時(shí)間：2023-03-02 15:05:22
序論：在您撰寫工業(yè)機(jī)器人畢業(yè)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
由于機(jī)器人具有可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)使其成為執(zhí)行高危險(xiǎn)任務(wù)的理想平臺(tái)，具有步行能力的機(jī)器人更是該領(lǐng)域研究的前沿課題。
本論文為6腿機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)，采用了1種分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用1點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的串行通信模式。論文對(duì)單關(guān)節(jié)控制器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單研究并采用PID控制算法對(duì)關(guān)節(jié)的位置控制進(jìn)行控制。完成了基本的硬件設(shè)計(jì)，包括主從控制器的設(shè)計(jì)，主從通訊設(shè)計(jì)，延時(shí)及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，傳感器及其信號(hào)處理的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)方面，給出了主從通訊，步態(tài)算法的軟件實(shí)現(xiàn)程序框圖。
關(guān)鍵詞：6腿機(jī)器人、Motorola MCU、PID控制、主從通訊、編碼器、步態(tài)
第1章 緒論
1.1 課題的研究背景及意義
機(jī)器人學(xué)是迅速發(fā)展的交叉性學(xué)科，但世界各國(guó)對(duì)機(jī)器人的定義各不相同，聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給“機(jī)器人”下的定義:“1種可以反復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、0件、工具的操作機(jī)；或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)”。
機(jī)器人技術(shù)成為高科技應(yīng)用領(lǐng)域中的重要組成部分。可以預(yù)言，機(jī)器人技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，它正向著具有行走能力、對(duì)環(huán)境的自主性強(qiáng)、具有多種感覺能力的智能機(jī)器人的方向發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)展與其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，引起了各國(guó)專家、學(xué)者的普遍關(guān)注。許多技術(shù)先進(jìn)國(guó)家均把機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)、研究列入國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)行大力研究。機(jī)器人學(xué)作為1門邊緣學(xué)科，成為當(dāng)前高科技發(fā)展的前沿學(xué)科，它與高等動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)、近代電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制理論與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)、系統(tǒng)工程等學(xué)科關(guān)系密切，相互滲透，共同發(fā)展。機(jī)器人的要害是自動(dòng)控制，是計(jì)算機(jī)與人工智能的結(jié)合，它解決CAD, CAM, CAE等1系列問(wèn)題。機(jī)器人先進(jìn)程度和功能的強(qiáng)弱，通常直接受到其控制技術(shù)的影響。由于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型具有變參數(shù)強(qiáng)耦合、高度非線性的特點(diǎn)，機(jī)器人控制要求精度高與速度快;并具有通用性、柔軟性與靈活性，它在很大程度上依賴于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、感知能力與伺服技術(shù)?，F(xiàn)代控制理論的發(fā)展、高級(jí)控制策略的探求，新1代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)與人工智能開發(fā)將給機(jī)器人技術(shù)帶來(lái)新的生機(jī)。
機(jī)器人學(xué)是迅速發(fā)展的交叉性學(xué)科，但世界各國(guó)對(duì)機(jī)器人的定義各不相同，聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給“機(jī)器人”下的定義:“1種可以反復(fù)編程和多功能的，用來(lái)搬運(yùn)材料、0件、工具的操作機(jī):或者為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變的和可編程的動(dòng)作的專門系統(tǒng)”。
機(jī)器人可分為固定式和行走式。1般的工業(yè)機(jī)器人如立柱式、機(jī)座式和屈伸式機(jī)器人大部分為固定式.但是隨著海洋科學(xué)、原子能工業(yè)及宇宙空間事業(yè)的發(fā)展甚至人類娛樂的需要，可以預(yù)見，具有智能的可移動(dòng)機(jī)器人、能夠自行的柔性機(jī)器人肯定是今后機(jī)器人的發(fā)展方向。
光陰似箭，歲月如梭。轉(zhuǎn)眼間，四年的本科生涯已經(jīng)接近尾聲?；叵肫疬@幾年的學(xué)習(xí)生活，回想起這些年經(jīng)歷與成長(zhǎng)，回想起那些幫助過(guò)我的人，感激之情，油然而生。
