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外 文 翻 译 系 别 机电信息系 专 业 班 级 姓 名 学 号 导 师 机 械科学与技术 21（ 2007） 1018 1027 两个轴气动人工肌肉机械手的一种新的相平面切换控制方法控制 摘要 康复 机械手 的使用已经由于功能康复治疗对肢体的需求成为一个日益重要的问题。一种新型的气动人工肌肉致动器（ 所提供的安全性和流动性援助以执 行任务的人类达到日益普及，以及提供一个具有高强度和高功率 /重量比，成本低，体积小，便于维修，清洁，随手可得，廉价的电力来源，等等 已在使用在治疗 机械手 近几十年来考虑，特别是需要高水平的安全性。然而，仍存在一定的局限性，如空气 可压缩性和阻尼的执行带来的压力动态响应延迟，导致振荡运动能力的缺乏。此外，为了帮助康复 机械手 更有效，应根据病人的身体状况调整阻抗参数。为了这个目的，机械手加入装有磁流变制动器（ 一种新的相平面使用 过使用制作的两个轴 验证实了该 算法的有效性。实验证明，该 机械手 的稳定性可以不考虑对参考输入和外部负载条件下的频率的变化使用高增益控制大大改善，并在不降低响应速度，或降低 关键词：气动人工肌肉；相平面开关控制；机械手；磁流变制动器 1。景区简介 需要由交通事故和脑卒中引起的骨折或关节疾病康复的人数，和运动功能的问题，由于年事已高，全世界数以千计数百数。 机械手 的康复中的应用具有极大的关注。功能恢复的治疗通常是进行了医学治疗师在人的基础，但自动设备已经投入到物理治疗程序重复过程相对简单，实用，如连续被动运动机，步行训 练装置，和用于单轴扭矩机（ 1993街等； 1994；傅等人， 1995）。本文论述了功能康复治疗，身体康复的一个重要方面。网格加密治疗机已创建 （安清， 2004； 2005年； 2005b）。然而，多关节 机械手 要实现更逼真的运动模式，从而更有效的治疗是必要的。这种 机械手 必须有一个 人类使用高安全的。 疗 机械手 。二自由度 机械手 功能恢复的治疗由气动肌肉驱动的开发是佐贝尔（ 人。， 1999）和人。， 2001； 2003）的柳巷芳草 统的人工肌肉致动器（柳巷芳草等人。， 1999； 2000； 2002； 2003）气动肌肉方面的疗装置等人。， 2004）与人友好的治疗 机械手 （ 安， 2006年）。然而，仍存在一定的局限性，如空气的可压缩性和阻尼的执行带来的压力动态响应延迟能力的缺乏，导致振荡运动。此外，实施更有效的康复，机械手 必须根据病人的身体状况调整阻抗参数。为了这个目的，一个新的技术，电流变液阻尼器（ 尼器），已被应用到 械手。 他的团队使用 关阀（ 人。， 1994）。通过分离的阻尼器产生的阻尼转矩和阻尼区域 高增益控制下的响应速度，结果表明电流变阻尼器用于实际可用的一种有效方法，人类友好的 机械手 使用的 外，位置控制是无响应速度下降的改进。然而，一定的局限性阻碍了技术，由于电流变液（ 求很高的控制电压（ 这是有问题的，并在特定的，潜在的危险，只工作在一个较窄的温度范围（和一个不适合的 械手），并表 现出非线性特征。因为有很多不可接受的缺点电流，磁流变流体（ 直被认为是表 1中列出的优点是一个有吸引力的选择，和最近已被用于治疗人类友好的 机械手 （ 安， 2006年）。虽然这些系统在解决光滑的致动器的运动响应的步骤输入成功，假设两个轴 用在未来治疗 机械手 ，这是 我们研究的最终目标，是要实现快速的响应，即使外部惯性负载变化剧烈和正弦响应无以不同的频率。 因此，要实现良好的控制性能，一个 备的机械手关节。相平面使用 算法的有效性将通过 涉及一二轴验证明。实验结果表明，该 机械手 的稳定性可以大大改善高增益控制在不考虑频率的参考和外部条件的变化，并没有 降低响应速度和两个轴 度低。 2。实验装置 这两个轴气动人工肌肉机械手示意图如图 1所示。的 表 1。流变流体相比。 图 1。两个轴气动人工肌肉机械手示意图 图 2。气动人工肌肉机械手的工作原理。 图 3。实验设备的照片。 图 4。建设工作。 拮抗人工肌肉和外部负载转动，如图 2所示的结果之间的压力差。关节角度， 1和 2，与旋转编码器测量（ 8反馈到计算机通过一个 24位的数字计数器板（研华 833）。外部惯性负载可以从 20变化 40 ， 200 % 的变化相对于最小惯性负载条件；参考输入不同频率的波形（正弦）被认为是。实验 境压力和控制软件下进行的是 3显示的是实验装置的照片。 对 的 设计如图 4所示。转子固定在轴上，可相对于壳体旋转。转子和壳体之间的间隙填充 。磁流变液的表观粘度在磁场中的应用几毫秒的时间变化，并在没有磁场的正常粘度的回报。下面的实验 探讨 量数据是在图 5和表 3。 实验中，转速 从 100变化 转 1000 转 和所施加的电流从 0到 1的 。这些范围是因为系统的响应不达到 1000 转 和最大电流用于 。图 5显示了阻尼力矩与输入电流的变化（ a）和（ b）转速的 图 5，它是 显然，对阻尼扭矩是独立的旋转速度和几乎正比于输入电流。因此，方程（ 1）的输入电流和阻尼 转矩的结核病 表 3。对测量数据。 W：转速 I：目前的应用 J. 这里， 是常数确定使用特点 3。