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寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
所在學(xué)院
機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
12機(jī)自2班
學(xué)生姓名
於小喻
學(xué)號(hào)
1221080240
指導(dǎo)教師
朱火美
課 題
SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動(dòng)堆放機(jī)械手設(shè)計(jì)
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求：（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等）
1、主要任務(wù)與目標(biāo)
（1）資料查閱：認(rèn)真查閱18篇以上專業(yè)文獻(xiàn)，其中外文資料不少于2篇，翻譯一篇中文字符2000字以上的外文文獻(xiàn)，撰寫(xiě)一篇3000字以上的反映課題內(nèi)容的文獻(xiàn)綜述；
（2）結(jié)合已查閱的文獻(xiàn)資料，深入理解課題，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告。
（3）根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出自動(dòng)堆放機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)方案；
（4）完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖。
（5）結(jié)合個(gè)人的設(shè)計(jì)思路及相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算及理論依據(jù)，撰寫(xiě)1萬(wàn)字以上設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
（6）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其它工作（指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)平臺(tái)、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理等）。
2、基本要求
（1）要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便；
（2）繪制總裝圖、主要零件工程圖，完成3張A0圖紙工作量（折合），要求設(shè)計(jì)圖正確、實(shí)用、美觀；
（3）撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，條理清楚，計(jì)算有據(jù)；格式按寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)電學(xué)院機(jī)自專業(yè)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）規(guī)范化要求。文字不少于1萬(wàn)字。
（4）其他要求：在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分發(fā)揮自己獨(dú)立思考和創(chuàng)作設(shè)計(jì)，培養(yǎng)和鍛煉工程實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，反對(duì)抄襲行為。
3、功能要求及設(shè)計(jì)參數(shù)
（1）功能描述：
DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個(gè)DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過(guò)DVD盒氣動(dòng)折疊合蓋裝置的自動(dòng)折疊合蓋，并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，并同時(shí)在輸送帶上完成冷卻定型過(guò)程。本課題即要求完成對(duì)堆放機(jī)械手的設(shè)計(jì)。堆放機(jī)械手主要工作是將翻折機(jī)械手完成的DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，一次轉(zhuǎn)移兩個(gè)，一堆8-10個(gè)。
（2）設(shè)計(jì)參數(shù)：
1）注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小為18.3秒；
2）定型時(shí)每疊光碟盒數(shù)目為8-10個(gè)；
3）單個(gè)盒子的DVD盒厚度范圍：7mm-15mm。
4、主要參考文獻(xiàn)
[1] 趙先仲．機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
[2] 陳明秋. 自動(dòng)排坯輸送機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2007
[3] 陳平．注塑機(jī)械手控制器研究[D]．東北農(nóng)林大學(xué)，2006
[4] 王淼．生產(chǎn)線中生產(chǎn)節(jié)拍與速度的若干問(wèn)題的探討[J]．雷達(dá)與對(duì)抗，2004(2)：65-68
[5] 李笑．液壓與氣壓傳動(dòng)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006
[6] SMC產(chǎn)品樣本 第一冊(cè)（執(zhí)行元件）第四版．SMC公司，2005
二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào)
起訖日期
各階段工作內(nèi)容
備注
1
2015.9.16-2015.9.30
確定課題，熟悉課題
2
2015.10.1 -2015.10.15
查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，獨(dú)立開(kāi)展調(diào)研。
3
2015.10.16-2015.10.31
外文文獻(xiàn)翻譯
不少于2000字
4
2015.11.1-2015.11.15
撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述
不少于3000字
5
2015.11.16 -2015.11.30
撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
12月30日前提交前期資料
6