衷心感謝我的指導(dǎo)老師谷良賢教授。從課題選題到論文結(jié)束，谷老師不僅給我提供了便利的工作條件和工作環(huán)境，還對(duì)我悉心的指導(dǎo)和熱情的鼓勵(lì)，使我能夠順利地完成畢業(yè)論文。谷老師與航天四院聯(lián)系，才使我得到了寶貴了資料與模型。在完成論文的過(guò)程中，谷老師提出了許多寶貴的方法，對(duì)我論文的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容提出了很多細(xì)致的修改意見。谷老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神深深影響著我，將成為我今后人生道路上的一筆寶貴的財(cái)富。
衷心感謝我的研究生導(dǎo)師龔春林副教授。在保研之前就聽說(shuō)龔老師，工作認(rèn)真、學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)待學(xué)生真誠(chéng)友善。在完成論文的這半年多時(shí)間里，深刻感受到了龔老師治學(xué)、為人的人格魅力。由于龔老師的指導(dǎo)，使我對(duì)火箭總體設(shè)計(jì)、氣動(dòng)特性參數(shù)化設(shè)計(jì)、彈道數(shù)值仿真計(jì)算有了更深層次的理解，還培養(yǎng)了我提出問(wèn)題與解決問(wèn)題的好習(xí)慣。
感謝航天四院中天火箭公司為我畢業(yè)設(shè)計(jì)提供寶貴的數(shù)據(jù)與模型，是他們的技術(shù)支持，才讓我的畢業(yè)論文順利完成有了保障。
感謝航天系統(tǒng)工程系教研室、陳兵、郭金雷、王昂、仇理寬等師兄，王青、張青等師姐。他們?cè)谖易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)的半年多時(shí)間內(nèi)，一直給我提供無(wú)私的幫助。在彈道設(shè)計(jì)、氣動(dòng)特性計(jì)算、結(jié)構(gòu)仿真方面，不僅給我提供了大量的有價(jià)值的參考資料，還詳細(xì)給我解釋了我所遇到的學(xué)術(shù)上的許多難點(diǎn)和疑點(diǎn)，教我做科研的方法和思路，使我能更快地適應(yīng)今后的學(xué)習(xí)和工作。
感謝康博翼、趙成澤同學(xué)對(duì)我畢業(yè)論文中彈道計(jì)算與仿真的幫助；感謝胡寒棟、方海同學(xué)對(duì)我氣動(dòng)特性設(shè)計(jì)與仿真的幫助；感謝樊健平、朱海珍同學(xué)在結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真中給我的支持；還感謝那些給予我?guī)椭?、支持與鼓勵(lì)的同學(xué)，這里就不一一例舉了。從確定保研至今，在航天北樓503教研室學(xué)習(xí)近10個(gè)月，這段時(shí)間跟同學(xué)們一起學(xué)習(xí)生活，不僅增長(zhǎng)了知識(shí)，更增加了友誼，成為了我記憶中又一段美好的時(shí)光。
感謝航天學(xué)院09本科生輔導(dǎo)員顧振芳老師，從入學(xué)開始到現(xiàn)在，他對(duì)我學(xué)業(yè)、社會(huì)活動(dòng)、科技競(jìng)賽上的關(guān)心與指導(dǎo)，才使我從大一的迷茫中走出來(lái)，才使我找到一條合適自己發(fā)展的道路。感謝機(jī)電學(xué)院王淑俠副教授、劉援越副教授，是她們對(duì)我在三維設(shè)計(jì)方面的指導(dǎo)，才使我多次獲得國(guó)家級(jí)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)。感謝西北工業(yè)大學(xué)教務(wù)處李輝副處長(zhǎng)和舞蹈機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地指導(dǎo)老師黃英亮老師，在他們的支持下，完成了大型項(xiàng)目救援機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使我和我的團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)水平得到了進(jìn)一步提高。
深深感謝含辛茹苦將我養(yǎng)育成人的父母，他們出身卑微、生活艱苦、工作勞累，卻在我十八年的寒窗求學(xué)生涯中，無(wú)時(shí)無(wú)刻地牽掛著我的學(xué)習(xí)與生活，不僅為我提供可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)，讓我得以安心學(xué)習(xí)；更是給了我無(wú)盡支持與鼓勵(lì)，讓我在挫折與失敗中能夠重新獲得力量。父母自力更生、艱苦奮斗的精神時(shí)刻鞭策著我，不僅促使我順利完成本科生階段的學(xué)習(xí)，更使我養(yǎng)成了自強(qiáng)不息的人生品格。感謝與我一起成長(zhǎng)的姐姐，她一直對(duì)我關(guān)愛有加，使我有個(gè)快樂童年，得以健康成長(zhǎng)。在小學(xué)與中學(xué)階段，還對(duì)我學(xué)業(yè)給予指導(dǎo)。我們一起分享生活中的苦與樂，感受親情的溫暖。
最后，再次向所有給予我指導(dǎo)、關(guān)心、幫助、支持與鼓勵(lì)的師長(zhǎng)、親人、朋友和同學(xué)致以深深的敬意和衷心的感謝，衷心地祝福他們身體健康，工作順利，平安幸福！
2013年6月
關(guān)鍵詞 畢業(yè)設(shè)計(jì) 機(jī)器人 本體設(shè)計(jì) 本科生
中圖分類號(hào)：G642.477 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.04.019
Abstract Robots are the hot topic in graduation design of many undergraduates from engineering majors currently. Body is the most important part of a robot， and its design is the basis of other parts of the robot， such as control， vision and touch. In this paper， the common mistakes of graduation design of undergraduates about robot bodies are summarized and the corresponding solutions are provided. This work will help undergraduates to design robot bodies better， and to give some references to the relevant instructor to control the quality of graduation design.
