第一篇：工業機械手概述

第1章 緒論

1.1前言

所謂機械手是指用于再現人手的功能的技術裝置。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為工業機械手。

工業機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分，這種新技術發展很快，逐漸成為一門新興的學科——機械手工程。機械手涉及到力學、機械學、電器液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。

工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。

機械手的發展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其

一、它能部分的代替人工操作；其

二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其

三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。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。在我國近幾年也有較快的發展,并且取得一定的效果，受到機械工業的重視??。3機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環境中的工作。

機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。

1.2 工業機械手的簡史

現代工業機械手起源于20世紀50年代初，是基于示教再現和主從控制方式、能適應產品種類變更，具有多自由度動作功能的柔性自動化產品??。

4機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。他的結構是：機體上安裝一回轉長臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機構，控制系統是示教型的。

1962年，美國機械鑄造公司在上述方案的基礎之上又試制成一臺數控示教再現型機械手。商名為Unimate(即萬能自動)。運動系統仿造坦克炮塔，臂回轉、俯仰，用液壓驅動；控制系統用磁鼓最存儲裝置。不少球坐標式通用機械手就是在這個基礎上發展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動公司（Unimaton）,專門生產工業機械手。

1962年美國機械鑄造公司也試驗成功一種叫Versatran機械手，原意是靈活搬運。該機械手的中央立柱可以回轉，臂可以回轉、升降、伸縮、采用液壓驅動，控制系統也是示教再現型。雖然這兩種機械手出現在六十年代初，但都是國外工業機械手發展的基礎。

1978年美國Unimate公司和斯坦福大學、麻省理工學院聯合研制一種Unimate-Vic-arm型工業機械手，裝有小型電子計算機進行控制，用于裝配作業，定位誤差可小于±1毫米。

美國還十分注意提高機械手的可靠性，改進結構，降低成本。如Unimate公司建立了8年機械手試驗臺，進行各種性能的試驗。準備把故障前平均時間（注：故障前平均時間是指一臺設備可靠性的一種量度。它給出在第一次故障前的平均運行時間），由400小時提高到1500小時，精度可提高到±0.1毫米。

德國機器制造業是從1970年開始應用機械手，主要用于起重運輸、焊接和設備的上下料等作業。德國KuKa公司還生產一種點焊機械手，采用關節式結構和程序控制。

瑞士RETAB公司生產一種涂漆機械手，采用示教方法編制程序。瑞典安莎公司采用機械手清理鑄鋁齒輪箱毛刺等。

日本是工業機械手發展最快、應用最多的國家。自1969年從美國引進二種典型機械手后，大力研究機械手的研究。據報道，1979年從事機械手的研究工作的大專院校、研究單位多達50多個。1976年個大學和國家研究部門用在機械手的研究費用42%。1979年日本機械手的產值達443億日元，產量為14535臺。其中固定程序和可變程序約占一半，達222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的機械手產值約為67億日元，比1978年增長50%。智能機械手約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，機械手累計產量達56900臺。在數量上已占世界首位，約占70%，并以每年50%～60%的速度增長。使用機械手最多的是汽車工業，其次是電機、電器。預計到1990年將有55萬機器人在工作。

第二代機械手正在加緊研制。它設有微型電子計算機控制系統，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。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手。

第三代機械手（機械人）則能獨立地完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系。并逐步發展成為柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造單元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環。

隨著工業機器手（機械人）研究制造和應用的擴大，國際性學術交流活動十分活躍，歐美各國和其他國家學術交流活動開展很多。

1.3工業機械手在生產中的應用

機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛廣泛??。

5在現代工業中，生產過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業的自動化水平越來越高，現代化加工車間，常配有機械手，以提高生產效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。可在機械工業中，加工、裝配等生產很大程度上不是連續的。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產；金屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里可以看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生的。目前在我國機械手常用于完成的工作有：注塑工業中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個生產工序；機械手加工行業中用于取料、送料；澆鑄行業中用于提取高溫熔液等等。本文以能夠實現這類工作的搬運機械手為研究對象。下面具體說明機械手在工業方面的應用。

1.3.1 建造旋轉零件（轉軸、盤類、環類）自動線

一般都采用機械手在機床之間傳遞零件。國內這類生產線很多，如沈陽永泵廠的深井泵軸承體加工自動線（環類），大連電機廠的4號和5號電動機加工自動線（軸類），上海拖拉機廠的齒坯自動線（盤類）等。

加工箱體類零件的組合機床自動線，一般采用隨行夾具傳送工件，也有采用機械手的，如上海動力機廠的氣蓋加工自動線轉位機械手。

1.3.2 實現單機自動化方面

各類半自動車床，有自動加緊、進刀、切削、退刀和松開的功能，單仍需人工上下料；裝上機械手，可實現全自動化生產，一人看管多臺機床。目前，機械手在這方面應用很多，如上海柴油機廠的曲拐自動車床和座圈自動車床機械手，大連第二車床廠的自動循環液壓仿行車床機械手，沈陽第三機床廠的Y38滾齒機械手，青海第二機床廠的滾銑花鍵機床機械手等。由于這方面的使用已有成功的經驗，國內一些機床廠已在這類產品出廠是就附上機械手，或為用戶安裝機械手提供條件。如上海第二汽車配件廠的燈殼沖壓生產線機械手（生產線中有兩臺多工位機床）和天津二注塑機有加料、合模、成型、分模等自動工作循環，裝上機械手的自動裝卸工件，可實現全自動化生產。目前機械手在沖床上應用有兩個方面：一是160t以上的沖床用機械手的較多。如沈陽低壓開關廠200t環類沖床磁力起重器殼體下料機械手和天京拖拉機廠400t沖床的下料機械手等；其一是用于多工位沖床，用作沖壓件工位間步進輕局技術研究所制作的120t和40t多工位沖床機械手等。

1.3.3 鑄、鍛、焊熱處理等熱加工方面

模鍛方面，國內大批量生產的3t、5t、10t模鍛錘，其所配的轉底爐，用兩只機械手成一定角度布置早爐前，實現進出料自動化。上海柴油機廠、北京內燃機廠、洛陽拖拉機廠等已有較成熟的經驗。

1.4 機械手的組成

工業的機械手由執行機構、驅動機構和控制機構三部分組成組成??。

61.4.1 執行機構

（1）手部 既直接與工件接觸的部分，一般是回轉型或平動型（多為回轉型，因其結構簡單）。手部多為兩指（也有多指）；根據需要分為外抓式和內抓式兩種；也可以用負壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸盤。傳力機構形式教多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、楔塊杠桿式、齒輪齒條平行連桿式、內撐連桿式、右絲杠螺母式、彈簧式和重力式。

（2）腕部 是連接手部和臂部的部件，并可用來調節被抓物體的方位，以擴大機械手的動作范圍，并使機械手變的更靈巧，適應性更強。手腕有獨立的自由度。有回轉運動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設有回轉運動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機械手，為了簡化結構，可以不設腕部，而直接用臂部運動驅動手部搬運工件。目前，應用最為廣泛的手腕回轉運動機構為回轉液壓（氣）缸，它的結構緊湊，靈巧但回轉角度小（一般小于 2700）,并且要求嚴格密封，否則就難保證穩定的輸出扭距。因此在要求較大回轉角的情況下，采用齒條傳動或鏈輪以及輪系結構。

（3）臂部 手臂部件是機械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動他們做空間運動。

臂部運動的目的：把手部送到空間運動范圍內任意一點。如果改變手部的姿態（方位），則用腕部的自由度加以實現。因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉、升降（或俯仰）運動。

