工业机械手概述

第一篇：工业机械手概述

第1章 绪论

1.1前言

所谓机械手是指用于再现人手的功能的技术装置。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其

一、它能部分的代替人工操作；其

二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其

三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展,并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。3机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。

机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。

1.2 工业机械手的简史

现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。

4机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。

1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。

1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。

1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。

美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。

德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KuKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。

瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。

日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。

第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。

第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。

随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。

1.3工业机械手在生产中的应用

机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛广泛。

5在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。

1.3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线

一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。

加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手。

1.3.2 实现单机自动化方面

各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等；其一是用于多工位冲床，用作冲压件工位间步进轻局技术研究所制作的120t和40t多工位冲床机械手等。

1.3.3 铸、锻、焊热处理等热加工方面

模锻方面，国内大批量生产的3t、5t、10t模锻锤，其所配的转底炉，用两只机械手成一定角度布置早炉前，实现进出料自动化。上海柴油机厂、北京内燃机厂、洛阳拖拉机厂等已有较成熟的经验。

1.4 机械手的组成

工业的机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成组成。

61.4.1 执行机构

（1）手部 既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指）；根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。传力机构形式教多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、楔块杠杆式、齿轮齿条平行连杆式、内撑连杆式、右丝杠螺母式、弹簧式和重力式。

（2）腕部 是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。手腕有独立的自由度。有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。

（3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。

臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。

手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。

（4）行走机构 有的工业机械手带有行走机构，我国的正处于仿真阶段。

1.4.2 驱动机构

驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便、可获得较大的输出功率、液体不可压缩，压力、流量易于控制，反应灵敏、控位精确等优秀特点。

1.4.3 控制系统分类

在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。

1.5工业机械手的发展趋势

(1)工业机械手性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。

(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装 配机器人产品问市。(3)工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

(4)机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

(5)虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

(6)当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。

(7)机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中710。

1.6 本文主要研究内容

本文研究了国内外机械手发展的现状，通过学习机械手的工作原理，熟悉了组合机床自动上料液压机械手的运动机理。在此基础上，确定了组合机床自动上料液压机械手的基本系统结构，对组合机床自动上料液压机械手的运动进行了简单的力学模型分析，完成了自动上下料机械手的控制系统、液压系统和机械手机械方面的设计工作（包括传动部分、执行部分、驱动部分）的设计工作。

1.7 本章小结

本章简要的介绍了机械手的基本概念、发展历程及应用领域。在机械手的组成上，系统的从执行机构、驱动机构以及控制部分三个方面说明。比较细致的介绍了机械手的发展趋势，简要的叙述了本文研究的内容。

第二篇：工业机器人机械手外文翻译

外 文 翻 译

Introduction to Robotics

Mechanics and Control

机器人学入门

力学与控制

系

别： 机械与汽车工程系 专学业生

名姓

称： 机械设计制造及其自动化 名： 郭仕杰

学

号：

06101315 指导教师姓名、职称： 贺秋伟 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.机器人学入门

力学与控制

摘要

本书介绍了科学与工程机械操纵。这一分支学科的机器人已经在几个经典的领域为基础的。主要的相关的领域是力学，控制理论，计算机科学。在这本书中，第1章通过8个主题涵盖机械工程和数学，第9章通过11个盖控制理论材料，第12和13章可能被归类为计算机科学材料。此外，这本书强调在计算方面的问题；例如，每章这方面主要以力学有一个简短的章节计算考虑。这本书是从课堂笔记用来教机器人学导论，斯坦福大学在1983的秋天到1985。第一和第二版本已经通过2002在从1986个机构使用。第三版也可以从中受益的使用和采用的修正和改进由于许多来源的反馈。感谢所有那些谁修正了作者的朋友们。这本书是适合高年级本科生一年级的课程。如果学生已经在静力学的一门基础课程有助于动力学和线性代数课程可以在高级语言程序。此外，它是有帮助的，但不是绝对必要的，让学生完成入门课程控制理论。本书的目的是在一个简单的介绍材料，直观的方式。具体地说，观众不需要严格的机械工程师，虽然大部分材料是从那场。在斯坦福大学，许多电气工程师，计算机科学家，数学家发现这本书很易读。在这里我们仅对其中重要部分做出摘录。

主要内容

1、背景

工业自动化的历史特点是快速变化的时期流行的方法。无论是作为一个原因或一个效果，这种变化的时期自动化技术是紧密联系在一起的世界经济。利用工业机器人，成为可识别在1960年代的一个独特的装置，随着计算机辅助设计（CAD）系统和计算机辅助制造（CAM）系统的特点，最新的趋势，制造业的自动化过程。这些技术是领先的工业自动化 通过另一个过渡，其范围仍然是未知的。在美国北部，在早期有机器设备多采用世纪80年代，其次是上世纪80年代后期一个简短的拉。自那时起，市场越来越多的（图1.1），虽然它是受经济波动，是所有市场。图1.2显示的机器人被安装在大数每年世界各国的工业区。值得注意的是，日本的报告数量有所不同从其他地区一样：他们算一些机器的机器人在世界的其他地方都没有考虑机器人（而不是，他们会简单地认为是“工厂的机器”）。因此，该报告的数字为日本有些夸大。

