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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)翻譯） 第 10 頁(yè)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機(jī)械系
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
武迪
學(xué)號(hào)
080105505
指導(dǎo)教師
楊漢嵩
2012年 03 月 10 日 綜合性應(yīng)急機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式
M.M. Svinina,*, K. Yamadab, K. Uedab
無(wú)機(jī)仿生控制研究中心，理化學(xué)研究所，森山區(qū)，名古屋463-0003，日本
機(jī)械工程，神戶大學(xué)，納達(dá)區(qū)，神戶657-8501，日本
2001年5月7日，2001年9月17日
本文研究的是穩(wěn)定的步態(tài)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的出現(xiàn)。一個(gè)分類器的系統(tǒng)，正在加強(qiáng)實(shí)施學(xué)習(xí)計(jì)劃，步態(tài)機(jī)器人是用于八條腿感官機(jī)器人的電機(jī)控制合成。機(jī)器人沒(méi)有對(duì)環(huán)境的先驗(yàn)知識(shí)和自己的內(nèi)部模型。這僅僅是個(gè)假設(shè)，機(jī)器人能夠獲得通過(guò)學(xué)習(xí)如何達(dá)到目標(biāo)區(qū)域的穩(wěn)定步態(tài)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中的控制系統(tǒng)是由鋼筋信號(hào)自組織。到達(dá)目標(biāo)區(qū)域。德納一個(gè)全球性的獎(jiǎng)勵(lì)，提出議案得到當(dāng)?shù)氐莫?jiǎng)勵(lì)，而退一步失敗的話卻得到當(dāng)?shù)靥幜P。隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)展，在分類器系統(tǒng)的操作規(guī)則的數(shù)量穩(wěn)定在一定水平，相應(yīng)的步態(tài)模式。根據(jù)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試所提出的自組織系統(tǒng)的可行性。最小的模擬模型不需要構(gòu)造復(fù)雜的計(jì)算方案只用于模擬。仿真數(shù)據(jù)，被下載到真正的機(jī)器人控制系統(tǒng)，來(lái)發(fā)展最小的機(jī)器人模型。總體而言，10個(gè)模擬數(shù)據(jù)成功
運(yùn)行了7個(gè)真正的機(jī)器人。?Elsevier科學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。
1. 分類器系統(tǒng)
我們的方法是用機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行建模,由一個(gè)分類器系統(tǒng)輸出控制命令回應(yīng)一個(gè)感官輸入。在分類器系統(tǒng)中，實(shí)際觀測(cè)空間和行動(dòng)傳感器操作規(guī)則確定的狀態(tài)空間映射到確定的行為。
該傳感器狀態(tài)空間的發(fā)展，作為學(xué)習(xí)進(jìn)步,其結(jié)構(gòu)是自組織(圖2)。分類器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似于威爾遜提出的最基本的一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[28]。本質(zhì)上的區(qū)別在于建立它的連續(xù)狀態(tài)與動(dòng)作空間。
