第一篇：哈工大機械工程繼續(xù)教育2013專業(yè)課作業(yè)二已完成

黑龍江省2013年度專業(yè)技術人員繼續(xù)教育知識更新培訓課程作業(yè)

黑龍江省專業(yè)技術人員繼續(xù)教育知識更新培訓

機械工程專業(yè)2013年作業(yè)

說明：

初級職稱學員“專業(yè)課作業(yè)一”為第1-8題；“專業(yè)課作業(yè)二”為9-15題。

中、高級職稱學員“專業(yè)課作業(yè)”為1-20題；同時提交3000字左右“學習心得”一篇。

所有學員均需按要求提交“公需課作業(yè)”。

作業(yè)提交時間：以網(wǎng)站通知為準。

9、利用橡膠彈性變形的微型氣動驅(qū)動器的特點主要有：構造簡單，易于小型化、無滑動部位，受摩擦影響較小、利用空氣壓力產(chǎn)生的力為表面力，力/自重比隨著微小化將得以提高、隨著微小化，作為橡膠構造體的固有頻率上升，易于得到受振動影響小的穩(wěn)定動作、柔軟的構造，可動，作為微機械應用領域，有望在醫(yī)療、生物領域找到適用化背景。另外，用在管線內(nèi)檢查用機器人的情況下，1)不傷害管內(nèi)壁；2)對于管道內(nèi)徑的變化有適用性等優(yōu)點、不用電，有防爆性和耐水性。這非常適用于煤氣管道、下水道、自來水管道等的檢查作業(yè)，也適于體內(nèi)檢查作業(yè)等。

10、臂式FMA的結(jié)構為：由呈扇形分布的三個壓力室的纖維強化橡膠管組成。

11、纖維強化橡膠是一種纖維與橡膠合成的復合材料，在彈性特性上有很強的各向異性。因此，F(xiàn)MA的外壁沿L方向難以伸長，而沿著與其成直角的T方向易于伸長。

12、FMA的驅(qū)動控制方法是：作為壓力控制方法，通過脈寬調(diào)制信號驅(qū)動高速電磁閥（開關閥）驅(qū)動、使用壓力控制閥等即可以模擬量驅(qū)動FMA。

13、由FMA驅(qū)動特性及實驗研究得知：FMA可應用于臂式操作手、機器人手爪、步行機器人、蛇形管內(nèi)移動機器人等柔性驅(qū)動機器人上。

14、Bubbler驅(qū)動器可以設計制作成平板、圓筒型兩種；該類驅(qū)動器作為移動機器人驅(qū)動機構具有如下特點：作為薄形驅(qū)動器結(jié)構使用、因其為柔軟結(jié)構體，不損傷對象物體，還能適應形狀、在水中及有粉塵等環(huán)境下也能使用、力/體積比大。

15、FMA的澆注加工一般步驟是：(1)材料（橡膠本體、硬化劑等）計量，攪拌，脫泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)離型（脫模）。

20、從微小SCARA機器人、1英寸/2英寸管內(nèi)移動機器人等微小機器人系統(tǒng)試制可以得出：對于集成化微小型機器人的研發(fā)，從微型伺服驅(qū)動器、微型攝像機、微型手爪三個大方面的都需要考慮特殊設計、特殊加工、裝配工藝的技術問題，從而不斷推進微小機器人技術進步。

第二篇：哈工大2010機械工程專業(yè)課作業(yè)

黑龍江省2010專業(yè)技術人員繼續(xù)教育知識更新培訓機械工程專業(yè)課作業(yè)