Key words graduation design； robot； body design； undergraduates
0 引言
C器人作為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025的關(guān)鍵。機(jī)器人已成為高校工科專業(yè)關(guān)心的熱門主題，許多工科專業(yè)本科生的畢業(yè)論文主題與機(jī)器人有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是普通高等學(xué)校培養(yǎng)人才極為重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在煅煉學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識(shí)和技能進(jìn)行全面、系統(tǒng)地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。然而，許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一些重要的設(shè)計(jì)方法理解不到位，進(jìn)行了錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)。
1 機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析中的常見錯(cuò)誤分析
機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析包含位置正反解、速度正反解和加速度正反解。運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)器人力學(xué)分析、工作空間分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，只要本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及機(jī)器人本體設(shè)計(jì)，必然包含運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的核心是建立位置正反解、速度正反解、加速度正反解的數(shù)學(xué)模型。許多本科生在進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析時(shí)常出現(xiàn)如下錯(cuò)誤。
1.1 位置分析中運(yùn)用解析法和數(shù)值法的錯(cuò)誤分析
位置求解的本質(zhì)是求解一組有約束方程構(gòu)成的非線性方程組。解析法是指從約束方程求解出描述機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)輸入角（線）位移與末端執(zhí)行器輸出位姿之間關(guān)系的一個(gè)嚴(yán)格的函數(shù)表達(dá)式。這種函數(shù)表達(dá)式的重要特征是給出任意的自變量就可以求出其因變量。數(shù)值法是指在給定驅(qū)動(dòng)輸入位移（或末端執(zhí)行器輸出位姿）條件下對(duì)約束方程采用某些數(shù)學(xué)算法，如數(shù)值逼近法、插值法等獲得一個(gè)近似于真實(shí)末端執(zhí)行器輸出位姿（或驅(qū)動(dòng)輸入位移）的解。一般而言，位置分析更希望得到解析解，因?yàn)橛辛私馕鼋?，后續(xù)的運(yùn)動(dòng)性能分析、力學(xué)性能分析和工作空間分析更加方便，但很多時(shí)候只能得到位置分析的數(shù)值解。
對(duì)于機(jī)器人位置分析，本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中常見的錯(cuò)誤如下：
（1）誤判解析解和數(shù)值解。根據(jù)機(jī)器人中的幾何限定關(guān)系列出約束方程后，僅僅從方程的形式上很難判斷出它們是否能被解析法求解。由于有的解析求解過(guò)程較為復(fù)雜，許多本科生在求解過(guò)程遇到困難時(shí)就斷定沒有解析解，但實(shí)際上解析解卻存在。
（2）把解析法誤認(rèn)為數(shù)值法。有的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中求解機(jī)器人本體的位置正解和反解時(shí)，有時(shí)把平臺(tái)參數(shù)和桿長(zhǎng)參數(shù)指定為具體數(shù)值，能夠方便得到求解結(jié)果，卻稱這是數(shù)值解。
（3）亂用數(shù)學(xué)算法方法求得數(shù)值解。對(duì)于解析解分析過(guò)程太過(guò)復(fù)雜或用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)手段無(wú)法得到解析解時(shí)，數(shù)值解是必然選擇。但數(shù)值算法有很多，許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中不知該選擇那種算法才有效，大多是憑感覺選擇。
對(duì)于上述錯(cuò)誤，本科生在進(jìn)行相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該掌握的一個(gè)一般規(guī)律：串聯(lián)機(jī)器人位置反解和并聯(lián)機(jī)器人的位置正解一般很難得到解析解，大多數(shù)只能通過(guò)數(shù)學(xué)算法得到數(shù)值解。其次，應(yīng)該注意解析法和數(shù)值法的內(nèi)涵區(qū)別，只有用了數(shù)值逼近、迭加或搜索等算法才能稱為數(shù)值法。目前較為有效的數(shù)值算法是牛頓-拉夫遜方法，其要點(diǎn)是把非線性方程求解過(guò)程變成反復(fù)地對(duì)相應(yīng)的線性方程進(jìn)行求解的過(guò)程。
1.2 用求導(dǎo)法建立速度和加速度模型的錯(cuò)誤分析
如果求出的位置解表達(dá)式不復(fù)雜，對(duì)其直接求導(dǎo)能得到速度模型，對(duì)其求二次導(dǎo)就可以得到加速度模型。但當(dāng)位置解表達(dá)式很復(fù)雜導(dǎo)致它的導(dǎo)數(shù)不能求出時(shí)，只能采用別的方法進(jìn)行速度和加速度模型。
本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中一般都采用求導(dǎo)法來(lái)分析機(jī)器人的速度和加速度。如確實(shí)能求導(dǎo)的他們就列出求導(dǎo)后的結(jié)果。如本來(lái)不能求導(dǎo)的他們就只列出表示求導(dǎo)的式子，只是形式上完成了速度和加速度分析，這種做法實(shí)質(zhì)上是錯(cuò)誤的。
對(duì)于不能用求導(dǎo)法進(jìn)行速度和加速度分析的機(jī)器人，基于螺旋理論的影響系數(shù)法是一個(gè)很好的方法。該方法不需要求導(dǎo)，能極簡(jiǎn)單顯示表達(dá)出機(jī)器人本體的正反速度和加速度模型。
2 仿真分析中的錯(cuò)誤分析
為了證明已建立的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型是否正確，往往需要用計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)器人的仿真模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。常用來(lái)建立機(jī)器人仿真模型的軟件有Solidworks、UG、Matlab、Adams、Ansys等。只有當(dāng)仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果一致時(shí)，數(shù)學(xué)模型才能被認(rèn)為是正確的。進(jìn)一步才能將數(shù)學(xué)模型用于控制算法中，或用來(lái)分析機(jī)器人的性能。只有在正確的數(shù)學(xué)模型上所開展的研究才是有意義的。
但是關(guān)于仿真分析，一些本科生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了如下錯(cuò)誤：
（1）將Matlab計(jì)算結(jié)果誤認(rèn)為是仿真結(jié)果。由于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中涉及的約束方程一般需要借助Matlab 軟件編程求解。在程序中給定輸入值可以得到輸出值，進(jìn)一步根據(jù)這些值可以繪制出曲線。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中誤認(rèn)為這些值和曲線就是Matlab仿真得到的。
（2）缺少計(jì)算值與仿真值的對(duì)比。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中雖然完成了仿真分析并列出了仿真結(jié)果，卻沒有和計(jì)算分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
（3）誤認(rèn)為毫米級(jí)誤差就可以算正確。一些本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中雖然進(jìn)行了仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，但有的出現(xiàn)了毫米級(jí)的誤差，就認(rèn)為這樣的誤差是可以忽略的，認(rèn)為建立的數(shù)學(xué)模型是正確的。
τ諫鮮齟砦螅本科生在進(jìn)行相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)用Matlab軟件進(jìn)行計(jì)算和仿真的區(qū)別：編寫程序求解約束方程是計(jì)算而非仿真，Matlab軟件中用于機(jī)器人本體仿真的模塊是SimMechanics。僅僅列出仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果，而不進(jìn)行對(duì)比分析，那么仿真是沒有意義的。由于計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算和仿真默認(rèn)的數(shù)值精度是10～8毫米，考慮到截?cái)嗾`差和累積誤差，計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果的誤差一般是微米級(jí)。出現(xiàn)毫米級(jí)誤差說(shuō)明計(jì)算結(jié)果和仿結(jié)果是不一致的，需要重新檢查數(shù)學(xué)模型和仿真模型，直到誤差很小。