1.1運(yùn)動(dòng)規(guī)則
讓ns作為傳感器的數(shù)量和x={ x1，…，xn }T作為機(jī)器人的感官輸入。應(yīng)該系統(tǒng)是一套操作準(zhǔn)則，R. 準(zhǔn)則r∈R定義如下:r;=
, V={ v1，…， vns }T是狀態(tài)向量與記憶的準(zhǔn)則，W={w1,…, wns}T是權(quán)重向量，u是準(zhǔn)則的效用，a是準(zhǔn)則r相應(yīng)的操作活動(dòng)。實(shí)用u實(shí)在學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)實(shí)數(shù)表示的相對(duì)值。它沒(méi)有任何直接的物理意義，并只可能與相關(guān)準(zhǔn)則的力量和內(nèi)部能量相聯(lián)系。該實(shí)用程序可能具有生物學(xué)意義，因?yàn)樗菑臏?zhǔn)則的父繼承和稍后的進(jìn)化過(guò)程中改變的。
在某種意義上，如果V匹配當(dāng)前的感管輸入X，準(zhǔn)則r變得活躍,能激發(fā)其作用。權(quán)重向量W是用來(lái)比較V和X的。wi∈[0,1]是荷蘭的‘不在意’符號(hào)的連續(xù)模擬。當(dāng)wi接近于零是，第i個(gè)傳感器測(cè)量就不那么重要了。其中W=0是所謂的無(wú)限期準(zhǔn)則。在目前的狀態(tài)X下無(wú)論任何地方的機(jī)器人都可以被激活。所有其他的準(zhǔn)則都是明確的。他們可以被附近的V激活，使用重量W定義在其附近。準(zhǔn)則的特異性：作為衡量明確的準(zhǔn)則。其中λ是時(shí)間依賴的尺度參數(shù)。當(dāng)λ接近1時(shí)，準(zhǔn)則規(guī)定的行為會(huì)有更多的反應(yīng)。另一方面，隨著λ越接近0，行為便變得更加積極主動(dòng)（即會(huì)有更多不受限制地在探索環(huán)境的方式）。
其實(shí)，在我們的實(shí)現(xiàn)，這是不夠的，僅僅保留一個(gè)模糊期準(zhǔn)則。R中的所有其他準(zhǔn)則都是明確的。開(kāi)始R是由最初實(shí)用u0模糊準(zhǔn)則分配的。隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)步，R，nr的總數(shù)通過(guò)復(fù)制和廢止而變化。
1.2運(yùn)動(dòng)選擇
在R中與對(duì)方進(jìn)行權(quán)利競(jìng)爭(zhēng)會(huì)引發(fā)他們的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于所有rj∈R的準(zhǔn)則，目前感官狀態(tài)X和準(zhǔn)則的狀態(tài)向量Vj之間的加權(quán)距離定義為：其中，dk是隨時(shí)間變化的縮放參數(shù)，它被定義為在學(xué)習(xí)過(guò)程中觀察到的第k個(gè)傳感器的最高和最低值之間的最大區(qū)別。
接下來(lái)，我們定義匹配率：其中，Tm是一個(gè)常數(shù)。注意的是即使沒(méi)有明確的準(zhǔn)則匹配的感官輸入X，模糊的準(zhǔn)則也總是起作用。事實(shí)上，不管是否遇到狀態(tài)X，W=0和m=1總是匹配。這使得模糊準(zhǔn)則可能的候補(bǔ)得以被選擇。這在學(xué)習(xí)過(guò)程的開(kāi)始特別重要，模糊準(zhǔn)則往往認(rèn)為是新準(zhǔn)則的執(zhí)行和新準(zhǔn)則生成的重要因素。
也要注意，當(dāng)模糊準(zhǔn)則被執(zhí)行，與此活動(dòng)相關(guān)的準(zhǔn)則按照[amin，amax]均勻分布隨機(jī)生成。
成功的準(zhǔn)則是按照概率加權(quán)的方法給出了的玻爾茲曼分布:參數(shù)T的溫度含義是保持設(shè)置的狀態(tài)空間開(kāi)發(fā)和探索之間的平衡。
1.3信貸分配
公用事業(yè)的準(zhǔn)則是每次更新后，優(yōu)勝者將執(zhí)行其活動(dòng)。實(shí)用調(diào)整機(jī)制包括以下幾個(gè)部分。
