng)量守恒定律，球形機(jī)器人可以在其相反的方向滾動(dòng)。而GroundBot球形機(jī)器人是為外星勘探開(kāi)發(fā)的。這個(gè)機(jī)器人的重心同地面控制鐘擺保持這密切的聯(lián)系。當(dāng)機(jī)器人被提升，球就可以滾動(dòng)。當(dāng)擺側(cè)移動(dòng)，球就轉(zhuǎn)圈，Spherobot是一個(gè)憑借Mukherji等球形移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)器裝置。[8]的大多數(shù)輻條都沿徑向放置，其徑向運(yùn)動(dòng)制造了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)?！蔼?dú)眼巨人系統(tǒng)”——[9]在其運(yùn)動(dòng)中有兩個(gè)自由度，它可以通過(guò)垂直軸和輥軸利用馬達(dá)的動(dòng)力沿水平方向前后動(dòng)作，同時(shí)需要固定內(nèi)齒輪頭。審查過(guò)的文件提供了球形移動(dòng)機(jī)器人構(gòu)造細(xì)節(jié)，這些文件可以在[10,11]里查閱到，該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有的路徑規(guī)劃算法及反饋算法作了簡(jiǎn)明的分析，這些可以從[12,13]得到。在本文中，我們提出了一個(gè)球形移動(dòng)機(jī)器人的概念，及其設(shè)計(jì)，制作并在實(shí)驗(yàn)室里分析和研究了這個(gè)系統(tǒng)。本文的組織如下：第2節(jié)介紹了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，第3節(jié)介紹了利用四階矩陣建立的數(shù)學(xué)模型，在第4節(jié)中我們討論了機(jī)器人的四元空間。第5節(jié)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論，第6節(jié)結(jié)束語(yǔ)。 2.設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)室的球形移動(dòng)機(jī)器人是在滿足角動(dòng)量守恒定律的基礎(chǔ)上所設(shè)計(jì)的。該機(jī)器人有兩個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)子，由4毫米厚的丙烯酸度材料制造。機(jī)器人的內(nèi)徑為30厘米。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是安放內(nèi)部組件，（例如，確定機(jī)器人的質(zhì)心位置），這樣，機(jī)器人就不會(huì)自干涉了。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最簡(jiǎn)單方式是把所有的零件對(duì)稱放置。球體內(nèi)部有兩個(gè)相互垂直的轉(zhuǎn)子軸，這兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸的直徑為32cm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為80w無(wú)刷，容量800MA，其中有二十個(gè)PACK鋰電電池，供一個(gè)電動(dòng)機(jī)使用，總共有四節(jié)電池。這兩個(gè)速度控制單元控制電機(jī)的速度而且受外部控制器的信號(hào)影響。如圖1所示，對(duì)稱放置組件和轉(zhuǎn)子，電機(jī)的速度控制裝置放在邊上，且要與電池自重的方向相反放置。同樣，另一電機(jī)的速度控制也要與電池自重方向相反放置。如圖2所示 ，該機(jī)器人有兩個(gè)半球，每個(gè)半球由一個(gè)電機(jī)總成和一個(gè)電池聚集而成。機(jī)器人的總重量為3.4公斤。圖3顯示了發(fā)達(dá)的機(jī)器人的原理圖。正如在第1節(jié)討論的，在不同的文獻(xiàn)中驅(qū)動(dòng)原理是不同的，一些球形機(jī)器人的工作原理發(fā)生了變化，而且在重力作用下，還要滿足角動(dòng)量守恒定律。如前所述，我們的球形機(jī)器人工程是針對(duì)角動(dòng)量守恒原則設(shè)計(jì)的。其他一個(gè)類似的原則可以參見(jiàn)工作球形機(jī)器人報(bào)道[7,14]。這兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)必須質(zhì)量平衡，同步運(yùn)行這些移動(dòng)轉(zhuǎn)子可能會(huì)造成實(shí)際執(zhí)行時(shí)間的問(wèn)題。對(duì)于這一點(diǎn)，我們有一個(gè)在X方向的單轉(zhuǎn)子以及Z方向的轉(zhuǎn)子來(lái)解決這一問(wèn)題，我們提供了權(quán)重調(diào)整。此外，透明的球殼可以使學(xué)生在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中掌握它的內(nèi)部機(jī)制。兩個(gè)半球之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這是非常重要的。要做到這一點(diǎn)必須擰緊一個(gè)沿球體軸的連桿，正如圖3所示。 