2015.12.1-2015.12.15
確定整體設(shè)計(jì)方案
7
2015.12.16-2016.1.15
計(jì)算設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)使用要求選擇合適的材料
8
2016.1.16-2016.2.15
繪制總裝圖、主要零件工程圖
嚴(yán)格按照機(jī)械制圖規(guī)范制圖
9
2016.2.16-2016.3.15
撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
10
2016.3.16 -2016.3.31
資料修改、完善，定稿
3月31日前打印提交
11
2016.4.1-2016.4.30
準(zhǔn)備答辯
資料完善、提交
12
2016.5.10
答辯
4月19日優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
三、專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人（簽字）：
年 月 日
備注：學(xué)生一人一題，指導(dǎo)教師對(duì)每一名學(xué)生下達(dá)一份《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)》。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
課題： SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線
自動(dòng)堆放機(jī)械手設(shè)計(jì)
所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 12機(jī)自2班
姓 名： 於小喻
學(xué) 號(hào)： 1221080240
指導(dǎo)教師： 朱火美
2015 年 11 月 15 日
一、本課題的研究目的及意義
1.課題簡(jiǎn)介
隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代日漸加快，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。在如此激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，要使企業(yè)立于不敗之地，則必須對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線進(jìn)行改造并不斷優(yōu)化是十分必要的?，F(xiàn)代企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速自動(dòng)化的進(jìn)程。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，機(jī)械手以其精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，成為自動(dòng)化生產(chǎn)中的重要工具。
本課題的主要任務(wù)是對(duì)SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型以及繪制自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖。要求完成機(jī)械手的電機(jī)選型或氣缸選型、試進(jìn)行輸入輸出分析，完成PLC的選型。并結(jié)合個(gè)人的設(shè)計(jì)思路及相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算及理論依據(jù)，撰寫(xiě)1萬(wàn)字以上設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的其他工作（指導(dǎo)記錄、資料上傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)平臺(tái)、答辯PPT準(zhǔn)備、資料裝訂整理等）。
2.DVD盒生產(chǎn)線、機(jī)械手概要及研究意義
在DVD盒生產(chǎn)市場(chǎng)上，DVD盒從注塑機(jī)加工出來(lái)之后，其整形過(guò)程幾乎都是由人工來(lái)完成的，并沒(méi)有采取一套自動(dòng)的DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線。與此同時(shí)，科研人員也開(kāi)始了對(duì)該生產(chǎn)線的研究。DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個(gè)DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過(guò)DVD盒氣動(dòng)折疊合蓋裝置的自動(dòng)折疊合蓋，并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，并同時(shí)在輸送帶上完成冷卻定型過(guò)程。該生產(chǎn)線基于PLC控制，以單相可逆電機(jī)和氣動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)DVD盒整形生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或堆放的自動(dòng)機(jī)械裝置。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合下進(jìn)行的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身安全，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)械手的發(fā)展正在日益為人們所認(rèn)識(shí)，很多國(guó)家也都開(kāi)始重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取的一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視。
隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線不斷地改造并優(yōu)化是十分必要的。在DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線，自動(dòng)堆放機(jī)械手的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)必不可少的流程。自動(dòng)堆放機(jī)械手的優(yōu)化，可以促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展以及提高生產(chǎn)的效率。同時(shí)使得企業(yè)在同行的競(jìng)爭(zhēng)中處于有利的低位。
