国创项目机械手文献综述

基于机器视觉的仿人三指放书机械手

文献综述

1、引言

随着科技的发展，机器人技术是未来科技的发展方向,尤其是仿人机器人。但是仿人机器人目前还只停留在实验室阶段，还无法成为一种大规模生产的产品为大家服务。特别是仿人五指灵巧手，还只是实现了摆出各种动作，而正常的握持物体仍存在困难[1]。基于此点，我们想设计制作一种多自由度仿人三指取书机械手，一取书动作简单，三指即可实现，而且图书重量并不大，拟实现仿人三指手的稳定握持；二实用性强，特别是此机械手可以帮助残疾人或手部不便利的老人取书架上的图书，制作成服务型机器人可投入量产服务大众。为此，我们搜集了近几年的文献资料，为该项目的设计提供可行的方案。

机械手是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。而仿人多指灵巧手是指模仿人类具有多个手指关节的可按照指令完成人手可以完成的动作的机械装置。在研究仿人多指灵巧手的时候，会涉及机械设计、机电控制、控制系统、测试系统、材料力学等多个领域多个学科。本文将从仿人多指灵巧手和机器视觉两个方面介绍当前的研究状况。

2、机械手研究发展概况

目前，在日本和欧美等发达国家的工厂和企业中，工业机械手已经被广泛地运用来代替工人完成各类简单和重复性的工作。这类工业机械手基本上是限定在特定的环境中完成单一的操作。对于一些在繁重、危险、恶劣、极限或一般的环境下需要人手才能完成的复杂作业而言，例如捏、夹、推、拉、按、剪、切、敲等，普通的工业机械手则显得无能为力。由于和人手一样带有五个手指和手掌及分布触觉机能的五指形灵巧手具有极强的功能和很高的通用性，它完全可以代替或帮助人类在各种场合下灵巧地完成各类复杂的作业。例如，机械制造、化工生产、核电维修、军事战备、医疗手术扥。因此，各发达国家的工厂正迫切地希望研制出高性能的通用型五指灵巧手来完成上述作业[2]。

据目前的资料，最早的多指形机械手出现于1962年[3]。当时美国制造出来一种类似多指形机械手的手爪，由于该手仅仅是装配有多指的手抓，不能完成灵巧操作，因此它并不能算真正意义上的多指形灵巧手。真正的多指灵巧手出现于1974年，当时日本研制出了名叫Okada的三指形机械手[4]。Okada三指形手是多指灵巧手研究的开端。

20世纪80年代以来，日本、欧洲、美国等都积极地开展了多指灵巧手机械手的研究和试验，已经有一些非常有代表性的多指灵巧手研制成功。比较著名的有1982年美国斯坦福大学Salisbury和Craig等研制的Stanford/JPL手[5]；1984年，美国MIT和犹太大学Jacobsen、Wood、Knutti等联合研制了Utah/MIT手[6]；1992年，Jau等研制了用于航空和航天的JPL 四指形灵巧手等。

我国开展多指灵巧手的研制工作始于20世纪80年代，北京航空航天大学和哈尔滨工业大学在这方面的研究具有代表性。北京航空航天大学和哈尔滨工业大学在这方面的研究具有代表性。北京航空航天大学机器人研究所于1993年研制成功了我国第一个三指机器人手—

—BUAA-Ⅰ手，后来又研制了改进型的BUAA-Ⅱ和BUAA-Ⅲ手[7]

。1998年，以BUAA-Ⅲ和PUMA560成功构建了臂手集成系统进行了相关集成性实验。2001年，研制成功了四指灵巧手——BUAA-4手[8]。该灵巧手具有4个模块化的手指，每个手指有4个自由度。

以上的三指或四指机械手都具有一定的灵活性，能够完成相对复杂的操作，但是还是存在一些问题。首先是驱动问题，由于它们大多都是通过较长的腱连接远距离放置的执行器驱动的，在支撑机械手的机器臂前进中，机械手会被长的腱缆拉动，接触到手臂时机器臂的运动就会受阻；而且由于腱缆的弹性，会导致关节转角控制不精准；还有，他们的机械结构过于复杂，难以维护。作为商业应用，这些手还存在一定的问题，所以都只能用于实验室进行各种研究。尽管如此，这些三指、四指形机械手的设计思想、机械结构及控制系统的研究对于五指形灵巧手具有很大的借鉴意义。 3、多指灵巧手抓取规划

3.1机器人运动学[9]

一个中心位于参考坐标系原点的坐标系由三个向量表示，通常这三个向量相互垂直，称为单位向量,,n o a ，分别表示法线（normal ）、指向（orientation ）和接近（approach ）向量（如图所示）。每一个单位向量都由它们所在参考坐标系的三个分量表示。这样，坐标系F 可以由三个向量以矩阵的形式表示为：

x x x y y y z z z n o a F n o a n o a ????=?

?????

图3.1 坐标系在参考坐标系原点的表示

如果一个坐标系不再固定参考坐标系的原点（实际上也可包括在原点的情况），那么该坐标系的原点相对于参考坐标系的位置也必须表示出来。为此，在该坐标系原点与参考坐标系原点之间做一个向量来表示该坐标系的位置（如图3.1所示）。这个向量由相对于参考坐标系的三个向量来表示。该坐标系就可以有三个表示方向的单位向量以及第四个位置向量来表示。

0001x x x x y y y y z z z z n o a p n o a p F n o a p ?????

?=??????

图3.2一个坐标系在另一个坐标系中的表示

3.2机器人静力学[9]

在静力学上我们使用雅可比矩阵(Jacobian matrix)来讨论机器人的速度和静力学。

数学上雅可比矩阵(Jacobian matrix)是一个多元函数的偏导矩阵。

假设有六个函数，每个函数有六个变量，即：

??

?????===),,,,,(),,,,,(),,,,,(65432166

6543212265432111x x x x x x f y x x x x x x f y x x x x x x f y 可写成：

Y ＝F(X)

将其微分，得：

????????