控制系统 这种 统的 制器的输出能在时间域如下表示：以 2）产量 所得的传递函数的 制器： 在采样序列 其中 u（ k）和 E（ k）是控制输入到设定点和节点的输出之间的控制阀和误差，分别。 此外，使用 械手的控制性能的有效途径 响应速度（因为它在加速或减速太高的地区的作品）。在这里， s 是拉普拉斯变量，它是由机械产生的扭矩， 定扭矩角速度比例增益，和 由方程计算的源控制电压（ 1）产生 尼转矩的方向与旋转方向相反的手臂。因此，方程（ 6）低于表明，阻尼器产生的阻尼转矩结核病。 所提出的相平面切换控制方法的结构如图 6所示。 图 7显示了传统相平面切换控制方法。在区域中，手臂的方法所需的角度关节角度，一个 B， C D，如图 7（ a） ，目前是不适用的，而在该地区（斜阴影区） B C， D E，目前应用于提高更快收敛到期望的角度的阻尼性能。虽然系统阶跃输入响应成功顺利，它的质量下降（与响应延长）由于正弦波形 失控点参考输入（ C， E 等）。此外，假设 2轴 械手 利用在未来的治疗 机械手 （我们研究的最终目标），它要实现快速响应，即使外部惯性负载变化剧烈和正弦响应，一个是在发生的频率范围内的频率无关。 阻尼转矩 T B，这是在公式 1所示，提高了机械手的阻尼性能。由于阻尼的机械手的转动方向相反的转矩的作 用，其加速性能退化。在区域中的臂的方法所需的角度关节角度， O A， B C， D E， F G，在图 8（ a），目前是不适用由于高响应速度 是必需的。在臂通过所需的角区域，即对角阴影区的 B， C D， E F， G 在图 8 H（一），电流被施加到改善阻尼性能，从而使臂更快地收敛到期望的角度。要确定是否应施加磁场，相平面。 图 6。的相平面开关控制的新概念框图。 图 7。常规的相平面切换控制方法。图 8（ b）用。 在相平面上的横轴线对应的关节角偏差 E 垂直轴对应于时间的偏导数， e =。每个点的相平面上的一个 H 对应于图 8中同样的字母点（一）。在这里，与目前应用的区域是由 1 1 1 2 h 控制（ S）， H（ S），的梯度 图 8。相平面切换控制方法的新概念。 图 8线（ B）。阻尼转矩的应用在区域控制为 1 h。控制在 出的控制器的有效性将实验研究。 4。实验结果 在这项研究中，一二轴 用相平面开关控制器，新概念的控制器，和实验用正弦波作为参考输入在两个不同的频率进行（ f = z 和 z）。两个外部惯性载荷条件（载荷 1 = 20 ；负载 2 = 40 方厘米 ）进行了测试（负载连接到臂 2年底）。此外，常规的 制器，该控制器的比较。 首先，进行了实验验证，在不同的输入参考频率所提出的控制器的有效性（节点1）。图 9显示的比较传统的 控制器联合 1实验结果的有效性和所提出 的 控 制 详 细 显 示 在 图 10 相对于 图 9。常规 1）。 F = = 实验中，所提出的控制器 的初始值设置为 6， P 190 10 K = ， 6我 10 10 K = ， 6 D 150 10 K = ， k = 1， 2 C 1，2， T = H =H =。通过试验和错误，得到了这些参数。这些实验结果表明，有一个大的跟踪误差和时间相对于参考输入的频率的增加延迟；当采用 制器响应下降频率为 沉降时间减少，跟踪性能是保证使用所提出的控制器。阻尼力矩不适用于快速响应时，机械手开始移动，和阻尼转矩的 尼 的 旋 转 轴 图 10。所提出的控制器的实验结 果（ 1） 机械手 减少超调振荡时，操纵器达到所需的角度。其次，实验研究了相对于不同的参考输入的频率控制性能（节点 2）。此外，外部的惯性负载（负载 1 = 20 ；负载 2 = 40 方厘米 ）连接到臂的端 图 11。常规 头 2，负载 1）。 2，和控制参数的设置是 1相同的接头。图 11和图 12显示的 对于测试的参考输入频率和外部的初始荷载条件控制器。这些数字表明，有一个大的误差和时间的延迟和更振荡发生相对于参考输入频率 的增加，以及增加外部初始荷载。在实验中， 议的新的相平面开关控制算法的有效性也在图详细地显示。 13和 14。实验结果表明，一个良好的控制性能和较强的鲁棒性应力是 图 12。常规 头 2，负载 2）。 获得，不依赖于外部的初始负荷使用所提出的控制方法。这些实验结果表明，阻尼转矩施加和释放非常频繁地根据所需的角度的方法。结果表明，所提出的算法是在各种外部荷载作用下有效的和不依赖于 参考输入频率。此外，据了解， 的顺利收敛到所需角度小的振荡。它的结论是，新提出的相平面开关控制算法有效地跟踪与高增益控制正弦波形控制，并具有良好的控制性能，快速 响应，和不同的外部惯性载荷和参考输入频率下具有较强的鲁棒稳定性。 5。结论 在这项研究中，相平面开关控制用磁流变制动器的提出和应用一二轴气动新概念 人工肌肉机械手的各种外部荷载作用下提高控制性能和独立的参考输入频率。 实验结果表明，该控制算法在正弦轨迹跟踪控制的高效和高增益控制，控制性能好，响应速度快，强大的，对外部负载和输入参考频率变化的鲁棒稳定性。研究结果 还表明，所提出的相平面 运用 过使用 械手 机械手。 确认 这项工作是由蔚山大学的支持下，韩国。 工具书类 安， k 和清， 2004，“使用智能切换控制方法的气动人工肌肉机械手的控制性能的改善，” 妇。