手臂的各種運動通常用驅動機構（如液壓缸或者氣缸）和各種傳動機構來實現，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運動較為多，受力復雜。因此，它的結構、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機械手的工作性能。

（4）行走機構 有的工業機械手帶有行走機構，我國的正處于仿真階段。

1.4.2 驅動機構

驅動機構是工業機械手的重要組成部分。根據動力源的不同, 工業機械手的驅動機構大致可分為液壓、氣動、電動和機械驅動等四類。采用液壓機構驅動機械手,結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便、可獲得較大的輸出功率、液體不可壓縮，壓力、流量易于控制，反應靈敏、控位精確等優秀特點。

1.4.3 控制系統分類

在機械手的控制上，有點動控制和連續控制兩種方式。大多數用插銷板進行點位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。

1.5工業機械手的發展趨勢

(1)工業機械手性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的6.5萬美元。

(2)機械結構向模塊化、可重構化發展。例如關節模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統三位一體化:由關節模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝 配機器人產品問市。(3)工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。

(4)機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環境建模及決策控制多傳感器融合配置技術在產品化系統中已有成熟應用。

(5)虛擬現實技術在機械手中的作用已從仿真、預演發展到用于過程控制如使遙控機器人操作者產生置身于遠端作業環境中的感覺來操縱機器人。

(6)當代遙控機器人系統的發展特點不是追求全自治系統，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名實例。

(7)機器人化機械開始興起。從94年美國開發出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線(站)上獲得規模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產品:機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距;在應用規模上，我國己安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產業化進程.我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領先水平，還開發出直接遙控機器人、雙臂協調控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎技術的開發應用上開展了不少工作，有了一定的發展基礎。但是在多傳感器信息融合控制技術、遙控加局部自主系統遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎上，有重點地系統攻關，才能形成系統配套可供實用的技術和產品，以期在“十五”后期立于世界先進行列之中?7??10?。

1.6 本文主要研究內容

本文研究了國內外機械手發展的現狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了組合機床自動上料液壓機械手的運動機理。在此基礎上，確定了組合機床自動上料液壓機械手的基本系統結構，對組合機床自動上料液壓機械手的運動進行了簡單的力學模型分析，完成了自動上下料機械手的控制系統、液壓系統和機械手機械方面的設計工作（包括傳動部分、執行部分、驅動部分）的設計工作。

1.7 本章小結

本章簡要的介紹了機械手的基本概念、發展歷程及應用領域。在機械手的組成上，系統的從執行機構、驅動機構以及控制部分三個方面說明。比較細致的介紹了機械手的發展趨勢，簡要的敘述了本文研究的內容。

第二篇：工業機器人機械手外文翻譯

外 文 翻 譯

Introduction to Robotics

Mechanics and Control

機器人學入門

力學與控制

系

別： 機械與汽車工程系 專學業生

名姓

稱： 機械設計制造及其自動化 名： 郭仕杰

學

號：

06101315 指導教師姓名、職稱： 賀秋偉 副教授

完成日期 2014 年2 月28日 Introduction to Robotics

Mechanics and Control

Abstract This book introduces the science and engineering of mechanical manipulation.This branch of the robot has been in several classical field based.The main related fields such as mechanics, control theory, computer science.In this book, Chapter 1 through 8 topics ranging from mechanical engineering and mathematics, Chapter 9 through 11 cover control theory of material, and twelfth and 13 may be classified as computer science materials.In addition, this book emphasizes the computational aspects of the problem;for example, each chapter it mainly mechanical has a brief section calculation.This book is used to teach the class notes introduction to robotics, Stanford University in the fall of 1983 to 1985.The first and second versions have been through 2002 in use from 1986 institutions.Using the third version can also benefit from the revised and improved due to feedback from many sources.Thanks to all those who modified the author's friends.This book is suitable for advanced undergraduates the first grade curriculum.If students have contributed to the dynamics and linear algebra course in advanced language program in a basic course of statics.In addition, it is helpful, but not absolutely necessary, let the students finish the course control theory.The purpose of this book is a simple introduction to the material, intuitive way.Specifically, does not need the audience mechanical engineer strict, although much of the material is from the field.At the Stanford University, many electrical engineers, computer scientists, mathematicians find this book very readable.Here we only on the important part to extract.The main content

1、Background

The historical characteristics of industrial automation is popular during the period of rapid change.Either as a cause or an effect of automation technology, period of this change is closely linked to the world economy.Use of industrial robots, can be identified in a unique device 1960's, with the development of computer aided design(CAD)system and computer aided manufacturing(CAM)system, the latest trends, automated manufacturing process.The technology is the leading industrial automation through another transition, its scope is still unknown.In the northern America, machinery and equipment used in early 80's of the 20th century, the late 80's of the 20th century a short pull.Since then, the market more and more(Figure 1.1), although it is affected by economic fluctuations, all the market.Figure 1.2 shows the robots were installed in a large number of annual world industrial zone.Notably, the number of Japan's report is different from other areas: they count the number of machine of robot in other parts of the world are not considered robot(instead, they would simply be considered “factory machines”).Therefore, the reported figures for the Japanese exaggerated.One of the main reason for the growth in the use of industrial robots is that they are falling costs.Fig.1.3 shows that, in the last century 90's ten years, robot prices dropped although human labor costs.At the same time, the robot is not only cheaper, they become more effective and faster, more accurate, more flexible.If we factor these quality adjusted to the number, the use of robots to decrease the cost of even than their price tag faster.More cost-effective in the robot they become, as human labor to become more expensive, more and more industrial work become robot automation candidate.This is the most important trend to promote the industrial robot market growth.The second trend is, in addition to the economic, as robots become more can become more tasks they can do, may have on human workers engaged in dangerous or impossible.Industrial robots perform gradually get more complex, but it is still, in 2000, about 78% installation welding or material handling robot in USA robot.A more challenging field, industrial robots, accounted for 10% unit.This book focuses on the dynamics and control of the most important forms of industrial robot, manipulator.What is the industrial robot is sometimes debate.Equipment, as shown in Figure 1.4 is always included, and CNC milling machine(NC)is usually not.The difference lies in the programmable complex place if a mechanical device can be programmed to perform a variety of applications, it may be an industrial robot.This is the part of a limited class of tasks are considered fixed automation.For the purpose of this difference, do not need to be discussed;the basic properties of most materials suitable for various programmable machine.In general, the mechanical and control research of the mechanical hand is not a new science, but a collection of the theme from the “classic” field.Mechanical engineering helps to machine learning methods for static and dynamic conditions.The mathematical description of movement of the tool manipulator space supply and other attributes.Provide design evaluation tool to realize the motion and force the desired algorithm control theory.Electrical engineering technology applied in the design of electrical engineering technology for sensor applied in design and industrial robot interface sensor, are programmed to perform the required task of basic computer science and the equipment.Figures：