3 基于雅克比矩陣進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的錯(cuò)誤分析
早期，關(guān)于機(jī)器人的研究主要集中在串聯(lián)機(jī)器人。雅克比矩陣的條件數(shù)被用來(lái)評(píng)價(jià)串聯(lián)機(jī)器人的靈活性和可操作性。近幾十年，并聯(lián)機(jī)器人取得了蓬勃發(fā)展。許多本科生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行并聯(lián)機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)時(shí)，也用雅克比矩陣的條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其性能。然而， 2006年法國(guó)著名機(jī)器人專家Merlet 教授論證了不能用條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)含有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人。究其原因是有混合輸出的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣量綱不一致，將導(dǎo)致條件數(shù)沒有明確的物理意義。
2006年后，許多并聯(lián)機(jī)器人的專家開始了新的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究，主要集中在基于螺旋理論的力傳遞指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)傳遞指標(biāo)。近些年機(jī)器人領(lǐng)域的國(guó)際和國(guó)內(nèi)權(quán)威期刊上的論文基本沒有用條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人。因此，對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及有轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)輸出的并聯(lián)機(jī)器人，用雅克比矩陣的條件數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其性能是錯(cuò)誤的，建議從力傳遞性能和運(yùn)動(dòng)傳遞性能指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
4 結(jié)論
機(jī)器人已成為高校工科專業(yè)師生研究的熱門主題，許多大學(xué)生畢業(yè)論文大多涉及機(jī)器人本體設(shè)計(jì)。本文對(duì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中涉及機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析，仿真分析和性能評(píng)價(jià)中的常見錯(cuò)誤進(jìn)行了分析，并提供了解決辦法。本文的工作有助于本科生正確地進(jìn)行機(jī)器人本體設(shè)計(jì)，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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第1章 引言1
第2章 設(shè)計(jì)思想2
第3章 編碼數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)4
3.1 控制系統(tǒng)的選擇4
3.2 系統(tǒng)控制的編碼設(shè)計(jì)4
3.2.1 編碼器和計(jì)數(shù)器的原理及選擇4
3.2.2 系統(tǒng)控制的參數(shù)設(shè)計(jì)7
3.3 計(jì)數(shù)器的控制與工作方式10
3.3.1 計(jì)數(shù)器的工作方式10
3.3.2 計(jì)數(shù)器的管理與控制10
3.3.3 計(jì)數(shù)器I/O端口分配11
心得體會(huì) 12
自動(dòng)跟蹤（AutoTrack）高速運(yùn)動(dòng)體的測(cè)量?jī)x，它可以通過(guò)編程執(zhí)行“智能巡邏”，即按照預(yù)先編程的巡邏路線掃描1個(gè)區(qū)域，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后，攝像機(jī)會(huì)停止繼續(xù)執(zhí)行巡邏的程序，而對(duì)目標(biāo)圖像變焦放大，并跟蹤目標(biāo)，以便將運(yùn)動(dòng)錄像，并發(fā)出報(bào)警。這些動(dòng)作都不需要操作人員的幫助，使操作人員能處理報(bào)警或采取其它行動(dòng)。目前這種儀器的應(yīng)非常的廣泛，可廣泛用于大樓、銀行、機(jī)場(chǎng)、車站、海關(guān)、交通、電力、廠礦企業(yè)等安防監(jiān)控場(chǎng)合，也在現(xiàn)代機(jī)器人尤其是工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用，最為廣泛的是在交通方面。
【關(guān)鍵詞】高職 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué) 頂崗實(shí)習(xí)
【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】0450-9889（2016）12C-0168-02
當(dāng)前，全球正在興起新一輪工業(yè)革命，以機(jī)器人、人工智能、3D打印和新型材料等為代表的新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在來(lái)臨。它將極大改變傳統(tǒng)的商品制造方式，并推動(dòng)生產(chǎn)制造模式的變革，從而改變就業(yè)的格局。而作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科自動(dòng)化技術(shù)則是這一輪工業(yè)革命的發(fā)展基石。與德國(guó)工業(yè)4.0相比，中國(guó)很多制造業(yè)還處于2.0、3.0階段，其本質(zhì)就是中國(guó)企業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)水平距德國(guó)企業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)水平還有相當(dāng)大的差距，因此，如何盡快培養(yǎng)出能夠適應(yīng)當(dāng)今科技產(chǎn)業(yè)革命的高水平自動(dòng)化人才，就成為了高職教育的一個(gè)重大課題。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，而且還能夠?qū)W(xué)生的思想品質(zhì)、工作態(tài)度及作風(fēng)產(chǎn)生很大的影響。但近年來(lái)，高校不斷擴(kuò)招，高職教育規(guī)模不斷擴(kuò)大，高職原有的教學(xué)資源顯得嚴(yán)重不足，能夠跟得上潮流的新技術(shù)的教育資源更是鳳毛麟角。因此，很多學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性認(rèn)識(shí)不夠到位，畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也逐年下滑，甚至社會(huì)上有人提出取消畢業(yè)設(shè)計(jì)的建議。因此，如何改革畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高培養(yǎng)質(zhì)量成為高職教改的難點(diǎn)之一。
一、高職畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題
（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)題目科學(xué)性不足。隨著新一輪的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革的到來(lái)，以“互聯(lián)網(wǎng)+”“機(jī)器人”為代表的新技術(shù)正在不斷地與傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)相互融合，從而不斷地改變現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)方式。然而以往的高職畢業(yè)設(shè)計(jì)，過(guò)于強(qiáng)調(diào)對(duì)以往所學(xué)知識(shí)進(jìn)行全面總結(jié)，因此很多畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要么過(guò)于理論化脫離實(shí)際，缺乏實(shí)用性；要么陳舊單一，重復(fù)率高。從而導(dǎo)致學(xué)生興趣下降，降低了他們的主觀能動(dòng)性，勢(shì)必影響學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
（二）系統(tǒng)方案創(chuàng)新率低。首先大部分學(xué)生在選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)課題時(shí)，都會(huì)選擇以前用過(guò)的或者相類似的題目，再者，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案也大都是書本上的翻版，缺少創(chuàng)新性的原創(chuàng)，而且重復(fù)率非常高。因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)大打折扣。