專業(yè)課作業(yè)：

11、PD控制方式的特點有哪些？適用于什么情況下？

答：對于各關節(jié)的獨立使用PD這種線性反饋控制律可以保證漸進穩(wěn)定性，且控制器容易設計。適用于工業(yè)機器人控制中。

12、基于位置控制的力控制系統(tǒng)、基于力矩控制的力控制系統(tǒng)分別適用于何種機器人操作臂？各有哪些特點？

答：分別適用于工業(yè)機器人大減速比操作臂和常用動力學研究的低減速比或者直接驅(qū)動（DD）型操作臂。其特點為：

（1）與既存在位置控制系統(tǒng)的整合性高，（2）與位置控制系統(tǒng)相獨立的impedance特可容易地設定。

（3）無動力學補償一般控制系統(tǒng)較簡單。

（4）力控制系統(tǒng)（廣義）性能為含穩(wěn)定性的imer loop的位置控制系統(tǒng)頻帶、環(huán)境剛度所支配。

（5）若擴展位置控制系統(tǒng)帶寬，受力傳感器的動態(tài)影劇院響，容易造成、固定環(huán)境下的不穩(wěn)定。

13、作為機器人控制基本的運動方式的動力學特征有哪些？

答：（1）M（q）的正定性：M（q）是對稱且正定的矩陣。

（2）M（q）－2C（q,q）q的反對稱性一適當?shù)亟o定C(q,q)則其為反對稱矩陣。

（3）參數(shù)顯現(xiàn)的線性M（q）q+C（q，q）q+g（q）=Y（q，q）θ=τ。

（4）有線性存在適漢的Mm、MM、CM，GM，對于所有的qq有0＜Mm≤‖Mq‖《 MM‖ C（qq）‖《GM‖q‖‖g（q）‖《GM14、考慮實際機器人中存在不確定性的現(xiàn)實問題，模型的不確定性產(chǎn)生的根源有哪些？

答：（1）自身的機械制造、裝配誤差導致參數(shù)的不確定性。

（2）傳動系統(tǒng)的剛度。

（3）齒輪輿論傳動的；回差。

（4）嚙合齒面間摩擦、軸承摩擦。

（5）機器人在操人過程中所受不可預知的外部擾動等等。

15、三種基本的雙向控制類型各自特點、應用場合是什么？

答：對稱型： 是由主從的位置偏差，面向修正該偏差的方向施加驅(qū)動力矩，不需要力檢測器（力傳感器）構成簡單。但是受系統(tǒng)慣性力和摩擦力的影響。適用于主從臂質(zhì)量都輕、低摩擦情況或者液壓嫗動系統(tǒng)。

力反射型：從臂由位置伺服系統(tǒng)構成，主臂是用從臂側(cè)的力傳感器檢測出的反力來傳遞力的，從臂側(cè)的反力易于獲得，但是，通常情況下的機器人操作臂中，主臂的操作加重。適用于主臂質(zhì)量輕、低摩擦情況。

力當還型：是力反射型的補充形式，主臂也位置伺服系統(tǒng)構成，主臂操作更容易實現(xiàn)，常用。

姓名：付昱飛

編號：101122010238

單位：哈爾濱辰能工大環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

第三篇：2013哈工大機械工程專業(yè)課作業(yè)2

9、利用橡膠彈性變形的微型氣動驅(qū)動器的特點主要有：構造簡單，易于小型化、無滑動部位，受摩擦影響較小、利用空氣壓力產(chǎn)生的力為表面力，力/自重比隨著微小化將得以提高、隨著微小化，作為橡膠構造體的固有頻率上升，易于得到受振動影響小的穩(wěn)定動作、柔軟的構造，可動，作為微機械應用領域，有望在醫(yī)療、生物領域找到適用化背景。另外，用在管線內(nèi)檢查用機器人的情況下，1)不傷害管內(nèi)壁；2)對于管道內(nèi)徑的變化有適用性等優(yōu)點、不用電，有防爆性和耐水性。這非常適用于煤氣管道、下水道、自來水管道等的檢查作業(yè)，也適于體內(nèi)檢查作業(yè)等。

10、臂式FMA的結(jié)構為：由呈扇形分布的三個壓力室的纖維強化橡膠管組成。

11、纖維強化橡膠是一種纖維與橡膠合成的復合材料，在彈性特性上有很強的各向異性。因此，F(xiàn)MA的外壁沿L方向難以伸長，而沿著與其成直角的T方向易于伸長。

12、FMA的驅(qū)動控制方法是：作為壓力控制方法，通過脈寬調(diào)制信號驅(qū)動高速電磁閥（開關閥）驅(qū)動、使用壓力控制閥等即可以模擬量驅(qū)動FMA。