圖1放置在一個(gè)半殼的組件 圖2 球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 圖3 球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3數(shù)學(xué)建模 本節(jié)描述了滾動(dòng)球形機(jī)器人的研發(fā)，它采用四元分析模型。設(shè)想一個(gè)球形機(jī)器人在一個(gè)水平面上滾動(dòng)，如圖4所示。慣性坐標(biāo)系xIyIzI的起點(diǎn)記作點(diǎn)O。坐標(biāo)軸xbybzb聯(lián)系著球坐標(biāo)，其原來(lái)的球心G為坐標(biāo)原點(diǎn)。廣義坐標(biāo)的描述領(lǐng)域由[15]組成： ·平面上的接觸點(diǎn)坐標(biāo)； ·表示該球體的方向變量。 圖4 球體在表面上滾動(dòng) 我們用歐拉參數(shù)的4組參數(shù)來(lái)描述球的方向。歐拉參數(shù)是一個(gè)非奇異的二對(duì)一的映射。此外，在四元?dú)W拉參數(shù)的方程中可以使用四元代數(shù)[16-19]。通過(guò)歐拉參數(shù)的設(shè)置，我們得到了廣義坐標(biāo)為： 其中（x，y）是接觸點(diǎn)I的坐標(biāo)， E0和E1，E2和E3是歐拉的參數(shù)描述的四元數(shù)據(jù)，使得： （其中ib,jb,kb的是在車(chē)身骨架的單位向量，w是在給定范圍的角速度） 對(duì)軸的角速度矢量投影可以涉及到歐拉參數(shù)的變化率，在[17,20]已經(jīng)給出： 我們假設(shè)滾動(dòng)球無(wú)滑動(dòng)，則： 對(duì)于一個(gè)單位球，無(wú)滑移約束方程減少到： 方程（1）及方程（3）描述了球體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程， （3） 其中： 可以證明該矩陣Q是一個(gè)正交矩陣，因此也是可逆的。內(nèi)部轉(zhuǎn)子（這是為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器）位于沿車(chē)身骨架的X軸和Z軸。該機(jī)器人是對(duì)稱的，因此，我們認(rèn)為系統(tǒng)方程（3）可以是： （4） 其中： （5a） . （5b） . （5c） 4、模型性質(zhì) 4.1、可控 在我們開(kāi)始對(duì)球形機(jī)器人的路徑規(guī)劃時(shí)，必須檢查是否存在一個(gè)路徑是連接球的任意位置。這個(gè)問(wèn)題在Chow定理[21]已經(jīng)給出了答案，本節(jié)中，我們使用[22]的算法來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。考慮由方程（4）描述的系統(tǒng)： 其中p,x1(p),x2(p)由方程（5）給出，我們計(jì)算了以下Lie Brackets時(shí)使用了菲利普Hall會(huì)議[21,22]的文獻(xiàn)， X3=[X1,X2] (6a) X4=[X1,X3] (6b) X5=[X2,X3] (6c) X6=[X1,X4] (6d) 這樣就形成一個(gè)上述Lie Brackets使用的向量場(chǎng)分布： △=[X1,X2,X3,X4,X5,X6] 其中： 可以說(shuō)，所有高階括號(hào)都可以用X1，X2，X3的，X4，X5表示，它們分配為5級(jí)。由于使用了歐拉參數(shù)，變量數(shù)變?yōu)?。我們使用4個(gè)參數(shù)來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)的方向，同時(shí)需要定義一個(gè)超曲面， （7） 這是一個(gè)三自由度的球，這給5階維數(shù)是配置相等的等級(jí)。因此，使用Chow的定理的系統(tǒng)是可控的，可在任意位置使用的Lie Brackets的向量場(chǎng)，（6）是所述的議案。 4.2、轉(zhuǎn)換成鏈?zhǔn)? 為了確定非完整程度，我們構(gòu)建與控制系統(tǒng)（4）相關(guān)的分布為： 然后，我們用△分布作為相關(guān)過(guò)濾來(lái)建立方程， 根據(jù)文獻(xiàn)[23]，這使反饋轉(zhuǎn)化為一個(gè)鏈?zhǔn)椒峭暾到y(tǒng)的兩個(gè)輸入量，當(dāng)且僅當(dāng) （8） 在這種特殊情況下， 可以看出，條件（8）不滿足，這時(shí)不可能轉(zhuǎn)換成鏈?zhǔn)侥Ｐ汀? 5、實(shí)驗(yàn)裝置和討論 實(shí)驗(yàn)已經(jīng)嚴(yán)格地按照如圖所示5的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了。系統(tǒng)中的主控制器是一款具有藍(lán)牙功能的PC機(jī)，從而產(chǎn)生控制信號(hào)，再根據(jù)算法編程?？刂菩盘?hào)傳輸?shù)轿⒖刂破鱌IC16F877，通過(guò)藍(lán)牙調(diào)制解調(diào)器Blue Smirf Gold解調(diào)。根據(jù)電腦接收到的信號(hào)，微控制器控制的DC使用數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC），這樣電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。