第一篇：哈工大2010機(jī)械工程專業(yè)課作業(yè)

黑龍江省2010年度專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)機(jī)械工程專業(yè)課作業(yè)

專業(yè)課作業(yè)：

11、PD控制方式的特點(diǎn)有哪些？適用于什么情況下？

答：對(duì)于各關(guān)節(jié)的獨(dú)立使用PD這種線性反饋控制律可以保證漸進(jìn)穩(wěn)定性，且控制器容易設(shè)計(jì)。適用于工業(yè)機(jī)器人控制中。

12、基于位置控制的力控制系統(tǒng)、基于力矩控制的力控制系統(tǒng)分別適用于何種機(jī)器人操作臂？各有哪些特點(diǎn)？

答：分別適用于工業(yè)機(jī)器人大減速比操作臂和常用動(dòng)力學(xué)研究的低減速比或者直接驅(qū)動(dòng)（DD）型操作臂。其特點(diǎn)為：

（1）與既存在位置控制系統(tǒng)的整合性高，（2）與位置控制系統(tǒng)相獨(dú)立的impedance特可容易地設(shè)定。

（3）無(wú)動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償一般控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。

（4）力控制系統(tǒng)（廣義）性能為含穩(wěn)定性的imer loop的位置控制系統(tǒng)頻帶、環(huán)境剛度所支配。

（5）若擴(kuò)展位置控制系統(tǒng)帶寬，受力傳感器的動(dòng)態(tài)影劇院響，容易造成、固定環(huán)境下的不穩(wěn)定。

13、作為機(jī)器人控制基本的運(yùn)動(dòng)方式的動(dòng)力學(xué)特征有哪些？

答：（1）M（q）的正定性：M（q）是對(duì)稱且正定的矩陣。

（2）M（q）－2C（q,q）q的反對(duì)稱性一適當(dāng)?shù)亟o定C(q,q)則其為反對(duì)稱矩陣。

（3）參數(shù)顯現(xiàn)的線性M（q）q+C（q，q）q+g（q）=Y（q，q）θ=τ。

（4）有線性存在適漢的Mm、MM、CM，GM，對(duì)于所有的qq有0＜Mm≤‖Mq‖《 MM‖ C（qq）‖《GM‖q‖‖g（q）‖《GM14、考慮實(shí)際機(jī)器人中存在不確定性的現(xiàn)實(shí)問題，模型的不確定性產(chǎn)生的根源有哪些？

答：（1）自身的機(jī)械制造、裝配誤差導(dǎo)致參數(shù)的不確定性。

（2）傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。

（3）齒輪輿論傳動(dòng)的；回差。

（4）嚙合齒面間摩擦、軸承摩擦。

（5）機(jī)器人在操人過(guò)程中所受不可預(yù)知的外部擾動(dòng)等等。

15、三種基本的雙向控制類型各自特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合是什么？

答：對(duì)稱型： 是由主從的位置偏差，面向修正該偏差的方向施加驅(qū)動(dòng)力矩，不需要力檢測(cè)器（力傳感器）構(gòu)成簡(jiǎn)單。但是受系統(tǒng)慣性力和摩擦力的影響。適用于主從臂質(zhì)量都輕、低摩擦情況或者液壓嫗動(dòng)系統(tǒng)。

力反射型：從臂由位置伺服系統(tǒng)構(gòu)成，主臂是用從臂側(cè)的力傳感器檢測(cè)出的反力來(lái)傳遞力的，從臂側(cè)的反力易于獲得，但是，通常情況下的機(jī)器人操作臂中，主臂的操作加重。適用于主臂質(zhì)量輕、低摩擦情況。