在工业机器人的使用增长的一个主要原因是他们正在下降成本。图1.3表明，在上世纪90年代的十年中，机器人的价格下降了虽然人类的劳动成本增加。同时，机器人不只是越来越便宜，他们变得更有效更快，更准确，更灵活的。如果我们的因素这些质量调整成数，使用机器人的成本下降甚至比他们的价格标签更快。在他们的工作机器人变得更具成本效益的，作为人类劳动继续变得更加昂贵，越来越多的工业工作成为机器人自动化的候选人。这是最重要的趋势推动了工业机器人的市场增长。第二个趋势是，除了经济，随着机器人变得更能成为他们能够做的更多以上的任务，可能对人类工人从事危险的或不可能的。工业机器人执行逐步得到更多的应用复杂的，但它仍然是，在2000年，大约78%安装在美国进行焊接或材料搬运机器人的机器人。

一个更具挑战性的领域，工业机器人，占10%装置。这本书着重于力学和最重要的形式控制的工业机器人，机械手。到底什么是工业机器人是有时辩论。设备，如图1.4所示是总是包括在内，而数控（NC）铣床通常不。区别在于的可编程的复杂的地方如果一个设备机械设备可以被编程为执行各种应用程序，它可能是一个工业机器人。这是最机部分有限的一类的任务被认为是固定的自动化。为目的本文的区别，不需要讨论；大多数材料的基本性质适用于各种可编程机。

总的来说，其力学和控制机械手的研究不是一个新的科学，而只是一个收集的主题从“经典”的领域。机械工程有助于机器学习方法静态和动态的情况下。数学描述空间供应工具机械手的运动和其他属性。控制理论提供了工具以实现所期望的运动和力的应用评价算法设计。电气工程技术施加在传感器的设计电气工程技术施加在传感器的设计和工业机器人接口，与计算机科学的基础这些设备进行编程以执行所需任务。

附图：

图1.1在数以百万计的人在美国北部的工业机器人的出货量美元

图1.2 年安装的多用途的工业机器人1995-2000年和2001年至2004年预测

图1.3 机器人的价格与上世纪90年代的人类劳动成本的比较

图1.4 娴熟的6臂有六个转动关节（流行于众多制造行业）

2、力学和机械臂的控制

机器人的研究中，我们不断的关注对象的位置三维空间。这些对象是机械手的链接，零件和工具，它的交易，并在机器人的环境的其他对象。在一个粗而重要的水平，这些对象是由两个属性描述：位置和方向。当然，一个直接感兴趣的话题是态度在我们所代表的这些量和操纵他们的数学。

为了描述人体在空间中的位置和方向，我们将始终高度坐标系统，或框架，严格的对 象。然后我们继续相对于一些参考描述该帧的位置和方向坐标系统。任何框架可以作为一个参考系统内的表达一个身体的位置和方向，所以我们经常认为转化或改变身体的这些属性从一帧到另一个的描述。2章讨论了公约的方法处理与职位描述讨论了公约的方法处理与职位描述定位和操纵这些量与数学不同的坐标系统。发展良好的技能有关的位置和旋转的描述甚至在刚体机器人领域是非常有用的。

运动学是科学的运动，对运动不考虑力这导致它。在运动学的科学研究，一个位置，速度，加速度，和所有的高阶导数的位置变量（相对于时间或任何其他变量（S））。因此，机械手的运动学研究是指所有的运动的几何和时间特性。机械手包括近刚性连接，这是由关节连接允许相邻链接的相对运动。这些节点通常仪表有位置传感器，使邻近的链接是相对位置测量。在旋转或旋转接头的情况下，这些位移被称为关节角度。一些机器人包含滑动（或棱镜）连接，其中之间的联系相对位移是一个翻译，有时也被称为联合偏移量。机械手具有数独立的位置的变量会被指定为定位该机制的所有部分。这是一个总称，任何机制。为例如，一个四连杆机构只有一个自由度（即使有三运动的成员）。在典型的工业机器人的情况下，因为机器人通常是一个开放的运动链，因为每个关节的位置通常定义一个变量，节点的数目等于自由度。

