曲軸搬運(yùn)機(jī)械手,曲軸,搬運(yùn),機(jī)械手 ———————————————— 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）附屬過(guò)程管理材料 （2010 屆） 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 目 錄 1. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表 2. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 3. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 4. 文獻(xiàn)綜述 5. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）——外文翻譯（原文） 6. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）——外文翻譯（譯文） 7. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)軟件驗(yàn)收評(píng)分表 8. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師審閱表 9. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)閱表 10. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄表 11. 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯評(píng)分表 12. 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)分表 13. 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論推文）誠(chéng)信承諾書(shū) 14. 校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)薦表 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表 學(xué)生姓名 班級(jí) 設(shè)計(jì)（論文）選題名稱(chēng) 曲軸搬運(yùn)機(jī)械手 選題理由及準(zhǔn)備情況： 工業(yè)機(jī)械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)裝備，它綜合應(yīng)用了機(jī)械，電子，自動(dòng)控制，傳感技術(shù)，人工智能，仿生學(xué)等等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。它模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置，可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造業(yè)的柔性化、增強(qiáng)企業(yè)和國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力等諸方面具有舉足輕重的地位。 采用工業(yè)機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn):第一，改善勞動(dòng)條件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強(qiáng)與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三，提高零件的處理能力與產(chǎn)品質(zhì)量；第四，消除枯燥無(wú)味的工作，節(jié)約勞動(dòng)力；第五，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；第六，減少機(jī)床損耗；第七，減少工藝過(guò)程中的工作量及降低停產(chǎn)時(shí)間和庫(kù)存；第八，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械手能代替人工操作，大大改善工人的勞動(dòng)條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜索以及查閱相關(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn)、專(zhuān)利資料，我基本了解了工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)。汽車(chē)制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè)，也是自動(dòng)化程度要求高、競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈的行業(yè)。目前，汽車(chē)制造業(yè)是制造業(yè)所有行業(yè)中人均擁有工業(yè)機(jī)器人密度最高的行業(yè)。隨著居民消費(fèi)的水平提高，我國(guó)汽車(chē)業(yè)進(jìn)入高速增長(zhǎng)期，國(guó)際汽車(chē)巨頭紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，與我國(guó)企業(yè)合資設(shè)廠或擴(kuò)大原有生產(chǎn)規(guī)模，國(guó)內(nèi)企業(yè)也紛紛轉(zhuǎn)型或加大對(duì)汽車(chē)行業(yè)的投資，整個(gè)行業(yè)增產(chǎn)擴(kuò)能增加了對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求。因此，我明確了研究發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手的現(xiàn)實(shí)意義。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 教學(xué)院長(zhǎng)意見(jiàn)： 教學(xué)院長(zhǎng)（簽字） 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 學(xué)院 信息與工程 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 曲軸搬運(yùn)機(jī)械手 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行起止日期 2009年12月21日至2010年5月9日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容及技術(shù)參數(shù) 本次設(shè)計(jì)是要設(shè)計(jì)出一個(gè)程控型機(jī)器手代替人工工作，實(shí)現(xiàn)兩條生產(chǎn)線之間工件的搬運(yùn)上料。 該機(jī)械手能完成如下的動(dòng)作循環(huán)：手臂前伸→手指夾緊抓料→手臂縮回→機(jī)身回轉(zhuǎn)180度→手腕回轉(zhuǎn)90度→手臂前伸→手臂下降→手指松開(kāi)→手臂上升→手臂縮回→機(jī)身回轉(zhuǎn)復(fù)位→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料。 　 　 　 　 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求 1、根據(jù)公布的畢業(yè)論文選題計(jì)劃，結(jié)合自己具體情況在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行選題，在題目確定后必須盡早與指導(dǎo)教師一起，做好畢業(yè)論文的準(zhǔn)備工作。 2、在畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)下達(dá)后兩周內(nèi)，必須寫(xiě)出對(duì)畢業(yè)論文所選題目的意義和研究現(xiàn)狀、研究目標(biāo)和內(nèi)容、研究方法和步驟、文獻(xiàn)資料查閱情況等文獻(xiàn)綜述，填寫(xiě)《學(xué)院畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告》交指導(dǎo)教師審閱。 