?????++??+??=??++??+??=??++??+??=66622

6116666222211

226612211111d d d d d d d d d d d d x x f x x f x x f y x x f x x f x x f y x x f x x f x x f y 也可简写成： X X F

Y d d ??=

上式中的(6×6)矩阵X F

??叫做雅可比矩阵(Jacobian matrix)

机器人的速度：对于n 个自由度的工业机器人，其关节变量可以用广义关节变量q 表示，q ＝[q1 q2 … qn]T ，当关节为转动关节时，qi ＝ i ，当关节为移动关节时，qi ＝di dq ＝[dq1 dq2 … dqn]T 反映了关节空间的微小运动。工业机器人手部在操作空间的运动参数用X 表示，它是关节变量的函数，即X ＝X(q)，并且是一个6维列矢量（因为表达空间刚体的运动需要6个参数，即三个沿坐标轴的独立移动和三个绕坐标轴的独立转动）。因此，dX ＝[dx dy dz x y z]T 反映了操作空间的微小运动，它由工业机器人手部微小线位移和微小角位移(微小转动)组成，d 和 没差别，因为在数学上，dx= x 。于是，写出类似的方程式，即：

dX ＝J(q)dq

对式左、右两边各除以dt ，得：

t t d d )(d d q

q J X

=

即

q

q J V )(= 式中： V ——工业机器人手部在操作空间中的广义速度，V =X

； q

——工业机器人关节在关节空间中的关节速度； J(q)——确定关节空间速度q

与操作空间速度V 之间关系的雅可比矩阵。 3.3机器人动力学

3.3.1机器人动力学两类问题

1 .动力学正问题——已知关节的驱动力矩，求工业机器人系统相应的运动参数（包括关节位移、速度和加速度）。也就是说，给出关节力矩向量 ，求工业机器人所产生的运动参

数 、θ 及θ

。 2 .动力学逆问题——已知运动轨迹点上的关节位移、速度和加速度，求出 所需要

的关节力矩。即给出 、θ 及θ

，求相应的关节力矩向量 。 可以使用拉格朗日方程：

i i i q L

q L t F ??-??= d d ， i ＝1，2，…，n

式中，Fi 称为关节i 的广义驱动力。如果是移动关节，则Fi 为驱动力；如果是转动关节，则Fi 为驱动力矩。

用拉格朗日法建立工业机器人动力学方程的步骤：

(1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量qi(i ＝1，2，…，n)

(2) 选定相应的关节上的广义力Fi ：当qi 是位移变量时，则Fi 为力；当qi 是角度变量时，则Fi 为力矩。

(3) 求出工业机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。

(4) 代入拉格朗日方程求得工业机器人系统的动力学方程。

3.3.2 关节的动力学模型

上节所提到的HIT 手是由4个完全相同的手指组成，大拇指与其他3个手指相对放置，每个手指有4个关节，通过微型直线驱动器进行驱动。HIT 手手指的每个主动关节有关节力矩传感器，用来感知该关节所受的力矩。根据这种方法可以得到关节的传递函数[10]。

设和分别为关节的期望轨迹向量和实际轨迹向量，其中：分别为关节的期望位置、速度和加速度；

分别为关节的实际位置、速度和加速度。如果定义误差向量为

则可以得到状态空间中的误差方程为

其中：

,

,,,

3.4 位置/力矩控制策略

3.4.1 轨迹插补

为了使灵巧手平滑地跟踪目标位置,根据控制周期,利用轨迹规划器对进

行插补，使所有轨迹点的位置、速度和加速度连续，插补周期T=50ms，将插补得到期望轨迹序列（）作为相应控制周期内关节的期望位置、速度和加速度。这种插补算法又

叫带有过渡域的插补算法[11].

3.4.2基于动力学模型的滑模位置控制[12]

滑模控制具有设计简单、鲁棒性强等优点，并且不需要精确的数学模型，因此本文基于滑模实现控制。滑模位置控制器的设计包括两个部分：选择切函数s(E),使系统的滑动模态渐进稳定并且具有期望的动态品质；求解控制函数uc(E),以满足滑模的存在条件和到达条件。

4、机械臂

4.1 人体手臂运动检测与建模

4.1.1 人的手臂主要关节及其运动自由度

人的手臂，医学上称之为上肢。上肢骨包括上肢带骨和自由上肢骨两大部分。前者有锁骨和肩胛骨，后者包括臂部的肱骨、前臂部并列的尺骨及手的8块腕骨、5块掌骨和14块指骨。所有这些骨骼都通过关节连接，并与连接骨骼的韧带、肌肉、肌腱、起保护作用的软组织和皮肤共同组成了完成的人体上肢[13]。

通过对人体的上肢各关节进行机构分析可得[14]：

4.1.2 手臂运动过程中的约束关系

人体的手臂的运动不是各个关节各自独立的，他们之间存在的一定关系，也正是这些约束关系的存在，才使人的手臂按照自然的方式运动。根据相关论文，人手臂的运动中存在的约束关系主要有[13,15-17]:

1)由于人体躯干以及手臂各部分的相互影响，使手臂关节运动在空间中不可能是任意

的，其都有一定的极限运动范围，此处称之为静态运动范围约束；

2）由前所述，肱挠关节的运送因手肱尺关节的约束，虽然其有两个自由度，但是与肱尺关节和挠尺关节自由度重合，这使肘关节具有两个自由度。

3）单个手指各段指骨的运动都为平面内运动。

4）人的手指，若想活动末关节，则必然要利用与其相邻的PIP关节，否则手指活动不自然。因此，在不施加外部约束的情况下，PIP关节与DIP关节旋转角度间具有线性化的约束关系；

5）在手指自然运动状态下，如果不是故意施加内力，中指一般很少做收展运动，因此可以认为中指的收展运动范围为0。

4.2 关节型机械臂

传统的机械臂都是将关节的驱动电机放在关节处，这样无论是设计、安装和控制都会相当简单，这类机械臂称为关节型机械臂。它最大程度的模拟人类手臂的构造，每一级电机转动的角度都是相对于上一级关节的角度，通过旋转矩阵可以轻松将其角度转为在空间中的绝对的角度，这对机械臂的控制来说算法并不复杂。但是，这种采用电机、齿轮减速器、关节轴三者直接相连接的关节型机械臂[18]，它的下一级电机往往都是上一级电机的额外负载，这降低了机械臂的传动效率。这是关节型机械臂的一个问题。