直接收益分配。直接收益分配P是只在特定狀態(tài)下給予優(yōu)勝者的準(zhǔn)則。其中有兩種類型：回報(bào)（P>0）和懲罰（P<0）?；貓?bào)是沿著規(guī)則的順序傳播，從而引發(fā)他們的活動(dòng)折扣率γ（即當(dāng)前和以前的優(yōu)勝者）：其中N是優(yōu)勝者鏈的深度，0<γ<1。這相當(dāng)于分享利潤(rùn)盈利的策略在隨著時(shí)間逐漸貼進(jìn)一步向后倒退。在這里，rw（1）是rw的父類，而rw（2）又是rw（1）的父類，以此類推。
桶橋策略。當(dāng)前的優(yōu)勝者rw交其用途的一部分，Δu，恢復(fù)到以前的優(yōu)勝者，rw：要注意的是準(zhǔn)則rw（1）增加了其效用。然而，我們沒(méi)有減少的規(guī)則rw實(shí)用性，這是我們的戰(zhàn)略和傳統(tǒng)之間的主要區(qū)別。如果觸發(fā)的動(dòng)作只由數(shù)量有限的準(zhǔn)則（R的子集）和他們遞交ΔU到另一個(gè)準(zhǔn)則決定，那么每個(gè)準(zhǔn)則的效用有望逐步收斂到這些規(guī)則之間的最高效用。因此，行動(dòng)準(zhǔn)則，以這種方式進(jìn)行合作，可以存活一段時(shí)間，這期間的回報(bào)是很少的。這可以根據(jù)自組織的準(zhǔn)則尋找一個(gè)最終的獎(jiǎng)賞。
征稅。每當(dāng)一個(gè)明確的準(zhǔn)則rw觸發(fā)其活動(dòng)，其效用被更新為：準(zhǔn)則rw激活率cf比照支付的成本，以防止死鎖或循環(huán)的行為。在某種意義上說(shuō)，準(zhǔn)則是征稅的執(zhí)行權(quán)。需要注意的是模糊準(zhǔn)則是免稅的，因?yàn)樗闹饕δ苁巧尚碌囊?guī)則。
蒸發(fā)。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)時(shí)，所有的規(guī)則都減少他們實(shí)用蒸發(fā)率η<1：從某種意義上講，它所對(duì)應(yīng)的是‘通貨膨脹’。其效用低于閾值以下的規(guī)則將被刪除。
1.4復(fù)制
在選擇優(yōu)勝者規(guī)則rw的時(shí)候，我們執(zhí)行與此規(guī)則相關(guān)的行動(dòng)aw。接下來(lái)的事情就是我們應(yīng)該關(guān)心行動(dòng)之后的執(zhí)行以及效用的調(diào)整，這個(gè)過(guò)程就是復(fù)制過(guò)程。在我們的系統(tǒng)中，除了rw觸發(fā)的行動(dòng)導(dǎo)致倒退或者崩潰這種情況，優(yōu)勝者規(guī)則rw總是生成一個(gè)新規(guī)則rc(孩子規(guī)則)。復(fù)制過(guò)程的詳細(xì)信息形式化如下。
如果優(yōu)勝者是模糊規(guī)則，復(fù)制的規(guī)則參數(shù)就設(shè)置為：vic=xi，wic=1，i=1，…，ns。
我們稱之為‘經(jīng)驗(yàn)記憶’。效用的新規(guī)則，其作用的代碼是通過(guò)父類實(shí)現(xiàn)的：ac=aw，uc=uw。
另一方面，如果優(yōu)勝者是一個(gè)明確規(guī)則，我們?cè)噲D‘推廣經(jīng)驗(yàn)’，那么新產(chǎn)生的規(guī)則是廣義的。
要注意的是，即使其匹配率mw<1，具有較高的實(shí)用uw的規(guī)則rw也可以在競(jìng)爭(zhēng)中取勝。在我們的系統(tǒng)中，優(yōu)勝者再次提供的一個(gè)通用的規(guī)則rc的匹配率mw，是在某一確定的閾值θr，i.e,mw<θr范圍內(nèi)。下面的表達(dá)式是與θr有關(guān)的實(shí)用規(guī)則uw的表達(dá)式：θr=exp（-Truw）。其中Tr是個(gè)常量。言下之意是，具有較高匹配率但實(shí)用性低的規(guī)則，我們?cè)试S其通過(guò)復(fù)制障礙，反之亦然。
Vc和Wc為廣義新規(guī)則載體的設(shè)置如下：vic=xi，wic=1-|xi-vic|\di,i=1,…,ns.