3、必須認(rèn)真獨(dú)立完成畢業(yè)論文階段規(guī)定的全部工作任務(wù)，充分發(fā)揮主動(dòng)性、創(chuàng)造性和刻苦鉆研精神，嚴(yán)禁弄虛作假，不得抄襲他人的畢業(yè)論文或已有成果。 4、要勇于創(chuàng)新，敢于實(shí)踐，注意各種能力的鍛煉和培養(yǎng)(如外語(yǔ)能力等)。參閱外文文獻(xiàn)資料譯成中文不得少于2000漢字。 5、要尊敬指導(dǎo)教師，虛心接受指導(dǎo)，遵守紀(jì)律，愛(ài)護(hù)公物。如因不聽(tīng)指導(dǎo)造成的傷害或其他后果，均由學(xué)生本人負(fù)責(zé)。 6、撰寫(xiě)畢業(yè)論文時(shí)，做到條理清晰，邏輯性強(qiáng)，符合科技寫(xiě)作規(guī)范，并嚴(yán)格按照學(xué)校所規(guī)定的本科生畢業(yè)論文要求進(jìn)行撰寫(xiě)、打印和裝訂。畢業(yè)論文字?jǐn)?shù)達(dá)到專(zhuān)業(yè)規(guī)定要求。 7、在答辯前一周，應(yīng)將畢業(yè)論文交指導(dǎo)教師審核簽字后，送交評(píng)閱教師評(píng)閱。 8、需提交完整的畢業(yè)論文兩份，一份交指導(dǎo)教師保存，一份交學(xué)院保存。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）查閱的資料 ［1］孫桓，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理．北京：高等教育出版社，2006 ［2］濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：高等教育出版社，2006 ［3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動(dòng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［4］劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社，2004 ［5］張世昌，李旦，高航．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2007 ［6］毛平淮．互換性與測(cè)試技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 ［7］杜志?。I(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 ［8］朱世強(qiáng)，王宣銀．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用．杭州：浙江大學(xué)出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)．中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2007 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 序號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段進(jìn)度名稱(chēng) 日期 備 注 1 完成選題，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2009.12.21 2 查閱、收集、資料，了解曲軸搬運(yùn)機(jī)械手及其發(fā)展的現(xiàn)狀 2009.12.22～ 2010.12.28 3 完成文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告 2009.12.29～ 2010.1.21 2010.1.22上交文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題報(bào)告答辯 4 基本設(shè)計(jì)出曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的主要功能的總體框架，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程有初步、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)，總體思路基本明確 2010.3.4～ 2010.3.31 5 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，完成圖紙繪制 2010.4.1～ 2010.4.27 2010.4.1中期檢查 6 上交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)材料 2010.5.4 指導(dǎo)教師和評(píng)閱老師審查 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯 2010.5.9 8 上交所有畢業(yè)論文材料、光盤(pán)資料 2010.5.13 指導(dǎo)教師（簽名） 學(xué) 生（簽名） 開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)日期 2009年12月21日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指 導(dǎo) 教 師 開(kāi)題時(shí)間 2009.12.21 設(shè)計(jì)（論文）題目 曲軸搬運(yùn)機(jī)械手 選題意義、研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題 工業(yè)機(jī)械手是伴隨工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)裝備，它綜合應(yīng)用了機(jī)械，電子，自動(dòng)控制，傳感技術(shù)，人工智能，仿生學(xué)等等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。它模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置，可以通過(guò)PLC程控來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域有著越來(lái)越多的應(yīng)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(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造業(yè)的柔性化、增強(qiáng)企業(yè)和國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力等諸方面具有舉足輕重的地位。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排，組成一條自動(dòng)流水加工線。但在流水線上加工時(shí)，搬運(yùn)工作由人工完成，不可避免地存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)生產(chǎn)效率很高時(shí)，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率這就需要使自動(dòng)線上工件搬運(yùn)自動(dòng)化。于是針對(duì)這一問(wèn)題就提出了要研制一種搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)上線,并且能滿足定位和重復(fù)定位精度。用搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人搬運(yùn)工件可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少自動(dòng)線上的工人數(shù)目，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 研究目標(biāo)和內(nèi)容 研究目標(biāo)：設(shè)計(jì)一臺(tái)程控型機(jī)械手代替人工工作，實(shí)現(xiàn)兩條生產(chǎn)線之間工件的搬運(yùn)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少生產(chǎn)線上工人的數(shù)目，提高生產(chǎn)效率。 