在一个关节型机械手的结构创新设计中[19],腕部设计成了3个自由度动作的结构，它是由3个回转关节组合而成，组合方式采用2台步进电机驱动，1台步进顶级DJ1通过同步齿形带轮带动一对圆锥齿轮实现手腕转动；另1台步进电机DJ2通过另一堆同步齿形带轮带动腕摆框实现腕摆运动，步进电机DJ3实现小臂的转动。其中，当腕摆框摆动而手转电动机不转时，联接手部的锥齿轮将会产生一个附加的手转运动，需要在控制上加以修正。4.3 钢丝传动机械臂

根据“最轻自身重量最大负载能力”原则[20],对机械臂机械结构所做的各种改进研究中[21-22]，最具有突出效果的是钢丝绳传动机构[23-24]。这其中比较著名的有广濑男等人研制的四足步行机器人TI-TAN-Ⅷ。

但是，在传动张力方面也存在一些不足之处，比如机构刚性不足、末端精度不高等问题。在这方面也有人对其进行了改进[25]。

5 机器视觉与图像采集的研究的现状

国外机器视觉发展的起点难以准确考证，其大致的发展历程是：在机器视觉发展的历程中，有3个明显的标志点，一是机器视觉最先的应用来自“机器人”的研制，也就是说，机器视觉首先是在机器人的研究中发展起来的；二是20世纪70年代CCD图像传感器的出现，CCD摄像机替代硅靶摄像是机器视觉发展历程中的一个重要转折点；三是20世纪80年代CPU、DSP等图像处理硬件技术的飞速进步，为机器视觉飞速发展提供了基础条件。

国内机器视觉发展的大致历程：中国正在成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，其中最主要的原因是中国已经成为全球的加工中心，许许多多先进生产线己经或正在迁移至中国，伴随这些先进生产线的迁移，许多具有国际先进水平的机器视觉系统也进入中国。对这些机器视觉系统的维护和提升而产生的市场需求也将国际机器视觉企业吸引而至，国内的机器视觉企业在与国际机器视觉企业的学习与竞争中不断成长。

5.1机器视觉与图像采集技术在各个领域的应用

视觉技术的最大优点是与被观测对象无接触,因此,对观测与被观测者都不会产生任何损伤,十分安全可靠,这是其它感觉方式无法比拟的. 理论上,人眼观察不到的范围机器视觉也可以观察,例如红外线、微波、超声波等,而机器视觉则可以利用这方面的传感器件形成红外线、

微波、超声波等图像. 另外,人无法长时间地观察对象,机器视觉则无时间限制,而且具有很高的分辨精度和速度. 所以,机器视觉应用领域十分广泛,可分为工业、科学研究、军事和民用4 大领域.

5.1.1工业领域

工业领域是机器视觉应用中比重最大的领域,按照功能又可以分成4 类:产品质量检测、产品分类、产品包装、机器人定位. 其应用行业包括印刷包装、汽车工业、半导体材料/ 元器件/ 连接器生产、药品/ 食品生产、烟草行业、纺织行业等.下面以纺织行业为例具体阐述机器视觉在工业领域的应用[26] .在纺织企业中,视觉检测是工业应用中质量控制的主要组成部分,用机器视觉代替人的视觉可以克服人工检测所造成的各种误差,大大提高检测精度和效率. 正是由于视觉系统的高效率和非接触性,机器视觉在纺织检测中的应用越来越广泛[27] ,在许多方面已取得了成效.机器视觉可用于检测与纺织材料表面,目前主要的研究内容可分为3 大类: 纤维、纱线、织物. 由于织物疵点检测(在线检测) 需要很高的计算速度,因此,设备费用比较昂贵. 目前国内在线检测的应用比较少,主要应用是离线检主要的检测有纺织布料识别与质量评定、织物表面绒毛鉴定、织物的反射特性、合成纱线横截面分析、纱线结构分析等. 此外还可用于织物组织设计、花型纹板、棉粒检测、分析纱线表面摩擦。

5.1.2 民用领域

机器视觉技术可用在智能交通、安全防范、文字识别、身份验证、医疗设备等方面. 在医学领域,机器视觉用于辅助医生进行医学影像的分析,主要利用数字图像处理技术、信息融合技术对x 射线透视图、核磁共振图像、CT 图像进行适当叠加,然后进行综合分析,以及对其它医学影像数据进行统计和分析。

5.1.3 科学研究领域

在科学研究领域可以利用机器视觉进行材料分析、生物分析、化学分析和生命科学,如血液细胞自动分类计数、染色体分析、癌症细胞识别等。

5.1.4 军事领域

视觉技术可用在航天、航空、兵器(敌我目标识别、跟踪) 及测绘. 在卫星遥感系统中,机器视觉技术被用于分析各种遥感图像,进行环境监测,根据地行、地貌的图像和图形特征,对地面目标进行自动识别、理解和分类等。

5.2 机器视觉关键技术的发展现状

机器视觉是一项综合技术,包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/ O 卡等) . 这些技术在机器视觉中是并列关系,相互协调应用才能构成一个完整的工业机器视觉应用系统. 机器视觉强调能够适应工业现场恶劣的环境、有合理的性价比、较强的通用性和可移植性,即实用性;它更强调高速度和高精度,即实时性.机器视觉应用系统中,用到很多技术,但关键技术主要体现在光源照明、光学镜头、摄像机(CCD) 、图像采集卡、图像信号处理以及执行机构等. 下面对这些关键技术的发展现状进行阐述.