，卷 8， 8号， 1388页 1400。安， 2005年，“非线性 制改善 机械手的神经网络控制性能，在 妇。，卷 19， 1号， 106页 115。 安， k，清， Y， K， 2005b，”帕姆手采用磁流变制动器性能的改善，” 妇。，卷 19， 3号， 777页 790。 Y， 1993，“恢复功能锻炼装置，“ J 美。，卷 17， 2号， 99页 105。富杰， M. G.，谷忠昭。，平野，英国，吉田和田， T， N， 1994，“步行康复系统的老年，” 际会议程序。，先进的 机械手 系统，卷 3，页 1655 1662。富杰， M. G.，谷忠昭。，平野，英国，吉田和田， T， N， 1995，“步行康复系统的改进中，老年人，”。 手 与自动化国际会议，卷 3，页 32 39。柳巷芳草， G. K.， B， 1999，“麦基宾人工肌肉致动器的生物力学：智慧，”过程。， 议，先进的智能机电一体化， 221页 226。柳巷芳草， G. K.，B， 2000，“人工肌腱修复下肢的生物力学性能，” ，医学物理和生物医学工程，卷 3，页 1972 1975。柳巷芳草，G. K.， B， 2003，“肌肉 像气动执行器为膝下假肢，”过程。内景，会议，新的驱动器， 289页 292。柳巷芳草， G. K.， 纳福， B， 2002“人造肌肉：为 行，“接受出版， 妇。E. J.，舒尔茨， R. S.，狼， S. L.，鲱鱼， D. E.和 2004，”气动肌肉手疗装置”，在 际会议， 2713，页 2711 。 T，迁政信， K.， 1994，“利用电流变液阻尼器改进的充气橡胶人工肌肉机械手的控制性能，在 议，网络系统的人，卷 4，页 788 793。 T.，茹贝尔， P. F.， 2001，“设计一个 2自由度 机械手 的功能恢复治疗气动肌肉驱动的，“ 机械手 在阿尔帕 多瑙河地区 T.，这个车间， P. F.， 2003，“发展中的一个由气动肌肉驱动 机械手 ，”过程。，拉德， 机械手 在阿尔帕 多瑙河地区 国， k， 2006，“提高 2的控制性能的非线性 气动人工肌肉机械手神经网络，“接受国际，期刊出版。，机电城， k， 2006年，“智能相平面的磁流变制动气动人工肌肉机械手的控制开关，“国际，怨妇。，机电一体化，卷 16，页 85 95。茹贝尔， P. B.，杜兰特， F.和 T.， 1999，“拉奎拉大学的功能康复治疗对 2自由度机械手的气动肌肉致动器的经验，”研讨会上，生物力学，华沙，波兰。 1 (2007) 10181027 a U 5, 2006; 4, 2007; 4 2007) he of in an of of of A to as as as of so in a in a of as of of to of In to to of is a A RB is of is an a AM of be a to of of or AM . he of to or by to of of to is of is by on a to in as a a a a 1993; et 1994; et 1995). of 2004; 2005a; 2005b). to of a of AM to a of A 2by * +82 52 259 2282, +82 52 259 1680U 1(2007) 10181027 1019 et 1999) et 2001; 2003) et 1999; 2000; 2002; 2003) a et 2004) a 2006a). as of of to of In to to of a an to AM R to of AM a PI et 1994). By a to R is an in a AM is a in R is in in a AM RF an , in 2006b). in to AM is in in is of it is to if to to a is to of A a is of of be a AM of be a to of of AM 2. he of is 1. . of 0 100 5 40 150 10 90 125 by 4 g/ 2 g/ 25 V 1 2 A (2 50 2 25 1 10 50 1. of 1020 1(2007) 10181027 2. of 3. of 4. is as a (a) (b) 5. . 10 B D/A 720 402433 2. 