研究?jī)?nèi)容：根據(jù)給定的工況條件和基本要求，從機(jī)械原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)械手的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核，并結(jié)合原理圖等對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作方法和原理進(jìn)行描述。該機(jī)械手能完成如下的動(dòng)作循環(huán)：手臂前伸→手指夾緊抓料→手臂縮回→機(jī)身回轉(zhuǎn)180度→手腕回轉(zhuǎn)90度→手臂前伸→手臂下降→手指松開(kāi)→手臂上升→手臂縮回→機(jī)身回轉(zhuǎn)復(fù)位→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料。 主要技術(shù)參數(shù)有：抓重——16kg；速度運(yùn)動(dòng)——小于0.1m/s；定位精度——±1mm 研究方法、步驟和措施 第一階段：準(zhǔn)備階段：了解工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀和發(fā)展，查閱課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，擬訂設(shè)計(jì)思路。 第二階段：設(shè)計(jì)階段：確定總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)課題給定的工況條件和基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定主要參數(shù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析、處理，對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件進(jìn)行選型和校核。 第三階段：制圖階段：整理各類(lèi)資料和數(shù)據(jù)，利用ＣＡＤ制圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。 第四階段：總結(jié)階段：撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，檢查圖紙，準(zhǔn)備答辯。 研究的總體安排與進(jìn)度 2009.12.21 完成選題，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 2009.12.22～2009.12.28 查閱、收集、資料，了解現(xiàn)有關(guān)曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的情況 2009.12.29～2010.1.21 完成文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題報(bào)告答辯 2010.1.23～2010.3.3 完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2010.3.4～2010.3.31 完成總裝配圖,并進(jìn)行中期答辯 2010.4.1～2010.4.27 完成所有圖紙，說(shuō)明書(shū) 2010.5.4 上交所有材料，指導(dǎo)教師和評(píng)閱老師審查 2010.5.9 畢業(yè)答辯 2010．5．13 上交所有畢業(yè)論文材料、光盤(pán)資料 主要參考文獻(xiàn) ［1］孫桓，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理．北京：高等教育出版社，2006 ［2］濮良貴，紀(jì)名剛．機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：高等教育出版社，2006 ［3］徐福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動(dòng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［4］劉鴻文．材料力學(xué)．北京：高等教育出版社，2004 ［5］張世昌，李旦，高航．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2007 ［6］毛平淮．互換性與測(cè)試技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 ［7］杜志?。I(yè)機(jī)器人的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 ［8］朱世強(qiáng)，王宣銀．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用．杭州：浙江大學(xué)出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)．中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2007 ［10］萩原方彥（日）．機(jī)械實(shí)用手冊(cè)．科學(xué)出版社，2007年第2版 ［11］周恩濤，周士昌．液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制．中國(guó)機(jī)械工程第12卷第4期，2001．4 ［12］張新聚，曹慧琴，楊雪．程控通用機(jī)器人的設(shè)計(jì)．液壓與氣動(dòng)2007年第2期，2007 ［13］陳愛(ài)珍．日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀．機(jī)械工程師2008年第7期，2008 ［14］工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談．自動(dòng)化博覽2007年4月刊，2007．4 ［15］趙臣，王剛．我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2009.3 ［16］Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Manipulators. IEEE Control Systems Magazine, 1989.10, 9-13 ［17］D. Black. A Modular Approach to Robotic Automation of DOE Applications. ARM Automation, Inc 2000.7 指導(dǎo)教師審核意見(jiàn) 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日 關(guān)于曲軸搬運(yùn)機(jī)械手研究——文獻(xiàn)綜述 【摘要】 本文歸納了工業(yè)機(jī)械手和曲軸搬運(yùn)機(jī)械手研究中的關(guān)鍵問(wèn)題，分析了工業(yè)機(jī)械手的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，討論了設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手及曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的方案。在此基礎(chǔ)上，對(duì)工業(yè)機(jī)械手及曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的進(jìn)一步研究進(jìn)行了展望。 【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)械手，曲軸，自動(dòng)化，液壓驅(qū)動(dòng)，智能化 1、引言 隨著社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快，人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展。它能模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置，可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域有著越來(lái)越多的應(yīng)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(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。