在链接组成的机械手的末端执行器的自由端链。根据机器人的应用，末端执行器可以是一个抓手，焊枪，电磁铁，或其他装置。我们一般通过描述工具的框架描述的机械手的位置，这是连接到端部执行器，相对于底座，所对移动机械手的基础。在机械操作的研究一个非常基本的问题就是了运动学。这是计算的位置的静态几何问题机械手的末端定位。具体而言，给定一组关节角，正向运动学问题是计算位置和方向工具架相对于底座。有时，我们认为这是改变从关节空间描述为一个机械手位置的表示笛卡尔空间的描述。“这个问题将在3章探讨。在4章中，我们将考虑的逆运动学问题。这个问题提出了如下：给出了末端执行器的位置和方向机械手，计算所有可能的关节角度，可以用来实现这个给定的位置和方向。（见图1.7。）这是一个根本性的问题机械手的实际应用。这是一个相当复杂的几何问题，常规的解决在人类和其他生物系统时间每天成千上万。在一个案例像一个机器人仿真系统，我们需要创建的控制算法计算机可以使这个计算。在某些方面，这个问题的解决方案是在操作系统中最重要的元素。

这是一个相当复杂的几何问题，常规的解决在人类和其他生物系统时间每天成千上万。在一个案例像一个机器人仿真系统，我们需要创建的控制算法计算机可以使这个计算。在某些方面，这个问题的解决方案是在操作系统中最重要的元素。

我们可以把这个问题作为一个映射在三维笛卡尔的“位置”空间的“位置”在机器人的关节内的空间。这需要自然会出现每当目标外部三维空间指定的坐标。一些早期的机器人缺乏这种算法，他们只是转移（有时用手）所需的的位置，然后被记录为一组共同的值（即，作为一个位置关节空间）用于以后回放。显然，如果机器人用纯粹的模式记录和关节的位置和运动的播放，没有算法有关的关节空间的笛卡尔空间是必要的。然而，是罕见的工业机器人，缺乏基本的逆运动学算法。逆运动学问题不是简单的正向运动学一个。由 于运动方程是非线性的，他们的解决方案并不总是容易（甚至可能在一个封闭的形式）。同时，对存在的问题解和多解的出现。这些问题的研究提供了一个欣赏什么人的心灵神经系统是实现当我们，似乎没有有意识的思考，移动和我们的双臂和双手操作的对象。一个解的存在或不存在的定义工作区一个给定的机械手。一个解决方案的缺乏意味着机械手不能达到所需的位置和方向，因为它在机械手的外工作区。

除了处理静态定位问题，我们不妨分析机器人的运动。通常，在执行机构的速度分析，它是方便的定义一个矩阵的数量称为机械手的雅可比矩阵.指定的速度雅可比矩阵在笛卡尔从关节空间的速度映射空间。（见图1.8。）这种映射配置的自然变化机械手的变化。在某些点，称为奇点，这映射是不使转化。这一现象的理解是设计师和用户的重要机械手。

附图：

图1.5 坐标系统或“帧”连接到机械手环境中的物体

图1.6运动学方程描述刀具架相对于底座作为一个联合变量的函数

图1.7 对于一个给定的位置和方向的工具框架，值为关节变量可以通过逆运动学计算

图1.8 联合率和速度之间几何关系端部执行器可以在一个矩阵描述了所谓的雅可比矩阵

3、标识符号

符号一直是科学和工程问题。在这本书中，我们使用以下公约： 第一、通常，大写变量表示的向量或矩阵。小写的变量的标量。第二、尾标使用（如被广泛接受的）指示逆或转置矩阵。

第三、尾标不受严格的公约，但可能表明向量的组件（例如，X，Y，Z）或可用于述在PBO / P一个螺栓的位置。

第四、我们将使用许多三角函数，我们为一个余弦符号角E1可以采用下列方式：因

为E1 = CE1 = C1。

在一般的矢量符号注：许多力学教材处理矢量在一个非常抽象的层次上的数量和经常使用向量定义相对于在表达不同的坐标系统。最明显的例子是，除了向量是给定的或已知的相对于不同的参考系。这是通常很方便，导致结构紧凑，有优雅的公式。为例如，考虑角速度，在串联连接的最后一次身体°W4 '四刚体（如机械手的链接）相对的固定座链。由于角速度矢量相加，我们可以写一个非常简单的向量的最后环节的角速度方程：

然而，除非这些量是相对于一个共同的坐标表示系统，他们不能总结，所以，虽然优雅，方程（1.1）隐藏大部分的“工作”的计算。为研究个案机械手，这样的陈述，（1.1）隐藏簿记的工作坐标系统，这往往是我们需要实践的想法。因此，在这本书中，我们把符号参考框架向量，我们不要和载体，除非他们在同一坐标系统。在这种方式中，我们推导出的表达式，解决“记账”问题可直接应用于实际的数值计算。