1 , a to a 2433). be 0 0 a 200 % to of U 1(2007) 10181027 1021 an is A of is 3. he of RB is 4. is to to is of RB be by in of RF is a of of a to in of a to is 5 . RB is a a in In is 00 000 A A. of 000 RB A. to of a) b) R 5, it is RB is of to (1) b . I 0 100 I: A ()+ (1) a b RB 3. o AM a ID is as in be in as 0()() () ()et +) 2) ) () () ()s + (3) of ID () 11()+) A at k be as () () ( 1) ()() ( 1)ek uk +(5) u(k) e(k) to of In RB is an to of AM by it in or is s by to a of q. (1) to c. 022 1(2007) 10181027 of is to of of (6) a b. ()() of is 6. In in of to ab, cd, 7(a), is in bc, de, is to to to to of c, e so In AM in of it is to a if is of of of he is q. 1, of in of is In of to , , g, 8(a), is a is In , , 8(a), a is to so to To be 6. of of (a) (b) 7. A 8(b) is in to e r , to of to 8(a). of 112(), ()hs , of 1(2007) 10181027 1023 (a) (b) 8. A of 8(b). of is h h . of in RB is is to of be 4. n a a AM of a is a as a at f=z z). = 20 = 40 to ). In ID to of at ). ID of of is in 10 (a) f=z (b) f=z 9. ID ). f=f=In of 190 10 ,610 10 , 6150 10 , , 1, 2=. by is a to of of ID up is by is to is by RB to of AM 024 1(2007) 10181027 (a) f=z (b) f=z 10. of ). to to to ). In = 20 = 40 to of (a) f=z (b) f=z 11. ID , ). 2, to be . 1 2 ID is a to as as to In AM of is in 13 4. a U 1(2007) 10181027 1025 (a) f=z (b) f=z 12. ID , ). do on is to to It is is in of on In it is a 哈尔滨工程 大学 2014届 学士学位论文 立题 论证书 院（系） 机电工程学院 题目对应 专业 机械设计制造及其自动化 题目 申报人 隋立明 职 称 讲师 申报时间 2013 年 12 月 题目名称 图书馆辅助 机器人的设计 题目来源 （ 划号， 不可 多选） 在研 科研项目 生产实践 自 拟题目 题目类型 理工类 理论研究类（ ） 工程设计类 （ ） 软件开发类 （ ） 科学实验类 （ ） 综合类 （ ） （划 号，不可 多 选） 文管类 理论型 （） 应用型 （） 文献综述 型 （） （ 划 号，不可 多选） 课 题 简 述 在 大型 图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动 、 提高效率 及 缩短图书的上架时间，为此本课题 提出 设计 一个 图书馆辅助机器人。 本课题所要求设计的辅助机器人，主要 用于 完成图书的上架工作。因此要求机器人 具有 行走 、 自动 识别图书类别、并将图书放置于准确位置 等功能 。 同时机器人应 具有灵活、安全 性好 等特点。课题 研究 内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。 通过该课题 的工作，使学生在机械结构设计、机电一体化系统分析与集成等方面得到训练。 本 课 题 预 期 目 标 本课题需要完成工作如下 1、对 图书馆 机器人的 国际和国内 研究现状进行综述 ； 2、 设计 机器人 的 主要执行机构 并进行运动学 分析 ； 3、机器人整体结构 设计 和主要零件的设计； 3、机器人相关元件的选型与 系统集成方案 设计。 重点是机械结构，系统集成方案设计部用怎么做 机械结构大体的结构得照着我设计的来 动元件是都是电机，电动缸，别选液压的，主要是电机驱动 成果形式如下 1、 机器人 装配图和零件图（ 3 张 0 号图 ，至少 1 张手绘图 ） ； 2、 主要元件的选型 及机电系统原理方案； 3、设计说明书（论文） 2 万字 。 技术 要求 上机 40 机时 图纸 3 张 电路板 0 块 阅读文献 15 篇 读书笔记 万字 主 要 参 考 资 料 1. 蔡自兴 . 机器人学基础 2009 2. u , A of 2011: 4111- 4115 3. M., J. of 2012: 1677- 1682 爱国，庄皓兰等 . 机器人技术在图书馆自动化系统中的应用研究 . 机器人技术与应用， 2009,11:33. R西格沃特 等 . 自主移动机器人导论 . 