力當(dāng)還型：是力反射型的補(bǔ)充形式，主臂也位置伺服系統(tǒng)構(gòu)成，主臂操作更容易實(shí)現(xiàn)，常用。

姓名：付昱飛

編號(hào)：101122010238

單位：哈爾濱辰能工大環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

第二篇：2013哈工大機(jī)械工程專業(yè)課作業(yè)2

9、利用橡膠彈性變形的微型氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)主要有：構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于小型化、無(wú)滑動(dòng)部位，受摩擦影響較小、利用空氣壓力產(chǎn)生的力為表面力，力/自重比隨著微小化將得以提高、隨著微小化，作為橡膠構(gòu)造體的固有頻率上升，易于得到受振動(dòng)影響小的穩(wěn)定動(dòng)作、柔軟的構(gòu)造，可動(dòng)，作為微機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域，有望在醫(yī)療、生物領(lǐng)域找到適用化背景。另外，用在管線內(nèi)檢查用機(jī)器人的情況下，1)不傷害管內(nèi)壁；2)對(duì)于管道內(nèi)徑的變化有適用性等優(yōu)點(diǎn)、不用電，有防爆性和耐水性。這非常適用于煤氣管道、下水道、自來(lái)水管道等的檢查作業(yè)，也適于體內(nèi)檢查作業(yè)等。

10、臂式FMA的結(jié)構(gòu)為：由呈扇形分布的三個(gè)壓力室的纖維強(qiáng)化橡膠管組成。

11、纖維強(qiáng)化橡膠是一種纖維與橡膠合成的復(fù)合材料，在彈性特性上有很強(qiáng)的各向異性。因此，F(xiàn)MA的外壁沿L方向難以伸長(zhǎng)，而沿著與其成直角的T方向易于伸長(zhǎng)。

12、FMA的驅(qū)動(dòng)控制方法是：作為壓力控制方法，通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)高速電磁閥（開關(guān)閥）驅(qū)動(dòng)、使用壓力控制閥等即可以模擬量驅(qū)動(dòng)FMA。

13、由FMA驅(qū)動(dòng)特性及實(shí)驗(yàn)研究得知：FMA可應(yīng)用于臂式操作手、機(jī)器人手爪、步行機(jī)器人、蛇形管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人等柔性驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上。

14、Bubbler驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)計(jì)制作成平板、圓筒型兩種；該類驅(qū)動(dòng)器作為移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：作為薄形驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)使用、因其為柔軟結(jié)構(gòu)體，不損傷對(duì)象物體，還能適應(yīng)形狀、在水中及有粉塵等環(huán)境下也能使用、力/體積比大。

15、FMA的澆注加工一般步驟是：(1)材料（橡膠本體、硬化劑等）計(jì)量，攪拌，脫泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)離型（脫模）。

第三篇：哈工大機(jī)械工程繼續(xù)教育2013專業(yè)課作業(yè)二已完成

黑龍江省2013專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)課程作業(yè)

黑龍江省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)

機(jī)械工程專業(yè)2013年作業(yè)

說(shuō)明：

初級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)一”為第1-8題；“專業(yè)課作業(yè)二”為9-15題。

中、高級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)”為1-20題；同時(shí)提交3000字左右“學(xué)習(xí)心得”一篇。

所有學(xué)員均需按要求提交“公需課作業(yè)”。

作業(yè)提交時(shí)間：以網(wǎng)站通知為準(zhǔn)。

9、利用橡膠彈性變形的微型氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)主要有：構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于小型化、無(wú)滑動(dòng)部位，受摩擦影響較小、利用空氣壓力產(chǎn)生的力為表面力，力/自重比隨著微小化將得以提高、隨著微小化，作為橡膠構(gòu)造體的固有頻率上升，易于得到受振動(dòng)影響小的穩(wěn)定動(dòng)作、柔軟的構(gòu)造，可動(dòng)，作為微機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域，有望在醫(yī)療、生物領(lǐng)域找到適用化背景。另外，用在管線內(nèi)檢查用機(jī)器人的情況下，1)不傷害管內(nèi)壁；2)對(duì)于管道內(nèi)徑的變化有適用性等優(yōu)點(diǎn)、不用電，有防爆性和耐水性。這非常適用于煤氣管道、下水道、自來(lái)水管道等的檢查作業(yè)，也適于體內(nèi)檢查作業(yè)等。