总结

机器人是典型的机电一体化装置，它综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、传感器与信息处理以及人工智能等多学科的最新研究成果，随着经济的发展和各行各业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了迅速发展，出现了各种各样的机器人产品。机器人产品的实用化，既解决了许多单靠人力难以解决的实际问题，又促进了工业自动化的进程。目前，由于机器人的研制和开发涉及多方面的技术，系统结构复杂，开发和研制的成本普遍较高，在某种程度上限制了该项技术的广泛应用，因此，研制经济型、实用化、高可靠性机器人系统具有广泛的社会现实意义和经济价值。在完成机械结构和驱动系统设计的基础上，对物料抓取机械手运动学和动力学进行了分析。运动学分析是路径规划和轨迹控制的基础，对操作臂进行了运动学正、逆问题的分析可以完成操作空间位置和速度向驱动空间的映射，采用齐次坐标变换法得到了操作臂末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系，采用几何法分析了操作臂的逆向运动学方程求解问题，对控制系统设计提供了理论依据。机器人动力学是研究物体的运动和作用力之间的关系的科学，研究的目的是为了满足是实时性控制的需要，本文用通俗易懂的语言为我们介绍了工业机器人的相关力学与控制的知识，为我们以后的研究方向指明了道路。机器人的研究是一门非常复杂的学问，为了深入去探究它的方方面面，就需要不断的去学习，正所谓路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

第三篇：工业机械手毕业设计成果要求

电气工程系关于毕业设计成果要求的规定 电气工程系关于毕业设计成果要求的规定 毕业设计成果要求
毕业设计（或课程设计）是高等职业技术学院教学计划的重要组成部分，是使学生理论密切联系实际，从 而印证、巩固、扩大其理论知识，培养、提高其职业技能、职业综合能力和职业素质的重要实践性教学环节。为保证毕业设计（或课程设计）成果质量，规定如下：

一、毕业设计（或课程设计）成果要求 由毕业设计说明书、设计图纸、计算书三部分组成，分别篇为第一篇、第二篇、第三篇，要求：

1、用计算机录入、绘图、打印，并装订成册；

2、毕业设计（或课程设计）成果应尽量减少雷同，如雷同超过 40％视为抄袭，按无效处理；

3、毕业设计成果不少于 3 万字（含图纸约不少于 30 页，图纸多者，页数要增加）。

二、毕业设计（或课程设计）成果的内容 成果的内容及其顺序依次为：封面、中文摘要、外文摘要（成果有创新的要写）、目录、正文、结论、致 谢、参考文献、附录、个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文。

1、封面：全系统一格式，见附录。毕业设计成果题目应能概括整个论文最重要的内容，具体、切题、不能太笼统，要引人注目；题目力求简 短，严格控制在 30 字以内。

2、中文摘要：成果第一页为中文摘要，约 800～1000 字左右(限一页）。包括论文题目、摘要内容。摘要 内容应包括工作目的、成果和结论等。语言力求精炼，一般不宜使用公式、图表，不标注引用文献。

3、目录：应是论文的提纲，也是论文组成部分的小标题。

4、引言：作为论文的第一章，内容为包括设计课题的背景及意义，设计的目的和主要内容。

5、正文：是成果的主体，应分为若干章节。写作内容必须写得简练、重点突出，尽量减少雷同语言。同时 应注意使各章之间密切联系，形成一个整体。

6、结论：应该明确、精炼、完整、准确，使人只要一看结论就能全面了解成果的意义、目的和工作内容； 要认真阐述自已的创新性工作。结论单独作为一章排写，但不加章号。

7、参考文献：只列作者直接阅读过、在正文中被引用过、正式发表的文献资料。参考文献的写法应该遵循 规范。参考文献一律放在论文结论后，不得放在各章之后。

8、致谢：致谢对象限于在毕业设计完成方面有较重要帮助的团体和人士。

9、附录：可以包括正文内不便列出的冗长公式推导，以备他人阅读方便所需的辅助性数学工具或表格，重 复性数据图表，计算程序及说明。

10、个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文: 个人简历包括出生年月、性

别、籍贯、学习（大 学以上）经历等；研究成果可以是在校期间参加的研究项目、获奖情况，没有成果的不必写。

三、毕业设计成果的书写格式

1、成果分章节撰写，层次要清楚，标题要重点突出，简明扼要。标题字数一般在 15 个之内。每章应另起 一页。层次代号的格式如下： 第一篇 X X 设计说明书(居中书写)第一章 X X X X(居中书写)1.1 X X X X(居中书写)1.1.1 X X X X(顶格书写)l.X X X X(空两格书写)X X X X(正文)(l)X X X X(空两格书写)XXXX(正文)第二篇 X X 设计图(居中书写)第三篇 X X 设计计算书(居中书写)
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2、篇眉和页码 篇眉从第一章开始，采用宋体六号字居中书写，并在下方加一横线。页眉靠左书写： 论文的题目 页眉靠右书写： 07 届毕业生毕业设计成果 页码从引言开始按阿拉伯数字连续编排，摘要、目录等前置部分单独编排。页码位于页面底端，居中书写。

3、有关图、表 图：为便于装订，建议采用 3＃和 4＃图幅。图中的术语、符号、单位等应同文字表述所用一致；图序及图 名置于图的下方，居中排写。需要的话，可在图名之下加附图说明。表: 表格应随文给出，先见文后见表； 表中参数应标明量和单位的符号； 表序及表名置于表的上方，居中排写； 一张表格应为一个整体，不要拆分排写在两页上。表格不加左右边线。公式：公式的编号用括号括起写在右边行末，其间不加虚线。图、表、公式等与正文之间要有一行的间距。文中的图、表、附注、公式的序号一律采用阿拉伯数字分章编号。如：图 2-5，表 3-2，公式(5—1)等。若图或表中有附注，采用英文小写字母顺序编号，附注写在图或表的下方。