5.2.1 光源照明

好的光源和照明是目前机器视觉应用系统成败的关键,应当具有以下特征: ①尽可能突出目标的特征,在物体需要检测的部分与非检测部分之间尽可能产生明显的区别,增加对比度;

②保证足够的亮度和稳定性; ③物体位置的变化不应影响成像的质量.光源按其照射方法可分为背向照明、前向照明、结构光照明和频闪光照明等. 背向照明是被测物放在光源和摄像机之间,其优点是能获得高对比度的图像;前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧,这种方式便于安装;结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上,根据它们所产生的畸变,解调出被测物的三维信息;频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上,摄像机拍摄要求与光

源同步,这样能有效地拍摄高速运动物体的图像[28] . 照明亮度、均匀度、发光的光谱特性要符合实际的要求,同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命.

其中,L ED 光源具有显色性好、光谱范围宽(可覆盖整个可见光范围) 、发光强度高、稳定时间长等优点,而且随着制造技术的成熟,其价格越来越低,必将在现代机器视觉领域得到越来越广泛的应用.

5.2.2 光学镜头

光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头,简称镜头,其功能就是光学成像. 镜头是系统中的重要组件,对成像质量有着关键性的作用,在组建机器视觉系统时,硬件设备要根据实际需要选择合适口径和焦距的镜头。

5.2.3 CCD 摄像机及图像采集卡

CCD(Charge coupled device) 摄像机及图像采集卡共同完成对目标图像的采集与数字化.目前,CCD、CMOS 等固体器件已经是成熟的应用技术. 线阵图像敏感器件,像元尺寸不断减小,阵列像元数量不断增加,像元电荷传输速率得到极大提高.所示为一种高性能线阵CCD 器件的参数从中可以看到,线阵器件像元数和数据的传输率大大提高,而且器件设计集成了新的功能,具有可编程能力,如增益调整、曝光时间选择、速率调节以及维护等.

在线阵器件性能提高的同时,高速面阵图像器件性能也在快速提高. 某种超高速面阵CCD 器件,允许的最大分辨率达1 280 ×1 024 像素,最大帧率1MHz ,可采集4 帧图像,且像素灵敏度达12 bit s[8 ] .在基于PC 机的机器视觉系统中,图像采集卡是控制摄像机拍照完成图像采集与数字化,协调整个系统的重要设备. 一般具有以下功能模块: ①图像信号的接收A/ D 转换模块,负责图像放大与数字化; ②摄像机控制输入输出接口,主要负责协调摄像机进行同步或实现异步重置拍照、定时拍照; ③总线接口,负责通过计算机内部总线高速输出数字数据,一般是PCI 接口,传输速率可达130Mbp s ,完全能胜任高精度图像的实时传输,且占用较少CPU 时间; ④显示模块,负责高质量的图像实时显示; ⑤通讯接口,负责通讯.目前,图像采集卡种类很多,按照不同的分类方法,有黑白图像和彩色图像采集卡,有模拟信号和数字信号采集卡,有复合信号和RGB 分量信号输入采集卡. 在选择图像采集卡时,主要应考虑到系统的功能需求、图像的采集精度和与摄像机输出信号的匹配等因素.

5. 3 图像信号处理

图像信号的处理是机器视觉系统的核心. 视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法,它包括图像变换、数据编码压缩、图像增强复原、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容. 随着计算机技术、微电子技术以及大规模集成电路的发展,为了提高系统的实时性,图像处理的很多工作都可以借助硬件完成,如DSP芯片、专用图像信号处理卡等,软件主要完成算法中非常复杂、不太成熟或尚需不断探索和改进的部分.处理时间上,要求处理速度必须大于等于采集速度,才能保证目标图像无遗漏,完成实时处理.

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机械手毕业设计文献综述

吉林化工学院 文献综述 300X200X120°物料机械手的设计 300X200X120°Material mechanical arm design 性质: 毕业设计□毕业论文 机电工程学院 教学 院： 机械电子工程系 系 别： 11410209 学生学 号： 吉国光 学生姓 名： 专业班 机自1102 级： 王集思 指导教 师： 实验师 职 称： 起止日 2015.3.1～2015.3.28 期： 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

摘要：在工业生产中，为了提高劳动生产率和自动化程度，工业机械手被广泛应用。工业机械手可以用于机床间传送工件；各类有自动夹紧、进刀、退刀和松开的功能半自动车床，上下料操作；还可以用于对人体有害的工作环境。它具有对环境适应性强、持久耐劳、动作准确、通用性好、灵活性好等优点。而工业机械手技术的高低更是一个国家工业发展水平的标志。工业机械手的设计能较鲜明地体现机电一体化的设计构思。所谓机电一体化技术，是机械工程技术吸收微电子技术、信息处理技术、传感技术等而形成的一种新的综合集成技术。工业机械手的设计更是对所学知识的综合运用。 本设计对程控通用机械手进行了较为详细的设计计算。分手部、手腕、手臂、液压驱动系统和电器控制系统五部分，每部分都对各部分的结构进行了较为详细的设计计算，根据要求及相关标准进行了部件材料和器件的选择。 关键词:机械手；手部；手腕；手臂 引言： 在当前的物料搬运设备中，可分为对大型物件和对小型物件。这两者的搬运设备选择主要针对搬运设备能提起的重量。对于小型物件而言，又可分为不易损坏和易损坏两个类型。在之前的生产搬运过程中，传统的搬运设备往往不能满足易损坏物品的要求。因为易损坏的物品对搬运设备的力度、精度、轨迹有着严格的控制，所以企业往往采用人工搬运的方式。人工搬运虽然可以满足易损坏物件的安全，但是这种搬运方式往往效率低，费用高。这阻碍企业实现自动化和提高自身竞争力。但随着20世纪50年代一种类似于人手的机械手的兴起，给这种易损坏物品在搬运方式上带来全新的改变。机械手的灵活多变，精确度高深受企业的喜爱。机械手现在应用领域正在不断扩大，在海洋开发和宇宙探测有着十分出彩的变现。应该说，机械手正改变着传统的搬运方式。机械手是近年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，其中物料抓取机械手就是较为典型的一种机械手。要让机器人像人一样抓取东西，最简单的基本条件是要有一套类似手指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构—执行机构。在物流快递搬运过程中，由于货物尺寸变化较大，需要机械手能够适应不同物体的抓取需要，调整机械手的抓取运动幅度，基于此本文设计了一种多自由度机械手，满足不同货物的抓取需要。 1.机械手的研究现状

