曲軸搬運機械手,曲軸,搬運,機械手 ———————————————— 畢業(yè)設計（論文）附屬過程管理材料 （2010 屆） 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 學生姓名 目 錄 1. 學院本科畢業(yè)設計（論文）選題審批表 2. 學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書 3. 學院本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 4. 文獻綜述 5. 畢業(yè)設計（論文）——外文翻譯（原文） 6. 畢業(yè)設計（論文）——外文翻譯（譯文） 7. 畢業(yè)設計(論文)軟件驗收評分表 8. 學院本科畢業(yè)設計（論文）指導教師審閱表 9. 學院本科畢業(yè)設計（論文）評閱人評閱表 10. 學院本科畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表 11. 畢業(yè)設計(論文)答辯評分表 12. 學院本科畢業(yè)設計(論文)評分表 13. 本科生畢業(yè)設計（論推文）誠信承諾書 14. 校級優(yōu)秀畢業(yè)設計(論文)薦表 學院本科畢業(yè)設計（論文）選題審批表 學生姓名 班級 設計（論文）選題名稱 曲軸搬運機械手 選題理由及準備情況： 工業(yè)機械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計算機的廣泛應用而迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)裝備，它綜合應用了機械，電子，自動控制，傳感技術(shù)，人工智能，仿生學等等學科的基礎(chǔ)知識，以實現(xiàn)機械化與自動化的有機結(jié)合。它模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置，可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。工業(yè)機器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進制造業(yè)的柔性化、增強企業(yè)和國家的競爭力等諸方面具有舉足輕重的地位。 采用工業(yè)機器人具有如下優(yōu)點:第一，改善勞動條件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三，提高零件的處理能力與產(chǎn)品質(zhì)量；第四，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力；第五，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險；第六，減少機床損耗；第七，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時間和庫存；第八，提高企業(yè)競爭力。機械手能代替人工操作，大大改善工人的勞動條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來，提高勞動生產(chǎn)效率。 通過互聯(lián)網(wǎng)搜索以及查閱相關(guān)書籍、文獻、專利資料，我基本了解了工業(yè)機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。汽車制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè)，也是自動化程度要求高、競爭相當激烈的行業(yè)。目前，汽車制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機器人密度最高的行業(yè)。隨著居民消費的水平提高，我國汽車業(yè)進入高速增長期，國際汽車巨頭紛紛進入中國市場，與我國企業(yè)合資設廠或擴大原有生產(chǎn)規(guī)模，國內(nèi)企業(yè)也紛紛轉(zhuǎn)型或加大對汽車行業(yè)的投資，整個行業(yè)增產(chǎn)擴能增加了對工業(yè)機器人的需求。因此，我明確了研究發(fā)動機曲軸搬運上線機械手的現(xiàn)實意義。 指導教師意見： 指導教師（簽字） 年 月 日 教學院長意見： 教學院長（簽字） 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 學院 信息與工程 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 學號 姓名 畢業(yè)設計（論文）題目 曲軸搬運機械手 畢業(yè)設計（論文）進行起止日期 2009年12月21日至2010年5月9日 畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù) 本次設計是要設計出一個程控型機器手代替人工工作，實現(xiàn)兩條生產(chǎn)線之間工件的搬運上料。 該機械手能完成如下的動作循環(huán)：手臂前伸→手指夾緊抓料→手臂縮回→機身回轉(zhuǎn)180度→手腕回轉(zhuǎn)90度→手臂前伸→手臂下降→手指松開→手臂上升→手臂縮回→機身回轉(zhuǎn)復位→手腕回轉(zhuǎn)復位→待料。 　 　 　 　 畢業(yè)設計（論文）的要求 1、根據(jù)公布的畢業(yè)論文選題計劃，結(jié)合自己具體情況在指導教師的指導下進行選題，在題目確定后必須盡早與指導教師一起，做好畢業(yè)論文的準備工作。 2、在畢業(yè)論文任務書下達后兩周內(nèi)，必須寫出對畢業(yè)論文所選題目的意義和研究現(xiàn)狀、研究目標和內(nèi)容、研究方法和步驟、文獻資料查閱情況等文獻綜述，填寫《學院畢業(yè)論文開題報告》交指導教師審閱。 3、必須認真獨立完成畢業(yè)論文階段規(guī)定的全部工作任務，充分發(fā)揮主動性、創(chuàng)造性和刻苦鉆研精神，嚴禁弄虛作假，不得抄襲他人的畢業(yè)論文或已有成果。 4、要勇于創(chuàng)新，敢于實踐，注意各種能力的鍛煉和培養(yǎng)(如外語能力等)。參閱外文文獻資料譯成中文不得少于2000漢字。 5、要尊敬指導教師，虛心接受指導，遵守紀律，愛護公物。如因不聽指導造成的傷害或其他后果，均由學生本人負責。 6、撰寫畢業(yè)論文時，做到條理清晰，邏輯性強，符合科技寫作規(guī)范，并嚴格按照學校所規(guī)定的本科生畢業(yè)論文要求進行撰寫、打印和裝訂。畢業(yè)論文字數(shù)達到專業(yè)規(guī)定要求。 7、在答辯前一周，應將畢業(yè)論文交指導教師審核簽字后，送交評閱教師評閱。 8、需提交完整的畢業(yè)論文兩份，一份交指導教師保存，一份交學院保存。 畢業(yè)設計（論文）查閱的資料 ［1］孫桓，陳作模，葛文杰．機械原理．北京：高等教育出版社，2006 ［2］濮良貴，紀名剛．機械設計．