4、有关参考文献及引用 对作者已阅读过的对论文具有参考价值的文献应尽可能列出，并按文中引用文献出现的先后顺序连续编号。引用文献标示应置于所引内容的末尾的右上角，编号用阿拉伯数字并加上方括号，如“网络的先进性--[4]”。当在文中直接提及参考文献时，其编号应与正文排齐，如“由参考文献[9，20-21]可知”。不得将引用文献标 示置于各级标题上。参考文献表根据下述格式书写，并按顺序编号，即按文中引用的顺序将参考文献附于文末。作者姓名写到 第三位，余者写“，等”或“，et al．”。几种常见参考文献著录表的格式为： 连续出版物：序号作者．文题．刊名，年，卷号(期号)：起止页码 专(译)著：序号作者．书名(，译者)．出版地：出版者，出版年．起止页码 论 文 集：序号作者．文题．见(in)：编者，编(eds．)．文集名．出版地：出版者，出版年．起止页码 学位论文：序号姓名．文题：[XX 学位论文]

．授予单位所在地：授予单位，授予年 专 利：序号申请者．专利名．国名，专利文献种类，专利号，出版日期 技术标准：序号发布单位．技术标准代号．技术标准名称．出版地：出版者，出版日期 举 例 如 下： [1] 张昆，冯立群，余昌钰，等． 机器人柔性手腕的球面齿轮设计研究． 清华大学学报，1994，34(2)： 1-7 ． [2] 中华人民共和国国家技术监督局.GB3100～3102．中华人民共和国国家标准——量与单位.中国标准 出版社, 1994-11-01．

5、量和单位 要严格执行 CB3100～3102： 有关量和单位的规定(具体要求请参阅 93 《常用量和单位》 ,计量出版社，1996)； 单位名称的书写，可以采用国际通用符号，也可以用中文名称，但全文应统一，不要两种混用。

四、论文的打印要求

1、封面 封面采用全系统一格式（见附录）。中文题目：三号黑体字，学生姓名、指导教师、专业名称等： 四号宋体字.2、摘要、正文的格式、字体、字型及字号要求（1）中文摘要： 论文题目（居中、小 2 黑体）中文摘要（居中，4 号黑体）
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正文：800-1000 字（小 4 号宋体字，限一页）关键词：3-5 个，中间用“，”号分开,(小 4 号黑体)（2）正文 大标题 第一章 黑体小 2 号 一级节标题 4.1 实验装置及方法 黑体 3 号 二级节标题 4．1．2 实验装置 黑体小 3 号 三级节标题 4．1．2．1 激光分子束系统 黑体小 4 号 正文 PFOODR 实验取得的效果 宋体小 4 号 表题与图题 表 2-3 飞行时间质谱实验装置 宋体五号 附图说明 1.当前值 2.过去值 宋体小五号 参考文献及篇眉 宋体五号（3）段落及行间距要求 正文段落和标题一律取“固定行间距 20pt”。按照标题的不同，分别采用不同的段后间距： 标题级别 段后间距 大标题 30～36pt 一级节标题 18～24pt 二级节标题 12～15pt 三级节标题 6～9pt(在上述范围内调节标题的段后行距，以利于控制正文合适的换页位置)参考文献的段后间距为 30-36pt。参考文献正文取固定行距 17pt，段前加间距 3pt。注意不要在一篇参考文 献段落的中间换页。（4）用纸及打印规格 文章尺寸规格为 A4(210X297mm)。每一面的上方（天头）和左侧（订口）应分别留边 25mm 以上，下方（地 脚）和右侧（切口）应分别留边 20mm 以上。每行打印字数 32-34 字，每页打印行数 29—31 行。

五、毕业设计的评阅与答辩

1、毕业设计的评阅 毕业设计的评阅是毕业设计中的一个不可缺少的重要环节。学生在规定时间内完成毕 业设计的任务后，将 毕业设计的任务书、说明书、计算书及图纸交指导教师认可，然后由答辩委员会指定专门的教师进行评阅。评阅教师主要根据以下几点进行评阅：(1
)对照毕业设计任务书的内容，检查学生是否按任务书的要求按时完成毕业设计任务书所规定的全部内 容和工作量；(2)学生的毕业设计图纸是否满足设计要求，是否设计阶段图纸深度的要求，设计图纸应能正确表达设计 意图，符合国家制图标准及有关部门设计规范；(3)毕业设计的计算书和说明书要求依据合理、数据可靠、文理通顺、书写工整、装订整齐。评阅教师在评阅后，应针对毕业设计说明书、计算书及图纸中所出现的错误和存在问题以及相关的内容，向学生提出 2～3 个书面问题，让学生思考，由学生在毕业设计答辩会上进行回答。此外评阅教师在对毕业设计 进行评阅后，应将评阅过程中发现的问题和错误，在答辩会上(或答辩会前)向学生指出，以帮助学生充分认识 到毕业设计中的不足之处，加深对毕业设计的理解。