13、由FMA驅(qū)動特性及實驗研究得知：FMA可應用于臂式操作手、機器人手爪、步行機器人、蛇形管內(nèi)移動機器人等柔性驅(qū)動機器人上。

14、Bubbler驅(qū)動器可以設計制作成平板、圓筒型兩種；該類驅(qū)動器作為移動機器人驅(qū)動機構具有如下特點：作為薄形驅(qū)動器結(jié)構使用、因其為柔軟結(jié)構體，不損傷對象物體，還能適應形狀、在水中及有粉塵等環(huán)境下也能使用、力/體積比大。

15、FMA的澆注加工一般步驟是：(1)材料（橡膠本體、硬化劑等）計量，攪拌，脫泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)離型（脫模）。

第四篇：2014年哈工大繼續(xù)教育機械工程專業(yè)課作業(yè)第1部分參考

2014年黑龍江省專業(yè)技術人員繼續(xù)教育知識更新培訓

機械工程專業(yè)作業(yè)參考1-3題

說明：

中、高級職稱學員“專業(yè)課作業(yè)”為論述題1-5題；同時提交3000字左右“學習心得”一篇。

論述題

1.本課程分別著重講述了移動機器人中具有代表性的輪式移動機器人創(chuàng)新設計基礎理論與技術。試分別論述輪式移動機器人、操作臂型機器人、足式步行機器人的實用化優(yōu)缺點，并進一步思考論述可以互相擬補它們各自不足的創(chuàng)新設計新思路。

答： 輪式移動機器人優(yōu)點：同腿式步行機器人相比，加速快，以一定速度跑起來的話一般只需較小的驅(qū)動力，省能。能高速穩(wěn)定的移動，能量利用率高，機構的控制簡單，而且它可以能夠借鑒日益完善的汽車技術和經(jīng)驗等。它的缺點是移動只限于平面，目前，需要機器人工作的場所，如果不考慮特殊環(huán)境和山地等自然環(huán)境，幾乎都是人工建造的平地。輪式移動機構預期設計要求實現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)，可調(diào)速，便于控制。車輪的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向是獨立控制的，全方位移動機器人采用前后輪成對驅(qū)動來控制轉(zhuǎn)向，以及控制每輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)全方位移動。操作臂型機器人的實用化優(yōu)缺點

除輪式移動機器人外，機器人中最具代表性的還有操作臂型機器人和步行機器人。

在機器人領域，把類似人類手臂的、由關節(jié)和桿件構成的機構的機器人稱為操作臂每個關節(jié)一般由伺服電機和減速器驅(qū)動關節(jié)回轉(zhuǎn)或直線移動，操作臂的末端一般根據(jù)其用途不同安裝不同的操作手或作業(yè)工具，通過關節(jié)的轉(zhuǎn)動或移動由臂帶動末端運動完成作業(yè)。操作臂是目前被使用的機器人中應用最為廣泛的、最為普遍的中形態(tài)。其中在工廠內(nèi)用于裝配作業(yè)、焊接作業(yè)等等用途的產(chǎn)品化操作臂被稱為工業(yè)機器人。

從理論和實踐應用來看，工業(yè)機器人一般不具有人的外形和全部功能，它模擬了人類的部分感官功能和思維能力，延伸并超越了人類手臂或腿腳的作用，機器人操作臂具有精度高、速度快、柔性強的特點，特別適用于變通機器難以滿足的多品種、小批量生產(chǎn)模式，目前機器人的應用情況已成為衡量工廠自動化程度的主要標準。

足式步行機器人的實用化優(yōu)缺點

輪式移動機器人、步行機器人、操作臂型機器人作為機器人中具有代表性的機器人，各自具有不同的特點與用途。

步行機器人是仿生人類雙足行走、動物四足或多足行走形態(tài)的步行機器人，其腿部機構是與構成操作臂機器人關節(jié)及桿件類似，一般是由各個連桿構件通過各關節(jié)連接而成的串聯(lián)機構。每個關節(jié)一般由伺服電機和減速器驅(qū)動關節(jié)回轉(zhuǎn)或直線移動，有的構件上有腳，如雙足步行機器人是有腳的，但是也有的腿上無腳，如通常四足及多足步行機器人腿上一般是無腳。

同輪式移動機器人相比，四足、六足步行機器人具有步行穩(wěn)定、可跨越障礙、上下臺階等特點，在室內(nèi)、室外以及野外不平整地面都可等到穩(wěn)定步行和越障的行走效果，可用于