3.本課題研究目的
本課題最終目的在于研制一套自動(dòng)堆放機(jī)械手用于DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線取代人工堆放工作，以實(shí)現(xiàn)成型工序參數(shù)的穩(wěn)定性。將自動(dòng)堆放機(jī)械手應(yīng)用于DVD盒生產(chǎn)線具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1).安全穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量
自動(dòng)堆放機(jī)械手模仿人手的動(dòng)作，嚴(yán)格按照給定的程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)將DVD盒轉(zhuǎn)移到輸送帶上的任務(wù)。人工堆放的話，會(huì)給人造成危險(xiǎn)，還會(huì)損壞產(chǎn)品，產(chǎn)生缺陷甚至出現(xiàn)廢品，畢竟產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)行冷卻定型。采用自動(dòng)堆放機(jī)械手來(lái)完成堆放，一則保障人身安全，二則增加生產(chǎn)效率，從而得到穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
(2).改善工人勞動(dòng)條件
自動(dòng)堆放機(jī)械手堆放DVD盒到輸送帶上，一次轉(zhuǎn)移兩個(gè)，一堆8—10個(gè)。而注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒，定型時(shí)每疊光碟盒數(shù)目為8-10個(gè)。工人需要把每個(gè)工件及時(shí)地搬運(yùn)、堆放到下一工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作現(xiàn)場(chǎng)噪聲大，溫度高，環(huán)境惡劣。機(jī)械手的應(yīng)用將工人從繁重、簡(jiǎn)單乏味的工作中解脫出來(lái)。
(3).縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減小相應(yīng)的設(shè)備投資
自動(dòng)堆放機(jī)械手可以通過(guò)修改機(jī)械手程序或更換手爪模塊以適應(yīng)不同的工件和工況，因而適應(yīng)不同尺寸規(guī)格DVD盒的生產(chǎn)，同時(shí)可以配合不同生產(chǎn)機(jī)械的組合做出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而降低物耗、降低成本、節(jié)約投資。
(4).減少不安全因素
注塑機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，常常由于工人安全意識(shí)不足或操作失誤，造成嚴(yán)重的人身傷害事故。采用機(jī)械手堆放實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化的生產(chǎn)，杜絕了生產(chǎn)過(guò)程中人身安全事故的發(fā)生。
自動(dòng)堆放機(jī)械手作為整個(gè)DVD盒生產(chǎn)線的中間部件，在其中起著承上啟下的作用。堆放機(jī)械手是DVD盒生產(chǎn)線中的部件，而DVD盒自動(dòng)定型輸送線電機(jī)選型與氣缸選型也是機(jī)械手質(zhì)量最主要的組成部分，因此其電機(jī)及氣缸的選型將決定機(jī)械手是否能實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。機(jī)械手內(nèi)腔為電氣線路和腕部俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供安裝空間，其結(jié)構(gòu)及其剛度，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間和精度都起著決定性的作用。
通過(guò)自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的初步分析研究，熟悉了機(jī)械手設(shè)計(jì)分析的思路和流程，了解了我國(guó)和世界其他各國(guó)機(jī)械手的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，認(rèn)知了當(dāng)今機(jī)械行業(yè)的最新前沿科技，檢測(cè)了自己在分析理論和解決實(shí)際問(wèn)題上的能力，為日后的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。
二、本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。
在國(guó)內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。
在機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。對(duì)于機(jī)械手的研究國(guó)內(nèi)外的水平不一，但代表當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化，人性化令人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國(guó)也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng)控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國(guó)的自動(dòng)化水平有待提高，只相當(dāng)于世界先進(jìn)技術(shù)在八十年代的水平。
三、本課題的研究?jī)?nèi)容
1.主要的研究?jī)?nèi)容
在查閱了國(guó)內(nèi)外大量的有關(guān)機(jī)械手設(shè)計(jì)理論及相關(guān)知識(shí)的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮機(jī)械手結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、具體作業(yè)任務(wù)特點(diǎn)以及機(jī)械手的推廣應(yīng)用，分析確定使用六自由度機(jī)械手配合生產(chǎn)工序，實(shí)現(xiàn)取代人工作業(yè)的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容如下:
(1).根據(jù)DVD生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境要求和機(jī)械手本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定機(jī)械手的構(gòu)形方案。