為新的廣義規(guī)則的代碼實(shí)用性和靈活性設(shè)置為:ac=aw，uc=λcuw。
要注意的是，上述形成的新的廣義規(guī)則可以和一個(gè)更加寬廣的狀態(tài)空間相匹配，其中包括其父類的狀態(tài)。
2. 模擬實(shí)驗(yàn)與測(cè)試結(jié)果
首先，學(xué)習(xí)步驟的可行性需要用模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。如果機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，或者產(chǎn)生的行動(dòng)步驟超過(guò)500，程序就會(huì)更新一次。參數(shù)設(shè)置如下：全局獎(jiǎng)勵(lì)P=5，本地獎(jiǎng)勵(lì)P=5，對(duì)應(yīng)行為的懲罰P=-5%, u0=10, umin=9.5, cf=0.015, γ=0.8, к=0.1, η=0.98, T=3, Tm=100, Tr=0.5。
10次模擬實(shí)驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行，每一次的動(dòng)作都會(huì)進(jìn)化。模擬的不同僅在于初始生成的隨機(jī)數(shù)量。圖10中顯示了機(jī)器人第6次和第9次的運(yùn)動(dòng)軌跡。兩次都到達(dá)了目標(biāo)區(qū)域。注意即使在成功案例中，機(jī)器人也沒(méi)有使用最短路徑。實(shí)際上，前進(jìn)方向的數(shù)據(jù)并沒(méi)有放進(jìn)傳感器的學(xué)習(xí)步驟里。因此，選擇不同的前進(jìn)方向，并沒(méi)有對(duì)應(yīng)的懲罰或者獎(jiǎng)勵(lì)操作。另外一點(diǎn)，盡管機(jī)器人并不是直線到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，但腿部的運(yùn)動(dòng)模式一直很穩(wěn)定。
圖11中展示了學(xué)習(xí)過(guò)程的動(dòng)態(tài)曲線。記錄了到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，所經(jīng)歷的懲罰，獎(jiǎng)勵(lì)以及必須步驟的數(shù)目。圖表中，機(jī)器人得到的全局獎(jiǎng)勵(lì)由向下的箭頭標(biāo)示。很顯然，隨著學(xué)習(xí)過(guò)程的進(jìn)展，懲罰的次數(shù)逐漸減少。
圖11. 學(xué)習(xí)記錄
圖12展示了規(guī)則的總數(shù)，固定規(guī)則的數(shù)量，以及生成規(guī)則的數(shù)量。分別以點(diǎn)連線，細(xì)線，粗線表示。
圖12. 規(guī)則的生成
學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程展示了規(guī)則的總數(shù)，和到達(dá)目標(biāo)區(qū)域的必須步驟的數(shù)量之間，有相應(yīng)的關(guān)系。也就是說(shuō)，總數(shù)減少之后，必須步驟也隨即減少。并且，懲罰的數(shù)量和新生成規(guī)則的數(shù)量之間，也有相應(yīng)的聯(lián)系。這就間接說(shuō)明，不定規(guī)則的探索能力，逐漸可以歸納為有效固定規(guī)則的開(kāi)發(fā)功能。實(shí)際上，僅有少量的固定規(guī)則才能產(chǎn)生“有用”的行為來(lái)引發(fā)機(jī)器人的動(dòng)作，并且增強(qiáng)這些動(dòng)作的實(shí)用性。同時(shí)，“不相關(guān)”規(guī)則的實(shí)用性逐漸降低，并且最終消失。因此，一段時(shí)間過(guò)后，剩余的規(guī)則就能發(fā)揮主導(dǎo)作用。
到達(dá)目標(biāo)的必須步驟在第35節(jié)之后，開(kāi)始變得穩(wěn)定。這是因?yàn)闄C(jī)器人掌握了一定的行為規(guī)則。圖13中展示了機(jī)器人第90次的腿部動(dòng)作記錄。
圖13. 腿部動(dòng)作
模擬環(huán)境下，控制裝置生成新行為的能力不斷進(jìn)化，現(xiàn)在也能夠在試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。模擬數(shù)據(jù)（第90次以后的規(guī)則）被下載到機(jī)器人OCT1-b的控制系統(tǒng)中，會(huì)執(zhí)行一次實(shí)驗(yàn)動(dòng)作。在這次實(shí)驗(yàn)動(dòng)作中，機(jī)器人被相同的分類系統(tǒng)所控制。
整體來(lái)說(shuō)，控制真實(shí)機(jī)器人的10次模擬數(shù)據(jù)中，有7次是成功的。為了說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選擇了一次成功的數(shù)據(jù)和一次不成功的實(shí)驗(yàn)行為數(shù)據(jù)。機(jī)器人在第6次和第9次模擬實(shí)驗(yàn)中的行為見(jiàn)圖14。在模擬試驗(yàn)中進(jìn)化出的直線前進(jìn)的動(dòng)作與不完美的模擬數(shù)據(jù)相比，并不健壯。這給了我們引出了另一個(gè)問(wèn)題，就是修正模型中的噪點(diǎn)，并且在存在干擾因素的環(huán)境下，進(jìn)化機(jī)器人的控制系統(tǒng)。
圖14. 真實(shí)機(jī)器人行為
圖15展示了實(shí)驗(yàn)階段里機(jī)器人的步伐（腿部動(dòng)作的角度）。所有的測(cè)試中，即使是失敗案例，機(jī)器人都在嘗試跟隨模擬實(shí)驗(yàn)里的運(yùn)動(dòng)模式。某種意義上來(lái)說(shuō)，動(dòng)作步驟所組成的行為模式，可以看作是機(jī)器人控制系統(tǒng)中基因的組成“材料”。
圖15. 腿部動(dòng)作記錄
3 總結(jié)