西安 交通大学出版社 ,2013 基层学术组织负责人 审核意见： 基层学术组织负责人 签字 ： 年 月 日 (院 )系 学士学位论文 工作领导小组审核意见： (院 )系 学士学位论文 工作领导小组 组长 签字 ： （院）系 盖章 年 月 日 做该课题 学生姓名 班 级 学 号 注： 1、 指导教师对应 每个 学士学位论文 题目应填写该表一份， 题目申报人可为指导教师组。 2、题目来源和题目类型 要求 单选 ，若该 题目 属于两 种 类型 ，则 只能选择一种最主要的 类型 打 。 3、 此表 一式一份，由院（系）留存。 购买后包含有 咨询 I 宁学 毕业设计 (论文 ) 图书馆辅助机器人的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 购买后包含有 咨询 摘 要 机器人 是在在机械化、自动化生产过程中发展的一种新型装置 ,使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置 。 机器人 能代替人类 、重复枯燥 完成危险工作，提高劳动生产力 ,减轻人劳动强度。 该装置涵盖了 位置控制技术 可编程控制技 术 、 检测技术等 。 本课题拟开发的物料 电动机器人 可在空间抓放物体，动作灵活多样 ， 根据工件的变化及运动流程的 要求随时更改相关参数 ,可代替人工在高温危险 区 进行作业 ，。 本课题所要求设计的辅助机器人，主要 用于 完成图书的上架工作。因此要求机器人具有 行走 、 自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置 等功能 。 同时机器人应 具有灵活、安全 性好 等特点。课题 研究 内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。 关键词： 机器人 , 电动机器人 ， 图书馆辅助 ，提升购买后包含有 咨询 he is a in of a of of of to be up in to to in to of to on of At of of of 买后包含有 咨询 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 . 1 题背景及目的 . 1 课题研究的目的和意义 . 2 业 机器人概念 . 2 内机器人的研究 . 2 第 2 章 图书馆辅助机器人的设计要求与方案 . 4 书馆辅助机器人的设计要求 . 4 本设计思路 . 4 统分析 . 4 体设计框图 . 4 动机器人的基本参数 . 5 动机器人结构设计 . 5 器人材料的选择 . 5 械臂的运动方式 . 6 动机器人驱动方式的选择 . 6 作要求分析 . 7 动机器人结构及驱动系统选型 . 7 第 3 章 图书馆辅助机器人机械部分的设计计算 . 9 爪夹持器结构设计与校核 . 9 爪夹持器种类 . 9 持器设计计算 . 10 降方向的电动缸设计 . 11 珠丝杠的精度 . 11 珠丝杠参数的计算 . 11 购买后包含有 咨询 V 服电机的选择 . 15 大负载转矩的计算 . 15 载惯量的计算 . 16 载加速转矩计算 . 17 平方向电动缸的设计 . 18 程确定 . 18 定丝杆的等效转速 . 18 定丝杆的等效负 载 . 18 定丝杆所受的最大动载荷 . 19 度的选择 . 20 择滚珠丝杆型号 . 20 核 . 21 界压缩负荷验证 . 21 界转速验证 . 22 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 23 机的选择 . 23 机轴的转动惯量 . 24 机扭矩计算 . 25 第 4 章 竖直方向电动缸 . 27 珠丝杠计算、选择 . 27 进电机惯性负载的计算 . 30 座回转机构设计计算 . 32 身结构的设计校核 . 32 择伺服电机的具体型号和参数 . 32 准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 . 34 机构中齿轮传动设计与校核 . 34 的设计计算 . 39 的设计概述 . 39 的强度校核 . 42 购买后包含有 咨询 结 . 46 参考文献 . 47 致 谢 . 48 购买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 买后包含有 咨询 1 第 1 章 绪论 题背景及目的 由于现代科学技术的发展，在工业生产和日常生活中， 电动机器人 技术得到了广泛的应用。智能型 电动机器人 的研究是近年来科学家同意致力的方向 。式 电动机器人 的人体模型，它可以模拟各种人类行为和人类的外部特征。未来的 电动机器人 的管家将不是梦想。 根据不同的 电动机器人 的结构， 电动机器人 可以分为各种各样的。轮式移动 机器人 ，履带式 电动机器人 ， 机器人 ，行走 电动机器人 等。值得一提的是，行走 电动机器人 ，他是近年来的一个重要研究成果。移动它最喜欢的动物甚至人类交谈。这是一个非常复杂的自动化程度很高的运动。与传统的轮式和履带式 电动机器人 相比，对环境的适应性。在工作空间很小，在崎岖的道路上，楼梯等。不久的将来，这项技术将被广泛使用。 在研究中， 电动 机械的生产，对 电动 机器人 设计的计算机模拟中的应用是一个非常重要的过程。