2、设计答辩 答辩是学生毕业设计的最后一个环节，也是十分重要、必不可少的环节。它是学校对毕业设计成绩进行考 核、验收的一种形式。毕业设计的答辩旨在考核学生对所选课题的研究情况，设计方案以及毕业设计的深、广 度和真实程度。了解毕业设计的主要过程及查阅资料、收集与整理资料、分析与对设计方案研究的情况等，从 而进一步考核学生对所学有关课程的基本理论、基本知识、基本技能的掌握情况。通过评阅及答辩，考查学生 所提出的方案、见解的论述是否充分、准确，掌握设计的技能与方法的情况，指出毕业设计中不清楚、不详细、不确切、不完善的地方，帮助学生总结、提高，引导学生对其设计课题进一步深人研究。通过答辩、考察并锻
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炼提高学生的口头表达能力和辩解能力。最后评定毕业设计的成绩与给出评语，这实际上是学校对学生的一次 综合性考察。对学生来说，是全面回顾、检验自己在大学期间所学有关课程的基本理论、知识、技能的掌握和 运用情况。

3、答辩的准备和程序（1）答辩前的准备 1)系(专业教研室)成立毕业答辩委员会和答辩小组，答辩委员会负责制定统一评分标准。答辩小组的任务 是主持有关课题的答辩工作，并确定学生的毕业设计成绩。每个答辩小组的成员不得少于 3 人，由一名有经验 的教师担任组长； 2)学生在答辩前，应在规定的时间提交毕业设计的全部成果，包括毕业设计任务书、毕业设计论文(毕业 设计说明书)、设计图纸、计算书等； 3)评阅教师对每一位学生的毕业设计成果(主要是说明书、图纸、计算书)进行评阅，提出书面评阅意见和 问题，供学生提前准备； 4)答辩前学生应充分准备，最好能写出书面的答辩提纲，并作一定的物质准备(如制

作多媒体文件等)。（2）答辩主要程序 1)学生对设计或论文作扼要的介绍，时间一般在 l0min 以内； 2)答辩委员提出问题，学生回答； 3)对于可演示的课题，答辩委员会可以要求学生在计算机房或在实验室对成果加以演示，时间一般不超过 10min； 4)学生退场； 5)答辩委员根据评阅人的意见，指导老师的意见，学生在答辩会上的表现，通过讨论，给出评语及成绩； 6)委员会就是否通过，给学生以肯定的答复；（3）答辩时的注意事项 1)参加答辩前应作好诸如书写提纲、绘图或制幻灯片等准备工作； 2)介绍内容时应突出表达自己的独到之处，估计老师已经知道的可加以忽略，以节约时间； 3)听清楚老师提出的问题后再行回答，末听明白的，可以请老师复述一遍，以免出错； 4)实事求是，不会的就说不会，但被误解时，一定要争辩； 5)注意礼貌。

六、毕业设计成绩评定 毕业设计（论文）成绩评定应以学生完成工作任务的情况、业务水平、工作态度、设计说明书（论文）和 图纸、实物的质量以及答辩情况为依据。毕业设计（论文）成绩采用五级记分制（即优秀、良好、中等、，及格、不及格），成绩的评定采用三级评分制，由指导教师、评阅教师和答辩组分别评定成绩（其中答辩成绩由无记名 投票确定），在分别折算后求和。指导教师根据学生完成设计质量以及毕业设计期间的表现和工作态度给出平时成绩和书面评语，该部分占 总成绩的 40％； 评阅教师对设计成果给予客观全面的评价，写出书面评语并给出评分，该部分占总成绩的 20％； 答辩小组根据学生介绍及回答问题的情况给出评分，该部分占 40％。学生毕业设计成绩的最后评定由有关教研 室负责人召集答辩小组成员讨论确定。成绩的评定必须坚持标准，从严要求。“优秀”的比例一般掌握在 15％左 右，控制获优良的学生人数，严格区分“良好”“中等”与“及格”的界限。对工作态度差、达不到毕业设计、要求的学生，应评为“不及格”。毕业设计（论文）成绩不及格者不得毕业。优秀、良好、中等、及格、不及格的评分标准如下：(1)优秀。能圆满地完成课题任务，并在某些方面有独特的见解或创新，其成果有一定的理论意义和使用价 值；设计说明书（论文）内容完整、论证详尽、计算正确、层次分明；说明书（论文）书写规范，图纸符合要 求且质量高；完成的软硬件达到甚至优于规定的性能指标要求；独立工作能力强，工作态度认真，作风严谨； 答辩时概念清楚，回答问题正确。对毕业设计（论文）成果突出的学生，在上述各条件达标后，亦可评为优秀。(2)良好。