啟用具有反饋的霍爾傳感器，它通過(guò)電機(jī)和光學(xué)編碼器，把該轉(zhuǎn)子位置信息和速度信息提供出來(lái)。在實(shí)驗(yàn)中，它是可以控制電機(jī)的速度。對(duì)機(jī)器人的路徑規(guī)劃問(wèn)題及有關(guān)工作在[24]講述。在這次實(shí)驗(yàn)中我們主要感興趣是： 旋轉(zhuǎn)：當(dāng)有一個(gè)轉(zhuǎn)子在垂直位置時(shí)，機(jī)器人繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。這種特殊的機(jī)動(dòng)稱為旋轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)。處于垂直位置實(shí)驗(yàn)的機(jī)器人就是為這個(gè)特殊的動(dòng)作服務(wù)的。據(jù)觀察，實(shí)驗(yàn)中機(jī)器人在對(duì)垂直軸的響應(yīng)速度和旋轉(zhuǎn)角的改變滿足預(yù)期效果。但是，結(jié)果是，角速度幅度變化緩慢。這一結(jié)果就不太令人滿意了。 回轉(zhuǎn)：當(dāng)其中一個(gè)轉(zhuǎn)子處于水平位置，機(jī)器人在平面上直線滾動(dòng)而且接觸點(diǎn)應(yīng)環(huán)繞球體表面的大圈回轉(zhuǎn)，在平面上要垂直于轉(zhuǎn)子軸。根據(jù)所做的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)動(dòng)作達(dá)不到預(yù)期的效果?？赡苁怯捎谂c球的表面參數(shù)和一些設(shè)計(jì)參數(shù)出現(xiàn)了偏差，如轉(zhuǎn)子的偏差問(wèn)題。 圖5 實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置 6、結(jié)束語(yǔ) 本文設(shè)計(jì)了球形機(jī)器人在平面上滾動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，使用了四階矩陣來(lái)定位。可以看出，該模型是非奇異的。結(jié)果表明，該模型是完全可控和在四元的球體中構(gòu)造一個(gè)三元的組態(tài)，此外它不能轉(zhuǎn)換成鏈?zhǔn)健８鶕?jù)此次實(shí)驗(yàn)，我們觀察到它的一些動(dòng)作，結(jié)果不符合預(yù)期的效果，我們計(jì)劃解決這些問(wèn)題。我們還要利用四維矩陣的非奇異模型來(lái)探索路徑規(guī)劃和穩(wěn)定控制器的開(kāi)發(fā)。這些都是我們今后工作的主要途徑。 鳴謝： 感謝電監(jiān)會(huì)贊助的科學(xué)和技術(shù)系（印度）為這個(gè)項(xiàng)目提供了部分援助。 參考文獻(xiàn)： [1] A. 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Banavar, Motion analysis of a spherical mobile robot, Robotica 27 (May) (2009) 343–353 14 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 董 香 龍 班 級(jí) B 機(jī) 制 077 學(xué) 號(hào) 0710101717 指 導(dǎo) 教 師 袁 健 日 期 2011年3月19日 實(shí)習(xí)報(bào)告 一、概述 畢業(yè)實(shí)習(xí)是我們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，也是畢業(yè)設(shè)計(jì)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其目的在于通過(guò)實(shí)習(xí)使我們獲得基本生產(chǎn)的感性知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，擴(kuò)大知識(shí)面，提高動(dòng)手操作能力，同時(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉我們業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)提高的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生吃苦耐勞的精神。通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)，我們可以更好更直接的了解產(chǎn)業(yè)狀況，了解本專業(yè)的發(fā)展前景，了解國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)，以及對(duì)公司的運(yùn)作、管理、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售等各個(gè)方面都有了深刻的認(rèn)識(shí)，有效地快速地提高了我們將來(lái)工作的能力。