10、臂式FMA的結(jié)構(gòu)為：由呈扇形分布的三個(gè)壓力室的纖維強(qiáng)化橡膠管組成。

11、纖維強(qiáng)化橡膠是一種纖維與橡膠合成的復(fù)合材料，在彈性特性上有很強(qiáng)的各向異性。因此，F(xiàn)MA的外壁沿L方向難以伸長(zhǎng)，而沿著與其成直角的T方向易于伸長(zhǎng)。

12、FMA的驅(qū)動(dòng)控制方法是：作為壓力控制方法，通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)高速電磁閥（開關(guān)閥）驅(qū)動(dòng)、使用壓力控制閥等即可以模擬量驅(qū)動(dòng)FMA。

13、由FMA驅(qū)動(dòng)特性及實(shí)驗(yàn)研究得知：FMA可應(yīng)用于臂式操作手、機(jī)器人手爪、步行機(jī)器人、蛇形管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人等柔性驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上。

14、Bubbler驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)計(jì)制作成平板、圓筒型兩種；該類驅(qū)動(dòng)器作為移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：作為薄形驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)使用、因其為柔軟結(jié)構(gòu)體，不損傷對(duì)象物體，還能適應(yīng)形狀、在水中及有粉塵等環(huán)境下也能使用、力/體積比大。

15、FMA的澆注加工一般步驟是：(1)材料（橡膠本體、硬化劑等）計(jì)量，攪拌，脫泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)離型（脫模）。

20、從微小SCARA機(jī)器人、1英寸/2英寸管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人等微小機(jī)器人系統(tǒng)試制可以得出：對(duì)于集成化微小型機(jī)器人的研發(fā)，從微型伺服驅(qū)動(dòng)器、微型攝像機(jī)、微型手爪三個(gè)大方面的都需要考慮特殊設(shè)計(jì)、特殊加工、裝配工藝的技術(shù)問題，從而不斷推進(jìn)微小機(jī)器人技術(shù)進(jìn)步。

第四篇：2014年哈工大繼續(xù)教育機(jī)械工程專業(yè)課作業(yè)第1部分參考

2014年黑龍江省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)

機(jī)械工程專業(yè)作業(yè)參考1-3題

說(shuō)明：

中、高級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)”為論述題1-5題；同時(shí)提交3000字左右“學(xué)習(xí)心得”一篇。

論述題

1.本課程分別著重講述了移動(dòng)機(jī)器人中具有代表性的輪式移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論與技術(shù)。試分別論述輪式移動(dòng)機(jī)器人、操作臂型機(jī)器人、足式步行機(jī)器人的實(shí)用化優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)一步思考論述可以互相擬補(bǔ)它們各自不足的創(chuàng)新設(shè)計(jì)新思路。

答： 輪式移動(dòng)機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)：同腿式步行機(jī)器人相比，加速快，以一定速度跑起來(lái)的話一般只需較小的驅(qū)動(dòng)力，省能。能高速穩(wěn)定的移動(dòng)，能量利用率高，機(jī)構(gòu)的控制簡(jiǎn)單，而且它可以能夠借鑒日益完善的汽車技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)等。它的缺點(diǎn)是移動(dòng)只限于平面，目前，需要機(jī)器人工作的場(chǎng)所，如果不考慮特殊環(huán)境和山地等自然環(huán)境，幾乎都是人工建造的平地。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)期設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)，可調(diào)速，便于控制。車輪的旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向是獨(dú)立控制的，全方位移動(dòng)機(jī)器人采用前后輪成對(duì)驅(qū)動(dòng)來(lái)控制轉(zhuǎn)向，以及控制每輪旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)。操作臂型機(jī)器人的實(shí)用化優(yōu)缺點(diǎn)

除輪式移動(dòng)機(jī)器人外，機(jī)器人中最具代表性的還有操作臂型機(jī)器人和步行機(jī)器人。

在機(jī)器人領(lǐng)域，把類似人類手臂的、由關(guān)節(jié)和桿件構(gòu)成的機(jī)構(gòu)的機(jī)器人稱為操作臂每個(gè)關(guān)節(jié)一般由伺服電機(jī)和減速器驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)或直線移動(dòng)，操作臂的末端一般根據(jù)其用途不同安裝不同的操作手或作業(yè)工具，通過(guò)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)由臂帶動(dòng)末端運(yùn)動(dòng)完成作業(yè)。操作臂是目前被使用的機(jī)器人中應(yīng)用最為廣泛的、最為普遍的中形態(tài)。其中在工廠內(nèi)用于裝配作業(yè)、焊接作業(yè)等等用途的產(chǎn)品化操作臂被稱為工業(yè)機(jī)器人。