(完整版)工业机器人文献综述

工业机器人文献综述 生产力在不断进步，推动养科技的进步与革新，以建立更加合理 的生产关系。自工业革命以来，人力劳动己经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并己经成为时代的主旋律。 1.工业机器人的发展： 1.1 机器人概念的诞生 机器人技术一词虽然出现的较晚，但这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，有不少科学家和杰出工匠都曾制造出具有人类特点或具有动物特征的机器人雏形。我国西周时期的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文章记录，此外春秋后期鲁班制造过一只木鸟，能在空中飞行，体现了我国劳动人民的智慧。机器人一词由捷克作家--卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首次提出，剧中描述了一机器奴仆Robot。此次Robot被沿用下来，中文译成机器人。1942年美国科幻作家埃萨克.阿西莫夫在他的科幻小说《我.机器人》中提出了“机器人三大定律”，这三大定律后来成为学术界默认的研发原则。现代机器人出现于20世纪中期，当计算机技术出现，电子技术的进步，数控机床的出现及与机器人相关的控制技术和零件加工技术的成熟，为现代机器人的发展打下了基础。 1.2 国内机器人的发展史 在我国目前采用工业机器人的行业主要有汽车行业、摩托车、电 器、工程机械、石油化工等行业。我国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，对于工业机器人的需求量在逐年增加，从而吸引了大批工业机器人的制造商，加快了我国工业机器人技术的发展第一阶段是20世纪80年代，我国为t跟踪国际机器人技术的道路，当时以原机械工业部为主，航天工业部等部门联合组织国内的相关研究单位开展了工业机器人的研究，先后推出了弧焊、点焊、喷漆等多种工业机器人。直到90年代，通过国家863计划等的K77，我国具备t独!)设计不}}生产工业机器人的能力，培养了一批高水平的研究生产队伍进入21世纪，中国的工业机器人发展进入t一个崭新的阶段，其中最大的特点是以企业为主体，以市场为导向、赢利为目标的机器人产业开发群体止在形成。尽管国外大的工业机器人公司为了占领中国不断扩大的市场，加大了其在中国的经销力度，但是中国的机器人企业以自己独有的市场信息优势、售前售后的服}}c势、针对中国企业的工艺特点的专门化设计优势努力争取自己的市场地位随养全球经济的一体化发展，世界制造中心向中国转移的趋势，中国工业机器人的产业会快速的发展起来，特别重要的是研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂，实现真止的产业化。 经过20多年的探索，我国的工业机器人自动化技术取得t长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有不小的差距;机器人应用工程起步也较晚，应用领域窄，生产线系统技术落后随养我国制造业-尤其是汽车行业的发展，对工业机器人的需求日益增长，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量。尤其是基础零部件和元器件生产和制造、机器人可靠性以及成木等问题，都存在很多问题。尤其在大负载工业机器人方而，不仅产品长期大量依靠从国外引进，在维护、更新改造方而对国外的依赖也相当严重。 1.3国内外工业机器人的发展方向

机械手文献综述

毕业设计（论文） 文献综述 设计（论文）题目：4自由度气动机械手设计 学院名称：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：卢锋学号：07403010309 指导教师：杨超珍 2010年12 月24 日

机械手的发展及应用 前言 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。 1.机械手的组成 1.1 执行机构 机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。其组成及相互关系如下图： （1）手部 手部安装在手臂的前端。手臂的内孔装有转动轴，可把动作传给手腕，以转动、伸屈手腕，开闭手指。 机械手手部的机构系模仿人的手指，分为无关节，固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指和四指等，其中以二指用的最多。可以根据夹持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作需要。

（2）手臂 手臂有无关节和有关节手臂之分本课所做的机械手的手臂采用无关节臂手臂的作用是引导手指准确的抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确的工作，手臂的三个自由度都需要精确的定位。 总括机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此，它采用的执行机构主要是直线油缸、摆动油缸、电液脉冲马达、伺服油马达、直流伺服马达和步进马达等。 躯干是安装手臂、动力源和执行机构的支架。 1.2 驱动机构 驱动机构主要有四种：液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以液压气动用的最多，占90%以上，电动、机械驱动用的较少。 液压驱动主要是通过油缸、阀、油泵和油箱等实现传动。它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小、出力大、运动平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置停止。缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。 气压驱动所采用的元件为气压缸、气压马达、气阀等。一般采用4-6 个大气压，个别的达到 8-10 个大气压。它的优点是气源方便，维护简单，成本低。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。 电气驱动采用的不多。现在都用三相感应电动机作为动力，用大减速比减速器来驱动执行机构；直线运动则用电动机带动丝杠螺母机构；有的采用直线电动机。通用机械手则考虑用步进电机、直流或交流的伺服电机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护，使用方便。驱动机构和控制系统可以采用统一形式的动力，出力比较大；缺点是控制响应速度比较慢。机械驱动只用于固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，速度高，成本低；缺点是不易调整。 1.3 控制系统 机械手控制系统的要素，包括工作顺序、到达位置、动作时间和加速度等。 控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作。随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。