(2).確定機(jī)械手的性能參數(shù)完成自動(dòng)堆放機(jī)械手的三維造型；
(3).從驅(qū)動(dòng)裝置的連接的實(shí)現(xiàn)出發(fā)，完成各關(guān)節(jié)零件的設(shè)計(jì)；
(4).對(duì)機(jī)械手重要零件進(jìn)行受力分析，完成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度校核；
2.設(shè)計(jì)要求
(1).自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)
(2).自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型
(3).繪制自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件的工程圖
(4).機(jī)械手電機(jī)選型或氣缸選型
3.關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題
(1).伺服電機(jī)的安裝布局；
(2).重要零件的受力分析及校核。
四、本課題的實(shí)施方案、進(jìn)度及預(yù)期效果
1.實(shí)施方案
(1).功能分析
堆放機(jī)械手初步機(jī)械臂簡(jiǎn)圖如下圖1，以自動(dòng)堆放機(jī)械手為中心，自動(dòng)定型輸送帶和自動(dòng)折疊合蓋裝置分別處于兩側(cè),成90度角。并且兩個(gè)裝置處于不同的高度，自動(dòng)堆放機(jī)械手需拿起DVD盒且不損壞物件，將其轉(zhuǎn)移到自動(dòng)定型輸送帶上。注塑機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍最小是18.3秒，定型時(shí)每疊光碟盒數(shù)目為8-10個(gè)，單個(gè)盒子的DVD盒厚度范圍：7mm-15mm。堆放機(jī)械手主要工作是將翻折機(jī)械手完成的DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，一次轉(zhuǎn)移兩個(gè)，一堆8-10個(gè)。如此不斷的循環(huán)操作。
(2).方案擬定
根據(jù)以上工作要求，綜合考慮機(jī)械手的功能實(shí)現(xiàn)和通用性，確定采用六自由度關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)。整體方案初步確定自動(dòng)堆放機(jī)械手通過(guò)方形底座固定，接著利用圓形圓盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)械手做九十度的來(lái)回移動(dòng)。機(jī)械手臂由三個(gè)關(guān)節(jié)相互連接組成，通過(guò)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)手臂上下左右的移動(dòng)。最后一個(gè)關(guān)節(jié)分別連接著兩個(gè)吸盤(pán)，通過(guò)這兩個(gè)吸盤(pán)的動(dòng)作，將DVD盒利用氣缸吸附在機(jī)械手上，然后將其移動(dòng)到輸送帶上，如此往復(fù)的循環(huán)。
圖1 堆放機(jī)械手初步機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.實(shí)施進(jìn)度
本課題的實(shí)施計(jì)劃如下：
（1）.2015年9月16日-2015年9月30日：確定課題，熟悉課題；
（2）.2015年10月1日-2015年10月15日：查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，獨(dú)立開(kāi)展調(diào)研；
（3）.2015年10月16日-2015年10月31日：外文文獻(xiàn)翻譯；
（4）.2015年11月1日-2015年11月15日：撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述；
（5）.2015年11月16日-2015年11月30日：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；
（6）.2015年12月1日-2015年12月15日：確定整體設(shè)計(jì)方案；
（7）.2015年12月16日-2016年1月15日：計(jì)算設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)使用要求選擇合適的材料；
（8）.2016年1月16日-2016年2月15日：繪制總裝圖、主要零件工程圖；
（9）.2016年2月16日-2016年3月15日：撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
（10）.2016年3月16日-2016年3月31日：資料修改、完善，定稿；
（11）.2016年4月1日-2016年4月30日：準(zhǔn)備答辯；
（12）.2016年5月10日：答辯。
3.預(yù)期效果
完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成自動(dòng)堆放機(jī)械手結(jié)構(gòu)的三維造型，繪制結(jié)構(gòu)總裝配圖及主要零件的工程圖，為整個(gè)機(jī)器人的生產(chǎn)加工做好準(zhǔn)備，以便更好的投入到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中去。
參考資料：
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指導(dǎo)教師審核意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述
課題： SCX1221型塑料DVD盒生產(chǎn)線
自動(dòng)堆放機(jī)械手設(shè)計(jì)
所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 12機(jī)自2班
姓 名： 於小喻
學(xué) 號(hào)： 1221080240
指導(dǎo)教師： 朱火美
2015 年 11 月 15 日