（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用性不足。由于大部分學(xué)生沒有現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，所以，在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要么操作不方便，要么安全性不夠，要么與現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備不匹配，要么性價(jià)比較低等，導(dǎo)致做出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往脫離實(shí)際，從而降低了畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。
（四）論文缺乏條理。首先由于大部分高職學(xué)生很少寫過(guò)學(xué)術(shù)論文，所以，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文往往缺乏整體布局，因而論文中經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不完整，內(nèi)容顛三倒四，上下兩段明顯割裂開來(lái)，缺乏自然過(guò)渡，層次不明，看起來(lái)費(fèi)力，論證不得力，缺乏邏輯性等缺點(diǎn)，從而降低了畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量。
（五）畢業(yè)答辯流于形式。由于每年擴(kuò)招的學(xué)生不斷地增多，就業(yè)壓力不斷地增大，所以找工作就成了學(xué)生們最重要的課題，因此，很多學(xué)校的畢業(yè)答辯就流于形式了，不僅畢業(yè)論文質(zhì)量低下，答辯也就成了走過(guò)場(chǎng)。不僅無(wú)法達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)，而且無(wú)法準(zhǔn)確衡量畢業(yè)生的培養(yǎng)質(zhì)量，同時(shí)對(duì)學(xué)校未來(lái)的就業(yè)也產(chǎn)生了很大的隱患。
針對(duì)以上問(wèn)題，并結(jié)合自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，本文提出將畢業(yè)設(shè)計(jì)與頂崗實(shí)習(xí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)際崗位中全面鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，從而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)改革措施
（一）結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際選題。學(xué)生可以將企業(yè)里的技術(shù)改造，產(chǎn)品開發(fā)，系統(tǒng)集成等科目?jī)?nèi)容，并根據(jù)自己的興趣愛好，選擇適合于自己的科目?jī)?nèi)容作為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目大概有如下幾種類型：（1）技術(shù)改造型：以PLC或DCS為控制核心的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)集散控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。（2）產(chǎn)品開發(fā)型：以單片機(jī)為控制核心的電子控制系統(tǒng)等裝置產(chǎn)品的開發(fā)。（3）系統(tǒng)集成型：以PLC或DCS控制系統(tǒng)與以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互融合的MES系統(tǒng)等集成系統(tǒng)。（4）實(shí)驗(yàn)研究型：以機(jī)電一體化為核心的機(jī)器人等新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。由于學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目就是自己的實(shí)習(xí)內(nèi)容，具有非常高的實(shí)用性，所以會(huì)激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生主動(dòng)地去學(xué)習(xí)了解相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)，從而為完成高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（二）加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)。雖然參加頂崗實(shí)習(xí)的學(xué)生，都已經(jīng)在學(xué)校學(xué)習(xí)過(guò)自動(dòng)化專業(yè)的基本理論與基本知識(shí)，但是由于自動(dòng)化學(xué)科的自身特點(diǎn)，使它能夠在不同行業(yè)內(nèi)與不同的專業(yè)技術(shù)相融合，比如與通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、液壓技術(shù)、機(jī)械、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)相互融合，因此，就需要從企業(yè)里的技術(shù)人員或者專業(yè)人士中聘請(qǐng)為指導(dǎo)導(dǎo)師，對(duì)學(xué)生進(jìn)行其相關(guān)專業(yè)或者行業(yè)知識(shí)的技術(shù)指導(dǎo)。不僅能夠有效擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，還能夠有效減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)漏洞等缺陷，大大增強(qiáng)了畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)用性。
（三）加大對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的經(jīng)費(fèi)投入。隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化裝置的更新速度也在不斷加快。為了讓培養(yǎng)出的學(xué)生能夠跟得上企業(yè)的發(fā)展步伐，就需要加大對(duì)新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置的引進(jìn)。通過(guò)對(duì)新實(shí)驗(yàn)裝置的引入，既可以提高教師與學(xué)生的技術(shù)水平，還能夠讓做畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生有了一個(gè)充分的展示平臺(tái)。學(xué)生可以將自己的創(chuàng)新構(gòu)想與才華在這個(gè)平臺(tái)上充分的發(fā)揮，從而不僅能夠提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，而且還能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，并將自己的知識(shí)技能和體驗(yàn)不斷地提高與升華。
（四）加強(qiáng)論文寫作指導(dǎo)。畢業(yè)論文是畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的總結(jié)，因此要想寫好畢業(yè)論文不僅需要前期的技術(shù)工作的積累，還涉及組織材料等相關(guān)寫作技巧等知識(shí)。所以，學(xué)生可以從企業(yè)里的技術(shù)報(bào)告、技術(shù)方案、技術(shù)總結(jié)等各個(gè)方面入手，鍛煉學(xué)生的寫作能力。在撰寫畢業(yè)論文的初期，可以幫助學(xué)生確定論文的整體布局和結(jié)構(gòu)，在初稿完成后，可以幫助學(xué)生檢查內(nèi)容、邏輯、語(yǔ)句、格式等方面的錯(cuò)誤，提高學(xué)生的寫作水平，從而不斷提高畢業(yè)論文的質(zhì)量。
（五）深入企業(yè)開展畢業(yè)答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)是衡量高職畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)尺，也只有能夠解決實(shí)際問(wèn)題的畢業(yè)設(shè)計(jì)才具有實(shí)用價(jià)值，才符合培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的需求。將企業(yè)里的技術(shù)專家與學(xué)校內(nèi)的專業(yè)老師組合成的答辯專家，能夠更加全面地檢驗(yàn)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過(guò)企業(yè)里的技術(shù)專家現(xiàn)場(chǎng)出題，可以有效檢測(cè)學(xué)生是否能夠把所學(xué)的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，同時(shí)能夠給予學(xué)生更加全面專業(yè)的建議，從而幫助學(xué)生獲得最快的成長(zhǎng)。同時(shí)企業(yè)也能夠通過(guò)此類答辯發(fā)現(xiàn)適合自己企業(yè)所需求的技術(shù)人才，同時(shí)有效地促進(jìn)了學(xué)校的就業(yè)。