搭載操作臂型機器人移動到作業(yè)位置由操作臂完成操作作業(yè)，也可運載物品或野外作業(yè)。

它的優(yōu)點：

(1)足式機器人的運動軌跡是一系列離散的足印，輪式和履帶式機器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物，可以穩(wěn)定支撐機器人的連續(xù)路徑十分有限，這意味著輪式和履帶式機器人在這種地形中已經(jīng)不適用。而足式機器人對環(huán)境的破壞程度也較小。

(2)足式機器人的腿部具有多個自由度，例運動的靈活性大大增強。它可以通過調(diào)節(jié)腿的長度保持身體水平，也可能通過腿 的伸展程度調(diào)整重心的位置，因此，不易翻倒，穩(wěn)定性更高。

(3)足式機器人的身體與地面是分離的，這使機器人的身體可以平衡地運動而必考慮地面的粗糙程度和腿的旋轉(zhuǎn)位置。當機器人需要攜帶科學儀器和工具工作時，首先將腿部固定，然后精確控制身體在三維空間中的運動，就可以達到對對象進行操作的目的。

存在缺點：

1）有些多足步行機器人體積和重量都很大。

2）大多數(shù)多足步行機器人研究平臺的承載能力不強從而導致它們沒有能力承載視覺設備。

3）步行敏捷性方面。其行走效率低，而且在機器人動步態(tài)步行方面的研究比較缺乏。

4）多足步行機器人的控制方法需要改進。

5）能源問題。尋求新型可靠的能源為機器人供電，實現(xiàn)機器人時間在戶外行走的目標。

2、操作臂型機器人是最早用于工業(yè)生產(chǎn)中的實用化機器人類型并以取得廣泛應用，試就自己所從事的行業(yè)論述操作臂型機器人可以實用化的設計方案（可選型現(xiàn)有工業(yè)機器人商品也可自行創(chuàng)新設計操作臂機器人方案）及應用操作臂機器人作業(yè)方案設計。

答： 機器人技術是一個集環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃、機械手應用等功能于一體的機電一體化系統(tǒng)。它是集中了計算機、機構學、傳感技術、電子技術、人工智能及自動控制等多科而形成的高新技術。本次課程設計的采摘機器人智能小車就是這種高新技術綜合體的一種嘗試。采摘機器人智能小車主要由機械系統(tǒng)，環(huán)境識別系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)及機械臂控制系統(tǒng)組成。小車以單片機為核心，附以外圍電路，采用光電檢測器進行檢測故障和循跡，并用軟件控制小車及機械臂的運動，從而實現(xiàn)小車的自動行駛、轉(zhuǎn)彎、尋跡檢測、避障、停止及采摘等功能的智能控制系統(tǒng)。

果實采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其季節(jié)性強、勞動量大且費用高。因而許多國家開始研發(fā)智能控制的果實采摘機器人。果實采摘機器人作為農(nóng)業(yè)機器人的一種類型，目前在日本、美國與荷蘭等國家已有研制和初步使用，主要用于采摘番茄、黃瓜、草莓、葡萄、西瓜、甜瓜、蘋果、柑桔與甘藍等蔬菜和水果，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。各類果實采摘機器形式多樣，但主要由機械手、末端執(zhí)行器、視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與行走系統(tǒng)等部分組成。本文介紹了智能車及采摘機器人系統(tǒng)。它是在智能循跡小車的基礎上，自主設計一個球形果采摘的機械手并裝配到原有的智能小車上，完成采摘機電一體化系統(tǒng)的設計、制作，進行機器人運動控制規(guī)劃，控制機器人完成一系列復雜動作，如手抓張合、車體回轉(zhuǎn)，智能循跡避障、協(xié)同作業(yè)等任務。

機械手臂方案設計

設計方案有如下三種:

A方案。由于手臂要執(zhí)行采摘作業(yè)，于是我們首先想到了平行四邊行的穩(wěn)定性，便設計了如下方案。該方案穩(wěn)定性較好，使用電機數(shù)量也少，節(jié)約了成本，但它同時也限制了機械手的靈活性，且機械手不能抓取地面上的物體，縮小了機械手的操作空間。