机器视觉技术发展现状文献综述

机器视觉技术发展现状 人类认识外界信息的80%来自于视觉，而机器视觉就是用机器代替人眼来做 测量和判断，机器视觉的最终目标就是使计算机像人一样，通过视觉观察和理解 世界，具有自主适应环境的能力。作为一个新兴学科，同时也是一个交叉学科，取“信息”的人工智能系统，其特点是可提高生产的柔性和自动化程度。目前机器视觉技术已经在很多工业制造领域得到了应用，并逐渐进入我们的日常生活。 机器视觉是通过对相关的理论和技术进行研究，从而建立由图像或多维数据中获机器视觉简介 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉主要利用计算机来模拟人的视觉功能，再现于人类视觉有关的某些智能行为，从客观事物的图像中提取信息进行处理，并加以理解，最终用于实际检测和控制。机器视觉是一项综合技术，其包括数字处理、机械工程技术、控制、光源照明技术、光学成像、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术和人机接口技术等，这些技术相互协调才能构成一个完整的工业机器视觉系统[1]。 机器视觉强调实用性，要能适应工业现场恶劣的环境，并要有合理的性价比、通用的通讯接口、较高的容错能力和安全性、较强的通用性和可移植性。其更强调的是实时性，要求高速度和高精度，且具有非接触性、实时性、自动化和智能 高等优点，有着广泛的应用前景[1]。 一个典型的工业机器人视觉应用系统包括光源、光学成像系统、图像捕捉系统、图像采集与数字化模块、智能图像处理与决策模块以及控制执行模块。通过 CCD或CMOS摄像机将被测目标转换为图像信号，然后通过A/D转换成数字信号传送给专用的图像处理系统，并根据像素分布、亮度和颜色等信息，将其转换成数字化信息。图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、 数量、位置和长度等，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作[1]。 机器视觉一般都包括下面四个过程：

机械类英文参考文献

Int J Interact Des Manuf(2011)5:103–117 DOI10.1007/s12008-011-0119-7 ORIGINAL PAPER Benchmarking of virtual reality performance in mechanics education Maura Mengoni·Michele Germani· Margherita Peruzzini Received:27April2011/Accepted:29April2011/Published online:27May2011 ?Springer-Verlag2011 Abstract The paper explores the potentialities of virtual reality(VR)to improve the learning process of mechanical product design.It is focused on the definition of a proper experimental VR-based set-up whose performance matches mechanical design learning purposes,such as assemblability and tolerances prescription.The method consists of two main activities:VR technologies benchmarking based on sensory feedback and evaluation of how VR tools impact on learning curves.In order to quantify the performance of the technol-ogy,an experimental protocol is de?ned and an testing plan is set.Evaluation parameters are divided into performance and usability metrics to distinguish between the cognitive and technical aspects of the learning process.The experi-mental VR-based set up is tested on students in mechanical engineering through the application of the protocol. Keywords Mechanical product design·Virtual reality·Experimental protocol·Learning curve· Mechanics education 1Introduction Modern society is dominated by continuous scienti?c and technical developments.Specialization has become one of the most important enablers for industrial improvement.As a result,nowadays education is more and more job-oriented and technical education is assuming greater importance.In this context both university and industry are collaborating to create high professional competencies.The?rst disseminates M.Mengoni(B)·M.Germani·M.Peruzzini Department of Mechanical Engineering, Polytechnic University of Marche, Via Brecce Bianche,60131Ancona,Italy e-mail:m.mengoni@univpm.it knowledge and innovative methods while the second pro-vides a practical background for general principles training. The main problem deals with the effort and time required to improve technical learning,while market competitiveness forces companies to demand young and high-quali?ed engi-neers in short time.Therefore,the entire educational process needs to be fast and ef?cient.Novel information technolo-gies(IT)and emerging virtual reality(VR)systems provide a possible answer to the above-mentioned questions.Some of the most important issues,in mechanical design?eld,are the investigation of such technologies potentialities and the evaluation of achievable bene?ts in terms of product design learning effectiveness and quality.While IT has been deeply explored in distance education,i.e.e-learning,VR still rep-resents a novelty. VR refers to an immersive environment that allows pow-erful visualization and direct manipulation of virtual objects. It is widely used for several engineering applications as it provides novel human computer interfaces to interact with digital mock-ups.The close connection between industry and education represents the starting point of this research. Instead of traditional teaching methods,virtual technolo-gies can simultaneously stimulate the senses of vision by providing stereoscopic imaging views and complex spatial effects,of touch,hearing and motion by respectively adopt-ing haptic,sound and motion devices.These can improve the learning process in respect with traditional teaching meth-ods and tools.The observation of students interpreting two-dimensional drawings highlighted several dif?culties:the impact evaluation of geometric and dimensional tolerances chains,the detection of functional and assembly errors,the recognition of right design solutions and the choice of the proper manufacturing operations.These limitations force tutors to seek for innovative technologies able to improve students’perception.

分选机械手文献综述

本科生毕业设计(论文)文献综述 设计(论文)题目基于PLC的物料分选机械手设计 作者所在系别xxx 作者所在专业xxx 作者所在班级xxx 作者姓名xxx 作者学号xxx 指导教师姓名xxx 指导教师职称xxx 完成时间2012 年02 月 北华航天工业学院教务处制

说明 1．根据学校《毕业设计(论文)工作暂行规定》，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 2．文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。 3．文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。 5．文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。

毕业设计（论文）文献 摘要 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用电磁吸盘和PLC控制的设计方案。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用电机驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。 关键词:机械手PLC 物料分拣。 The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC Abstract In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven the system was controlled by PLC. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used electric-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Key words: manipulator PLC sorting materials

机械手文献综述

燕山大学 本科毕业设计（论文）文献综述 课题名称：顺序动作机械手 学院（系）：机械工程学院 年级专业：机电控制 学生姓名：杨忠合 指导教师：郑晓军 完成日期： 2014.03.25

一、课题国内外现状 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 二、研究主要成果 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 搬运机械手仿真设计和制作，机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的气缸来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的进退运动，并利用ADAMS 软件对搬运机械手进行建模，对其进行运动学及动力学仿真，