FIGURE 1.1: Shipments of industrial robots in North America in millions of US

dollars

FIGURE 1.2: Yearly installations of multipurpose industrial robots for 1995-2000 and

forecasts for 2001-2004

FIGURE 1.3: Robot prices compared with human labor costs in the 1990s

FIGURE 1.4:The Adept 6 manipulator has six rotational joints and is popular in many applications.Courtesy of Adept Technology, Inc.2、Control of mechanical arm In the study of robots, 3D spatial position we constantly to the object of interest.These objects are all manipulator links, parts and tools, it deals, and other objects in the robot's environment.In a coarse and important level, these objects are described by two attributes: the position and direction.Of course, a direct interest in the topic is the attitude in which we represent these quantities and manipulate their mathematics.In order to describe the human body position in space and direction, we will always highly coordinate system, or frame, rigid object.Then we continue to describe the position and orientation of the reference frame of the coordinate system.Any framework can be used as a reference system in the expression of a body position and direction, so we often think of conversion or transformation of the body of these properties from one frame to another description.The 2 chapter discusses the Convention methods of dealing with job descriptions discussed method of treating and post convention described positioning and manipulation of coordinate system the quantity and mathematics different.Well developed skills relevant to the position and rotation of the description and is very useful in the field of rigid robot.Kinematics is the science of sports, the movement does not consider the force which resulted in it.In the scientific research of kinematics, a position, velocity, acceleration, and the location variable high order derivative(with respect to time of all or any of the other variables(S)).Therefore, the kinematics of manipulator is refers to the geometric and temporal characteristics of all movement.The manipulator comprises nearly rigid connection, which is the relative movement of the joint connection of adjacent links.These nodes are usually instrument position sensor, so that adjacent link is a relative position measurement.In the case of rotating or rotary joint, the displacement is called the joint angle.Some robots including sliding(or prism)connection, in which the connection between the relative displacement is a translation, sometimes called the joint offset.The manipulator has a number of independent position variables are specified as the mechanism to all parts of the.This is a very general term, any mechanism.For example, a four connecting rod mechanism has only one degree of freedom(even with three members of the movement).In the case of the typical industrial robots, because the robots is usually an open kinematic chain, because each joint position usually define a variable, the node is equal to the number of degrees of freedom.The free end of the link chain consisting of the manipulator end effector.According to the application of robot, the end effector can be a starting point, the torch, electromagnet, or other device.We usually by mechanical hand position description framework description tool, which is connected to the end effector, relative to the base, the base of the mobile manipulator.In the study of mechanical operation of a very basic problem is the kinematics.This is to compute the position of mechanical static geometric problems in hand terminal positioning.Specifically, given a set of joint angles, the forward kinematics problem is to compute the position and orientation relative to the base of the tool holder.Sometimes, we think this is a change from the joint space is described as a manipulator position that Cartesian space description.“This problem will be discussed in the 3 chapter.In the 4 chapter, we will consider the inverse kinematics problem.The problems are as follows: the end effector position and direction of the manipulator, computing all possible joint angle, can be used to achieve the position and direction of a given.(see Figure 1.7.)This is a practical problem of manipulator is fundamental.This is quite a complex geometry problem, the conventional solution in tens of thousands of humans and other biological systems time every day.In a case like a robot simulation system, we need to create computer control algorithm can make the calculation.In some ways, the solution to this problem is the most important element in the operating system.This is quite a complex geometry problem, the conventional solution in tens of thousands of humans and other biological systems time every day.In a case like a robot simulation system, we need to create computer control algorithm can make the calculation.In some ways, the solution to this problem is the most important element in the operating system.We can use this problem as a mapping on 3D Descartes ”position“ space ”position“ in the robot joint space.This need will occur when the 3D spatial objects outside the specified coordinates.Lack of this kind of algorithm some early robot, they just transfer(sometimes by hand)required for the position, and then be recorded as a common set of values(i.e., as a position in joint space for later playback).Obviously, if the playback position and motion pattern recording and joint of the purely robot in Cartesian space, no algorithm for the joint space is necessary.However, the industrial robot is rare, the lack of basic inverse kinematics algorithm.The inverse kinematics problem is not a simple forward kinematics of A.The equation of motion is nonlinear, their solution is not always easy(or even possible in a closed form).At the same time, the existing problems of solutions and multiple solutions occur.The study of these problems provides an appreciation of what the human mind nervous system is achieved when we, there seems to be no conscious thought, object movement and our arms and hands operation.Manipulator is a solution of the presence or absence of a given definition of work area.A solution for the lack of means of mechanical hands can not reach the desired position and orientation, because it is in the manipulator working area.In addition to static positioning problem, we can analyze the robot motion.Usually, the analysis in the actuator velocity, it is convenient to define a matrix called the Jacobi matrix of the manipulator.The speed of Jacobi matrix specified in Descartes from the velocity mapping space and joint space.(see Figure 1.8.)This mapping configuration of the manipulator changes the natural changes.At some point, called a singularity, this mapping is not to make the transformation.This phenomenon are important to the understanding of the mechanical hand designers and users.Figures：

FIGURE 1.5: Coordinate systems or ”frames“ are attached to the manipulator and to

objects in the environment.FIGURE 1.6: Kinematic equations describe the tool frame relative to the base frame

as a function of the joint variables.FIGURE 1.7: For a given position and orientation of the tool frame, values for the joint variables can be calculated via the inverse kinematics.FIGURE 1.8: The geometrical relationship between joint rates and velocity of the end-effector can be described in a matrix called the Jacobian.3、Symbol Symbol is always the problems in science and engineering.In this book, we use the following convention: First: Usually, uppercase variables vector or matrix.Scalar lowercase variables.Second：Tail buoy use(such as the widely accepted)indicating inverse or transposed matrix.Third：Tail buoy not subject to strict conventions, but may be that the vector components(for example, X, Y, Z)or can be used to describe the PBO / P in a position of the bolt.Fourth：We will use a lot of trigonometric function, we as a cosine symbol angle E1 can adopt the following methods: because the E1 = CE1 = C1.In the vector sign note general: many mechanics textbook treatment number of vector at a very abstract level and often used vector is defined relative to expression in different coordinate systems.The most obvious example is, in addition to vector is relative to a given or known a different frame of reference.This is usually very convenient, resulting in compact structure, elegant formula.For example, consider the angular velocity, connected in series with the last body ° W4 'four rigid body(such as the manipulator links)relative to the fixed seat chain.Due to the angular velocity vector addition, angular velocity equation at last link we can write a very simple vector:

However, unless the information is relative to a common coordinate system, they cannot be concluded, therefore, although elegant, equation(1.1)calculation.Most of the ”work“.A case study of the manipulator, such statements,(1.1)work coordinate system hidden bookkeeping, which is often we need to practice.Therefore, in this book, we put the symbol reference frame vectors, we don't and carrier, unless they are in the same coordinate system.In this way, we derive expressions for computing numerical solution, ”bookkeeping" problem can be directly applied to the actual.Summary The robot is a typical electromechanical integration device, it uses the latest research results of machinery and precision machinery, microelectronics and computer, automation control and drive, sensor and information processing and artificial intelligence and other disciplines, with the development of economy and all walks of life to the automation degree requirements increase, the robot technology has been developing rapidly, the emergence of a variety of robotic products.The utility of robot products, not only can solve many practical problems difficult to solve by manpower, and the promotion of industrial automation process.At present, the research and development of robot relates to many aspects of the technology, the complexity of system structure, development and development cost is generally high, limiting the application of the technology, to some extent, therefore, the development of economic, practical, high reliability of robot system with a wide range of social significance and economic value.Based on the design of mechanical structure and drive system, the kinematics and dynamics of the cleaning robot is analyzed.Kinematics analysis is the basis of path planning and trajectory control of the manipulator, the kinematics analysis, inverse problem can complete the operation of space position and velocity mapping to drive space, using the homogeneous coordinate transformation method has been the end of manipulator position and arthrosis transform relations between the angle, geometric analysis method to solve the inverse kinematics problem of manipulator, provides a theoretical basis for control system design.The robot dynamics is to study the relationship between the motion and force of science, the purpose of the study is to meet the need of real-time control, this paper use straightaway language introduced the related mechanical industrial robots and control knowledge for us, pointing the way for our future research direction.Robot is a very complicated learning, in order to go into it, you need to constantly learn, the road ahead is long, I shall search.機器人學入門