從理論和實(shí)踐應(yīng)用來(lái)看，工業(yè)機(jī)器人一般不具有人的外形和全部功能，它模擬了人類的部分感官功能和思維能力，延伸并超越了人類手臂或腿腳的作用，機(jī)器人操作臂具有精度高、速度快、柔性強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適用于變通機(jī)器難以滿足的多品種、小批量生產(chǎn)模式，目前機(jī)器人的應(yīng)用情況已成為衡量工廠自動(dòng)化程度的主要標(biāo)準(zhǔn)。

足式步行機(jī)器人的實(shí)用化優(yōu)缺點(diǎn)

輪式移動(dòng)機(jī)器人、步行機(jī)器人、操作臂型機(jī)器人作為機(jī)器人中具有代表性的機(jī)器人，各自具有不同的特點(diǎn)與用途。

步行機(jī)器人是仿生人類雙足行走、動(dòng)物四足或多足行走形態(tài)的步行機(jī)器人，其腿部機(jī)構(gòu)是與構(gòu)成操作臂機(jī)器人關(guān)節(jié)及桿件類似，一般是由各個(gè)連桿構(gòu)件通過(guò)各關(guān)節(jié)連接而成的串聯(lián)機(jī)構(gòu)。每個(gè)關(guān)節(jié)一般由伺服電機(jī)和減速器驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)或直線移動(dòng)，有的構(gòu)件上有腳，如雙足步行機(jī)器人是有腳的，但是也有的腿上無(wú)腳，如通常四足及多足步行機(jī)器人腿上一般是無(wú)腳。

同輪式移動(dòng)機(jī)器人相比，四足、六足步行機(jī)器人具有步行穩(wěn)定、可跨越障礙、上下臺(tái)階等特點(diǎn)，在室內(nèi)、室外以及野外不平整地面都可等到穩(wěn)定步行和越障的行走效果，可用于

搭載操作臂型機(jī)器人移動(dòng)到作業(yè)位置由操作臂完成操作作業(yè)，也可運(yùn)載物品或野外作業(yè)。

它的優(yōu)點(diǎn)：

(1)足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列離散的足印，輪式和履帶式機(jī)器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物，可以穩(wěn)定支撐機(jī)器人的連續(xù)路徑十分有限，這意味著輪式和履帶式機(jī)器人在這種地形中已經(jīng)不適用。而足式機(jī)器人對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小。

(2)足式機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度，例運(yùn)動(dòng)的靈活性大大增強(qiáng)。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)腿的長(zhǎng)度保持身體水平，也可能通過(guò)腿 的伸展程度調(diào)整重心的位置，因此，不易翻倒，穩(wěn)定性更高。

(3)足式機(jī)器人的身體與地面是分離的，這使機(jī)器人的身體可以平衡地運(yùn)動(dòng)而必考慮地面的粗糙程度和腿的旋轉(zhuǎn)位置。當(dāng)機(jī)器人需要攜帶科學(xué)儀器和工具工作時(shí)，首先將腿部固定，然后精確控制身體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)，就可以達(dá)到對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作的目的。

存在缺點(diǎn)：

1）有些多足步行機(jī)器人體積和重量都很大。

2）大多數(shù)多足步行機(jī)器人研究平臺(tái)的承載能力不強(qiáng)從而導(dǎo)致它們沒有能力承載視覺設(shè)備。

3）步行敏捷性方面。其行走效率低，而且在機(jī)器人動(dòng)步態(tài)步行方面的研究比較缺乏。

4）多足步行機(jī)器人的控制方法需要改進(jìn)。

5）能源問題。尋求新型可靠的能源為機(jī)器人供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人時(shí)間在戶外行走的目標(biāo)。