北京：高等教育出版社，2006 ［3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2007 ［4］劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社，2004 ［5］張世昌，李旦，高航．機械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2007 ［6］毛平淮．互換性與測試技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社，2006 ［7］杜志俊．工業(yè)機器人的應用與發(fā)展趨勢．北京：機械工業(yè)出版社，2002 ［8］朱世強，王宣銀．機器人技術(shù)及其應用．杭州：浙江大學出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢．中國科學院自動化研究所，2007 畢業(yè)設計（論文）進度安排 序號 畢業(yè)設計（論文）各階段進度名稱 日期 備 注 1 完成選題，下達畢業(yè)設計任務書 2009.12.21 2 查閱、收集、資料，了解曲軸搬運機械手及其發(fā)展的現(xiàn)狀 2009.12.22～ 2010.12.28 3 完成文獻翻譯、文獻綜述、開題報告 2009.12.29～ 2010.1.21 2010.1.22上交文獻綜述、開題報告，開題報告答辯 4 基本設計出曲軸搬運機械手的主要功能的總體框架，對整個系統(tǒng)的實現(xiàn)過程有初步、系統(tǒng)地認識，總體思路基本明確 2010.3.4～ 2010.3.31 5 完成系統(tǒng)設計，撰寫畢業(yè)設計論文，完成圖紙繪制 2010.4.1～ 2010.4.27 2010.4.1中期檢查 6 上交所有畢業(yè)設計材料 2010.5.4 指導教師和評閱老師審查 7 畢業(yè)設計論文答辯 2010.5.9 8 上交所有畢業(yè)論文材料、光盤資料 2010.5.13 指導教師（簽名） 學 生（簽名） 開始執(zhí)行任務日期 2009年12月21日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學 生 姓 名 班級 學號 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指 導 教 師 開題時間 2009.12.21 設計（論文）題目 曲軸搬運機械手 選題意義、研究現(xiàn)狀及存在問題 工業(yè)機械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計算機的廣泛應用而迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)裝備，它綜合應用了機械，電子，自動控制，傳感技術(shù)，人工智能，仿生學等等學科的基礎(chǔ)知識，以實現(xiàn)機械化與自動化的有機結(jié)合。它模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置，可以通過PLC程控來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務等眾多領(lǐng)域有著越來越多的應用, 尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。工業(yè)機器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進制造業(yè)的柔性化、增強企業(yè)和國家的競爭力等諸方面具有舉足輕重的地位。 在生產(chǎn)實踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排，組成一條自動流水加工線。但在流水線上加工時，搬運工作由人工完成，不可避免地存在著勞動強度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問題，嚴重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟效益。當生產(chǎn)效率很高時，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率這就需要使自動線上工件搬運自動化。于是針對這一問題就提出了要研制一種搬運機械手來代替工人實現(xiàn)工件的搬運上線,并且能滿足定位和重復定位精度。用搬運機械手來代替工人搬運工件可以減輕工人的勞動強度，減少自動線上的工人數(shù)目，同時也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 研究目標和內(nèi)容 研究目標：設計一臺程控型機械手代替人工工作，實現(xiàn)兩條生產(chǎn)線之間工件的搬運，降低工人勞動強度，減少生產(chǎn)線上工人的數(shù)目，提高生產(chǎn)效率。 研究內(nèi)容：根據(jù)給定的工況條件和基本要求，從機械原理和機械結(jié)構(gòu)對搬運機械手進行具體的分析和設計。對機械手的傳動、驅(qū)動等主要部件進行選型和校核，并結(jié)合原理圖等對整個系統(tǒng)的工作方法和原理進行描述。該機械手能完成如下的動作循環(huán)：手臂前伸→手指夾緊抓料→手臂縮回→機身回轉(zhuǎn)180度→手腕回轉(zhuǎn)90度→手臂前伸→手臂下降→手指松開→手臂上升→手臂縮回→機身回轉(zhuǎn)復位→手腕回轉(zhuǎn)復位→待料。 主要技術(shù)參數(shù)有：抓重——16kg；速度運動——小于0.1m/s；定位精度——±1mm 研究方法、步驟和措施 第一階段：準備階段：了解工業(yè)機器人的現(xiàn)狀和發(fā)展，查閱課題相關(guān)的國內(nèi)外文獻，擬訂設計思路。 第二階段：設計階段：確定總體設計方案，根據(jù)課題給定的工況條件和基本要求進行設計計算，確定主要參數(shù)，對所得數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析、處理，對機械手系統(tǒng)的傳動、驅(qū)動等主要部件進行選型和校核。 第三階段：制圖階段：整理各類資料和數(shù)據(jù)，利用ＣＡＤ制圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。 第四階段：總結(jié)階段：撰寫設計說明書，檢查圖紙，準備答辯。 研究的總體安排與進度 2009.12.21 完成選題，下達畢業(yè)設計任務書 2009.12.22～2009.12.28 查閱、收集、資料，了解現(xiàn)有關(guān)曲軸搬運機械手的情況 2009.12.29～2010.1.21 完成文獻翻譯、文獻綜述、開題報告，開題報告答辯 2010.1.23～2010.3.3 完成結(jié)構(gòu)設計 2010.3.4～2010.3.31 完成總裝配圖,并進行中期答辯 2010.4.1～2010.4.27 完成所有圖紙，說明書 2010.5.4 上交所有材料，指導教師和評閱老師審查 2010.5.9 畢業(yè)答辯 2010．5．