力學與控制

摘要

本書介紹了科學與工程機械操縱。這一分支學科的機器人已經在幾個經典的領域為基礎的。主要的相關的領域是力學，控制理論，計算機科學。在這本書中，第1章通過8個主題涵蓋機械工程和數學，第9章通過11個蓋控制理論材料，第12和13章可能被歸類為計算機科學材料。此外，這本書強調在計算方面的問題；例如，每章這方面主要以力學有一個簡短的章節計算考慮。這本書是從課堂筆記用來教機器人學導論，斯坦福大學在1983的秋天到1985。第一和第二版本已經通過2002在從1986個機構使用。第三版也可以從中受益的使用和采用的修正和改進由于許多來源的反饋。感謝所有那些誰修正了作者的朋友們。這本書是適合高年級本科生一年級的課程。如果學生已經在靜力學的一門基礎課程有助于動力學和線性代數課程可以在高級語言程序。此外，它是有幫助的，但不是絕對必要的，讓學生完成入門課程控制理論。本書的目的是在一個簡單的介紹材料，直觀的方式。具體地說，觀眾不需要嚴格的機械工程師，雖然大部分材料是從那場。在斯坦福大學，許多電氣工程師，計算機科學家，數學家發現這本書很易讀。在這里我們僅對其中重要部分做出摘錄。

主要內容

1、背景

工業自動化的歷史特點是快速變化的時期流行的方法。無論是作為一個原因或一個效果，這種變化的時期自動化技術是緊密聯系在一起的世界經濟。利用工業機器人，成為可識別在1960年代的一個獨特的裝置，隨著計算機輔助設計（CAD）系統和計算機輔助制造（CAM）系統的特點，最新的趨勢，制造業的自動化過程。這些技術是領先的工業自動化 通過另一個過渡，其范圍仍然是未知的。在美國北部，在早期有機器設備多采用世紀80年代，其次是上世紀80年代后期一個簡短的拉。自那時起，市場越來越多的（圖1.1），雖然它是受經濟波動，是所有市場。圖1.2顯示的機器人被安裝在大數每年世界各國的工業區。值得注意的是，日本的報告數量有所不同從其他地區一樣：他們算一些機器的機器人在世界的其他地方都沒有考慮機器人（而不是，他們會簡單地認為是“工廠的機器”）。因此，該報告的數字為日本有些夸大。

在工業機器人的使用增長的一個主要原因是他們正在下降成本。圖1.3表明，在上世紀90年代的十年中，機器人的價格下降了雖然人類的勞動成本增加。同時，機器人不只是越來越便宜，他們變得更有效更快，更準確，更靈活的。如果我們的因素這些質量調整成數，使用機器人的成本下降甚至比他們的價格標簽更快。在他們的工作機器人變得更具成本效益的，作為人類勞動繼續變得更加昂貴，越來越多的工業工作成為機器人自動化的候選人。這是最重要的趨勢推動了工業機器人的市場增長。第二個趨勢是，除了經濟，隨著機器人變得更能成為他們能夠做的更多以上的任務，可能對人類工人從事危險的或不可能的。工業機器人執行逐步得到更多的應用復雜的，但它仍然是，在2000年，大約78%安裝在美國進行焊接或材料搬運機器人的機器人。

一個更具挑戰性的領域，工業機器人，占10%裝置。這本書著重于力學和最重要的形式控制的工業機器人，機械手。到底什么是工業機器人是有時辯論。設備，如圖1.4所示是總是包括在內，而數控（NC）銑床通常不。區別在于的可編程的復雜的地方如果一個設備機械設備可以被編程為執行各種應用程序，它可能是一個工業機器人。這是最機部分有限的一類的任務被認為是固定的自動化。為目的本文的區別，不需要討論；大多數材料的基本性質適用于各種可編程機。

總的來說，其力學和控制機械手的研究不是一個新的科學，而只是一個收集的主題從“經典”的領域。機械工程有助于機器學習方法靜態和動態的情況下。數學描述空間供應工具機械手的運動和其他屬性。控制理論提供了工具以實現所期望的運動和力的應用評價算法設計。電氣工程技術施加在傳感器的設計電氣工程技術施加在傳感器的設計和工業機器人接口，與計算機科學的基礎這些設備進行編程以執行所需任務。

附圖：

圖1.1在數以百萬計的人在美國北部的工業機器人的出貨量美元

圖1.2 年安裝的多用途的工業機器人1995-2000年和2001年至2004年預測

圖1.3 機器人的價格與上世紀90年代的人類勞動成本的比較

圖1.4 嫻熟的6臂有六個轉動關節（流行于眾多制造行業）

2、力學和機械臂的控制

機器人的研究中，我們不斷的關注對象的位置三維空間。這些對象是機械手的鏈接，零件和工具，它的交易，并在機器人的環境的其他對象。在一個粗而重要的水平，這些對象是由兩個屬性描述：位置和方向。當然，一個直接感興趣的話題是態度在我們所代表的這些量和操縱他們的數學。

為了描述人體在空間中的位置和方向，我們將始終高度坐標系統，或框架，嚴格的對 象。然后我們繼續相對于一些參考描述該幀的位置和方向坐標系統。任何框架可以作為一個參考系統內的表達一個身體的位置和方向，所以我們經常認為轉化或改變身體的這些屬性從一幀到另一個的描述。2章討論了公約的方法處理與職位描述討論了公約的方法處理與職位描述定位和操縱這些量與數學不同的坐標系統。發展良好的技能有關的位置和旋轉的描述甚至在剛體機器人領域是非常有用的。

運動學是科學的運動，對運動不考慮力這導致它。在運動學的科學研究，一個位置，速度，加速度，和所有的高階導數的位置變量（相對于時間或任何其他變量（S））。因此，機械手的運動學研究是指所有的運動的幾何和時間特性。機械手包括近剛性連接，這是由關節連接允許相鄰鏈接的相對運動。這些節點通常儀表有位置傳感器，使鄰近的鏈接是相對位置測量。在旋轉或旋轉接頭的情況下，這些位移被稱為關節角度。一些機器人包含滑動（或棱鏡）連接，其中之間的聯系相對位移是一個翻譯，有時也被稱為聯合偏移量。機械手具有數獨立的位置的變量會被指定為定位該機制的所有部分。這是一個總稱，任何機制。為例如，一個四連桿機構只有一個自由度（即使有三運動的成員）。在典型的工業機器人的情況下，因為機器人通常是一個開放的運動鏈，因為每個關節的位置通常定義一個變量，節點的數目等于自由度。

在鏈接組成的機械手的末端執行器的自由端鏈。根據機器人的應用，末端執行器可以是一個抓手，焊槍，電磁鐵，或其他裝置。我們一般通過描述工具的框架描述的機械手的位置，這是連接到端部執行器，相對于底座，所對移動機械手的基礎。在機械操作的研究一個非常基本的問題就是了運動學。這是計算的位置的靜態幾何問題機械手的末端定位。具體而言，給定一組關節角，正向運動學問題是計算位置和方向工具架相對于底座。有時，我們認為這是改變從關節空間描述為一個機械手位置的表示笛卡爾空間的描述。“這個問題將在3章探討。在4章中，我們將考慮的逆運動學問題。這個問題提出了如下：給出了末端執行器的位置和方向機械手，計算所有可能的關節角度，可以用來實現這個給定的位置和方向。（見圖1.7。）這是一個根本性的問題機械手的實際應用。這是一個相當復雜的幾何問題，常規的解決在人類和其他生物系統時間每天成千上萬。在一個案例像一個機器人仿真系統，我們需要創建的控制算法計算機可以使這個計算。在某些方面，這個問題的解決方案是在操作系統中最重要的元素。