通過(guò)這次畢業(yè)實(shí)習(xí)，進(jìn)一步鞏固和深化所學(xué)的理論知識(shí)，彌補(bǔ)以前單一理論學(xué)習(xí)的不足并為畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 二、實(shí)習(xí)過(guò)程 我們共去了三個(gè)廠，分別是長(zhǎng)虹涂裝公司，江動(dòng)集團(tuán)和東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車(chē)有限公司。江蘇長(zhǎng)虹涂裝機(jī)械有限公司是專業(yè)從事汽車(chē)及配件涂裝、總裝、焊裝成套設(shè)備的一個(gè)企業(yè)，我們?nèi)ブ饕私饬苏麄€(gè)生產(chǎn)過(guò)程以及各個(gè)生產(chǎn)線。之后又去了江動(dòng)集團(tuán)參加實(shí)習(xí)，江動(dòng)集團(tuán)全稱是江淮動(dòng)力集團(tuán)，它主要生產(chǎn)單缸機(jī)、多缸機(jī)、汽油機(jī)、拖拉機(jī)以及發(fā)電機(jī)組，在實(shí)習(xí)中我們主要了解了組合機(jī)床的生產(chǎn)加工模式，以及江動(dòng)集團(tuán)高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)方法。最后一個(gè)實(shí)習(xí)的是悅達(dá)起亞二廠，此行的目的是了解整個(gè)汽車(chē)的生產(chǎn)線，焊接，涂裝，裝配等。由于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是球面機(jī)器人的總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，他們廠的焊接機(jī)器人大大減輕了人工的工作量并且可靠，安全，高效。 三、實(shí)習(xí)內(nèi)容 我的課題是球面機(jī)器人的總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以我就具體介紹我們?cè)趷傔_(dá)的實(shí)習(xí)過(guò)程。剛開(kāi)始進(jìn)廠前，老師再三強(qiáng)調(diào)安全，對(duì)每個(gè)機(jī)械廠而言，安全重于泰山。接著我們就在他們廠技術(shù)人員的帶領(lǐng)下參觀了整個(gè)流水線。首先是利用沖床將鋼板壓成車(chē)的外殼，這是汽車(chē)制造中非常重要的步驟，它涉及汽車(chē)的線型設(shè)計(jì)及模具的沖壓設(shè)計(jì)；如果母廠不能獨(dú)立完成這個(gè)步驟，那就表示該廠的生產(chǎn)技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)，充其量只不過(guò)是個(gè)裝配廠罷了。等到完成車(chē)殼后，為了便於進(jìn)行以后步驟中的焊接工作，通常都預(yù)將車(chē)體倒轉(zhuǎn)。完成初步焊接后，再將車(chē)體扶正，加裝車(chē)門(mén)及車(chē)蓋。而后設(shè)法除去車(chē)殼上各塊鋼板的毛邊與暗號(hào)，并將底盤(pán)預(yù)作防銹處理，以便進(jìn)行車(chē)體的噴漆。以上是車(chē)體部分的制造概略過(guò)程，接著要裝配大梁、防震、傳動(dòng)以及引擎等系統(tǒng)，這些部分可以說(shuō)是汽車(chē)的內(nèi)臟，非常重要；尤其是引擎，更可說(shuō)是汽車(chē)的心臟。如果一個(gè)國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)無(wú)法完全獨(dú)立自主地完成引擎的設(shè)計(jì)與制造，那就表示這個(gè)國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)還沒(méi)有生根。上述大梁、防震、傳動(dòng)以及引擎等裝置完成后，就可將車(chē)體由上而下吊裝于其上，構(gòu)成汽車(chē)的雛型。剩下的工作就是汽車(chē)內(nèi)部的裝潢，包括玻璃、雨刷、車(chē)座等，另外再加裝散熱器（水箱）、油壓系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)以及車(chē)輪等，整部車(chē)就可以算是大功告成了。不過(guò)，為了保證車(chē)廠的信用與消費(fèi)者的基本安全，還必須進(jìn)行一系列的試驗(yàn)，汽車(chē)才可以出廠。這些試驗(yàn)包括了滾桶模擬試驗(yàn)、防漏試驗(yàn)以及路試等項(xiàng)目，試驗(yàn)的主旨在於測(cè)試引擎、傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱桿、剎車(chē)、燈光及車(chē)體測(cè)漏等性能，通過(guò)這些試驗(yàn)以后，汽車(chē)就可以出廠銷(xiāo)售了。 我印象最深的就是他們廠的焊接機(jī)器人，幾乎全是機(jī)器人在工作，速度快，準(zhǔn)確，可靠，不僅大大降低了人的工作量，而且還可以避免人在工作時(shí)因疲勞等外部原因引起的操作錯(cuò)誤?？傊?，在我看來(lái)機(jī)器人技術(shù)在以后一定會(huì)有很好地前景的。 