摘要：現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)與提高效率的根本途徑之一是加速自動(dòng)化的進(jìn)程[1]。隨著機(jī)電一體化的高速發(fā)展，自動(dòng)化已廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。同時(shí)隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，機(jī)械手以其精度高、穩(wěn)定性好和結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。機(jī)械手是近代自動(dòng)化控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并成為現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要組成部分[2]。采用機(jī)械手操作代替人工作業(yè)，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。但隨著科技的不斷發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代日漸加快，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。在如此激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，要使企業(yè)立于不敗之地，則必須對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)線進(jìn)行不斷的改造、創(chuàng)新。其中，機(jī)械手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是必不可少的重要部分。本文對(duì)基于PLC控制的SCX1221型DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線做了簡(jiǎn)要的介紹。著重介紹機(jī)械手的發(fā)展史及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了自動(dòng)堆放機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)械手的改進(jìn)設(shè)計(jì)，不僅提高了DVD盒生產(chǎn)線的工作效率，而且節(jié)省能源。
關(guān)鍵字：DVD盒生產(chǎn)線；堆放；機(jī)械手
一、相關(guān)概念及背景
1、DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線及機(jī)械手相關(guān)概念
在DVD盒生產(chǎn)市場(chǎng)上，DVD盒從注塑機(jī)加工出來(lái)之后，其整形過(guò)程幾乎都是由人工來(lái)完成的，并沒(méi)有采取一套自動(dòng)的DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線。與此同時(shí)，科研人員也開(kāi)始了對(duì)該生產(chǎn)線的研究。DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機(jī)注塑成型的一個(gè)DVD盒塑料制品形狀扁平，經(jīng)過(guò)DVD盒氣動(dòng)折疊合蓋裝置的自動(dòng)折疊合蓋，并由堆放機(jī)械手將DVD盒子轉(zhuǎn)移到輸送帶上，并同時(shí)在輸送帶上完成冷卻定型過(guò)程。該生產(chǎn)線基于PLC控制，以單相可逆電機(jī)和氣動(dòng)系統(tǒng)作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)DVD盒整形生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
用于再現(xiàn)人手功能的技術(shù)裝置稱為機(jī)械手。機(jī)械手是模仿人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或堆放的自動(dòng)機(jī)械裝置。應(yīng)用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，代替人在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合下進(jìn)行的手工操作，改善勞動(dòng)條件，保證人身安全，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)械手的發(fā)展正在日益為人們所認(rèn)識(shí)，很多國(guó)家也都開(kāi)始重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取的一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重視[3]。
機(jī)械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可以在不同環(huán)境中完成堆放物體的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用[4]。
目前，DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線在投入生產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行良好，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但同時(shí)它存在著自身的不足，主要體現(xiàn)在自動(dòng)堆放機(jī)械手上。因此，本文主要針對(duì)已經(jīng)形成的DVD自動(dòng)生產(chǎn)線中的自動(dòng)堆放機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)改造以及創(chuàng)新。對(duì)于自動(dòng)堆放機(jī)械手，我們應(yīng)當(dāng)在機(jī)械手的基礎(chǔ)之上進(jìn)行改造，考慮各方面的問(wèn)題，選擇最佳的方案來(lái)改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，促使企業(yè)可以得到更好的收益。
2、歷史背景
機(jī)械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手起源于20世紀(jì)50年代，是基于示教再現(xiàn)和主從控制方式，能適應(yīng)產(chǎn)品種類變更，具有多個(gè)自由度動(dòng)作功能的柔性自動(dòng)化設(shè)備，也是典型機(jī)電一體化產(chǎn)品[5]。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，20世紀(jì)40年代后期，美國(guó)在原子能實(shí)驗(yàn)中開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，首先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，人在安全間操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實(shí)驗(yàn)。50年代以后，又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手，機(jī)械手逐步被推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床的輔助裝置在自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫(kù)中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。