出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的穩(wěn)定步態(tài)研究在這個(gè)文件。一個(gè)分類器系統(tǒng)，實(shí)施實(shí)例基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)計(jì)劃，用于感官八條腿的移動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)控制。機(jī)器人沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)的環(huán)境，其自己的內(nèi)部模型，和目標(biāo)坐標(biāo)。這只是假設(shè)機(jī)器人可以通過(guò)學(xué)習(xí)獲得穩(wěn)定的步態(tài)如何達(dá)到目標(biāo)區(qū)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中的加固信號(hào)控制系統(tǒng)是自組織。達(dá)到光源德納一個(gè)全球性的獎(jiǎng)勵(lì)。向前議案獲得當(dāng)?shù)氐莫?jiǎng)勵(lì)，同時(shí)加強(qiáng)和下降沿下得到當(dāng)?shù)氐膽土P。控制行動(dòng)。如學(xué)習(xí)進(jìn)步，在數(shù)量上的行動(dòng)規(guī)則分類器系統(tǒng)穩(wěn)定到一定程度。因此，運(yùn)動(dòng)模式全球行為（穩(wěn)定步態(tài)）出現(xiàn)，作為規(guī)則分類器系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)期間舉辦的過(guò)程。提出系統(tǒng)的可行性進(jìn)行測(cè)試下仿真和實(shí)驗(yàn)。虛擬船模型建造和使用不斷變化的機(jī)器人控制器在模擬環(huán)境下。驗(yàn)證模型。
本文所提出的結(jié)果我們初步運(yùn)動(dòng)模式的新興合成研究運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。因此，有足夠的空間?在未來(lái)應(yīng)解決的關(guān)鍵點(diǎn)?例如，最小的模型似乎工作以及簡(jiǎn)單導(dǎo)航任務(wù)，但其性能尚未測(cè)試更復(fù)雜的行為。接下來(lái)，分類器系統(tǒng)，我們作為一個(gè)學(xué)習(xí).引擎有許多參數(shù)調(diào)整到最佳值。此外，我們并沒(méi)有使用正規(guī)系統(tǒng)的程序，以評(píng)估性能因?yàn)檫@是一個(gè)不平凡的問(wèn)題。在這方面，工作[31]的結(jié)果可能會(huì)提供一些??有價(jià)值的見(jiàn)解。
談到的框架，進(jìn)一步發(fā)展最小的仿真模型，我們認(rèn)為計(jì)算簡(jiǎn)單最小的機(jī)型應(yīng)該是成反比，控制對(duì)象的復(fù)雜性成正比?？紤]隨著時(shí)間的簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性變化依靠數(shù)量上的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，正常模式也可以被視為在一個(gè)可進(jìn)化的方式。?“進(jìn)化的組件將允許關(guān)閉控制循環(huán)和減少學(xué)習(xí)控制器之間的差距。正在使用該模型。從這個(gè)角度來(lái)看，它會(huì)有趣的建立和利用之間的二元（行動(dòng)狀態(tài)的映射）模型和控制器（狀態(tài)到動(dòng)作映射）在開(kāi)發(fā)協(xié)同進(jìn)化場(chǎng)景。這里的關(guān)鍵問(wèn)題是在之間的關(guān)系真實(shí)的評(píng)價(jià)和自我評(píng)價(jià)。在為了得到一些如何真正評(píng)價(jià)的頻率基本的了解下，發(fā)展個(gè)人計(jì)算時(shí)間，我們計(jì)劃探測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單的一維或二維的問(wèn)題控制任務(wù)。
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
工 學(xué)院 機(jī) 械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 2008 級(jí) 3 班
學(xué)號(hào) 學(xué)生 指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì)
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）
一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻(xiàn)）
機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用得特別廣泛，而其與外界環(huán)境直接接觸的部分是機(jī)械手，它可以代替人手，與外界環(huán)境中有毒以及有危害的物質(zhì)直接接觸以減少對(duì)人的危害，因此，設(shè)計(jì)機(jī)械手有特別重要的意義。
本課題要求設(shè)計(jì)出一個(gè)小型夾持式機(jī)械手及手臂部分。能實(shí)現(xiàn)對(duì)5kg?以內(nèi)的物品夾持，同時(shí)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，抬起運(yùn)動(dòng)。
在做本課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)等資料。
二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)