13 上交所有畢業(yè)論文材料、光盤資料 主要參考文獻 ［1］孫桓，陳作模，葛文杰．機械原理．北京：高等教育出版社，2006 ［2］濮良貴，紀名剛．機械設計．北京：高等教育出版社，2006 ［3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2007 ［4］劉鴻文．材料力學．北京：高等教育出版社，2004 ［5］張世昌，李旦，高航．機械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2007 ［6］毛平淮．互換性與測試技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社，2006 ［7］杜志俊．工業(yè)機器人的應用與發(fā)展趨勢．北京：機械工業(yè)出版社，2002 ［8］朱世強，王宣銀．機器人技術(shù)及其應用．杭州：浙江大學出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢．中國科學院自動化研究所，2007 ［10］萩原方彥（日）．機械實用手冊．科學出版社，2007年第2版 ［11］周恩濤，周士昌．液壓驅(qū)動機械手的神經(jīng)網(wǎng)絡控制．中國機械工程第12卷第4期，2001．4 ［12］張新聚，曹慧琴，楊雪．程控通用機器人的設計．液壓與氣動2007年第2期，2007 ［13］陳愛珍．日本工業(yè)機器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀．機械工程師2008年第7期，2008 ［14］工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談．自動化博覽2007年4月刊，2007．4 ［15］趙臣，王剛．我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報告．機器人技術(shù)與應用，2009.3 ［16］Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Manipulators. IEEE Control Systems Magazine, 1989.10, 9-13 ［17］D. Black. A Modular Approach to Robotic Automation of DOE Applications. ARM Automation, Inc 2000.7 指導教師審核意見 指導教師（簽名） 年 月 日 關(guān)于曲軸搬運機械手研究——文獻綜述 【摘要】 本文歸納了工業(yè)機械手和曲軸搬運機械手研究中的關(guān)鍵問題，分析了工業(yè)機械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，討論了設計工業(yè)機械手及曲軸搬運機械手的方案。在此基礎(chǔ)上，對工業(yè)機械手及曲軸搬運機械手的進一步研究進行了展望。 【關(guān)鍵詞】工業(yè)機械手，曲軸，自動化，液壓驅(qū)動，智能化 1、引言 隨著社會生產(chǎn)不斷進步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機械手技術(shù)快速發(fā)展。它能模仿人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置，可以通過編程來完成各種預期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應性。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務等眾多領(lǐng)域有著越來越多的應用, 尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。工業(yè)機器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進制造業(yè)的柔性化、增強企業(yè)和國家的競爭力等諸方面具有舉足輕重的地位。其中液壓式機械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及組件價格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個部門，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的，因此可看出裝卸、搬運等工序機械化的迫切性。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產(chǎn)工序；機械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，工業(yè)機器人市場也會越來越大。 在生產(chǎn)實踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進行合理的安排，組成一條自動流水加工線。但在流水線上加工時，搬運工作由人工完成，不可避免地存在著勞動強度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問題，嚴重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟效益。當生產(chǎn)效率很高時，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率這就需要使自動線上工件搬運自動化。于是針對這一問題就提出了要研制一種搬運機械手來代替工人實現(xiàn)工件的搬運上線,并且能滿足定位和重復定位精度。用搬運機械手來代替工人搬運工件可以減輕工人的勞動強度，減少自動線上的工人數(shù)目，同時也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 設計說明書的第一部分介紹工業(yè)機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，以及研究曲軸搬運上線機械手的目的和動機；第二部分給出這臺機械手的主要性能規(guī)格參量；第三部分介紹工業(yè)機械手的設計理論與方法，并對機械手的整體結(jié)構(gòu)進行設計；第四部分對液壓驅(qū)動方面進行簡單設計。 2、工業(yè)機械手的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2.1基本知識 曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復)運動變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運動。它是發(fā)動機上的一個重要的機件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個重要部位：主軸頸，連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構(gòu)。