機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式[6]。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”[7]。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成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)。
二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
目前工業(yè)機(jī)械手主要用于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。
在國(guó)內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。
在機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。對(duì)于機(jī)械手的研究國(guó)內(nèi)外的水平不一，但代表當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化，人性化令人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國(guó)也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng)控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國(guó)的自動(dòng)化水平有待提高，只相當(dāng)于世界先進(jìn)技術(shù)在八十年代的水平。
三、機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越高，工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害。從起源至今幾十年專用機(jī)械手的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，促使了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人的研制是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)[15]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此也都十分的重視，設(shè)計(jì)不斷地修改，品種不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。從機(jī)械手的起源到現(xiàn)如今，主要經(jīng)歷分為三代：一代是靠人工進(jìn)行控制的，一代是設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一代是能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。預(yù)計(jì)接下來(lái)機(jī)械手的發(fā)展應(yīng)當(dāng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新以及改進(jìn)：
（1）重復(fù)高精度
精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度, 它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動(dòng)作重復(fù)多次, 機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要, 如果一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確, 通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差, 這個(gè)誤差是可以預(yù)測(cè)的, 因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍, 它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高, 它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊, 如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。
（2）模塊化
有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械手稱為簡(jiǎn)單的傳輸技術(shù), 而把模塊化拼裝的機(jī)械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及油管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置, 使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)自如。模塊化機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能, 擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍, 是機(jī)械手的一個(gè)重要的發(fā)展方向。
（3）機(jī)電一體化
由“可編程序控制器- 傳感器- 液壓元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動(dòng)化技術(shù)的重要方面;發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制液壓元件, 使液壓技術(shù)從“開(kāi)關(guān)控制”進(jìn)入到高精度的“反饋控制”; 省配線的復(fù)合集成系統(tǒng), 不僅減少配線、配管和元件, 而且拆裝簡(jiǎn)單, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性[19]。而今, 電磁閥的線圈功率越來(lái)越小, 而PLC的輸出功率在增大, 由PLC直接控制線圈變得越來(lái)越可能。