總之，畢業(yè)設(shè)計(jì)是專業(yè)教育的重要組成部分，通過(guò)將畢業(yè)設(shè)計(jì)與頂崗實(shí)習(xí)相結(jié)合，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與技能分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，希望能夠?yàn)槲覈?guó)的企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需的技能人才的培養(yǎng)有一定的作用。
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【基金項(xiàng)目】2014年度廣西教育廳科研項(xiàng)目（YB2014497）
關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 青島大學(xué)碩士開題報(bào)告范文 青島論文 開題報(bào)告
一、 選題的目的和意義
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過(guò)程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進(jìn)而對(duì)日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運(yùn)動(dòng)性障礙的病人也在顯著增加，與之相對(duì)的是通過(guò)人工或簡(jiǎn)單的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行的康復(fù)理療已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足患者的要求。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)特殊群體已得到更多人的關(guān)注，治療康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高，因此服務(wù)于四肢的康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。
目前世界上手功能康復(fù)機(jī)器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機(jī)器人產(chǎn)品更是少之又少，在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)，因此對(duì)手功能康復(fù)機(jī)器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)意義。
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問(wèn)題：康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測(cè)和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過(guò)程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。本課題針對(duì)以上問(wèn)題，采用氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)的手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運(yùn)動(dòng)，不僅降低了設(shè)備成本，更重要的是提高了系統(tǒng)對(duì)人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和速度易調(diào)整等特點(diǎn)。
課題的研究思想符合實(shí)際國(guó)情和康復(fù)機(jī)器人對(duì)系統(tǒng)柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機(jī)器人，輔助患者完成手部運(yùn)動(dòng)功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟(jì)、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健。
綜上所述，氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)手指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)是氣壓驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義。
二、 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
2.1 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)
美國(guó)是研究氣動(dòng)肌肉機(jī)構(gòu)最多的國(guó)家，主要集中在大學(xué)。
華盛頓大學(xué)的生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室從生物學(xué)角度對(duì)氣動(dòng)肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進(jìn)行失效機(jī)理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運(yùn)動(dòng)控制研究。
vanderbilt 大學(xué)認(rèn)知機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個(gè)采用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的爬墻機(jī)器人，并應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學(xué)香檳分校的貝克曼研究所對(duì)圖像定位的5自由度soft arm 機(jī)械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高精度位置控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學(xué)設(shè)計(jì)了并聯(lián)彈簧的新結(jié)構(gòu)氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
英國(guó)salford 大學(xué)高級(jí)機(jī)器人研究中心對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了長(zhǎng)期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動(dòng)肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠(yuǎn)程控制。
法國(guó)國(guó)立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動(dòng)肌肉的動(dòng)靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動(dòng)源的人工肌肉以及在遠(yuǎn)程醫(yī)療上的應(yīng)用。
比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)制作了新型的折疊式氣動(dòng)肌肉用于驅(qū)動(dòng)兩足步行機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發(fā)明了多種不同結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)肌肉。德國(guó)festoon 公司發(fā)明了適合工業(yè)應(yīng)用的氣動(dòng)肌腱fluidic muscle，壽命可達(dá)1000萬(wàn)次以上，同時(shí)還對(duì)氣動(dòng)肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國(guó)shadow 公司研制了目前世界上最先進(jìn)的仿人手。美國(guó)的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學(xué)合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
lilly采用基于滑動(dòng)模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了單氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)位置控制。
2.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)
自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，我國(guó)陸續(xù)開始了氣動(dòng)肌肉的研究。
北京航空航天大學(xué)的宗光華較早開始?xì)鈩?dòng)肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對(duì)驅(qū)動(dòng)模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過(guò)剛度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)柔順控制。