曲軸的潤滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤滑和兩頭固定點的潤滑。 這個一般都是壓力潤滑的，曲軸中間會有油道和各個軸瓦相通，發(fā)動機運轉(zhuǎn)以后靠機油泵提供壓力供油進行潤滑、降溫。發(fā)動機工作過程就是，活塞經(jīng)過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動機的動力源。 機械手（mechanical hand），也被稱為自動手（auto hand），它能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 點位控制，采用全功能的數(shù)控裝置或采用單板機或單片機控制某機構(gòu)從一點準確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴格控制。目前工業(yè)機器人以可編程控制器（PLC）點位控制為主，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等優(yōu)點。 2.2 研究現(xiàn)狀 隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業(yè)機器人都已被大量采用。2005年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求僅次于汽車及汽車零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對工業(yè)機器人的需求則遠遠超過電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車及汽車零部件制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對工業(yè)機器人的需求比例相當，均在7%左右。另外諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務等領(lǐng)域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。 國內(nèi)工業(yè)機器人市場具有如下特征：（1）國內(nèi)汽車業(yè)。汽車制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè)，也是自動化程度要求高、競爭相當激烈的行業(yè)。可以說，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國工業(yè)機器人增長的主要原動力之一。（2）沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。國內(nèi)相當數(shù)量的企業(yè)技術(shù)實力得到很大提高，生產(chǎn)設備更新?lián)Q代，為了更好地適應市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競爭力，改善工人勞動條件，企業(yè)對工業(yè)機器人的需求自然不斷增加。（3）外商獨資企業(yè)、中外合資企業(yè)。外商獨資或中外合資企業(yè)自動化程度一般比較高，導致工業(yè)機器人的需求量較大。（4）國內(nèi)一些現(xiàn)代化水平比較高的企業(yè)。國內(nèi)一些汽車廠、軍工企業(yè)、船舶行業(yè)等。 機械手的驅(qū)動裝置一般有步進電機、伺服電機、液壓和氣動等。其中，電液伺服系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。但是，由于電液伺服系統(tǒng)中普遍存在著壓力—流量非線性、伺服閥零偏、雙向增益不等、死區(qū)等非線性環(huán)節(jié)，還存在由液壓介質(zhì)粘溫特性引起的伺服閥時變特性、系統(tǒng)質(zhì)量負載引起的系統(tǒng)慣量的變化等時變特性。所有這些非線性及時變特性都使得電液控制系統(tǒng)難以利用已有的古典控制方法對其控制器進行設計，因而這一問題就成為電液控制領(lǐng)域的研究熱點之一。其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制是新興起的研究熱點之一，神經(jīng)網(wǎng)絡用于控制，具有如下特點：可以處理難以用模型或規(guī)則描述的過程；能同時處理大量的不同類型的信息；并行分布式信息處理模式等。 隨著計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)的發(fā)展，越來越迫切地要求工業(yè)機器人系統(tǒng)能與現(xiàn)代化工廠的其他自動化系統(tǒng)成為一體，同時隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新，以及對機器人系統(tǒng)研究的需要等，這一切都要求機器人系統(tǒng)具有較強的開放性。在實際的應用中，人們總希望機器人的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)在某種程度上，為了適應市場的變化而調(diào)節(jié)生產(chǎn)線和技術(shù)需求，可以按照自身和總體系統(tǒng)的功能要求來進行擴展和修改；同時,因為工業(yè)生產(chǎn)的自身特殊性——較高實時性、突出的安全性等特性，因此這些特殊要求必須在機器人的控制結(jié)構(gòu)的軟件體系中得到實現(xiàn)。由此可見，機器人的控制系統(tǒng)在硬件和軟件結(jié)構(gòu)上都必須具有開放性，同時還要保持有較高的實時響應。目前，開放式控制系統(tǒng)的研究已成為自動控制領(lǐng)域的一個熱門研究方向，并且在國內(nèi)外取得了進展和成功。 2.3 發(fā)展趨勢 機械手雖然能代替人工操作，大大改善工人的勞動條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來，提高勞動生產(chǎn)效率。但是相對人的思維邏輯，如果機械手的邏輯時間設計不合理，也會造成生產(chǎn)延誤與浪費。要找到最優(yōu)的生產(chǎn)時間，需要經(jīng)過生產(chǎn)實踐的驗證和摸索，對生產(chǎn)中影響到生產(chǎn)效率的幾個瓶頸工位進行分析，并制定可行性方案，從而實現(xiàn)曲軸線生產(chǎn)的產(chǎn)能最大化。對曲軸生產(chǎn)線機械手與設備上、下料之間的邏輯時間進行研究和分析，并根據(jù)實際生產(chǎn)狀況分析曲軸線上的機械手在機床設備之間上下料和清空緩沖之間的邏輯關(guān)系，找出能滿足實際生產(chǎn)的最優(yōu)生產(chǎn)節(jié)拍，避免機械手不必要的等待時間。 由于傳感器技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，機器人的作業(yè)能力不斷提高，其適應范圍也在不斷地擴大。