四、總結(jié)：
機(jī)械手已在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中扮演這一個(gè)重要的角色。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也隨之提高。同時(shí)隨著機(jī)械手的應(yīng)用普及，機(jī)械手向著專用化，機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化的方向發(fā)展，機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣，其控制方式也向這多元化的方向發(fā)展。在DVD盒自動(dòng)生產(chǎn)線中，自動(dòng)堆放機(jī)械手的設(shè)計(jì)仍然存在著許多的問(wèn)題需要解決。所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們還需要再仔細(xì)的研究，盡量創(chuàng)新堆放機(jī)械手，使其更完善的在自動(dòng)生產(chǎn)線上發(fā)揮作用。
參考文獻(xiàn)：
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師：
年 月 日
專業(yè)教研室審查意見(jiàn)
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 12機(jī)自2班
姓 名： 於小喻
學(xué) 號(hào)： 1221080240
指導(dǎo)教師： 朱火美
2015 年 11 月 15 日
譯文：
題目 機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)工作周期的優(yōu)化問(wèn)題
出處：springer
Bogdan Posiadala · Mateusz Tomala · Dawid Cekus ·Pawe? Wary′s
Received: 25 February 2014 / Revised: 27 March 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published online: 5 May 2014 ? The Author(s) 2014. This article is published with open access at Springerlink.com
摘要：在這項(xiàng)工作中，機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的工作周期的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)建模問(wèn)題一直受到關(guān)注。在任何空間工作周期條件下的機(jī)械手元件的運(yùn)動(dòng)方程已制定。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程完成了該公式的編制。利用商業(yè)軟件得到了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。為每個(gè)致動(dòng)器考慮所選擇的運(yùn)動(dòng)模型是具有準(zhǔn)梯形速度分布的點(diǎn)至點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型。此外,優(yōu)化問(wèn)題提出了一個(gè)特定的工作周期。優(yōu)化目標(biāo)已被選為最小化致動(dòng)器的負(fù)載(扭矩)。他目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)在每個(gè)考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)制定了使用性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)變量的額定速度值和工作周期的初始時(shí)間值。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解該優(yōu)化問(wèn)題。數(shù)值計(jì)算已使用完畢并且專門(mén)執(zhí)行軟件和計(jì)算的結(jié)果已被附加到文書(shū)工作。
B. Posiadala · M. Tomala (B) · D. Cekus · P. Wary′s Institute of Mechanics and Machine Design Foundations,Czestochowa University of Technology, Czestochowa, Poland e-mail: tomala@imipkm.pcz.pl
關(guān)鍵詞:建模學(xué)，動(dòng)力學(xué)，機(jī)器人，機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化
一、引言
多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的建模與分析問(wèn)題一直是許多工作的主題。在作品[1-3]，這個(gè)文章的作者提出的建模和汽車起重機(jī)及其組件的動(dòng)態(tài)分析的問(wèn)題。從這項(xiàng)工作的角度來(lái)看，這是值得引用的作品[4—7]。在作品中，機(jī)器人的建模和優(yōu)化問(wèn)題已經(jīng)提出不同的目標(biāo)函數(shù)和約束應(yīng)用于算法。
在這部作品中,4R機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)建模的問(wèn)題已經(jīng)提出。此外，優(yōu)化的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的工作周期的問(wèn)題已經(jīng)制定和解決。示例性計(jì)算已經(jīng)執(zhí)行和計(jì)算的結(jié)果已被附加到文書(shū)工作。
二、機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)
在一個(gè)三維空間中操縱器和四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)(4R機(jī)械手)允許定位機(jī)械手的末端執(zhí)行器,另外,允許旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)裝置機(jī)械手。這樣的系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)鏈,以簡(jiǎn)單的形式顯示在圖1。