机械手设计英文参考文献原文翻译

机械手设计英文参考文 献原文翻译 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

翻译人：王墨墨山东科技大学 文献题目：Automated Calibration of Robot Coordinates for Reconfigurable Assembly Systems 翻译正文如下： 针对可重构装配系统的机器人协调性的自动校准 T.艾利，Y.米达，H.菊地，M.雪松 日本东京大学，机械研究院，精密工程部 摘要 为了实现流水工作线更高的可重构性，以必要设备如机器人的快速插入插出为研究目的。当一种新的设备被装配到流水工作线时，应使其具备校准系统。该研究使用两台电荷耦合摄像机，基于直接线性变换法，致力于研究一种相对位置/相对方位的自动化校准系统。摄像机被随机放置，然后对每一个机械手执行一组动作。通过摄像机检测机械手动作，就能捕捉到两台机器人的相对位置。最佳的结果精度为均方根值毫米。 关键词： 装配，校准，机器人 1 介绍 21世纪新的制造系统需要具备新的生产能力，如可重用性，可拓展性，敏捷性以及可重构性 [1]。系统配置的低成本转变，能够使系统应对可预见的以及不可预见的市场波动。关于组装系统，许多研究者提出了分散的方法来实现可重构性[2][3]。他们中的大多数都是基于主体的系统，主体逐一协同以建立一种新的

配置。然而，协同只是目的的一部分。在现实生产系统中，例如工作空间这类物理问题应当被有效解决。 为了实现更高的可重构性，一些研究人员不顾昂贵的造价，开发出了特殊的均匀单元[4][5][6]。作者为装配单元提出了一种自律分散型机器人系统，包含多样化的传统设备[7][8]。该系统可以从一个系统添加/删除装配设备，亦或是添加/删除装配设备到另一个系统；它通过协同作用，合理地解决了工作空间的冲突问题。我们可以把该功能称为“插入与生产”。 表1：合作所需的调节和量度 在重构过程中，校准的装配机器人是非常重要的。这是因为，需要用它们来测量相关主体的特征，以便在物理主体之间建立良好的协作关系。这一调整必须要达到表1中所列到的多种标准要求。受力单元和方向的调整是不可避免的，以便使良好的协同控制得以实现。从几何标准上看，位置校准是最基本的部分。一般来说，校准被理解为“绝对”，即，关于特定的领域框架；或者“相对”，即，关于另一个机器人的基本框架。后者被称为“机器人之间的校准”。 个体机器人的校准已被广泛研究过了。例如，运动参数的识别就非常受欢迎。然而，很少有对机器人之间校准的研究。玉木等人是用一种基于标记的方法，在一个可重构的装配单元内，校准机器人桌子和移动机械手之间的相互位置/方向联系。波尼兹和夏发表了一种校准方法。该方法通过两个机械手的机械接触来实现，实验非常耗时，并要求特别小心地操作。

机械设计文献综述最终版

1课题的背景和意义 扫描式三维形貌检测系统即为三坐标测量机，是经过40多年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，有着非常广泛的用途。 20世纪60年代以来，工业生产有了很大的发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业兴起后，各种复杂零件的研制和生产需要先进的检测技术与仪器，因而体现三维测量技术的三坐标测量机应运而生，并迅速发展和日趋完善。作为近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器，三坐标测量机已广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于划线、定中心孔、光刻集成线路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，故有“测量中心”之称。 三坐标测量机主要由四大部分组成：主机机械系统（X、Y、Z三轴或其它）、测头系统、电气控制硬件系统、数据处理软件系统（测量软件）。 三坐标测量机的出现是标志计量仪器从古典的手动方式向现代化自动测试技术过渡的一个里程碑。三坐标测量机在下述方而对三维测量技术有重要作用: （1）解决了复杂形状表面轮廓尺寸的测量，例如箱体零件的孔径与孔位、叶片与齿轮、汽车与飞机等的外廓尺寸检测； （2）提高了三维测量的精度，目前高精度的坐标测量机的单轴精度，每米长度内可达1μm以内，三维空间精度可达1μm一2μm。对于车间检测用的三坐标测量机，每米测量精度单轴也可达3μm一4μm； （3）由于三坐标测量机可与数控机床和加工中心配套组成生产加工线或柔性制造系统，从而促进了自动化生产线的发展； （4）随着三坐标测量机的精度不断提高，自动化程度不断发展，促进了三维测量技术的进步，大大地提高了测量效率。尤其是电子计算机的引入，不但便于数据处理，而且可以完成CNC的控制功能，可缩短测量时间达95%以上。 2本课题相关技术的国内外发展概况 2.1三坐标测量机的发展历程 三坐标测量机是集机械、光学、控制技术、计算机技术为一体的大型的精密测量仪器，由于它的通用性强，测量范围大、精度高、效率高、性能好，因此自1959年

文献综述

一．前言部分： 1.前言 随着科学与技术的发展, 机械手的应用领域也不断扩大.目前, 机械手不仅应 用于传统制造业如采矿,冶金,石油,化学,船舶等领域,同时也已开始扩大到核能,航空,航天,医药,生化等高科技领域以及家庭清洁,医疗康复等服务业领域中.如,水下机器人,抛光机器人,打毛刺机器人,擦玻璃机器人,高压线作业机器人,服装裁剪机器人,制衣机器人,管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人,作战机器人,侦察机器人,哨兵机器人,排雷机器人,布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用于各行各业.而且,随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩,未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活,其市场将繁荣兴旺。 2.相关概念 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。 二．主题部分： 1.历史 它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。 机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美