工業(yè)機(jī)器人在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快產(chǎn)品更新、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造業(yè)的柔性化、增強(qiáng)企業(yè)和國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力等諸方面具有舉足輕重的地位。其中液壓式機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來(lái)源簡(jiǎn)便以及組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)部門(mén)，在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，現(xiàn)代化加工車(chē)間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn)的工作?？稍跈C(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)很大程度上不是連續(xù)的，因此可看出裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將制品傳誦到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高溫熔液等等。隨著我國(guó)工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)也會(huì)越來(lái)越大。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要將上料、加工、卸料等工序進(jìn)行合理的安排，組成一條自動(dòng)流水加工線。但在流水線上加工時(shí)，搬運(yùn)工作由人工完成，不可避免地存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)安全難以保障、定位精度不高等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和單位的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)生產(chǎn)效率很高時(shí)，為了減少工人數(shù)量，改善工人的勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率這就需要使自動(dòng)線上工件搬運(yùn)自動(dòng)化。于是針對(duì)這一問(wèn)題就提出了要研制一種搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)上線,并且能滿足定位和重復(fù)定位精度。用搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)代替工人搬運(yùn)工件可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少自動(dòng)線上的工人數(shù)目，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率并且精度也得到了保障。 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的第一部分介紹工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及研究曲軸搬運(yùn)上線機(jī)械手的目的和動(dòng)機(jī)；第二部分給出這臺(tái)機(jī)械手的主要性能規(guī)格參量；第三部分介紹工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法，并對(duì)機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；第四部分對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。 2、工業(yè)機(jī)械手的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2.1基本知識(shí) 曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)。它是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件，其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個(gè)重要部位：主軸頸，連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸的潤(rùn)滑主要是指與搖臂間軸瓦的潤(rùn)滑和兩頭固定點(diǎn)的潤(rùn)滑。 這個(gè)一般都是壓力潤(rùn)滑的，曲軸中間會(huì)有油道和各個(gè)軸瓦相通，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后靠機(jī)油泵提供壓力供油進(jìn)行潤(rùn)滑、降溫。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程就是，活塞經(jīng)過(guò)混合壓縮氣的燃爆，推動(dòng)活塞做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。 機(jī)械手（mechanical hand），也被稱(chēng)為自動(dòng)手（auto hand），它能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門(mén)。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。機(jī)械手的種類(lèi)，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 點(diǎn)位控制，采用全功能的數(shù)控裝置或采用單板機(jī)或單片機(jī)控制某機(jī)構(gòu)從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)的軌跡不需要嚴(yán)格控制。目前工業(yè)機(jī)器人以可編程控制器（PLC）點(diǎn)位控制為主，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。 2.2 研究現(xiàn)狀 隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范周還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車(chē)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、分配機(jī)器人、裝配機(jī)器人、噴漆機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。2005年，亞洲地區(qū)電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求僅次于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)，其占所有行業(yè)總需求的比例為31%；而在歐洲地區(qū)橡膠及塑料工業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子電氣行業(yè)而排名第二位；美洲地區(qū)由于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求遙遙領(lǐng)先，所以金屬制品業(yè)(包括機(jī)械)、橡膠及塑料工業(yè)以及電子電氣行業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求比例相當(dāng)，均在7%左右。另外諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)器人正在為提高人類(lèi)的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)具有如下特征：（1）國(guó)內(nèi)汽車(chē)業(yè)。汽車(chē)制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè)，也是自動(dòng)化程度要求高、競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈的行業(yè)?？