2、操作臂型機(jī)器人是最早用于工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)用化機(jī)器人類型并以取得廣泛應(yīng)用，試就自己所從事的行業(yè)論述操作臂型機(jī)器人可以實(shí)用化的設(shè)計(jì)方案（可選型現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人商品也可自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)操作臂機(jī)器人方案）及應(yīng)用操作臂機(jī)器人作業(yè)方案設(shè)計(jì)。

答： 機(jī)器人技術(shù)是一個(gè)集環(huán)境感知、軌跡規(guī)劃、機(jī)械手應(yīng)用等功能于一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)。它是集中了計(jì)算機(jī)、機(jī)構(gòu)學(xué)、傳感技術(shù)、電子技術(shù)、人工智能及自動(dòng)控制等多科而形成的高新技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)的采摘機(jī)器人智能小車就是這種高新技術(shù)綜合體的一種嘗試。采摘機(jī)器人智能小車主要由機(jī)械系統(tǒng)，環(huán)境識(shí)別系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及機(jī)械臂控制系統(tǒng)組成。小車以單片機(jī)為核心，附以外圍電路，采用光電檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)故障和循跡，并用軟件控制小車及機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)行駛、轉(zhuǎn)彎、尋跡檢測(cè)、避障、停止及采摘等功能的智能控制系統(tǒng)。

果實(shí)采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其季節(jié)性強(qiáng)、勞動(dòng)量大且費(fèi)用高。因而許多國(guó)家開始研發(fā)智能控制的果實(shí)采摘機(jī)器人。果實(shí)采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的一種類型，目前在日本、美國(guó)與荷蘭等國(guó)家已有研制和初步使用，主要用于采摘番茄、黃瓜、草莓、葡萄、西瓜、甜瓜、蘋果、柑桔與甘藍(lán)等蔬菜和水果，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α８黝惞麑?shí)采摘機(jī)器形式多樣，但主要由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與行走系統(tǒng)等部分組成。本文介紹了智能車及采摘機(jī)器人系統(tǒng)。它是在智能循跡小車的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)一個(gè)球形果采摘的機(jī)械手并裝配到原有的智能小車上，完成采摘機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作，進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃，控制機(jī)器人完成一系列復(fù)雜動(dòng)作，如手抓張合、車體回轉(zhuǎn)，智能循跡避障、協(xié)同作業(yè)等任務(wù)。

機(jī)械手臂方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案有如下三種:

A方案。由于手臂要執(zhí)行采摘作業(yè)，于是我們首先想到了平行四邊行的穩(wěn)定性，便設(shè)計(jì)了如下方案。該方案穩(wěn)定性較好，使用電機(jī)數(shù)量也少，節(jié)約了成本，但它同時(shí)也限制了機(jī)械手的靈活性，且機(jī)械手不能抓取地面上的物體，縮小了機(jī)械手的操作空間。

B方案該方案改進(jìn)了方案A的機(jī)械手不能抓取到地面的缺點(diǎn)，但Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)只能靠小車的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，耗能

多，不符合“多動(dòng)小關(guān)節(jié)、少動(dòng)大關(guān)節(jié)”原則，而且需要控制車輪方能實(shí)現(xiàn)，車輪依靠步進(jìn)電機(jī)控制，從而給編程和后期調(diào)試帶來(lái)不便。

C方案該方案在基座處又加了一個(gè)電機(jī)，改進(jìn)了方案B的缺點(diǎn)，在球形果偏離預(yù)定位置時(shí)仍能通過(guò)腰關(guān)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)作業(yè)，增強(qiáng)了機(jī)械手的靈活性,并能實(shí)現(xiàn)預(yù)定工作空間。

經(jīng)過(guò)分析比較我們最終選定方案C。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案題：試從機(jī)械結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)精度、關(guān)節(jié)位置全閉環(huán)控制等角度論述機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與構(gòu)成問題，可輔以結(jié)構(gòu)圖并結(jié)合文字?jǐn)⑹黾右哉f(shuō)明。

答:臂力的確定

目前使用的機(jī)械手臂的臂力范圍較大，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為N臂=1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本機(jī)械手臂取安全系數(shù)K=2，定位精度為±1mm。工作范圍的確定