能较好地完成课题任务；设计说明书（论文）完整，计算及论证基本正确；说明书（论文）书写 较规范，图纸符合要求且质量较高；完成的软硬件基本达到规定性能指标要求；有较强的独立工作能力，工作 态度认真，作风严谨；答辩时概念较清楚，回答问题基本正确。
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(3)中等。完成课题任务；设计说明书（论文）内容基本完整，计算及论证无原则性错误；说明书（论文）书写较规范，图纸质量一般；完成的软硬件尚能达到规定性能指标的要求；有一定的独立工作能力，工作表现 较好；答辩时能回答所提出的主要问题，且基本正确。(4)及格。基本完成课题任务；设计说明书（论文）质量一般，无大的原则性错误；说明书（论文）书写不 够规范，图纸不够完整；完成的软硬件性能较差；答辩时讲述不够清楚，对任务涉及的问题基本上能够回答，虽有错误，但不是重大原则性错误。(５)不及格。没有完成课题任务；设计说明书（论文）中有重大的原则性错误；说明书、图纸质量较差； 完成的软硬件性能差；答辩时概念不清。

附录：毕业设计成果封面
5

福建水利电力职业技术学院

2011 届大专毕业设计成果
变电站初步设计 某 110kV 变电站初步设计

专业名称 姓 学 名 号

指导老师

2010 年 12 月
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第四篇：传送带工业机械手的PLC控制课程设计

工业机械手的PLC控制

一、课题概述（1）机械手作用

工业机械手的任务是搬运物品，要求它将传送带A上的物品搬运到传送带B上，由于传送带A、B都按规定的方向和规律运行，故可将物品春送到指定位置.传送带A为步进式传送，每当机械手从传送带A上取走一个物品时，该传送带向前步进一段距离，将下一个物品传送到位，以便机械手在下一个工作循环取走物品。机械手按照规定的动作，将传送带A上的物品搬运到传送带B上。传送带B是连续运转的。（2）机械手操作流程

工业机械手工作流程如图所示，其工作过程说明如下：

三、方案设计与论证

用三菱FX软件编写程序，画出SFC图，编写相应的内置梯形图，写入PLC，运行监控，按照输入输出模块连接开关和二极管。通过按键开关，按照设计要求步骤控制程序步进运行，通过二极管发光表示机械手的电动机控制。实现任务要求。

1、I/O地址

X0：启动按钮 Y0: 机械手工作指示 X1：停止按钮 Y1：传送带B X2:单步/连续控制开关 Y2：传送带A X3：机械手下限位开关 Y3：控制右旋 X4：机械手上限位开关 Y4：控制左旋 X5: 机械手左旋限位开关 Y5：机械手上升 X6: 机械手右旋限位开关 Y6：机械手下降

X7: 机械手夹紧限位开关 Y7：机械手夹紧/放松 X10:传送带A向前送物控制信号 X11:机械手手动上升 X12:机械手手动下降 X13:机械手手动右旋 X14:机械手手动左旋

X15:机械手手动夹紧/放松

2、系统的PLC I/O地址分配表

3、画出PLC 的I/O硬件接线图

4、指令表程序

5、梯形图

四、上机调试程序（验证能否完成功能，写出过程）操作步骤： 连动部分：

1、按下X0（P01）启动按钮，机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B开始运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手从右下限位开始上升Y5(ZJ6)灯亮

2、按下X4(PS4), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始左旋Y4(ZJ5)灯亮

3、按下X5(PS5), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮

4、按下X3(PS3)、X10(TD), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，传送带A启动Y2(ZJ3)灯亮

5、按下X7（HL2），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮

6、按下X4(PS4), 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始右旋Y3(ZJ4)灯亮

7、按下X6（HL1）, 机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮

8、按下X3(PS3), Y0机械手工作指示(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始抓物Y7(TL4)灯亮 点动部分：

1、按下X2（PS2）、X0（P01）、X11（P02），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮

2、按下X14（P05），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始左旋Y4(ZJ5)灯亮

3、按下X12（P03），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮

4、按下X10（TD），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，传送带A启动Y2(ZJ3)灯亮