從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。 3、設計方案的比較與分析 3.1機械手坐標形式的選擇 常見的工業(yè)機械手根據(jù)手臂的動作形態(tài)，按坐標形式大致可以分為1.直角坐標型機械手2.圓柱坐標型機械手3.球坐標（極坐標）型機械手4.關(guān)節(jié)型（回轉(zhuǎn)坐標）型機械手5. 平面關(guān)節(jié)型?。 圓柱坐標型是通過一個轉(zhuǎn)動兩個移動，共三個自由度組成的運動系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標型比較，在相同的空間條件下，機體所占體積小，而運動范圍大。 直角坐標型，其運動部分的三個相互垂直的直線組成，其工作空間為長方體，它在各個軸向的移動距離可在坐標軸上直接讀出，直觀性強，易于位置和姿態(tài)的編程計算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，但機體所占空間大，靈活性較差。 球坐標型又稱極坐標型，它由兩個轉(zhuǎn)動和一個直線組成，即一個回轉(zhuǎn)，一個俯仰和一個伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點，但是結(jié)構(gòu)比較復雜。 關(guān)節(jié)型又稱回轉(zhuǎn)坐標型，這種機器人的手臂與人體上肢類似，其前三個自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運動和使大臂作俯仰運動，小臂作俯仰擺動，其特點是工作空間范圍大，動作靈活，通用性強，能抓取靠近機座的工件。 平面關(guān)節(jié)型采用兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)；兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運動，而移動關(guān)節(jié)控制上下運動。這種機器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。 本次設計中采用回轉(zhuǎn)坐標型。 3.2機械手驅(qū)動方式的選擇 根據(jù)動力源的不同，工業(yè)機械手的驅(qū)動機構(gòu)大致可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式。 液壓驅(qū)動：液壓技術(shù)比較成熟，具有動力大、力慣量比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點。 氣壓驅(qū)動：具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維修方便價格低等特點，適用于中小負載的系統(tǒng)中，難于實現(xiàn)伺服控制。 電動驅(qū)動：控制性能差，慣性大，不易精確定位，安裝維修方便。 機械式：動作可靠，動作范圍小，結(jié)構(gòu)比較復雜。 因為采用液壓機構(gòu)驅(qū)動機械手具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅(qū)動力大等優(yōu)點，本次設計中選擇液壓驅(qū)動。 3.3控制方式的選擇 控制方式可分為點位控制和連續(xù)控制兩種，目前工業(yè)機器人以點位控制為主。 本次設計中選用可編程控制器（PLC），其具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等優(yōu)點，但本次將不對PLC控制方面進行設計。 4、結(jié)束語 機械手的迅速發(fā)展源于它的積極作用。采用工業(yè)機器人具有如下優(yōu)點:第一，改善勞動條件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三，提高零件的處理能力與產(chǎn)品質(zhì)量；第四，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力；第五，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強度，減少勞動風險；第六，減少機床損耗；第七，減少工藝過程中的工作量及降低停產(chǎn)時間和庫存；第八，提高企業(yè)競爭力。機械手能代替人工操作，大大改善工人的勞動條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來，提高勞動生產(chǎn)效率。 在了解了工業(yè)機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)的基礎(chǔ)上，本次設計將根據(jù)給定的工礦條件和基本要求，從機械原理和機械結(jié)構(gòu)對搬運機械手進行具體分析和設計。將詳細說明該機構(gòu)的傳動、驅(qū)動等主要部件的選型原則和校核步驟，并結(jié)合原理圖等對機械手的工作方法和工作原理進行描述，對PLC控制方面將不進行設計。 參考文獻： ［1］郭洪紅.工業(yè)機器人運用技術(shù)[M].北京：科學出版社.2008.7 ［2］周壽明，鄧成良.可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機器人研究[J].科技創(chuàng)新導報.2008第27期.2008 ［3］羅璟，趙克定，陶湘廳，袁銳波.工業(yè)機器人的控制策略探討[J]，機床與液壓.2008.10 ［4］李文明.曲軸搬運機械手的研究與設計[D].武漢：華中科技大學.2007 ［5］郭洪紅.工業(yè)機械人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學.2006.5 ［6］王小玲.工業(yè)機械手的PLC控制[J].機電工程技術(shù).2004年第9期.2004 ［7］王楠．小型工業(yè)機器人的設計現(xiàn)狀與分析．機械與電氣，2008年第3期，2008.3 ［8］朱世強，王宣銀．機器人技術(shù)及其應用[J]．杭州：浙江大學出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]．