這是一個相當復雜的幾何問題，常規的解決在人類和其他生物系統時間每天成千上萬。在一個案例像一個機器人仿真系統，我們需要創建的控制算法計算機可以使這個計算。在某些方面，這個問題的解決方案是在操作系統中最重要的元素。

我們可以把這個問題作為一個映射在三維笛卡爾的“位置”空間的“位置”在機器人的關節內的空間。這需要自然會出現每當目標外部三維空間指定的坐標。一些早期的機器人缺乏這種算法，他們只是轉移（有時用手）所需的的位置，然后被記錄為一組共同的值（即，作為一個位置關節空間）用于以后回放。顯然，如果機器人用純粹的模式記錄和關節的位置和運動的播放，沒有算法有關的關節空間的笛卡爾空間是必要的。然而，是罕見的工業機器人，缺乏基本的逆運動學算法。逆運動學問題不是簡單的正向運動學一個。由 于運動方程是非線性的，他們的解決方案并不總是容易（甚至可能在一個封閉的形式）。同時，對存在的問題解和多解的出現。這些問題的研究提供了一個欣賞什么人的心靈神經系統是實現當我們，似乎沒有有意識的思考，移動和我們的雙臂和雙手操作的對象。一個解的存在或不存在的定義工作區一個給定的機械手。一個解決方案的缺乏意味著機械手不能達到所需的位置和方向，因為它在機械手的外工作區。

除了處理靜態定位問題，我們不妨分析機器人的運動。通常，在執行機構的速度分析，它是方便的定義一個矩陣的數量稱為機械手的雅可比矩陣.指定的速度雅可比矩陣在笛卡爾從關節空間的速度映射空間。（見圖1.8。）這種映射配置的自然變化機械手的變化。在某些點，稱為奇點，這映射是不使轉化。這一現象的理解是設計師和用戶的重要機械手。

附圖：

圖1.5 坐標系統或“幀”連接到機械手環境中的物體

圖1.6運動學方程描述刀具架相對于底座作為一個聯合變量的函數

圖1.7 對于一個給定的位置和方向的工具框架，值為關節變量可以通過逆運動學計算

圖1.8 聯合率和速度之間幾何關系端部執行器可以在一個矩陣描述了所謂的雅可比矩陣

3、標識符號

符號一直是科學和工程問題。在這本書中，我們使用以下公約： 第一、通常，大寫變量表示的向量或矩陣。小寫的變量的標量。第二、尾標使用（如被廣泛接受的）指示逆或轉置矩陣。

第三、尾標不受嚴格的公約，但可能表明向量的組件（例如，X，Y，Z）或可用于述在PBO / P一個螺栓的位置。

第四、我們將使用許多三角函數，我們為一個余弦符號角E1可以采用下列方式：因

為E1 = CE1 = C1。

在一般的矢量符號注：許多力學教材處理矢量在一個非常抽象的層次上的數量和經常使用向量定義相對于在表達不同的坐標系統。最明顯的例子是，除了向量是給定的或已知的相對于不同的參考系。這是通常很方便，導致結構緊湊，有優雅的公式。為例如，考慮角速度，在串聯連接的最后一次身體°W4 '四剛體（如機械手的鏈接）相對的固定座鏈。由于角速度矢量相加，我們可以寫一個非常簡單的向量的最后環節的角速度方程：

然而，除非這些量是相對于一個共同的坐標表示系統，他們不能總結，所以，雖然優雅，方程（1.1）隱藏大部分的“工作”的計算。為研究個案機械手，這樣的陳述，（1.1）隱藏簿記的工作坐標系統，這往往是我們需要實踐的想法。因此，在這本書中，我們把符號參考框架向量，我們不要和載體，除非他們在同一坐標系統。在這種方式中，我們推導出的表達式，解決“記賬”問題可直接應用于實際的數值計算。

總結

機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經濟的發展和各行各業對自動化程度要求的提高，機器人技術得到了迅速發展，出現了各種各樣的機器人產品。機器人產品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業自動化的進程。目前，由于機器人的研制和開發涉及多方面的技術，系統結構復雜，開發和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術的廣泛應用，因此，研制經濟型、實用化、高可靠性機器人系統具有廣泛的社會現實意義和經濟價值。在完成機械結構和驅動系統設計的基礎上，對物料抓取機械手運動學和動力學進行了分析。運動學分析是路徑規劃和軌跡控制的基礎，對操作臂進行了運動學正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅動空間的映射，采用齊次坐標變換法得到了操作臂末端位置和姿態隨關節夾角之間的變換關系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運動學方程求解問題，對控制系統設計提供了理論依據。機器人動力學是研究物體的運動和作用力之間的關系的科學，研究的目的是為了滿足是實時性控制的需要，本文用通俗易懂的語言為我們介紹了工業機器人的相關力學與控制的知識，為我們以后的研究方向指明了道路。機器人的研究是一門非常復雜的學問，為了深入去探究它的方方面面，就需要不斷的去學習，正所謂路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。

第三篇：工業機械手畢業設計成果要求

電氣工程系關于畢業設計成果要求的規定 電氣工程系關于畢業設計成果要求的規定 畢業設計成果要求
畢業設計（或課程設計）是高等職業技術學院教學計劃的重要組成部分，是使學生理論密切聯系實際，從 而印證、鞏固、擴大其理論知識，培養、提高其職業技能、職業綜合能力和職業素質的重要實踐性教學環節。為保證畢業設計（或課程設計）成果質量，規定如下：

一、畢業設計（或課程設計）成果要求 由畢業設計說明書、設計圖紙、計算書三部分組成，分別篇為第一篇、第二篇、第三篇，要求：

1、用計算機錄入、繪圖、打印，并裝訂成冊；

2、畢業設計（或課程設計）成果應盡量減少雷同，如雷同超過 40％視為抄襲，按無效處理；

3、畢業設計成果不少于 3 萬字（含圖紙約不少于 30 頁，圖紙多者，頁數要增加）。

二、畢業設計（或課程設計）成果的內容 成果的內容及其順序依次為：封面、中文摘要、外文摘要（成果有創新的要寫）、目錄、正文、結論、致 謝、參考文獻、附錄、個人簡歷、在學期間的研究成果及發表的學術論文。

1、封面：全系統一格式，見附錄。畢業設計成果題目應能概括整個論文最重要的內容，具體、切題、不能太籠統，要引人注目；題目力求簡 短，嚴格控制在 30 字以內。

2、中文摘要：成果第一頁為中文摘要，約 800～1000 字左右(限一頁）。包括論文題目、摘要內容。摘要 內容應包括工作目的、成果和結論等。語言力求精煉，一般不宜使用公式、圖表，不標注引用文獻。