梢哉f(shuō)，汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)的主要原動(dòng)力之一。（2）沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。國(guó)內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)技術(shù)實(shí)力得到很大提高，生產(chǎn)設(shè)備更新?lián)Q代，為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，改善工人勞動(dòng)條件，企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求自然不斷增加。（3）外商獨(dú)資企業(yè)、中外合資企業(yè)。外商獨(dú)資或中外合資企業(yè)自動(dòng)化程度一般比較高，導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人的需求量較大。（4）國(guó)內(nèi)一些現(xiàn)代化水平比較高的企業(yè)。國(guó)內(nèi)一些汽車(chē)廠、軍工企業(yè)、船舶行業(yè)等。 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置一般有步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、液壓和氣動(dòng)等。其中，電液伺服系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，由于電液伺服系統(tǒng)中普遍存在著壓力—流量非線性、伺服閥零偏、雙向增益不等、死區(qū)等非線性環(huán)節(jié)，還存在由液壓介質(zhì)粘溫特性引起的伺服閥時(shí)變特性、系統(tǒng)質(zhì)量負(fù)載引起的系統(tǒng)慣量的變化等時(shí)變特性。所有這些非線性及時(shí)變特性都使得電液控制系統(tǒng)難以利用已有的古典控制方法對(duì)其控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，因而這一問(wèn)題就成為電液控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是新興起的研究熱點(diǎn)之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制，具有如下特點(diǎn)：可以處理難以用模型或規(guī)則描述的過(guò)程；能同時(shí)處理大量的不同類(lèi)型的信息；并行分布式信息處理模式等。 隨著計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)的發(fā)展，越來(lái)越迫切地要求工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)能與現(xiàn)代化工廠的其他自動(dòng)化系統(tǒng)成為一體，同時(shí)隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新，以及對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)研究的需要等，這一切都要求機(jī)器人系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開(kāi)放性。在實(shí)際的應(yīng)用中，人們總希望機(jī)器人的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)在某種程度上，為了適應(yīng)市場(chǎng)的變化而調(diào)節(jié)生產(chǎn)線和技術(shù)需求，可以按照自身和總體系統(tǒng)的功能要求來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展和修改；同時(shí),因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)的自身特殊性——較高實(shí)時(shí)性、突出的安全性等特性，因此這些特殊要求必須在機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)的軟件體系中得到實(shí)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，機(jī)器人的控制系統(tǒng)在硬件和軟件結(jié)構(gòu)上都必須具有開(kāi)放性，同時(shí)還要保持有較高的實(shí)時(shí)響應(yīng)。目前，開(kāi)放式控制系統(tǒng)的研究已成為自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)研究方向，并且在國(guó)內(nèi)外取得了進(jìn)展和成功。 2.3 發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)械手雖然能代替人工操作，大大改善工人的勞動(dòng)條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。但是相對(duì)人的思維邏輯，如果機(jī)械手的邏輯時(shí)間設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)造成生產(chǎn)延誤與浪費(fèi)。要找到最優(yōu)的生產(chǎn)時(shí)間，需要經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證和摸索，對(duì)生產(chǎn)中影響到生產(chǎn)效率的幾個(gè)瓶頸工位進(jìn)行分析，并制定可行性方案，從而實(shí)現(xiàn)曲軸線生產(chǎn)的產(chǎn)能最大化。對(duì)曲軸生產(chǎn)線機(jī)械手與設(shè)備上、下料之間的邏輯時(shí)間進(jìn)行研究和分析，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況分析曲軸線上的機(jī)械手在機(jī)床設(shè)備之間上下料和清空緩沖之間的邏輯關(guān)系，找出能滿足實(shí)際生產(chǎn)的最優(yōu)生產(chǎn)節(jié)拍，避免機(jī)械手不必要的等待時(shí)間。 由于傳感器技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的作業(yè)能力不斷提高，其適應(yīng)范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開(kāi)放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 3、設(shè)計(jì)方案的比較與分析 3.1機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇 常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)械手根據(jù)手臂的動(dòng)作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可以分為1.直角坐標(biāo)型機(jī)械手2.圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手3.球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機(jī)械手4.關(guān)節(jié)型（回轉(zhuǎn)坐標(biāo)）型機(jī)械手5. 平面關(guān)節(jié)型?。 圓柱坐標(biāo)型是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)移動(dòng)，共三個(gè)自由度組成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，工作空間為圓柱形，它與直角坐標(biāo)型比較，在相同的空間條件下，機(jī)體所占體積小，而運(yùn)動(dòng)范圍大。 直角坐標(biāo)型，其運(yùn)動(dòng)部分的三個(gè)相互垂直的直線組成，其工作空間為長(zhǎng)方體，它在各個(gè)軸向的移動(dòng)距離可在坐標(biāo)軸上直接讀出，直觀性強(qiáng)，易于位置和姿態(tài)的編程計(jì)算，定位精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)體所占空間大，靈活性較差。 