機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來(lái)確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度±115°手臂伸長(zhǎng)量150mm手臂回轉(zhuǎn)角度±115°手臂升降行程170mm手臂水平運(yùn)動(dòng)行程100mm.確定運(yùn)動(dòng)速度.機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后，可根據(jù)生產(chǎn)需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。工業(yè)機(jī)器人抓取手臂要完成整個(gè)工作過(guò)程，需完成夾緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作，這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。

機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)，如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長(zhǎng)的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求：

②

第五篇：2014年哈工大繼續(xù)教育機(jī)械工程專業(yè)課作業(yè)第2部分參考

2014年黑龍江省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)

機(jī)械工程專業(yè)作業(yè)參考4-5題

說(shuō)明：

中、高級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)”為論述題1-5題；同時(shí)提交3000字左右“學(xué)習(xí)心得”一篇。

論述題

4.試述輪式移動(dòng)機(jī)器人的位置控制精度遠(yuǎn)不如操作臂型機(jī)器人定位精度，為實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)靈活移動(dòng)和較高操作定位精度，試給出采用輪式移動(dòng)機(jī)器人與操作臂型機(jī)器人聯(lián)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案及完成作業(yè)控制策略。

機(jī)器人如何知道自己所在的位置？

移動(dòng)機(jī)器人一邊移動(dòng)一邊知道自己所處的位置是非常重要的而且也是必須的。移動(dòng)機(jī)器人是用計(jì)算機(jī)控制來(lái)工作的。計(jì)算機(jī)對(duì)所有的信息進(jìn)行數(shù)字處理，移動(dòng)機(jī)器人的位置和姿態(tài)是用數(shù)字表示的。即在地面上建立二維坐標(biāo)系，將移動(dòng)機(jī)器人坐標(biāo)位置與方向用數(shù)值表示即可以了。機(jī)器人的移動(dòng)環(huán)境地圖可以描述在同一坐標(biāo)系中，從當(dāng)前的位置姿態(tài)來(lái)看立即就能明白移動(dòng)機(jī)器人在地圖上位于何處。

測(cè)程法：是移動(dòng)機(jī)器人推定當(dāng)前所處位置和姿態(tài)常用的方法，是對(duì)車體速度積分的方法。車體的速度是根據(jù)車輪單位時(shí)間轉(zhuǎn)過(guò)的角度求得的。因此，由單位時(shí)間內(nèi)車輪轉(zhuǎn)角的積分就可以計(jì)算出移動(dòng)機(jī)器人當(dāng)前所的位置和姿態(tài)。這些物理量當(dāng)然能夠有傳感器測(cè)得。

上述有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人位置和姿態(tài)推算的測(cè)和法是最基本的方法。可是，當(dāng)機(jī)器人車輪一旦產(chǎn)生滑移，如上所述方法中積分挖法就會(huì)產(chǎn)生誤差。行走距離越遠(yuǎn)產(chǎn)生的誤差就越大。

車輪的回轉(zhuǎn)角、角速度的測(cè)量方法

獨(dú)立二輪驅(qū)動(dòng)型移動(dòng)機(jī)器人的行進(jìn)方向速度V和回轉(zhuǎn)角速度ω可用公式計(jì)算出來(lái)。因此為用測(cè)程法計(jì)算行進(jìn)方向速度V和回去轉(zhuǎn)角速度ω，測(cè)量回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角的傳感器除上述提到的光電編碼器外，還有測(cè)速電機(jī)、電位計(jì)等等。