設(shè)計(jì)出滿足要求的小型夾持式機(jī)械手及手臂，并完成該機(jī)械手及手臂主要部分的裝配圖與部分零件圖，查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
1、文獻(xiàn)綜述一篇，不少于3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000漢字。
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。
3、圖紙若干（折合后不少于A1圖紙3張，可以用計(jì)算機(jī)繪圖）。
4、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤一張。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》。
三、時(shí)間安排
1-4 周 完成開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)
5-10 周 完成總體設(shè)計(jì)、完成部分機(jī)構(gòu)的裝配圖及部分零件圖并撰寫說(shuō)明書(shū)
10-12 周 修改論文、資格審查等
13 周 畢業(yè)答辯
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 2012 年 2 月 13 日至 2012 年 5 月 15 日
計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 5 月 19 日
專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：
審批人簽名：
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱
小型夾持式機(jī)械手及手臂設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
教師擬訂
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題之前，查閱了與該課題相關(guān)的資料,學(xué)習(xí)了使用各種電腦軟件繪圖工具等等，有：機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)等一系列與設(shè)計(jì)相關(guān)的材料。有：AUTOCAD，CAXA等二維繪圖軟件。
二、設(shè)計(jì)的目的與要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)我對(duì)所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通的程度，大量翻閱與課題相關(guān)的資料，豐富了自己的知識(shí)面，同時(shí)培養(yǎng)我處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，熟悉使用了制圖軟件，辦公軟件等等，提高了動(dòng)手能力。因此對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，我覺(jué)得意義特別重大。
三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計(jì)思路
這次設(shè)計(jì)的課題是小型機(jī)械手及手臂的設(shè)計(jì)，本課題應(yīng)該先去了解其作用，市場(chǎng)前景等因素，然后先整體后局部，先抽象后具體。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要 功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。深度理解機(jī)械手，及其手臂的整體結(jié)構(gòu)，弄清楚各部分工作的原理及相互之間的作用關(guān)系；其次根據(jù)所選參數(shù)并結(jié)合實(shí)際因素，運(yùn)用二維軟件對(duì)各部分進(jìn)行造型設(shè)計(jì)；最后參照已有的資料和多方經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造性的對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行最佳的工藝過(guò)程安排。
2、預(yù)期的成果
（1）設(shè)計(jì)出既符合使用要求又經(jīng)濟(jì)合理的數(shù)控工作臺(tái)；
（2）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字；
（3）繪制裝配圖和部分零件圖；
（4）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；
（5）刻錄包含本次設(shè)計(jì)所有內(nèi)容的光盤一張。
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排
2月17日之前完成開(kāi)題報(bào)告；
3月 2 日之前完成文獻(xiàn)翻譯；
3月13日之前完成文獻(xiàn)綜述及總體方案設(shè)計(jì)；
3月30日之前完成裝配圖和部分零件圖的繪制；
4月27日之前完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
4月30日之前完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)并修改；
5月19日畢業(yè)答辯。
五、完成設(shè)計(jì)所具備的條件因素