包括零件建模，装配 电动机器人 的仿真，与运动仿真。通过仿真，设计师可以观察各机构的运动非常直观，知道没有干扰；可以了解各部件的受力，不同的模拟数据。该方法大大降低了开发时间和成本。 在学校的毕业设计是机械设计制造及其自动化专业学习的最后一个环节，学习在大学四年的继续深化和检验，具有实践性和综合性，是不是一个单一的其他替代方案，通过毕业设计可以提高综合能力的培养，是要去上班，提高实际工作能力起着非常重要的作用。为了实现以下目标： （ 1）的基本理论，基本知识和基 本技能的综合运用，提高分析和解决实际问题的能力。 （ 2）接受全面的培训工程师必须，提高实际工作能力。为调查研究，文献和数据收集和分析能力；设计和开发测试计划能力；设计，计算和绘图能力的提高；总结和撰写论文的能力。 （ 3）的综合素质和实践能力的测试。 购买后包含有 咨询 2 课题研究的目的和意义 （ 1）通过对 图书馆辅助机器人的设计 使我们得到对所学相关课程的综合训练； （ 2） 在 大型 图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动 、 提高效率 及 缩短图书的上架时间，为此本课题 提出 设计 一个 图书馆辅助机器人。 （ 3）本设计的主要任务是把 主要 用于 完成图书的上架工作。因此要求机器人 具有 行走 、自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置 等功能 。 同时机器人应 具有灵活、安全 性好 等特点。 传统夹紧机构对加工时的干涉太大，对生产量影响较大，设计一款新的夹紧机构，使得加工时间缩短，加工精度得到保证，生产量得到提高。 业 机器人 概念 目前，工业 机器人 的概念，世界是不统一，分类是不一样的。国际标准化联合国最近采用了美国 机器人 协会定义了工业 机器人 的组织：工业 机器人 是一种可编程的多功能操作装置，可以改变行动计划，完成各种工作，主要用于 材料处理，工件传送。 电动机器人 （ 机器人 ）是一台自动执行工作。它是一个产品的控制理论，先进的集成机械电子，计算机，材料和仿生。在工业，医学，农业，建筑业甚至军事等领域中均有重要的应用。 电动机器人 是一种有代表性的，机械的和电子控制系统，自动化程度高的生产工具，在近 50 年的发展。在制造业中， 电动 工业 机器人 技术已经得到了广泛的应用。这是一个高的自动化程度，改善劳动条件，保证产品质量和提高工作效率，发挥了非常重要的作用。可以说，他是现代工业的技术革命。 执行系统一般包括手，腕，臂，底座，一个主要的运动系统。 主要 由 电动机器人 执行系统，驱动系统和控制系统三部分。 手抓和松开工件或工具的部分，由手指（或吸收），驱动元件和驱动元件。 内 机器人 的研究 工业 电动机器人 的应用在日本有着悠久的历史。在七十年代当工业 电动 操纵器，然后经过十年的发展，已在工业 电动机器人 八十年代流行。他们的年工业产值迅速增加。1980达到一千亿日元， 1990至六千亿日元。在 2004达到了一兆和八千五百亿日元。这 3 表明工业 电动机器人 在提高生产效率的重要性。 在国际上，各个国家都实现了工业 电动机器人 的重要性。因此，工业 电动机器人 订单锐减。相比于 2003 2002 百分之十的增长的订单。然后工业 电动机器人 的需求量仍在上升。从 2001到 2006，超过 90000的全球经济增长中的订单。 7%的平均年增长率。 国际工业 电动机器人 的发展方向： 电动机器人 涉及多学科、多领域的知识。包括：计算机，电子，控制，人工智能，传感器，通信和网络，控制，机械等。 电动机器人 的发展离不开主题。正是由于各学科整合的相互作用，创建一个自动化程度高，其。随着科学技术的进步，在 电动机器人 的应用范围越来越广泛；技术越来越高，功能更强大。它是 电动机器人 的研究向小型化发展。 电动机器人 将更多地进入 人们的日常生活。总的发展趋势是模块化，标准化，智能化。 广泛应用于工业 电动机器人 ，以提高质量和生产力，产品安全人员安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高生产效率，节约原材料的消耗，降低了生产成本，具有非常重要的作用。广泛应用于工业 电动机器人 的以人为本的原则，它的出现使人们的生活更方便、美 好 。 电动机器人 工业是一个大型高新技术工业计算机，后车。现代军事工业，电动 机械发展的市场前景是非常好的。从第二十世纪起， 电动 机械行业的稳步增长。在第二十世纪九十年代， 电动 机械产品的开发和快速增长，年均增长率超过百分之十。在2004 到百分之二十的记录。亚洲 电动机器人 的更多需求，年增长率高达百分之四十三。经过 40 年的发展，应用工业 电动机器人 的许多领域。生产中使用最广泛的 电动机器人 。如制造焊接，热处理，表面涂层，加工，装配，测试和仓库，毛（冲压，压铸，锻坯等）等操作，代替人工操作的 电动机器人 ，极大地提高了生产效率。 购买后包含有 咨询 4 第 2 章 图书馆辅助机器人的设计 要求与方案 书馆辅助机器人的设计 要求 在 大型 图书馆中，图书的上架是一个重要而繁重的工作。