考慮系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)一直在制定全球坐標(biāo)系統(tǒng)OXYZ笛卡爾,如圖1所示。機(jī)械手的模型由四自由度剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接P，Q，S和N。所有功能的運(yùn)動(dòng)學(xué)已經(jīng)確定使用經(jīng)典力學(xué)引入局部坐標(biāo)系永久連接到所考慮的運(yùn)動(dòng)鏈的機(jī)構(gòu)。開(kāi)放運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題被廣泛描述的作品[8-12]。
圖1 4R機(jī)器人的方案
機(jī)器人機(jī)械手的逆動(dòng)力學(xué)問(wèn)題與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括確定每個(gè)考慮關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的變化,而位置,速度和加速度函數(shù)是已知的。解決這個(gè)問(wèn)題的最好方法是制定適當(dāng)?shù)臋C(jī)械功能(動(dòng)力學(xué)和潛在)能源和使用拉格朗日第二類方程。如果L是拉格朗日,考慮機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程是:
ddx?y?qi-?L?qi=Mi，i=1…4 (1)
廣義坐標(biāo)：
q={φ1,φ2,φ3,φ4} (2)
拉格朗日是系統(tǒng)的總動(dòng)能減去總勢(shì)能。由于每個(gè)元素的系統(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)剛體，一個(gè)特定的元素的動(dòng)能是平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能總和。一個(gè)特定元素勢(shì)能是重元素乘以距離勢(shì)能最?。ㄈ蚩蚣躉xy平面）。
在這項(xiàng)工作中，還提出了4R機(jī)械臂的優(yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化的目標(biāo)是最小化每個(gè)考慮的致動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩。目標(biāo)函數(shù)可以使用性能指數(shù)[12]制定。對(duì)于一個(gè)特定的致動(dòng)器，該指數(shù)具有一個(gè)形式：
Pi=0tkMi2dt (3)
三、運(yùn)動(dòng)模型
在這部作品中,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模型的運(yùn)動(dòng)已被接受。在文獻(xiàn)中，各種型號(hào)的速度分布可以滿足。例如,配置文件可以被選為梯形,正弦或拋物線[12]。在這項(xiàng)工作中，一個(gè)準(zhǔn)梯形速度分布已采取。速度和加速度的時(shí)間變化如圖2和圖3所示。其中數(shù)據(jù)是所有重要的工作周期參數(shù)。
圖2選擇運(yùn)動(dòng)模型的角速度隨時(shí)間變化
圖3選擇運(yùn)動(dòng)模型的角加速度隨時(shí)間變化
從優(yōu)化的角度來(lái)看，最重要的參數(shù)是工作周期的開(kāi)始時(shí)間及其額定速度。在每個(gè)考慮關(guān)節(jié)角位移可以簡(jiǎn)單地計(jì)算為:
si=φi(B）-φiA （4）
額定速度保持的最大加速度和持續(xù)時(shí)間等于：
ai=viti（Z）+tia （5）
ti（d）=sivi -tiz-2tia （6）
設(shè)計(jì)變量可以被收集到一個(gè)向量：x=v1，v2，v3，v4，t1，t2，t3，t4 （7）
四、粒子群優(yōu)化算法
粒子群優(yōu)化算法是一種最現(xiàn)代的隨機(jī)優(yōu)化技術(shù),是1995年由肯尼迪和埃伯哈特在工作中首次提出的[13]。從一開(kāi)始,這種方法得到了廣泛的發(fā)展，不斷的應(yīng)用以及修改到目前為止,例如[14-16]。在機(jī)器人技術(shù)中，這種方法通常被用來(lái)找到最佳的幾何參數(shù)和慣性參數(shù)的固定機(jī)器人，如機(jī)械手[4-7]。它也被用于移動(dòng)機(jī)器人找到二維空間的移動(dòng)機(jī)器人最優(yōu)軌跡。
粒子群優(yōu)化算法是基于觀察自然界中出現(xiàn)的現(xiàn)象，如昆蟲(chóng)或魚(yú)群的覓食。
粒子群的每個(gè)粒子都能夠記住并使用它的經(jīng)驗(yàn)，從整個(gè)迭代過(guò)程中，也可以與其他成員進(jìn)行溝通。粒子群是能夠識(shí)別“好”領(lǐng)域的領(lǐng)域，并可以在這些領(lǐng)域?qū)ふ乙粋€(gè)最佳的。
圖4約束粒子群優(yōu)化算法的簡(jiǎn)化方案
設(shè)計(jì)變量的初始值（特定粒子的位置）是隨機(jī)的。然后，在一個(gè)迭代步驟n + 1，所覆蓋的距離在m方向的粒子（在m個(gè)方向的粒子的速度）如下：
Vm（n+1）=XwVm（n）+c1r1（Pm-xmn）+c2r2（gm-xmn） （8）
在χ是收縮因子，Vm（n）是在先前的迭代速度，w是一個(gè)權(quán)重系數(shù)，r1和r2是隨機(jī)實(shí)數(shù)從（0；1），c1和c2是學(xué)習(xí)的因素，Pm是考慮粒子從整個(gè)迭代過(guò)程和gm一個(gè)人最好位置是一個(gè)全球性的最佳位置以獲得整個(gè)群。在公式中，三個(gè)不同的影響因素可以確定：第一是慣性的影響，其次是個(gè)人的影響，第三是社會(huì)影響。還有另一個(gè)版本的這個(gè)公式,全球最佳位置通用gm被替換為一個(gè)本地最好的位置lm。在這個(gè)版本中，每個(gè)粒子都有指定的鄰域，并將其個(gè)人最好的位置和附近的鄰居進(jìn)行比較。
此外，在每個(gè)考慮方向的最大速度應(yīng)設(shè)置為保護(hù)群從爆炸：
Vmn+1=sgnVmn+1VmmaxVmn+1ifVmn+1Vmn+1<>VmmaxVmmax, (9)
其中Vm（max）是M個(gè)方向的最大速度。
每一個(gè)粒子在每一個(gè)方向上的一個(gè)新位置等于：
xm（n+1)=xm（n）+Vm(n+!). (10)
在迭代過(guò)程中，設(shè)計(jì)變量的值必須滿足某些約束條件。所有變量都必須是正的。速度的跡象是已知的，并依賴于每個(gè)被認(rèn)為的致動(dòng)器的角位移的跡象（第3章）。此外，速度被限制的最大速度，可在每個(gè)致動(dòng)器中。此外，最大時(shí)間的工作周期是指定的，并為每個(gè)關(guān)節(jié)的最大轉(zhuǎn)矩值是已知的。所有制定的限制如下：
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