我已修完機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)、機(jī)械制造工藝學(xué)、、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、電工學(xué)、數(shù)控原理與系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床構(gòu)造及畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，同時(shí)借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料并查詢相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)）；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
2
目 錄
1．任務(wù)書(shū)……………………………………………………… 1
2．開(kāi)題報(bào)告…………………………………………………… 2
3．指導(dǎo)教師評(píng)閱表…………………………………………… 4
4．主審教師評(píng)審表…………………………………………… 5
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)審與總成績(jī)?cè)u(píng)定表…………… 6
6．畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)…………………………………………… 7
7．文獻(xiàn)綜述……………………………………………………44
8．文獻(xiàn)翻譯……………………………………………………54
9．光盤
10．設(shè)計(jì)圖紙或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)記錄
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 II 頁(yè)
小型夾持式機(jī)械手及手臂
摘 要
小型夾持式機(jī)械手由于可以代替人手，與外界環(huán)境中有毒以及有害的物質(zhì)直接接觸以減少對(duì)人的危害，并且具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)而受到越來(lái)越廣泛的重視。由于本設(shè)計(jì)要兼顧機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的要求，因此在機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)的一般原理上進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了軌跡規(guī)劃，使它較好的達(dá)到了實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。鑒于本項(xiàng)目中機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作已經(jīng)基本完成，本文主要側(cè)重于對(duì)液壓控制部分的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行描述。
首先，本文將概述小型夾持式機(jī)械手的基本組成和特點(diǎn)，并且闡述了國(guó)內(nèi)外研究狀況。
其次，本文將對(duì)機(jī)械手的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并最終確定傳動(dòng)方案。
再次，本文將詳細(xì)闡述機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。并給出示意圖和圖表加以說(shuō)明。
最后，本文將對(duì)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并對(duì)小型夾持式機(jī)械手及手臂進(jìn)行了簡(jiǎn)單的軌跡規(guī)劃。
關(guān)鍵詞：夾持式，機(jī)械手，軌跡規(guī)劃
Small-sized and Holding-styled Mechanical Hand Am
Author :Wu di
Tutor : Yang Hansong
Abstract
The small-sized and holding-styled mechanical hand has been emphasized more and more widely because it can take the place of human hands and therefore avoid the direct touch with toxic and harmful materials to lessen the harm to people; also it can work repeatedly without feeling weary and worrying the dangerous condition; at the same time it has more strength than human hands when snatching heavy goods. This design makes some innovations based on the general principle of the hydraulic pressure control system of mechanical hand to meet the need of mechanical system and control system. Also the design makes projects on tracks for mechanical hand to make it meet the practical design needs better. The paper mainly describes how to design the hydraulic pressure control system because the design and realization of mechanical system and control system has been completed basically in the project.