为减轻工作人员的劳动 、提高效率 及 缩短图书的上架时间，为此本课题 提出 设计 一个 图书馆辅助机器人。 本课题所要求设计的辅助机器人，主要 用于 完成图书的上架工作。因此要求机器人具有 行走 、 自动识别图书类别、并将图书放置于准确位置 等功能 。 同时机器人应 具有灵活、安全 性好 等特点。课题 研究 内容包括机器人整体结构设计和机电系统的方案设计。 本设计思路 统分析 该 机器人 是实现生产过程自动化，提高劳动生产率的有力工具。为了在生产过程实现自动化，机械化，自动化的综合技术经济分析的需要，从而判断是否适当的 机器人 。以完成 机器人 的设计，一般都要先做以下工作： （ 1）根据使用场合的 机器人 的，明确的目标和任务。 （ 2） 机器人 的工作环境分析。 （ 3）对系统要求的分析，确定了 机器人 和方案的基本功能，如自由度的数目， 机器人 的运动速度，定位准确，抓住重。此外，根据抓斗 电动 质量，形状，尺寸和批量生产，以确定的形式和 机器人 的位置和握力的大小。 在这方面，我分析如下： （ 1）为手材料机械设计问题， 机器人 是 图书的上架 机器人 。虽然 机器人 的使用场合，也 非常广泛，涉及到材料的状态，环境因素的作业线，比我的知识和能力 （ 2）由于 机器人 我选择的是材料的 电动机器人 ，小对象处理非生产线。因此，系统的工作环境下，机械厂，准确度高，故障率低，速度 。 体设计框图 人 机 交 互 系 统( 系 统 软 件 、 编程 语 言 系 统 )控 制 器 及控 制 算 法控 制 系 统驱 动 系统 ( 各 驱动 器 )机 械 系 统 ( 机身 、 臂 部 、手 腕 、 手 爪 )作 业 对 象内 部 传 感 器 信 息 反 馈工 作 对 象 及 环 境 信 息 反 馈感 知 系 统 5 图 2 总体设计框图 如图 2为总设计框图，说明如下： (1) 控制系统：任务是根据 机器人 的作业指令程序和传感器反馈回来的信号，控制机器人 的执行机构，使其完成规定的运动和功能。主要设计目标为 选择， (2) 驱动系统：驱动系统工作的驱动装置。 (3) 机械系统：包括机身、机械臂、手腕、手爪。需要确定其自由度、坐标形式，并计算得出具体结构。 (4) 感知系统：即传感器的选择及具体作用。 动机器人 的基本参数 1. 机器人 的最大 电动 物料的重量是它的主参数。 2. 运动 速度直接影响 机器人 的动作快慢和 机器人动作的稳定性，所以运动速度也是是物料电动机器人 的一个主要的基本参数。设计速度过低的话，会无法满足 机器人 的动作功能，限制 机器人 的使用范围。设计的速度过高又会加重 机器人 的负载并影响 机器人 动作的平稳性。 3. 伸缩行程和工作半径是决定 机器人 工作范围及整机尺寸的关键，也是 机器人 设计的基本参数。 器人 的主要基本参数之一。 机器人 精度太低，就完成不了功能，精度太高又意味着成本的增加。综合考虑，该物料 电动机器人 的定位精度设定 定位精度料 电动机器人 的各个部 分的基本参数可以由上面已经知道的物料 电动机器人各关节的行程和时间分配来决定。 动机器人 结构设计 根据所设计的 机器人 的运动方式：机械臂的转动，机械臂的升降。根据上文所说的，机器人 按照坐标的分类情况，选择圆柱坐标式 机器人 更为妥当。 器人 材料的选择 机器人 的材料应根据手臂的工作条件，满足 机器人 的设计和制造要求。从设计思想，机械臂完成各种运动。因此，对材料的要求是为移动部件，它应该是轻质材料。另一方面，手臂振动经常的运动过程中，这将大大减少它的运动精度。所以在材料的选择上，综合考虑的质量，刚度， 阻尼的需要，从而有效地提高了机械臂的动力学性能。此外，机器人 选材料和不同材料的一般结构。 机器人 是一种伺服机构，受控制，必须考虑其可控性。在臂的材料选择，可控性和可加工性的材料，结构，质量性能的考虑。 总之，选择一个机械臂的材料，应考虑强度，刚度，重量轻，弹性，耐冲击，外观和价格等因素。这里有几个 机器人 使用的材料： 购买后包含有 咨询 6 （ L）的高强度钢，碳素结构钢和合金结构钢：这类材料的强度，特别是合金结构钢的强度增加了 4 5 倍，弹性模量，抗变形能力，是最广泛使用的材料； （ 2）铝，铝合金等轻合金材料的共同特点是重量轻，弹性 模量 E 的小，但材料的密度小，与 E P 比值还与钢相比； （ 3）陶瓷：陶瓷材料具有良好的质量，但易碎，但处理不好，接头需要特殊的设计与金属零件。然而，日本已开发 瓷 机器人 用于高速 机器人 的样品； 从 机器人 设计的角度来看，不需要负载能力在材料的选择，也不需要高弹性模量和抗变形能力，除了要考虑到材料成本，加工和其他因素。在各种因素的措施，结合铝合金的初步选择的工作条件，如机械臂组件。 械臂的运动方式 机器人 的运动形式有五种常见的 ，直角坐标式极坐标型，联合型和圆柱坐标。根据运动形式的选择主要运 动参数为基础的结构设计。一种运动形式以满足不同生产工艺的需要，可以采用不同的结构。选择表格的具体位置，必须根据操作要求，工作地点，和 电动 工作中心线方向的变化，比较和选择。 这种 机器人 的定位 2 个肩关节和肘关节的 1， 2 或 3 手腕方向。其中，绕垂直轴肩，另一个肩斜度。肩关节的两个正交轴。