上海交通大學(xué)的田社平等運(yùn)用零極點(diǎn)配置自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實(shí)現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王祖溫等分析了氣動(dòng)肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響、氣動(dòng)肌肉的靜動(dòng)態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動(dòng)肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計(jì)了氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數(shù)據(jù)手套和6 足機(jī)器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響應(yīng)殘余震蕩問(wèn)題。
北京理工大學(xué)的彭光正等先后進(jìn)行了單根人工肌肉、單個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)以及3 自由度球面并聯(lián)機(jī)器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計(jì)了6 足爬行機(jī)器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)氣動(dòng)中心的隋立明博士也通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了氣動(dòng)人工肌肉的一個(gè)更簡(jiǎn)潔的修正模型和經(jīng)驗(yàn)公式并對(duì)兩根氣動(dòng)人工肌肉組成的一個(gè)簡(jiǎn)單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進(jìn)一步驗(yàn)證氣動(dòng)人工肌肉的模型。
上海交通大學(xué)的林良明也對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的軌跡學(xué)習(xí)控制進(jìn)行了仿真研究給出了學(xué)習(xí)的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學(xué)習(xí)控制奠定了基礎(chǔ)。其中田社平通過(guò)對(duì)氣動(dòng)人工肌肉收縮在頻率域上的數(shù)學(xué)模型并對(duì)它的結(jié)構(gòu)及其靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學(xué)方程。
2003年付大鵬等，以機(jī)械手抓取物體為分析對(duì)象，采用矩陣法來(lái)描述機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，以四階方陣變換三維空間點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為基礎(chǔ)，將運(yùn)動(dòng)、變換和映射與矩陣計(jì)算聯(lián)系起來(lái)建立了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并提出了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法，這種方法對(duì)機(jī)械手的精密設(shè)計(jì)和計(jì)算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對(duì)5自由度的康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機(jī)械手的動(dòng)力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡(jiǎn)單快捷，極其適合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，的除了機(jī)械臂的動(dòng)力響應(yīng)曲線，為機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制提供理論依據(jù)。
2008年北京聯(lián)合大學(xué)張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)則物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了五指型機(jī)器手，手指彎曲電機(jī)與指間平衡電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器手的多角度張開、抓握運(yùn)動(dòng)方式,對(duì)實(shí)用型仿人機(jī)器手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有參考意義。
2009年楊玉維等人對(duì)輪式懸架移動(dòng)2連桿柔性機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究與仿真，。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動(dòng)坐標(biāo)法描述機(jī)械手彈性變形與參考運(yùn)動(dòng)間的動(dòng)力學(xué)耦合問(wèn)題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標(biāo)系下，以矩陣、矢量簡(jiǎn)潔的形式構(gòu)建了該移動(dòng)柔性機(jī)械手系統(tǒng)的完整動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設(shè)計(jì)了一種單電機(jī)驅(qū)動(dòng)多指多關(guān)節(jié)機(jī)械手，能夠很好的實(shí)現(xiàn)靈巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個(gè)機(jī)械手共有4指12個(gè)關(guān)節(jié)。每個(gè)手指有3個(gè)指節(jié)，由兩個(gè)平行四邊形的指節(jié)結(jié)構(gòu)確保手指末端做平移運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)方案很好的實(shí)現(xiàn)了控制簡(jiǎn)單、抓握可靠的目的。
從目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動(dòng)人工肌肉的研究與國(guó)外還有相當(dāng)?shù)牟罹鄬?duì)氣動(dòng)人工肌肉中的許多問(wèn)題，還沒有進(jìn)行深入的研究。此外，采用氣動(dòng)人工肌肉作為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的研究還不成熟。
三、 主要研究?jī)?nèi)容和解決的主要問(wèn)題
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問(wèn)題:康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測(cè)和康復(fù)力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對(duì)康復(fù)治療過(guò)程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評(píng)價(jià)。為此，課題主要研究?jī)?nèi)容：設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動(dòng)手功能康復(fù)設(shè)備。對(duì)氣動(dòng)手指康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、用mat lab軟件對(duì)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的康復(fù)治療過(guò)程的力位信息進(jìn)行仿真分析。
要實(shí)現(xiàn)上述的目標(biāo)，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動(dòng)作分析，氣壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。
(2)對(duì)機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。主要包括：氣壓驅(qū)動(dòng)的手指關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
(3)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進(jìn)行機(jī)器人氣壓驅(qū)動(dòng)終端的力位信息 仿真。
根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)以及工作量的要求，外附骨骼機(jī)械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。
四、論文工作計(jì)劃與方案
論文工作計(jì)劃安排：
2010年9月——2011年6月準(zhǔn)備課題階段：
主要工作：學(xué)習(xí)當(dāng)今最先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)計(jì)技術(shù);學(xué)習(xí)用matlab軟件進(jìn)行計(jì)算仿真及優(yōu)化，查閱國(guó)內(nèi)外的資料，對(duì)康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設(shè)計(jì)，擬寫開題報(bào)告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)，對(duì)手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對(duì)手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行模擬仿真，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結(jié)束課題階段