3、目錄：應是論文的提綱，也是論文組成部分的小標題。

4、引言：作為論文的第一章，內容為包括設計課題的背景及意義，設計的目的和主要內容。

5、正文：是成果的主體，應分為若干章節。寫作內容必須寫得簡練、重點突出，盡量減少雷同語言。同時 應注意使各章之間密切聯系，形成一個整體。

6、結論：應該明確、精煉、完整、準確，使人只要一看結論就能全面了解成果的意義、目的和工作內容； 要認真闡述自已的創新性工作。結論單獨作為一章排寫，但不加章號。

7、參考文獻：只列作者直接閱讀過、在正文中被引用過、正式發表的文獻資料。參考文獻的寫法應該遵循 規范。參考文獻一律放在論文結論后，不得放在各章之后。

8、致謝：致謝對象限于在畢業設計完成方面有較重要幫助的團體和人士。

9、附錄：可以包括正文內不便列出的冗長公式推導，以備他人閱讀方便所需的輔助性數學工具或表格，重 復性數據圖表，計算程序及說明。

10、個人簡歷、在學期間的研究成果及發表的學術論文: 個人簡歷包括出生年月、性

別、籍貫、學習（大 學以上）經歷等；研究成果可以是在校期間參加的研究項目、獲獎情況，沒有成果的不必寫。

三、畢業設計成果的書寫格式

1、成果分章節撰寫，層次要清楚，標題要重點突出，簡明扼要。標題字數一般在 15 個之內。每章應另起 一頁。層次代號的格式如下： 第一篇 X X 設計說明書(居中書寫)第一章 X X X X(居中書寫)1.1 X X X X(居中書寫)1.1.1 X X X X(頂格書寫)l.X X X X(空兩格書寫)X X X X(正文)(l)X X X X(空兩格書寫)XXXX(正文)第二篇 X X 設計圖(居中書寫)第三篇 X X 設計計算書(居中書寫)
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2、篇眉和頁碼 篇眉從第一章開始，采用宋體六號字居中書寫，并在下方加一橫線。頁眉靠左書寫： 論文的題目 頁眉靠右書寫： 07 屆畢業生畢業設計成果 頁碼從引言開始按阿拉伯數字連續編排，摘要、目錄等前置部分單獨編排。頁碼位于頁面底端，居中書寫。

3、有關圖、表 圖：為便于裝訂，建議采用 3＃和 4＃圖幅。圖中的術語、符號、單位等應同文字表述所用一致；圖序及圖 名置于圖的下方，居中排寫。需要的話，可在圖名之下加附圖說明。表: 表格應隨文給出，先見文后見表； 表中參數應標明量和單位的符號； 表序及表名置于表的上方，居中排寫； 一張表格應為一個整體，不要拆分排寫在兩頁上。表格不加左右邊線。公式：公式的編號用括號括起寫在右邊行末，其間不加虛線。圖、表、公式等與正文之間要有一行的間距。文中的圖、表、附注、公式的序號一律采用阿拉伯數字分章編號。如：圖 2-5，表 3-2，公式(5—1)等。若圖或表中有附注，采用英文小寫字母順序編號，附注寫在圖或表的下方。

4、有關參考文獻及引用 對作者已閱讀過的對論文具有參考價值的文獻應盡可能列出，并按文中引用文獻出現的先后順序連續編號。引用文獻標示應置于所引內容的末尾的右上角，編號用阿拉伯數字并加上方括號，如“網絡的先進性--[4]”。當在文中直接提及參考文獻時，其編號應與正文排齊，如“由參考文獻[9，20-21]可知”。不得將引用文獻標 示置于各級標題上。參考文獻表根據下述格式書寫，并按順序編號，即按文中引用的順序將參考文獻附于文末。作者姓名寫到 第三位，余者寫“，等”或“，et al．”。幾種常見參考文獻著錄表的格式為： 連續出版物：序號作者．文題．刊名，年，卷號(期號)：起止頁碼 專(譯)著：序號作者．書名(，譯者)．出版地：出版者，出版年．起止頁碼 論 文 集：序號作者．文題．見(in)：編者，編(eds．)．文集名．出版地：出版者，出版年．起止頁碼 學位論文：序號姓名．文題：[XX 學位論文]

．授予單位所在地：授予單位，授予年 專 利：序號申請者．專利名．國名，專利文獻種類，專利號，出版日期 技術標準：序號發布單位．技術標準代號．技術標準名稱．出版地：出版者，出版日期 舉 例 如 下： [1] 張昆，馮立群，余昌鈺，等． 機器人柔性手腕的球面齒輪設計研究． 清華大學學報，1994，34(2)： 1-7 ． [2] 中華人民共和國國家技術監督局.GB3100～3102．中華人民共和國國家標準——量與單位.中國標準 出版社, 1994-11-01．

5、量和單位 要嚴格執行 CB3100～3102： 有關量和單位的規定(具體要求請參閱 93 《常用量和單位》 ,計量出版社，1996)； 單位名稱的書寫，可以采用國際通用符號，也可以用中文名稱，但全文應統一，不要兩種混用。

四、論文的打印要求

1、封面 封面采用全系統一格式（見附錄）。中文題目：三號黑體字，學生姓名、指導教師、專業名稱等： 四號宋體字.2、摘要、正文的格式、字體、字型及字號要求（1）中文摘要： 論文題目（居中、小 2 黑體）中文摘要（居中，4 號黑體）
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正文：800-1000 字（小 4 號宋體字，限一頁）關鍵詞：3-5 個，中間用“，”號分開,(小 4 號黑體)（2）正文 大標題 第一章 黑體小 2 號 一級節標題 4.1 實驗裝置及方法 黑體 3 號 二級節標題 4．1．2 實驗裝置 黑體小 3 號 三級節標題 4．1．2．1 激光分子束系統 黑體小 4 號 正文 PFOODR 實驗取得的效果 宋體小 4 號 表題與圖題 表 2-3 飛行時間質譜實驗裝置 宋體五號 附圖說明 1.當前值 2.過去值 宋體小五號 參考文獻及篇眉 宋體五號（3）段落及行間距要求 正文段落和標題一律取“固定行間距 20pt”。按照標題的不同，分別采用不同的段后間距： 標題級別 段后間距 大標題 30～36pt 一級節標題 18～24pt 二級節標題 12～15pt 三級節標題 6～9pt(在上述范圍內調節標題的段后行距，以利于控制正文合適的換頁位置)參考文獻的段后間距為 30-36pt。參考文獻正文取固定行距 17pt，段前加間距 3pt。注意不要在一篇參考文 獻段落的中間換頁。（4）用紙及打印規格 文章尺寸規格為 A4(210X297mm)。每一面的上方（天頭）和左側（訂口）應分別留邊 25mm 以上，下方（地 腳）和右側（切口）應分別留邊 20mm 以上。每行打印字數 32-34 字，每頁打印行數 29—31 行。

五、畢業設計的評閱與答辯

1、畢業設計的評閱 畢業設計的評閱是畢業設計中的一個不可缺少的重要環節。學生在規定時間內完成畢 業設計的任務后，將 畢業設計的任務書、說明書、計算書及圖紙交指導教師認可，然后由答辯委員會指定專門的教師進行評閱。評閱教師主要根據以下幾點進行評閱：(1
)對照畢業設計任務書的內容，檢查學生是否按任務書的要求按時完成畢業設計任務書所規定的全部內 容和工作量；(2)學生的畢業設計圖紙是否滿足設計要求，是否設計階段圖紙深度的要求，設計圖紙應能正確表達設計 意圖，符合國家制圖標準及有關部門設計規范；(3)畢業設計的計算書和說明書要求依據合理、數據可靠、文理通順、書寫工整、裝訂整齊。評閱教師在評閱后，應針對畢業設計說明書、計算書及圖紙中所出現的錯誤和存在問題以及相關的內容，向學生提出 2～3 個書面問題，讓學生思考，由學生在畢業設計答辯會上進行回答。此外評閱教師在對畢業設計 進行評閱后，應將評閱過程中發現的問題和錯誤，在答辯會上(或答辯會前)向學生指出，以幫助學生充分認識 到畢業設計中的不足之處，加深對畢業設計的理解。