First, we will expound the basic components and features of the small-sized and holding-styled mechanical hand in this paper; then we summarize the research status home and abroad.
Second, we will design the general schemes for the mechanical hand and then select transmission for the final scheme.
Next we will elaborate on the principle and designing process of the mechanical system and hydraulic pressure control system. Also we give sketch maps and charts to explain.
Finally we combine the mechanical system with the hydraulic pressure control system organically and make simple projects on tracks of the small-sized and holding-styled mechanical hand and arm.
Key words: holding-styled, mechanical hand, projects on tracks
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 IV 頁(yè)
目 錄
1 緒論......................................................................................................................................1
1.1 課題研究的目的和意思.............................................................................................1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況.........................................................................................................2
1.3 機(jī)械手的特點(diǎn).............................................................................................................2
1.4 機(jī)械手的組成.............................................................................................................3
2 總體方案設(shè)計(jì)......................................................................................................................4
2.1 機(jī)械手動(dòng)作規(guī)劃.........................................................................................................4
2.2 傳動(dòng)方案的確定.........................................................................................................4
2.2.1 手部方案的確定............................................................................................5
2.2.2 手臂俯仰方案的確定....................................................................................5
2.2.3 手臂回轉(zhuǎn)方案的確定....................................................................................6
3 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..................................................................................................................7
3.1 手部設(shè)計(jì).....................................................................................................................7
3.1.1 手指夾緊力的確定........................................................................................7
3.1.2 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................................................7
3.2 臂部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)............................................................................................................ 9
3.2.1 手臂材料的選擇........................................................................................... 9
3.2.2 手臂回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................................................10
3.2.3 手臂俯仰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).......................................................................................15
4 機(jī)械手液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).................................................................................................16
4.1 驅(qū)動(dòng)方式的選擇........................................................................................................16
4.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算................................................................................................17
4.2.1 夾緊缸設(shè)計(jì)...................................................................................................17
4.2.2 手臂俯仰缸設(shè)計(jì)...........................................................................................22
4.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定............................................................................................25
4.3.1 夾緊系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.2 俯仰系統(tǒng)原理圖的擬定...............................................................................25
4.3.3 系統(tǒng)合成.......................................................................................................26
4.4 液壓泵的計(jì)算..........................................................................................................27
5 機(jī)械手軌跡規(guī)劃.................................................................................................................28
結(jié)論...........................................................................................................................................30
致謝...........................................................................................................................................31
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................32
C69C109C101C114C103C101C110C116 C115C121C110C116C104C101C115C105C115 C111C102 C109C111C116C105C111C110 C112C97C116C116C101C114C110C115 C102C111C114 C108C111C99C111C109C111C116C105C111C110 C114C111C98C111C116C115 C77C46C77C46 C83C118C105C110C105C110 C97C44 C42 C44 C75C46 C89C97C109C97C100C97 C98 C44 C75C46 C85C101C100C97 C98 C97 C66C105C111C45C77C105C109C101C116C105C99 C67C111C110C116C114C111C108 C82C101C115C101C97C114C99C104 C67C101C110C116C101C114C44 C82C73C75C69C78C44 C65C110C97C103C97C104C111C114C97C44 C83C104C105C109C111C115C104C105C100C97C109C105C44 C77C111C114C105C121C97C109C97C45C107C117C44 C52C54C51C45C48C48C48C51 C78C97C103C111C121C97C44 C74C97C112C97C110 C98 C68C101C112C97C114C116C109C101C110C116 C111C102 C77C101C99C104C97C110C105C99C97C108 C69C110C103C105C110C101C101C114C105C110C103C44 C75C111C98C101 C85C110C105C118C101C114C115C105C116C121C44 C49C45C49C44 C82C111C107C107C111C100C97C105C44 C78C97C100C97C45C107C117C44 C75C111C98C101 C54C53C55C45C56C53C48C49C44 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