輪式移動(dòng)機(jī)器人的控制方法：

由與位移成比例的操縱機(jī)構(gòu)操縱的直線行走；

與位移、位移的時(shí)間微分成比例操縱方法的直線行走；

獨(dú)立二輪驅(qū)動(dòng)型移動(dòng)機(jī)器人的直線行走。

直線行走控制方法的總結(jié)：

其控制系統(tǒng)構(gòu)成要點(diǎn)如下：

a.測(cè)量偏離期望行走直線的θ和η過(guò)，以及移動(dòng)機(jī)器人的回轉(zhuǎn)角速度ω；

b.若為轉(zhuǎn)向操縱車輪型移動(dòng)機(jī)器人，用公式計(jì)算轉(zhuǎn)向角的目標(biāo)值。在該目標(biāo)值下控制轉(zhuǎn)向角。并以實(shí)現(xiàn)行進(jìn)速度目標(biāo)值σref進(jìn)行速度控制。

c.若為獨(dú)立二輪驅(qū)動(dòng)型移動(dòng)機(jī)器人，用公式計(jì)算機(jī)器人的目標(biāo)回轉(zhuǎn)角速度ωref。進(jìn)一步地，由行進(jìn)速度目標(biāo)值vref和ωref，用公式求得左右驅(qū)動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)角速度，控制左右驅(qū)動(dòng)輪的回轉(zhuǎn)角速度。

移動(dòng)機(jī)器人作為機(jī)器人系統(tǒng)中的一個(gè)重要的分支,近年來(lái)已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)熱點(diǎn)。開展機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的開發(fā)和研制工作,根據(jù)不同工環(huán)境的要求開發(fā)了多種多樣的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)點(diǎn),如高精度的定位性、原地自轉(zhuǎn)功能以及二維平面上的全方位移動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力,成為了機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)一種基于Mecanum輪系的四輪全方位移動(dòng)混聯(lián)式操作臂機(jī)器人,深入研究了全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性,并在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)構(gòu)的控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。首先從Mecanum輪的結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動(dòng)原理,分析由4個(gè)Mecanum輪組成的全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,建立了該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)Mecanum輪的運(yùn)動(dòng)原理,對(duì)輥?zhàn)拥妮喞螤钸M(jìn)行了研究,獲得輪廓的參數(shù)化方程,根據(jù)實(shí)際要求確定了全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)的主要參數(shù),完成了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在移動(dòng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,提出了一種新型基于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的串、并聯(lián)操作機(jī)械臂,該機(jī)械臂結(jié)合了串、并聯(lián)機(jī)器的優(yōu)點(diǎn),具有較大的抓取/自重比。建立了該機(jī)械臂的數(shù)學(xué)模型,對(duì)其進(jìn)行了正、反運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析,運(yùn)用SolidWorks對(duì)機(jī)械臂個(gè)部件進(jìn)行了3D詳細(xì)設(shè)計(jì),采用ADAMS軟件對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了所提方案的正確性合理性。最后就機(jī)器人的控制系統(tǒng)提出總體設(shè)計(jì)思想,討論了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇、調(diào)速以及驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)等,并且通過(guò)Matlab/SimuLink模塊完成電機(jī)以及PWM信號(hào)的仿真,為研發(fā)這種新型全方位移動(dòng)混聯(lián)式操作臂機(jī)器人提供了必要的基礎(chǔ)。研究的機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)靈活、穩(wěn)定、承載能力強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的全方位移動(dòng),應(yīng)用前景比較廣闊,可用于空間較為狹小的清掃、搬運(yùn)、裝配等工作。

5.在可適用于輪式移動(dòng)機(jī)器人的地面環(huán)境內(nèi)，有需要上下多級(jí)臺(tái)階的作業(yè)需要機(jī)器人完成，試分析論述給出輪式移動(dòng)機(jī)器人與雙足（或四足、六足）步行機(jī)器人聯(lián)合使用創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案和完成作業(yè)控制策略。

同輪式移動(dòng)機(jī)器人相比，四足、六足步行機(jī)器人具有步行穩(wěn)定、可跨越障礙、上下臺(tái)階等特點(diǎn)，在室內(nèi)、室外以及野外不平整地面都可等到穩(wěn)定步行和越障的行走效果。

它的優(yōu)點(diǎn)：第一，足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是一系列離散的足印，輪式和履帶式機(jī)器人的則是一條條連續(xù)的轍跡。崎嶇地形中往往含有巖石、泥土、沙子甚至峭壁和陡坡等障礙物，可以穩(wěn)定支撐機(jī)器人的連續(xù)路徑十分有限，這意味著輪式和履帶式機(jī)器人在這種地形中已經(jīng)不適用。而足式機(jī)器人對(duì)環(huán)境的破壞程度也較小。