主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準(zhǔn)備進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學(xué)位課與非學(xué)位課學(xué)習(xí)的同時(shí)，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)手指康復(fù)機(jī)械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動(dòng)手指康復(fù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。
3. 分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人外骨骼機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)。
4. 對(duì)現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和提煉，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。
5. 開始具體設(shè)計(jì)工作。
1.1避開就業(yè)黃金期
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)時(shí)間應(yīng)當(dāng)人性化，服務(wù)于學(xué)生的需求。高職院?？蛇m當(dāng)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，第四學(xué)期期末便督促學(xué)生在暑假完成基本的資料搜集，論文框架的搭建。第五學(xué)期開學(xué)后，再由老師進(jìn)行深入細(xì)致的指導(dǎo)。以此緩解學(xué)生壓力，也有利于提高畢業(yè)設(shè)計(jì)論文質(zhì)量。而學(xué)校需要為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供各類硬件或是軟件設(shè)施，方便學(xué)生查閱資料等。
1.2科學(xué)選題，結(jié)合實(shí)際
選題時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)高職學(xué)生的特點(diǎn)來(lái)確定設(shè)計(jì)具體要求，也就是說(shuō)，對(duì)于論文理論深度、專業(yè)知識(shí)的涵蓋范圍，這一部分的要求要相應(yīng)降低，而對(duì)于實(shí)際動(dòng)手能力和內(nèi)容的實(shí)用性方面，進(jìn)行重點(diǎn)考查?？梢詮囊韵路矫孢M(jìn)行改革：1）選題應(yīng)切合實(shí)際，校企合作命題。為了加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)用性、針對(duì)性，高職院校可以根據(jù)近年專業(yè)發(fā)展及學(xué)生就業(yè)的具體情況來(lái)設(shè)定題目，也可以與長(zhǎng)期合作的企業(yè)一起命題，或是把企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目拿來(lái)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。2）允許學(xué)生自行擬定題目。高職學(xué)生在頂崗實(shí)習(xí)階段，工作中會(huì)對(duì)專業(yè)知識(shí)有更新更深的體會(huì)，也有些學(xué)生會(huì)有改良或設(shè)計(jì)的想法，希望能自行擬定設(shè)計(jì)題目。由于學(xué)生所選題目與專業(yè)崗位緊密結(jié)合，有些甚至是單位亟待解決的問(wèn)題，因此學(xué)生的興趣和積極性都很高，課題的可行性與實(shí)用性也得到了充分體現(xiàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量必然會(huì)大大提高。
1.3嚴(yán)格過(guò)程指導(dǎo)及監(jiān)控
畢業(yè)設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，任務(wù)重，學(xué)生相對(duì)來(lái)說(shuō)又有比較自由的支配權(quán)，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)和監(jiān)控就顯得尤為重要。而學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量的好壞與指導(dǎo)老師的經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備和水平高低有直接關(guān)系?？蓮囊韵聨追矫孀龊弥笇?dǎo)和監(jiān)控。1)指導(dǎo)教師也需要深入企業(yè)，了解它的技術(shù)、工藝流程，參與技術(shù)服務(wù)；同時(shí)可活得一些科研項(xiàng)目，供學(xué)生前期的研究學(xué)習(xí)。2）聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)技術(shù)人員，對(duì)教師進(jìn)行技能培訓(xùn)，或是直接參與指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。3）學(xué)院應(yīng)制定適當(dāng)?shù)恼撐闹笇?dǎo)師生比，保證教師有充足的時(shí)間和精力進(jìn)行論文指導(dǎo)。4）學(xué)院和系部需對(duì)教師的論文指導(dǎo)嚴(yán)格監(jiān)督，建立完善可行的檢查制度。教師應(yīng)與實(shí)習(xí)單位加強(qiáng)溝通切實(shí)指導(dǎo)學(xué)生的論文和實(shí)習(xí)，對(duì)于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題、及頂崗實(shí)習(xí)情況作出評(píng)價(jià)，方便下一階段工作的開展。
2考核形式多樣化
過(guò)去，大部分高職院校一直采取的都是或畢業(yè)設(shè)計(jì)的畢業(yè)考核方法。通過(guò)多年教學(xué)反饋，我們認(rèn)為：只要學(xué)生能把前面學(xué)到的專業(yè)知識(shí)靈活運(yùn)用在實(shí)踐中，可以參考現(xiàn)有的資料，只要能夠徹底理解，并且能提煉出屬于自己的東西就可以了。所以畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核方式也應(yīng)該不拘一格，形式多樣。以機(jī)械類專業(yè)為例，考核標(biāo)準(zhǔn)除了畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì)之外，其余方式如下：1）學(xué)生設(shè)計(jì)具體實(shí)物作品學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)親自設(shè)計(jì)或是制作出具體的實(shí)物作品，就機(jī)械CAD專業(yè)學(xué)生而言，可以利用逆向工程與3D打印技術(shù)制作各種模型，如電子產(chǎn)品外殼、維納斯雕像等；機(jī)電一體化專業(yè)可設(shè)計(jì)或制作簡(jiǎn)易機(jī)器人、信號(hào)發(fā)生器、自動(dòng)倒車系統(tǒng)等；數(shù)控技術(shù)專業(yè)可加工各種零件，盤類零件、套類零件、軸類零件；實(shí)物作品必須與所學(xué)專業(yè)的管理對(duì)象或是生產(chǎn)對(duì)象有關(guān)、與本專業(yè)的教學(xué)或技術(shù)推廣有關(guān)。整個(gè)制作過(guò)程都需學(xué)生自己獨(dú)立完成，由老師指導(dǎo)，以此鍛煉學(xué)生的動(dòng)手、自學(xué)、創(chuàng)新以及思維能力。2）獲取省級(jí)或全國(guó)大賽獎(jiǎng)項(xiàng)大賽可以檢驗(yàn)學(xué)生的動(dòng)手能力，團(tuán)隊(duì)的交流溝通能力、寫作能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐應(yīng)用能力、解決問(wèn)題的能力以及安全意識(shí)的職業(yè)素養(yǎng)，由此成功傳遞了職業(yè)教育發(fā)展改革的信息、方向。比賽驗(yàn)證的是學(xué)生的各項(xiàng)綜合能力，如果學(xué)生參加比賽可以獲得省級(jí)以上的各類獎(jiǎng)項(xiàng)證書，證明了學(xué)生在某一方面極強(qiáng)的能力，以后可注重培養(yǎng)該方面。3）搞創(chuàng)新設(shè)計(jì)和小發(fā)明如果學(xué)生能夠結(jié)合自己特殊的興趣愛好，做出一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)，擁有自己的小發(fā)明，將自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能夠更好地運(yùn)用實(shí)踐中，這就達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生理論歸納和實(shí)踐能力的目標(biāo)。綜上所述，采取多樣化的畢業(yè)考核模式，避免了學(xué)生按照以往慣例從網(wǎng)上下載、抄襲論文所需的資料，學(xué)生愿意在論文中融入自己的個(gè)人興趣，自己動(dòng)手、動(dòng)腦完成大學(xué)的最后一份答卷——畢業(yè)論文，以此將理論與實(shí)踐切實(shí)地結(jié)合起來(lái)。因此，對(duì)于高職學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的評(píng)價(jià)，要隨時(shí)代變遷進(jìn)行多樣化考核方式，而不應(yīng)僅僅局限于單一的畢業(yè)論文。
3結(jié)語(yǔ)