四、分析 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界在役的工業(yè)機(jī)器人中大約有將近一半的工業(yè)機(jī)器人用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域，焊接機(jī)器人應(yīng)用中最普遍的主要有兩種方式，即點(diǎn)焊和電弧焊。圖4所示是這兩種焊接機(jī)器人在工業(yè)機(jī)器人中所占的大致比例。我們所說(shuō)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人。這些焊接機(jī)器人中有的是為某種焊接方式專門(mén)設(shè)計(jì)的，而大多數(shù)的焊接機(jī)器人其實(shí)就是通用的工業(yè)機(jī)器人裝上某種焊接工具而構(gòu)成的。在多任務(wù)環(huán)境中，一臺(tái)機(jī)器人甚至可以完成包括焊接在內(nèi)的抓物、搬運(yùn)、安裝、焊接、卸料等多種任務(wù)，機(jī)器人可以根據(jù)程序要求和任務(wù)性質(zhì)，自動(dòng)更換機(jī)器人手腕上的工具，完成相應(yīng)的任務(wù)。因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史就是焊接機(jī)器人的發(fā)展歷史。 機(jī)器人是具有一些類似人的功能的機(jī)械電子裝置，或者叫自動(dòng)化裝置，它仍然是個(gè)機(jī)器，它有三個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是有類人的功能，比如說(shuō)作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動(dòng)作，它還有一個(gè)特點(diǎn)是根據(jù)人的編程能自動(dòng)的工作，這里一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是它可以編程，改變它的工作、動(dòng)作、工作的對(duì)象，和工作的一些要求，它是人造的機(jī)器或機(jī)械電子裝置。但從完整的更為深遠(yuǎn)的機(jī)器人定義來(lái)看，應(yīng)該更強(qiáng)調(diào)機(jī)器人智能，所以人們又提出來(lái)機(jī)器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學(xué)習(xí)、情感和對(duì)外界一種邏輯判斷思維的這種機(jī)器。那么這給機(jī)器人提出來(lái)更高層次的要求，展望21世紀(jì)，機(jī)器人將是一個(gè)與20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的普及一樣，會(huì)深入地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在21世紀(jì)的前20年是機(jī)器人從制造業(yè)走向非制造業(yè)的發(fā)展一個(gè)重要時(shí)期，也是智能機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期。 從機(jī)器人誕生到本世紀(jì)80年代初，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的發(fā)展過(guò)程。到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不斷提高，而機(jī)器人的制造成本和價(jià)格卻不斷下降。在西方社會(huì)，和機(jī)器人價(jià)格相反的是，人的勞動(dòng)力成本有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。 五、實(shí)習(xí)感想 大學(xué)畢業(yè)實(shí)習(xí)是學(xué)生完成大學(xué)四年全部課程后的最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了這次畢業(yè)實(shí)習(xí)，做準(zhǔn)備、搜集素材，了解有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)和注意事項(xiàng)。在短暫的實(shí)習(xí)過(guò)程中，實(shí)習(xí)中，我采用了許多方式,對(duì)在工作中人與人的關(guān)系做了進(jìn)一步的了解,分析了人與人之間特點(diǎn)。我深深地感覺(jué)到自己所學(xué)知識(shí)的膚淺和在實(shí)際運(yùn)用中的專業(yè)知識(shí)的匱乏.一旦接觸到實(shí)際，才發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么少，這時(shí)才真正領(lǐng)悟到“學(xué)無(wú)止境”的含義。通過(guò)這次實(shí)習(xí)過(guò)程我知道了，理論與實(shí)踐的差距，實(shí)際操作會(huì)使得主觀理論想法不完美，因?yàn)閷?shí)踐中有很多外在因素的干擾，由此我得到了一個(gè)新的想法，就是理論知識(shí)有時(shí)是用來(lái)給我們把握大方向的，而實(shí)際做的時(shí)候，會(huì)讓我們注重一些小的細(xì)節(jié)，很多時(shí)候只有動(dòng)手才會(huì)知道怎么去做，理論與實(shí)踐要相結(jié)合，這對(duì)我畢業(yè)后的工作是個(gè)不小的幫助。 3