中國科學院自動化研究所，2007 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Introduction In developing countries, very hard constraints and difficulties are imposed to students and researchers leading usually to inadequate pedagogic results, especially when attempting to learn and experiment complex modern systems. These constraints may stem from the lack of economical budgets, from a bureaucratic discouraging environment, from a mismach between university and industry, etc. One interesting and challenging field to investigate and to experiment by students in emerging countries concerns the design of modern technology applications such as the development of low cost experimental telerobotic systems. Indeed, this helps to understand and master how to combine both engineering and information technologies in order to built complex systems. In this context, some pedagogic telerobotic systems are available through Internet such as the mobile robot Xavier [1], and the web robot ABB of Australia [2]. However, as far as we know, none are available in developing countries. Therefore, to introduce this challenging technology, a didactic program has been launched based on the following steps: -build up robot arm manipulators. -build up a pantilt unit (ptu) for controlling a webcam orientation. -implement robot control software-implement the communication software via internet connecting the robot site and the operator site. -implement and test remotely some control modes. 2.The Experimental Telerobotic System The telerobotic system is composed, at the remote site, of a robot arm manipulator and of a ptu to control the orientation of a webcam. Both the robotic arm manipulator and the ptu have been designed and built in our laboratory. The arm manipulator is a serial robot of three degrees of freedom of type RRR. It holds a gripper. The ptu enables horizontal and vertical orientations. The articulations are motorised with very economical DC motors. Figure 1 shows the ptu holding the webcam as well as the robot arm manipulator. Again, the electronic command unit for robot control are implemented in our laboratory with very cheap components. Figure 1 . The telerobotic remote system Since there is no hardware for signal acquisition that is available at this stage, the electronic command unit uses simply the parallel ports of the PC to select and activate the DC motors in an on-off way. On the local site stands the human operator who remotely directs the tasks via a Graphical User Interface (GUI). This GUI is designed according to user-centred design. It provides facilities to remotely control both the robot arm manipulator and the pan-tilt unit for selecting views. Mouse click based control, image based control, and gesture based control have been implemented and tested. Figure 2 shows the operator at the local site and the video stream that enables to carry out tasks. Figure 2 . The telerobotic local site Two PCs are used, one at the local site and the second at the remote site. The interconnection between these sites is based on the TCP/IP sockets. The software is mainly written in Java while some low level functions are written with C. For economical reasons, we have actually only implemented the direct geometrical model and the inverse geometrical model. Of course, the system is not accurate since these models do not take into account the gravity effect and there is no feedback. Nevertheless, these simple models enable to achieve some pick-and-place tasks. 