球坐標(biāo)型又稱(chēng)極坐標(biāo)型，它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)直線組成，即一個(gè)回轉(zhuǎn)，一個(gè)俯仰和一個(gè)伸縮，其工作空間圖形唯一球體，它可以做上下俯仰動(dòng)作并能夠抓取地面上的東西或較低位置的工件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作范圍大的特點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 關(guān)節(jié)型又稱(chēng)回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型，這種機(jī)器人的手臂與人體上肢類(lèi)似，其前三個(gè)自由度都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這種機(jī)器人一般由和大小臂組成，立柱與大臂間形成肘關(guān)節(jié)，可使大臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和使大臂作俯仰運(yùn)動(dòng)，小臂作俯仰擺動(dòng)，其特點(diǎn)是工作空間范圍大，動(dòng)作靈活，通用性強(qiáng)，能抓取靠近機(jī)座的工件。 平面關(guān)節(jié)型采用兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)；兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)控制前后、左右運(yùn)動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)控制上下運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)器人在水平方向上有柔順度，在垂直方向上有較大的剛度，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，多用于裝配作業(yè)中，特別適合中小規(guī)格零件的插接裝配。 本次設(shè)計(jì)中采用回轉(zhuǎn)坐標(biāo)型。 3.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇 根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式。 液壓驅(qū)動(dòng)：液壓技術(shù)比較成熟，具有動(dòng)力大、力慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。 氣壓驅(qū)動(dòng)：具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便價(jià)格低等特點(diǎn)，適用于中小負(fù)載的系統(tǒng)中，難于實(shí)現(xiàn)伺服控制。 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)：控制性能差，慣性大，不易精確定位，安裝維修方便。 機(jī)械式：動(dòng)作可靠，動(dòng)作范圍小，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 因?yàn)椴捎靡簤簷C(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，重量輕，控制方便，驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中選擇液壓驅(qū)動(dòng)。 3.3控制方式的選擇 控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種，目前工業(yè)機(jī)器人以點(diǎn)位控制為主。 本次設(shè)計(jì)中選用可編程控制器（PLC），其具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性極高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但本次將不對(duì)PLC控制方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4、結(jié)束語(yǔ) 機(jī)械手的迅速發(fā)展源于它的積極作用。采用工業(yè)機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn):第一，改善勞動(dòng)條件，逐步提高生產(chǎn)效率；第二，更強(qiáng)與可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；第三，提高零件的處理能力與產(chǎn)品質(zhì)量；第四，消除枯燥無(wú)味的工作，節(jié)約勞動(dòng)力；第五，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；第六，減少機(jī)床損耗；第七，減少工藝過(guò)程中的工作量及降低停產(chǎn)時(shí)間和庫(kù)存；第八，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)械手能代替人工操作，大大改善工人的勞動(dòng)條件，將操作工人從繁重、單調(diào)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。 在了解了工業(yè)機(jī)械手的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，本次設(shè)計(jì)將根據(jù)給定的工礦條件和基本要求，從機(jī)械原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行具體分析和設(shè)計(jì)。將詳細(xì)說(shuō)明該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等主要部件的選型原則和校核步驟，并結(jié)合原理圖等對(duì)機(jī)械手的工作方法和工作原理進(jìn)行描述，對(duì)PLC控制方面將不進(jìn)行設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)： ［1］郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社.2008.7 ［2］周壽明，鄧成良.可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2008第27期.2008 ［3］羅璟，趙克定，陶湘廳，袁銳波.工業(yè)機(jī)器人的控制策略探討[J]，機(jī)床與液壓.2008.10 ［4］李文明.曲軸搬運(yùn)機(jī)械手的研究與設(shè)計(jì)[D].武漢：華中科技大學(xué).2007 ［5］郭洪紅.工業(yè)機(jī)械人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué).2006.5 ［6］王小玲.工業(yè)機(jī)械手的PLC控制[J].機(jī)電工程技術(shù).2004年第9期.2004 ［7］王楠．小型工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀與分析．機(jī)械與電氣，2008年第3期，2008.3 ［8］朱世強(qiáng)，王宣銀．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[J]．杭州：浙江大學(xué)出版社，2006 ［9］原魁．工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]．中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2007 ［10］趙臣，王剛．我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2009.3 ［11］周恩濤，周士昌．液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J]．中國(guó)機(jī)械工程第12卷第4期，2001．4 ［12］張新聚，曹慧琴，楊雪．程控通用機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J]．