第二，足式機(jī)器人的腿部具有多個(gè)自由度，例運(yùn)動(dòng)的靈活性大大增強(qiáng)。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)腿的長(zhǎng)度保持身體水平，也可能通過(guò)腿 的伸展程度調(diào)整重心的位置，因此，不易翻倒，穩(wěn)定性更高。

第三，足式機(jī)器人的身體與地面是分離的，這使機(jī)器人的身體可以平衡地運(yùn)動(dòng)而不必考慮

地面的粗糙程度和腿的旋轉(zhuǎn)位置。當(dāng)機(jī)器人需要攜帶科學(xué)儀器和工具工作時(shí)，首先將腿部固定，然后精確控制身體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)，就可以達(dá)到對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作的目的。

存在缺點(diǎn)：1）有些多足步行機(jī)器人體積和重量都很大。2）大多數(shù)多足步行機(jī)器人研究平臺(tái)的承載能力不強(qiáng)從而導(dǎo)致它們沒有能力承載視覺設(shè)備。3）步行敏捷性方面。其行走效率低，而且在機(jī)器人動(dòng)步態(tài)步行方面的研究比較缺乏。4）多足步行機(jī)器人的控制方法需要改進(jìn)。5）能源問題。尋求新型可靠的能源為機(jī)器人供電，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人時(shí)間在戶外行走的目標(biāo)。

未來(lái)多足步行機(jī)器人的研究方向有如下幾個(gè)方面：

1）足輪組合式步行機(jī)器人，2）仿生步行機(jī)器人。實(shí)際上這三種機(jī)器人都有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，可以互相擬補(bǔ)各自的不足，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以進(jìn)行聯(lián)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)以滿足多種工藝美術(shù)品環(huán)境下的實(shí)際需要，擴(kuò)大機(jī)器人作業(yè)范圍、作業(yè)類型。

設(shè)計(jì)的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)主要性能指標(biāo)要求如下：

①總體機(jī)構(gòu)尺寸；②自重；搭載重量；③峰值速度；正常速度m/s；④能爬越垂直高度，障礙，可爬越普通標(biāo)準(zhǔn)樓梯；⑤爬坡能力不小于。

小型輪式機(jī)器人為研究對(duì)象，結(jié)合當(dāng)前輪式機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，提出所需要的功能和需要滿足的性能和指標(biāo)，設(shè)計(jì)出小型輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。小型輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)可做為探測(cè)、偵查、以及防爆等作業(yè)的搭載平臺(tái)。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外輪式機(jī)器人的性能以及結(jié)構(gòu)的研究概況的調(diào)查分析，將國(guó)內(nèi)外幾種典型的輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的研究比較，總結(jié)并綜合了其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本文所研究的機(jī)器人的功能，提出小型四輪和六輪機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型。四輪機(jī)器人采用四輪驅(qū)動(dòng)、獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)。六輪機(jī)器人采用六輪驅(qū)動(dòng)、集中控制和前后輪升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

對(duì)兩種輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)模型在如斜坡、臺(tái)階等障礙的非結(jié)構(gòu)環(huán)境下進(jìn)行了越障和轉(zhuǎn)向等運(yùn)動(dòng)分析，在此前提下進(jìn)行輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，分別對(duì)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)在平地和斜坡模式下所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)結(jié)果對(duì)四輪機(jī)器人選用直流減速電機(jī)，對(duì)六

輪機(jī)器人選用了直流減速電機(jī)。根據(jù)電機(jī)和輪胎的尺寸對(duì)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行了包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鏈傳動(dòng)系統(tǒng)以及前后輪升降系統(tǒng)在內(nèi)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并使用建模軟件UG完成了對(duì)輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)零部件的三維參數(shù)化建模，繪出零件圖。

在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地中，對(duì)小型四輪機(jī)器人進(jìn)行了爬坡、爬樓梯、高臺(tái)地形下的實(shí)驗(yàn)，測(cè)得數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了四輪和六輪機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度、爬坡、爬樓梯的能力，能完成所提出的越障指標(biāo)及性能。