2、設計答辯 答辯是學生畢業設計的最后一個環節，也是十分重要、必不可少的環節。它是學校對畢業設計成績進行考 核、驗收的一種形式。畢業設計的答辯旨在考核學生對所選課題的研究情況，設計方案以及畢業設計的深、廣 度和真實程度。了解畢業設計的主要過程及查閱資料、收集與整理資料、分析與對設計方案研究的情況等，從 而進一步考核學生對所學有關課程的基本理論、基本知識、基本技能的掌握情況。通過評閱及答辯，考查學生 所提出的方案、見解的論述是否充分、準確，掌握設計的技能與方法的情況，指出畢業設計中不清楚、不詳細、不確切、不完善的地方，幫助學生總結、提高，引導學生對其設計課題進一步深人研究。通過答辯、考察并鍛
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煉提高學生的口頭表達能力和辯解能力。最后評定畢業設計的成績與給出評語，這實際上是學校對學生的一次 綜合性考察。對學生來說，是全面回顧、檢驗自己在大學期間所學有關課程的基本理論、知識、技能的掌握和 運用情況。

3、答辯的準備和程序（1）答辯前的準備 1)系(專業教研室)成立畢業答辯委員會和答辯小組，答辯委員會負責制定統一評分標準。答辯小組的任務 是主持有關課題的答辯工作，并確定學生的畢業設計成績。每個答辯小組的成員不得少于 3 人，由一名有經驗 的教師擔任組長； 2)學生在答辯前，應在規定的時間提交畢業設計的全部成果，包括畢業設計任務書、畢業設計論文(畢業 設計說明書)、設計圖紙、計算書等； 3)評閱教師對每一位學生的畢業設計成果(主要是說明書、圖紙、計算書)進行評閱，提出書面評閱意見和 問題，供學生提前準備； 4)答辯前學生應充分準備，最好能寫出書面的答辯提綱，并作一定的物質準備(如制

作多媒體文件等)。（2）答辯主要程序 1)學生對設計或論文作扼要的介紹，時間一般在 l0min 以內； 2)答辯委員提出問題，學生回答； 3)對于可演示的課題，答辯委員會可以要求學生在計算機房或在實驗室對成果加以演示，時間一般不超過 10min； 4)學生退場； 5)答辯委員根據評閱人的意見，指導老師的意見，學生在答辯會上的表現，通過討論，給出評語及成績； 6)委員會就是否通過，給學生以肯定的答復；（3）答辯時的注意事項 1)參加答辯前應作好諸如書寫提綱、繪圖或制幻燈片等準備工作； 2)介紹內容時應突出表達自己的獨到之處，估計老師已經知道的可加以忽略，以節約時間； 3)聽清楚老師提出的問題后再行回答，末聽明白的，可以請老師復述一遍，以免出錯； 4)實事求是，不會的就說不會，但被誤解時，一定要爭辯； 5)注意禮貌。

六、畢業設計成績評定 畢業設計（論文）成績評定應以學生完成工作任務的情況、業務水平、工作態度、設計說明書（論文）和 圖紙、實物的質量以及答辯情況為依據。畢業設計（論文）成績采用五級記分制（即優秀、良好、中等、，及格、不及格），成績的評定采用三級評分制，由指導教師、評閱教師和答辯組分別評定成績（其中答辯成績由無記名 投票確定），在分別折算后求和。指導教師根據學生完成設計質量以及畢業設計期間的表現和工作態度給出平時成績和書面評語，該部分占 總成績的 40％； 評閱教師對設計成果給予客觀全面的評價，寫出書面評語并給出評分，該部分占總成績的 20％； 答辯小組根據學生介紹及回答問題的情況給出評分，該部分占 40％。學生畢業設計成績的最后評定由有關教研 室負責人召集答辯小組成員討論確定。成績的評定必須堅持標準，從嚴要求。“優秀”的比例一般掌握在 15％左 右，控制獲優良的學生人數，嚴格區分“良好”“中等”與“及格”的界限。對工作態度差、達不到畢業設計、要求的學生，應評為“不及格”。畢業設計（論文）成績不及格者不得畢業。優秀、良好、中等、及格、不及格的評分標準如下：(1)優秀。能圓滿地完成課題任務，并在某些方面有獨特的見解或創新，其成果有一定的理論意義和使用價 值；設計說明書（論文）內容完整、論證詳盡、計算正確、層次分明；說明書（論文）書寫規范，圖紙符合要 求且質量高；完成的軟硬件達到甚至優于規定的性能指標要求；獨立工作能力強，工作態度認真，作風嚴謹； 答辯時概念清楚，回答問題正確。對畢業設計（論文）成果突出的學生，在上述各條件達標后，亦可評為優秀。(2)良好。

能較好地完成課題任務；設計說明書（論文）完整，計算及論證基本正確；說明書（論文）書寫 較規范，圖紙符合要求且質量較高；完成的軟硬件基本達到規定性能指標要求；有較強的獨立工作能力，工作 態度認真，作風嚴謹；答辯時概念較清楚，回答問題基本正確。
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(3)中等。完成課題任務；設計說明書（論文）內容基本完整，計算及論證無原則性錯誤；說明書（論文）書寫較規范，圖紙質量一般；完成的軟硬件尚能達到規定性能指標的要求；有一定的獨立工作能力，工作表現 較好；答辯時能回答所提出的主要問題，且基本正確。(4)及格。基本完成課題任務；設計說明書（論文）質量一般，無大的原則性錯誤；說明書（論文）書寫不 夠規范，圖紙不夠完整；完成的軟硬件性能較差；答辯時講述不夠清楚，對任務涉及的問題基本上能夠回答，雖有錯誤，但不是重大原則性錯誤。(５)不及格。沒有完成課題任務；設計說明書（論文）中有重大的原則性錯誤；說明書、圖紙質量較差； 完成的軟硬件性能差；答辯時概念不清。

附錄：畢業設計成果封面
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福建水利電力職業技術學院

2011 屆大專畢業設計成果
變電站初步設計 某 110kV 變電站初步設計

專業名稱 姓 學 名 號

指導老師

2010 年 12 月
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第四篇：傳送帶工業機械手的PLC控制課程設計

工業機械手的PLC控制

一、課題概述（1）機械手作用

工業機械手的任務是搬運物品，要求它將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B上，由于傳送帶A、B都按規定的方向和規律運行，故可將物品春送到指定位置.傳送帶A為步進式傳送，每當機械手從傳送帶A上取走一個物品時，該傳送帶向前步進一段距離，將下一個物品傳送到位，以便機械手在下一個工作循環取走物品。機械手按照規定的動作，將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B上。傳送帶B是連續運轉的。（2）機械手操作流程

工業機械手工作流程如圖所示，其工作過程說明如下：

三、方案設計與論證

用三菱FX軟件編寫程序，畫出SFC圖，編寫相應的內置梯形圖，寫入PLC，運行監控，按照輸入輸出模塊連接開關和二極管。通過按鍵開關，按照設計要求步驟控制程序步進運行，通過二極管發光表示機械手的電動機控制。實現任務要求。

1、I/O地址

X0：啟動按鈕 Y0: 機械手工作指示 X1：停止按鈕 Y1：傳送帶B X2:單步/連續控制開關 Y2：傳送帶A X3：機械手下限位開關 Y3：控制右旋 X4：機械手上限位開關 Y4：控制左旋 X5: 機械手左旋限位開關 Y5：機械手上升 X6: 機械手右旋限位開關 Y6：機械手下降

X7: 機械手夾緊限位開關 Y7：機械手夾緊/放松 X10:傳送帶A向前送物控制信號 X11:機械手手動上升 X12:機械手手動下降 X13:機械手手動右旋 X14:機械手手動左旋

X15:機械手手動夾緊/放松

2、系統的PLC I/O地址分配表

3、畫出PLC 的I/O硬件接線圖

4、指令表程序

5、梯形圖

四、上機調試程序（驗證能否完成功能，寫出過程）操作步驟： 連動部分：

1、按下X0（P01）啟動按鈕，機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B開始運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手從右下限位開始上升Y5(ZJ6)燈亮