液壓與氣動(dòng)2007年第2期，2007 ［13］陳愛(ài)珍．日本工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀[J]．機(jī)械工程師2008年第7期，2008 ［14］工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀淺談[J]．自動(dòng)化博覽2007年4月刊，2007．4 ［15］韋文求，謝存禧，張鐵，莊煥偉．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開(kāi)放性與實(shí)時(shí)性研究[J]．現(xiàn)代制造工程2007年第3期，2007 ［16］Fathi Ghorbel, John Y. Hung, and Mark W. Spong. Adaptive Control of Flexible-Joint Manipulators. IEEE Control Systems Magazine, 1989.10, 9-13 ［17］D. Black. A Modular Approach to Robotic Automation of DOE Applications. ARM Automation,Inc 2000.7 A Low Cost Experimental Telerobotic Systems A. Zaatri Mechanical Department Laboratory University Mentouri of Constantine, Algeria http://www.infopoverty.net/new/Confs/IWC_05/docs/Zaatri.doc Abstract This paper presents the development of a low cost experimental telerobotic system built up with local means in an emerging country (Algeria). From a remote site, a webcam sends images of a robot manipulator through Internet to the control site where a human operator remotely monitors this robot in order to achieve pick-and-place tasks. Some control modes have been implemented and tested such as mouse-click, image-based and gesture-based modes. Very encouraging pedagogical results have been obtained in this attractive and complex field of modern technology. 1. Introduction In developing countries, very hard constraints and difficulties are imposed to students and researchers leading usually to inadequate pedagogic results, especially when attempting to learn and experiment complex modern systems. These constraints may stem from the lack of economical budgets, from a bureaucratic discouraging environment, from a mismach between university and industry, etc. One interesting and challenging field to investigate and to experiment by students in emerging countries concerns the design of modern technology applications such as the development of low cost experimental telerobotic systems. Indeed, this helps to understand and master how to combine both engineering and information technologies in order to built complex systems. In this context, some pedagogic telerobotic systems are available through Internet such as the mobile robot Xavier [1], and the web robot ABB of Australia [2]. However, as far as we know, none are available in developing countries. Therefore, to introduce this challenging technology, a didactic program has been launched based on the following steps: -build up robot arm manipulators. -build up a pantilt unit (ptu) for controlling a webcam orientation. -implement robot control software-implement the communication software via internet connecting the robot site and the operator site. -implement and test remotely some control modes. 2.The Experimental Telerobotic System The telerobotic system is composed, at the remote site, of a robot arm manipulator and of a ptu to control the orientation of a webcam. Both the robotic arm manipulator and the ptu have been designed and built in our laboratory. The arm manipulator is a serial robot of three degrees of freedom of type RRR. It holds a gripper. The ptu enables horizontal and vertical orientations. The articulations are motorised with very economical DC motors. Figure 1 shows the ptu holding the webcam as well as the robot arm manipulator. Again, the electronic command unit for robot control are implemented in our laboratory with very cheap components. Figure 1 . The telerobotic remote system Since there is no hardware for signal acquisition that is available at this stage, the electronic command unit uses simply the parallel ports of the PC to select and activate the DC motors in an on-off way. On the local site stands the human operator who remotely directs the tasks via a Graphical User Interface (GUI). This GUI is designed according to user-centred design. It provides facilities to remotely control both the robot arm manipulator and the