平行于第二轴肩关节，考虑到 机器人 的工作特点，这就要求动作灵活，具有较大的工作空间，结构紧凑，占用空间小，关节式 机器人 的选择。如图所示。这种配置，动作灵活，工作空间大，干涉仪的最小空间机械臂操作，结构紧凑，占地面积小，关节相对运动部位 易密封与防尘。但这种 机器人 运动学逆解比较复杂，难以确定的端元；态度不够直观，并在控制，计算量比较大。 图3 常见的运动方式 动机器人 驱动方式的选择 机器人 使用的驱动方式主要有 电动 驱动， 电动 驱动和电机驱动的四种基本形式。 但是，与 电动 传动相比，低功耗，能源， 电动 传动结构相对简单的速度不易控制，精度不高。 油马达驱动能量是简单，速度和位置精度高，使用方便，低噪音，高速变化的机制，高效，灵活的控制。 7 电动 驱动的特点是功率大，结构简单，省去了减速装置，响应速度快，精度高。但需要有 电动 源，但也容易漏 气 。 首先，我会选择驱动电机，但考虑到纯机械结构的 机器人 的运动并不能达到理想的传播效果。如果你使用 电动 或 电动 传动机械臂的旋转，必须与回转 电动 或旋转 电动 缸，结构比较复杂，不利于设计。 改进后的方案，将驱动方式分为两个部分。其机械臂伸缩，升降 机器人 抓抓，采用电动 驱动方式。 作要求分析 动作一：送 图书 动作二：预夹紧 动作三：手臂上升 动作四：手臂旋转 动作五：小臂伸长 动作六：手腕旋转 预夹紧 手臂上升 手臂旋转 手臂伸长 手臂转回 手腕旋转 图 动机器人 动作简易图 动机器人 结构及驱动系统选型 本课题所设计的 电动机器 人 为通用型的 电动机器人 ，其中坐标系为圆柱坐标系结构。驱动系统选用 电动缸 驱动和 电动 驱动， 电动 驱动用于机座的旋转和手臂的上下移动，电动 驱动用于手臂的伸缩和 电动机器人 的夹取和翻转 3。 购买后包含有 咨询 8 9 第 3 章 图书馆辅助机器人 机械部分的设计计算 爪夹持器结构设计与校核 爪夹持器种类 这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。 利用楔 块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。 这种手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。 不 需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动采用平行四边形机构，因此，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多 结合具体的工作情况，采用连杆杠杆式手爪。驱动活塞 往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条 使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工 工件的直径来调定。 a有适当的夹紧力 手部在工作时，应具有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的已加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 b有足够的开闭范围 工作时，一个手指开闭位置以最大变化量称为开闭范围。夹持类手部的手指都有张开和闭合装置。可用开闭角和手指夹紧端长度表示。于回转型手部手指开闭范围，手指购买后包含有 纸和论文 ,咨询 10 开闭范围的要求与许多因素有关 c力求结构简单，重量轻，体 积小 作时运动状态多变，其结构，重量和体积直接影响整个气压机械手的结构，抓重，定位精度，运动速度等性能。手部处于腕部的最前端，工因此，在设计手部时，必须力求结构简单，重量轻，体积小。 d手指应有一定的强度和刚度 因此送料，采用最常用的外卡式两指钳爪 持器设计计算 手爪要能抓起工件必须满足： 21 （ 3 式中， N 1k 常取 ； 2k 要考虑惯性力的影响可按 12 估算， a 为机械手在搬运工件过程的加速度 2/ 2/8.9 ， g 为重力加速度； 3表选取 13 k； G 抓持工件的重量 20 带入数据，计算得： 40 ； 理论驱动力的计算： 12 3 式中， p 动力； b R N 处选为 其他同上。带入数据，计算得 11 70 计算驱动力计算公式为： 1（ 3 式中， 1k 处选 4k 处选 降方向的电动缸设计 珠丝杠的精度 查阅滚珠丝杠的样本选择丝杠精度为 5 级精度等级，初步设计现设丝杠在有效行程500 ，行程偏差允许达到 30 m。 珠 丝杠参数的计算 （ 1）最大工作载荷的计算 丝杠的最大载荷为工作时的最大进给力加摩擦力，最小载荷即为摩擦力。设此 f =5000N，移动部件的重量约为 500 ，摩擦系数为 丝杠的最小载荷（即摩擦力） f N） (丝杠最大载荷是： 000 196 5196（ N） (平均载荷是： FF 31 = 3119651962 3529（ N） (（ 2）当量动载荷的计算 滚珠丝杠副类型的选择主要是根据导程和动载荷两个参数 ,其选择的原
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