3. Control Modes To remotely achieve tasks, we have implemented the following three control modes. 3.1. Mouse click commands The mouse click control mode enables the control of the robot as well as the ptu by using simple mouse clicks on some appropriate buttons of a panel. Each button represents a specific function or a specific direction of motion. The frames showed in Figure 3 shows the control panels of the arm manipulator and of the ptu. Figure 3 . Control Panels (robot and ptu) To achieve tasks with this mode, the operator directs the robot by a series of clicks on the appropriate buttons. 3.2. Image Based Commands Image-based control mode enables high level control. Within this mode, the operator directs the robot towards locations in 2D or 3D space by only pointing on their images by means of a mouse clicks [3]. This mode has also been used to control Marskhod robot [4]. 3.3 Gesture commands The operator stands in front of the webcam and moves an object in a certain direction. An algorithm using the KLT tracker [5] determines the direction of the motion that serves to orient the robot in the corresponding direction. 4. Experiments Various experiments have been carried out involving the described control modes. 4.1 Mouse-click control experiments Within this control mode, the operator can carry out pick-and-place tasks such as pick a box from above a table and place it at another location. In practice, the operator manages the task by clicking on selected buttons of the graphical panel in order to direct the robot towards the object of interest. Once the end-effector is positioned near that box, the operator activates the gripper for picking this object. Then, the operator moves the robot towards the position where the box has to be left. Once this position is reached, the operator deactivates the gripper in order to release the box. Figure 4 illustrates our experimental robot performing a pick-and-place task. Figure 4 . The robot performing a task Many experiments have been carried out with different students. It turns out that this mode is intuitive and very easy to learn. On the other hand, difficulties arise from the fact that the operator has to direct tasks by controlling each degree of freedom independently. One main advantage is that the operator compensates the incertainties and the robot unaccuracy. 4.2 Image-based control experiments Many experiments have been carried out using the image-based control. Practically, this control mode is used to send the robot to some location. First, an image of the remote site is grabbed. Then, the operator selects an object of interest. The streovision software extracts the coordinates of this object which are used to move the robot towards the object in the real world. In practice, unaccuracy have negatively influenced our results because of the model simplicity, the lack of feedback, the calibration of cheap webcams. As a consequence, the implementation of image_based in 2D space have provided better results with comparison of that of 3D space. 4.3 Gesture-based control Experiments Experiments h