pan-tilt unit for selecting views. Mouse click based control, image based control, and gesture based control have been implemented and tested. Figure 2 shows the operator at the local site and the video stream that enables to carry out tasks. Figure 2 . The telerobotic local site Two PCs are used, one at the local site and the second at the remote site. The interconnection between these sites is based on the TCP/IP sockets. The software is mainly written in Java while some low level functions are written with C. For economical reasons, we have actually only implemented the direct geometrical model and the inverse geometrical model. Of course, the system is not accurate since these models do not take into account the gravity effect and there is no feedback. Nevertheless, these simple models enable to achieve some pick-and-place tasks. 3. Control Modes To remotely achieve tasks, we have implemented the following three control modes. 3.1. Mouse click commands The mouse click control mode enables the control of the robot as well as the ptu by using simple mouse clicks on some appropriate buttons of a panel. Each button represents a specific function or a specific direction of motion. The frames showed in Figure 3 shows the control panels of the arm manipulator and of the ptu. Figure 3 . Control Panels (robot and ptu) To achieve tasks with this mode, the operator directs the robot by a series of clicks on the appropriate buttons. 3.2. Image Based Commands Image-based control mode enables high level control. Within this mode, the operator directs the robot towards locations in 2D or 3D space by only pointing on their images by means of a mouse clicks [3]. This mode has also been used to control Marskhod robot [4]. 3.3 Gesture commands The operator stands in front of the webcam and moves an object in a certain direction. An algorithm using the KLT tracker [5] determines the direction of the motion that serves to orient the robot in the corresponding direction. 4. Experiments Various experiments have been carried out involving the described control modes. 4.1 Mouse-click control experiments Within this control mode, the operator can carry out pick-and-place tasks such as pick a box from above a table and place it at another location. In practice, the operator manages the task by clicking on selected buttons of the graphical panel in order to direct the robot towards the object of interest. Once the end-effector is positioned near that box, the operator activates the gripper for picking this object. Then, the operator moves the robot towards the position where the box has to be left. Once this position is reached, the operator deactivates the gripper in order to release the box. Figure 4 illustrates our experimental robot performing a pick-and-place task. Figure 4 . The robot performing a task Many experiments have been carried out with different students. It turns out that this mode is intuitive and very easy to learn. On the other hand, difficulties arise from the fact that the operator has to direct tasks by controlling each degree of freedom independently. One main advantage is that the operator compensates the incertainties and the robot unaccuracy. 4.2 Image-based control experiments Many experiments have been carried out using the image-based control. Practically, this control mode is used to send the robot to some location. First, an image of the remote site is grabbed. Then, the operator selects an object of interest. The streovision software extracts the coordinates of this object which are used to move the robot towards the object in the real world. In practice, unaccuracy have negatively influenced our results because of the model simplicity, the lack of feedback, the calibration of cheap webcams. As a consequence, the implementation of image_based in 2D space have provided better results with comparison of that of 3D space. 4.3 Gesture-based control Experiments Experiments h