2、按下X4(PS4), 機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始左旋Y4(ZJ5)燈亮

3、按下X5(PS5), 機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始下降Y6(ZJ7)燈亮

4、按下X3(PS3)、X10(TD), 機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，傳送帶A啟動Y2(ZJ3)燈亮

5、按下X7（HL2），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手上升Y5(ZJ6)燈亮

6、按下X4(PS4), 機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始右旋Y3(ZJ4)燈亮

7、按下X6（HL1）, 機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始下降Y6(ZJ7)燈亮

8、按下X3(PS3), Y0機械手工作指示(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始抓物Y7(TL4)燈亮 點動部分：

1、按下X2（PS2）、X0（P01）、X11（P02），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手上升Y5(ZJ6)燈亮

2、按下X14（P05），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始左旋Y4(ZJ5)燈亮

3、按下X12（P03），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始下降Y6(ZJ7)燈亮

4、按下X10（TD），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，傳送帶A啟動Y2(ZJ3)燈亮

5、按下X15（P06），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始抓物Y7(TL4)燈亮

6、按下X11（P02），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手上升Y5(ZJ6)燈亮

7、按下X13（P04），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始右旋Y3(ZJ4)燈亮

8、按下X12（P03），機械手工作指示Y0(ZJ1)燈亮，傳送帶B繼續運行Y1(ZJ2)燈亮，機械手開始下降Y6(ZJ7)燈亮

五、結論與心得（設計中遇到的問題，如何解決的，有何收獲）

我們持續一周的關于工業機械手的PLC控制的課程設計已經結束了，通過此次PLC程序設計實踐,我實在是獲益不淺!PLC是今年剛接觸的一門新課，剛開始對這門課程很感興趣，可是學起來的時候感覺有點難度，所以學起來有點畏懼感，以致沒怎么學好！每次上實驗課的時候，雖然都是嘗試著去操作，可還是只會簡單的輸入程序。我知道PLC程序設計是一門重要的基礎課程，是數據結構，操作系統，數據庫原理和軟件工程等后繼課程的基礎。適用于大型系統軟件和應用軟件的開發。而此次課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發展的日新月異，當今PLC應用在生產生活中可以說得是無處不在，因此作為二十一世紀的大學來說掌握PLC技術是十分重要的，例如，這次的實訓內容是工業機械手的PLC控制設計。通過這次實訓，我了解到了很多關于PLC程序設計方面的知識，如：工業機械手的PLC控制，這就是PLC的一個應用領域，在這次的實訓中，利用PLC相關知識，將工業機械手PLC的硬件圖、IO表、流程圖以及梯形圖編輯出來，然后在計算機中進行模擬，讓我們目睹了這一模擬過程，使我們進一步認識到PLC的重要性。雖然在這次實訓過程中我也遇到了很多難題。但在通過查閱資料，以及向同學請教后，也終于成功的運行了課程設計所要求的程序。有許多東西，許多事，不是想像中的那么容易，不去實踐，永遠也不會有提高，尤其是學習PLC上。當然，我也學到了很多關于步進順控指令系統中畫SFC圖，梯形圖和調試的小技巧。如：在加停止按鈕時要實現任何工作狀態下都可以停止的功能則可以在主干路或則在輸出線圈前串聯一個X1常閉觸點，那么任何時候按下X1則會使常閉斷開，從而使狀態斷開。還有調試時為了便于觀察現象和快速走完全程觀察總體結構是否正確，可以將狀態圖中的定時器數值定為3秒左右，時間太長會浪費太多時間，太短則效果不明顯誤以為沒有動作。還有在試驗模擬前先列出I/O表及操作步驟與現象，在實驗時一步步操作驗證猜想是否一致，若不一致在檢查錯誤排錯，這樣思路清晰也會更節省時間等等。同時，在這次課程設計的過程中，我認識到學好PLC要重視實踐操作，不僅僅是學習PLC程序設計，還是其它的課程設計，以及其它方面的知識都要重在實踐，不能只是學習和重視書本上的理論知識，所以日后在學習過程中，我會更加注視實踐操作，使自己更好地學好PLC這門課程.六、參考文獻

1．電氣控制與可編程控制器應用技術（第2版）郁漢琪

2．百度文庫

3．三菱FX系列可編程控制器

第五篇：機械手調查報告

關于機械手的調查了解

機械手是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。機械手是最早出現的工業機器人，也是最早出現的現代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環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。

它是在早期出現的古代機器人基礎上發展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發展，特別是1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。同時，大批量生產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國AMF公司推出的?VERSTRAN?和UNIMATION公司推出的?UNIMATE?。機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。機械手的種類，按驅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軌跡控制機械手等。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。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械人的研制和生產已成為高技術領域內，迅速發展起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。我國塑料機械已成為機械制造業發展最快的行業之一，年需求量在不斷的加大。我國塑料機械產業的高速發展主要有以下兩個大因素：一是對高技術含量裝備的需求所帶來的設備更新及陳舊設備的淘汰;二是海內塑料加工產業的高速發展，對塑料機械的需求旺盛。

東莞松山湖長盈精密技術有限公司,是一家生產、銷售手機系列連接器、屏蔽件和超精密五金端子及模具的高新技術企業。該公司正在推進的?無人工廠?建造體系首期計劃投入1000個無人機械手,前期已有100個機械手率先?上崗?。該公司常務副總經理任項生介紹,以前人工操作數控機床的產品加工,經常容易出現安全問題,產品質量的穩定性也比較差。?‘無人工廠’并不是說完全沒有人,但會大規模壓縮人工數量,甚至可達到90%的水平。?東莞市經濟和信息化局負責人介紹,至今東莞推動傳統產業和優勢產業?機器換人?應用項目達到505個,投資金額達42億元,可減少企業用工3萬余人,企業投資成本有望在兩年內收回。事實上,當前勞動力成本上升的情況,決定了東莞等地?機器換人?戰略實施的必要性。隨著珠三角人力成本的迅速上升,企業普遍感到存續壓力大,東莞臺資企業協會會長翟所領認為,盡管初期工業機器人等基礎設施投入較大,但成長性較強的企業有望在幾年內收回成本,?比起人力成本每年增長20%以上的不確定性,還是要劃算。?據深圳眾為興技術股份有限公司市場總監李悅偉說：?隨著一些地區勞動力短缺現象日益嚴重,機器人的需求將逐漸增加,這也將倒逼機器人科研技術實現更多突破、更多國產化。?

隨著低碳理念的深入人心，機械手的發展也將以無污染、節能為前提，如用一些新型材料可以制造無潤滑元件應用于氣動機械手當中，不僅使系統簡化，且有著穩定的摩擦性能以及較長的壽命。值得重視的是，隨著機電一體化的發展，控制系統將向基于PC 機的開放型控制器的方向發展，并且，隨著傳感器作用的日益加重，由?可編程控制器、傳感器、動作元件?組成的典型的自動化控制系統依然會是主流發展方向，在此系統中，傳統的?開關控制?也將轉變為?反饋控制?，從而進一步提升系統的精度。從1958 年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手，到20 世紀70 年代初期制造業開始引進機械手的使用，再到1972 年我國第一臺機械手的開發以及隨之而來的全國范圍都開始研制和應用機械手，機械手的發展歷經了這短短幾十年，迎來的是制造業的全新面貌。并且機械手依舊在發展，在進步，其應用領域更在向著非制造業和服務業發展，可以預見，機械手一定會繼續蓬勃發展，為其涉及的行業做出更大的貢獻。