电气专业论文文献综述

沧州师学院 专业外语阅读文献综述 学院机械与电气工程学院 姓名昊 学号1414216125 专业电气工程及其自动化 班级2014级1班 2017 年 1 月

PLC技术简介与应用 摘要:随着电子计算机技术的不断发展，PLC 技术在电气化自动控制制造与研发领域中的应用变得越来越广泛，发挥着不可替代的作用。PLC 技术在电气设备自动化控制中的应用是以微软的处理器作为基础，结合了现在的计算机技术，自动控制技术，现代通讯技术等的优势，极大的扩充了 PLC 技术在电气设备自动化控制应用中的适用领域，有很强的实效性。PLC 技术有着高灵活性、高可靠性、便捷性，和工业机器人、CAD/CAM 并称现代自动化工业的三大顶梁柱。本文介绍何为 PLC 技术，PLC 技术在电气设备自动化控制中的优势与应用，希望能有一定的借鉴作用。 关键词:PLC 技术；电气设备；自动化控制 一.PLC 技术的概念 PLC 是英语可编程控制器 Programmable logic Controller 的缩写，以微处理器为依托，结合通信，计算机，互联网和自动控制技术开发而成的工业上的控制装置。 PLC 技术起源于 20 世纪 70 年代，被成功的运用于汽车工业中。随着 PLC 技术运算，处理速度，控制各种功能的进步与商业化，它在电气设备自动化中的应用领域也变得越来越广泛，形成了仪表-电器-计算机控制的一体化模式。 PLC 技术在产品中的应用与生产，是以 DCS 集散控制系统和 FCS 总线控制系统作为主要的控制形式。 PLC 技术在将来的发展中，将不仅仅是作为一个基础系统，而是一种全分布式，开放式的控制系统。 二.PLC的结构 P L C 技术的本质是应用于工业控制的计算机技术，因此，它的硬件结构组成同大多数计算机结构是基本一致的，都包括有:电源、C P U( 中央处理器)、存储器、功能模块、通信模块、输入/ 输出接口电路等等。 三.PLC的工作原理概述 第一个步骤，输入采样。在这个步骤当中，可编程控制器读取采样数据主要通过扫描的方式，然后利用输入I/O输出映像区中所对应的单元对这些数据进行存储。在数据采样被输入之后，继续执行输出刷新操作对转入用户程序。 第二个步骤，程序执行。在用户程序执行的过程中，可编程控制器对用户程序进行扫描的执行顺序总是自上而下，在扫描的过程中，其运算按照固定的顺序和路线进行，其中，扫描顺序也是由左至右，由上至下，而扫描线路则是由用户程序的各个触电构成。 第三个步骤，系统输出刷新。在这一阶段所要完成的操作是可编程控制器在

PLC机械手控制系统文献综述(包括外文翻译)

基于PLC的机械手控制系统 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一(张志献，2002)。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的牛产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故(杨永清等，2008)。 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义。 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术也越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。 目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有

机械类文献综述

文献综述 齿轮作为传递运动和动力的基础元件，在工业发展的历程中，发挥了十分重要的作用。它在机械传动中的地位是其它元件一直都无法替代的。随着现代科学技术的发展，齿轮技术有了很大的进步，它的方方面面都在产生着巨大的变化。例如，在设计上，基于动态弹性啮合理论的齿轮动态设计将取代基于刚性力学的静态设计；在加工上，齿轮加工机床及刀具的原始精度正在不断地提高；在检测上，齿轮测量技术正朝着高效率、高精度、多功能和智能化的方向发展；等等。 齿轮以其形状复杂而著称于世，其各项误差的检验项目种类繁多，并且技术上难度较大，是近一个世纪以来工程界最为关注的一项课题。我国精密测量技术和仪器的现状仍然远远不能满足国内机械装备制造业迅速发展的需求，尤其是在先进测量技术和仪器的基础理论研究、共性关键技术的开发方面与国外的差距越来越大。因此，齿轮测量的发展尤其是复杂齿轮测量的发展必然受到很大的限制。随着我国经济、技术与世界接轨，测量检测行业受到国外先进技术的冲击，其竞争能力也就必须加强。 目前国外发展了一些齿轮测量智能化仪器，但其价格昂贵，使用维修的技术性很强，所以大多企业还是沿用传统的齿轮测量仪器或通用仪器进行齿轮测量。这些仪器的电气控制及数据处理部分可靠性差、故障频繁，直接影响齿轮生产和新产品开发。为了缓解这种高新科技与落后环境的矛盾，低成本地提高我国几何量检测的智能化程度，用微机技术对该仪器升级改造、实现检测系统智能化很有必要。

研究真正反映齿轮三维几何空间形状和制造误差组成因素的齿轮整体检测方法在我国具有积极的现实意义，特别是研究用检测简便、精确、迅速的测量方法改造现有测量机更为突出。 20世纪80年代以前，齿轮测量原理主要以比较测量为主，其实质是相对测量。具体方式有两种：一是将被测齿轮与一个标准齿轮进行实物比较，从而得到各项误差；二是展成测量法，就是将仪器的运动机构形成的标准特征线与被测齿轮的实际特征线作比较，确定相应误差。而精确的展成运动是借助一些精密机构来实现的，不同的特征线需要不同的展成机构。比较测量的主要缺点是：测量精度依赖于标准件或展成机构的精度，机械结构复杂，柔性差，同一个齿轮需要多台仪器测量。对于齿廓误差测量而言，展成式测量技术仅限于渐开线齿廓误差测量上。对于非渐开线齿轮的端面齿廓测量，采用展成法测量是十分困难得，因为展成机构太复杂并且缺乏通用性。 多年来，国内外诸多学者在大型齿轮测量领域进行了广泛的研究，丰富了大型齿轮测量方面的理论和方法。在检测仪器方面，各国均开发了由计算机控制的齿轮量仪，其机构大量应用新技术和新元件，如计算机数控技术运用于控制、驱动、数据处理等；光栅、同步感应器、容栅、磁栅、电感测微技术、电容测微技术、激光测量技术等用于位移测量，不断提高齿轮测量精度。总的发展趋势为：1)测量软件功能的增强和扩展，由于大齿轮的结构复杂大、重量重等原因，这就要促使其必须实现自动化的要求，即机电一体化的趋势。用计算机进行控制，用软件进行复杂的数据处理，也就大大提高了效率。2)

文献综述三自由度机械手结构设计

文献综述 我国机械手的研究现状和发展趋势机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。本文参阅了大量的国内外期刊杂志，论述了机械手的组成和分类，同时对国内外机械手的研究现状和发展趋势做了一定的了解。对应用机械手的工业机器人市场四大家族竞争分析。另外，本文还对机械手的常见驱动方式做了一番分析，并预测了机械手的发展趋势。 1.机械手的研究现状 1.1. 概述及现状 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手主要由手部和运动机构组

成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。由度是机械手设计的关键参数。由度自自越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 1.2 机械手技术发展现象概述 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性(王希敏，1992)。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。(王承义，1995)机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一个回