5、按下X15（P06），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始抓物Y7(TL4)灯亮

6、按下X11（P02），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手上升Y5(ZJ6)灯亮

7、按下X13（P04），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始右旋Y3(ZJ4)灯亮

8、按下X12（P03），机械手工作指示Y0(ZJ1)灯亮，传送带B继续运行Y1(ZJ2)灯亮，机械手开始下降Y6(ZJ7)灯亮

五、结论与心得（设计中遇到的问题，如何解决的，有何收获）

我们持续一周的关于工业机械手的PLC控制的课程设计已经结束了，通过此次PLC程序设计实践,我实在是获益不浅!PLC是今年刚接触的一门新课，刚开始对这门课程很感兴趣，可是学起来的时候感觉有点难度，所以学起来有点畏惧感，以致没怎么学好！每次上实验课的时候，虽然都是尝试着去操作，可还是只会简单的输入程序。我知道PLC程序设计是一门重要的基础课程，是数据结构，操作系统，数据库原理和软件工程等后继课程的基础。适用于大型系统软件和应用软件的开发。而此次课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，当今PLC应用在生产生活中可以说得是无处不在，因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC技术是十分重要的，例如，这次的实训内容是工业机械手的PLC控制设计。通过这次实训，我了解到了很多关于PLC程序设计方面的知识，如：工业机械手的PLC控制，这就是PLC的一个应用领域，在这次的实训中，利用PLC相关知识，将工业机械手PLC的硬件图、IO表、流程图以及梯形图编辑出来，然后在计算机中进行模拟，让我们目睹了这一模拟过程，使我们进一步认识到PLC的重要性。虽然在这次实训过程中我也遇到了很多难题。但在通过查阅资料，以及向同学请教后，也终于成功的运行了课程设计所要求的程序。有许多东西，许多事，不是想像中的那么容易，不去实践，永远也不会有提高，尤其是学习PLC上。当然，我也学到了很多关于步进顺控指令系统中画SFC图，梯形图和调试的小技巧。如：在加停止按钮时要实现任何工作状态下都可以停止的功能则可以在主干路或则在输出线圈前串联一个X1常闭触点，那么任何时候按下X1则会使常闭断开，从而使状态断开。还有调试时为了便于观察现象和快速走完全程观察总体结构是否正确，可以将状态图中的定时器数值定为3秒左右，时间太长会浪费太多时间，太短则效果不明显误以为没有动作。还有在试验模拟前先列出I/O表及操作步骤与现象，在实验时一步步操作验证猜想是否一致，若不一致在检查错误排错，这样思路清晰也会更节省时间等等。同时，在这次课程设计的过程中，我认识到学好PLC要重视实践操作，不仅仅是学习PLC程序设计，还是其它的课程设计，以及其它方面的知识都要重在实践，不能只是学习和重视书本上的理论知识，所以日后在学习过程中，我会更加注视实践操作，使自己更好地学好PLC这门课程.六、参考文献

1．电气控制与可编程控制器应用技术（第2版）郁汉琪

2．百度文库

3．三菱FX系列可编程控制器

第五篇：机械手调查报告

关于机械手的调查了解

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的‚VERSTRAN‛和UNIMATION公司推出的‚UNIMATE‛。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。我国塑料机械已成为机械制造业发展最快的行业之一，年需求量在不断的加大。我国塑料机械产业的高速发展主要有以下两个大因素：一是对高技术含量装备的需求所带来的设备更新及陈旧设备的淘汰;二是海内塑料加工产业的高速发展，对塑料机械的需求旺盛。

东莞松山湖长盈精密技术有限公司,是一家生产、销售手机系列连接器、屏蔽件和超精密五金端子及模具的高新技术企业。该公司正在推进的‚无人工厂‛建造体系首期计划投入1000个无人机械手,前期已有100个机械手率先‚上岗‛。该公司常务副总经理任项生介绍,以前人工操作数控机床的产品加工,经常容易出现安全问题,产品质量的稳定性也比较差。‚‘无人工厂’并不是说完全没有人,但会大规模压缩人工数量,甚至可达到90%的水平。‛东莞市经济和信息化局负责人介绍,至今东莞推动传统产业和优势产业‚机器换人‛应用项目达到505个,投资金额达42亿元,可减少企业用工3万余人,企业投资成本有望在两年内收回。事实上,当前劳动力成本上升的情况,决定了东莞等地‚机器换人‛战略实施的必要性。随着珠三角人力成本的迅速上升,企业普遍感到存续压力大,东莞台资企业协会会长翟所领认为,尽管初期工业机器人等基础设施投入较大,但成长性较强的企业有望在几年内收回成本,‚比起人力成本每年增长20%以上的不确定性,还是要划算。‛据深圳众为兴技术股份有限公司市场总监李悦伟说：‚随着一些地区劳动力短缺现象日益严重,机器人的需求将逐渐增加,这也将倒逼机器人科研技术实现更多突破、更多国产化。‛

随着低碳理念的深入人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一些新型材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅使系统简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值得重视的是，随着机电一体化的发展，控制系统将向基于PC 机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作用的日益加重，由‚可编程控制器、传感器、动作元件‛组成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向，在此系统中，传统的‚开关控制‛也将转变为‚反馈控制‛，从而进一步提升系统的精度。从1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手，到20 世纪70 年代初期制造业开始引进机械手的使用，再到1972 年我国第一台机械手的开发以及随之而来的全国范围都开始研制和应用机械手，机械手的发展历经了这短短几十年，迎来的是制造业的全新面貌。并且机械手依旧在发展，在进步，其应用领域更在向着非制造业和服务业发展，可以预见，机械手一定会继续蓬勃发展，为其涉及的行业做出更大的贡献。