B方案該方案改進了方案A的機械手不能抓取到地面的缺點，但Z軸轉(zhuǎn)動只能靠小車的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，耗能

多，不符合“多動小關節(jié)、少動大關節(jié)”原則，而且需要控制車輪方能實現(xiàn)，車輪依靠步進電機控制，從而給編程和后期調(diào)試帶來不便。

C方案該方案在基座處又加了一個電機，改進了方案B的缺點，在球形果偏離預定位置時仍能通過腰關機的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)作業(yè)，增強了機械手的靈活性,并能實現(xiàn)預定工作空間。

經(jīng)過分析比較我們最終選定方案C。

3、結(jié)構設計方案題：試從機械結(jié)構、回轉(zhuǎn)精度、關節(jié)位置全閉環(huán)控制等角度論述機器人關節(jié)結(jié)構方案設計與構成問題，可輔以結(jié)構圖并結(jié)合文字敘述加以說明。

答:臂力的確定

目前使用的機械手臂的臂力范圍較大，國內(nèi)現(xiàn)有的機械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機械手的臂力為N臂=1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本機械手臂取安全系數(shù)K=2，定位精度為±1mm。工作范圍的確定

機械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運動的軌跡來確定。一個操作運動的軌跡是幾個動作的合成，在確定的工作范圍時，可將軌跡分解成單個的動作，由單個動作的行程確定機械手的最大行程。本機械手的動作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度±115°手臂伸長量150mm手臂回轉(zhuǎn)角度±115°手臂升降行程170mm手臂水平運動行程100mm.確定運動速度.機械手各動作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個動作的時間，進而確定各動作的運動速度。工業(yè)機器人抓取手臂要完成整個工作過程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動作，這些動作都應該在工作拍節(jié)規(guī)定的時間內(nèi)完成，具體時間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復考慮，對分配的方案進行比較，才能確定。

機械手的總動作時間應小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個動作同時進行，要按時間長的計算，分配各動作時間應考慮以下要求：

②

第五篇：2013年機械工程專業(yè)課作業(yè)二

2013年機械工程專業(yè)課作業(yè)二

9、利用橡膠彈性變形的微型氣動驅(qū)動器的特點主要有：構造簡單，易于小型化、無滑動部位，受摩擦影響較小、利用空氣壓力產(chǎn)生的力為表面力，力/自重比隨著微小化將得以提高、隨著微小化，作為橡膠構造體的固有頻率上升，易于得到受振動影響小的穩(wěn)定動作、柔軟的構造，可動，作為微機械應用領域，有望在醫(yī)療、生物領域找到適用化背景。另外，用在管線內(nèi)檢查用機器人的情況下，1)不傷害管內(nèi)壁；2)對于管道內(nèi)徑的變化有適用性等優(yōu)點、不用電，有防爆性和耐水性。這非常適用于煤氣管道、下水道、自來水管道等的檢查作業(yè)，也適于體內(nèi)檢查作業(yè)等。

10、臂式FMA的結(jié)構為：由呈扇形分布的三個壓力室的纖維強化橡膠管組成。

11、纖維強化橡膠是一種纖維與橡膠合成的復合材料，在彈性特性上有很強的各向異性。因此，F(xiàn)MA的外壁沿L方向難以伸長，而沿著與其成直角的T方向易于伸長。

12、FMA的驅(qū)動控制方法是：作為壓力控制方法，通過脈寬調(diào)制信號驅(qū)動高速電磁閥（開關閥）驅(qū)動、使用壓力控制閥等即可以模擬量驅(qū)動FMA。

13、由FMA驅(qū)動特性及實驗研究得知：FMA可應用于臂式操作手、機器人手爪、步行機器人、蛇形管內(nèi)移動機器人等柔性驅(qū)動機器人上。

14、Bubbler驅(qū)動器可以設計制作成平板、圓筒型兩種；該類驅(qū)動器作為移動機器人驅(qū)動機構具有如下特點：作為薄形驅(qū)動器結(jié)構使用、因其為柔軟結(jié)構體，不損傷對象物體，還能適應形狀、在水中及有粉塵等環(huán)境下也能使用、力/體積比大。

15、FMA的澆注加工一般步驟是：(1)材料（橡膠本體、硬化劑等）計量，攪拌，脫泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)離型（脫模）。