時(shí)間：2022-03-17 09:48:27
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關(guān)鍵詞：仿人 機(jī)械手 單片機(jī)STC15F204EA 驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)
中圖分類號(hào)： TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）04（a）-0000-00
中國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，把“服務(wù)機(jī)器人”研發(fā)作為重點(diǎn)項(xiàng)目。機(jī)械手是“服務(wù)機(jī)器人”的關(guān)鍵部位，在各種護(hù)理機(jī)器人、陪護(hù)機(jī)器人、中醫(yī)按摩機(jī)器人中，機(jī)械手是機(jī)器人完成“服務(wù)”任務(wù)必不可缺的一部分。設(shè)計(jì)并制造具有感知能力的擬人化機(jī)器手，并對(duì)擬人機(jī)械手的材質(zhì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)進(jìn)行了深入的調(diào)查研究。將微小型步進(jìn)電機(jī)和齒輪減速器引入擬人化靈巧機(jī)械手設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的大扭矩抓取和擬人化；機(jī)械手裝有位置、力、力矩等多種傳感器，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手認(rèn)知能力，且所有部件均集成在手指和手掌內(nèi)。開發(fā)具有認(rèn)知能力的擬人化靈巧機(jī)械手集機(jī)、電、計(jì)算機(jī)軟硬件、信號(hào)源處理于一體。有5個(gè)相同結(jié)構(gòu)的模塊化手指，具有擬人化手形外觀及認(rèn)知抓取能力。通過(guò)對(duì)擬人化靈巧機(jī)械手的研究，帶動(dòng)更多前沿學(xué)科與機(jī)器人技術(shù)的交叉和融合，促進(jìn)我國(guó)“機(jī)器人”的進(jìn)一步發(fā)展，提高其技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
1 仿人機(jī)械手工作機(jī)理分析
仿人機(jī)械手主要由手掌、手指機(jī)構(gòu)、拇指機(jī)構(gòu)和所有的手指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手掌內(nèi)放的驅(qū)動(dòng)直流小電機(jī)，節(jié)約了手的空間，縮小了體積；手指機(jī)構(gòu)包括小指、無(wú)名指、中指和食指，它們都由相同的構(gòu)件組成，包括兩個(gè)關(guān)節(jié)前指和后指，前指和后指使用螺釘連接，可以減小手指的大小。各指之間使用軸連接，用軸套保持之間的距離，防止發(fā)生碰撞。拇指機(jī)構(gòu)是單獨(dú)的零件體，單獨(dú)與四指機(jī)構(gòu)用連桿連接，減小了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，有利于優(yōu)化機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)軸齒輪、減速齒輪、驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)的半齒和帶動(dòng)拇指的連桿組成。仿人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的過(guò)程是以手掌為基座，電機(jī)固定在手掌內(nèi)，帶動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)各級(jí)減速，半齒連接在四指上，當(dāng)半齒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)四指張合，四指和拇指是由連桿連接，所以四指動(dòng)的時(shí)候拇指也隨之而動(dòng)，且與四指相反，從而最終實(shí)現(xiàn)物體抓握。
2仿人機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-1仿人機(jī)械手控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
如圖3-1所示為基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿人機(jī)械手控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其工作方式如下：
其中MCU為單片機(jī)處理器，信號(hào)采集模塊包括位置傳感器模塊和力矩傳感器模塊。這兩個(gè)傳感器模塊的主要功能是檢測(cè)對(duì)被抓物體的夾緊力地大小，同時(shí)生成模擬量的電信號(hào)，然后再通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部自帶有的A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，單片機(jī)將得到的數(shù)字信息存儲(chǔ)起來(lái)，等到要處理的時(shí)候進(jìn)行處理。
當(dāng)單片機(jī)根據(jù)采集到的夾緊力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)來(lái)算得手指的運(yùn)動(dòng)的位移，向外部驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送不同的位移信息。外部的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將接收到的數(shù)字信息進(jìn)行處理，最后進(jìn)行對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制。
2.2控制器芯片的選擇
在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，對(duì)控制芯片的選擇至關(guān)重要，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性，性能和價(jià)格等方面考慮選擇STC15F204EA單片機(jī)。
STC15F204EA系列單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速、高可靠、低功耗、抗干擾的新一代8051單片機(jī)，可設(shè)置5MHZ-35MHZ寬范圍頻率，可徹底省掉外部昂貴的晶振，自帶8路高速A/D轉(zhuǎn)換功能，無(wú)需在系統(tǒng)再搭建模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)
2.3.1驅(qū)動(dòng)芯片的選擇
L293是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、小電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用16腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)36V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)2A，持續(xù)工作電流為1A。內(nèi)含兩個(gè)高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和繼電器線圈等感性負(fù)載；該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。引腳P1用于M1電機(jī)PWM輸入控制，引腳P2用于M2電機(jī)PWM輸入控制。
2.3.2單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的接線與參數(shù)設(shè)置
本文所采用的單片機(jī)STC15F204EA可以控制驅(qū)動(dòng)器L293驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)微電機(jī)。分別是M1和M2。引腳P1、P2可用于接收單片機(jī)輸出的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是通過(guò)D1和D2兩個(gè)端口控制的，輸入信號(hào)端D1接高電平，電機(jī)M1正轉(zhuǎn)，如果接低電平，電機(jī)就反轉(zhuǎn)?？刂屏硪慌_(tái)電機(jī)是同樣的方式，驅(qū)動(dòng)器L293輸入信號(hào)端D2接高電平，電機(jī)M2正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn)，PWM信號(hào)端P1控制電機(jī)M1速度，PWM信號(hào)端P2控制電機(jī)M2速度。下圖3-2為仿人機(jī)械手控制系統(tǒng)接線原理圖，詳細(xì)地繪制了單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器并連接兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。
圖3-2 控制系統(tǒng)接線原理圖
3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)所采用STC15F204EA單片機(jī)對(duì)應(yīng)晶振為12MHZ，利用定時(shí)器控制產(chǎn)生占空比可變的PWM脈沖信號(hào)。PWM輸出范圍為0% -100%，PWM的周期1ms，頻率1KHZ，且輸出低電平有效。
如下是控制機(jī)器人左右機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的兩臺(tái)直流電機(jī)PWM調(diào)速的部分程序
#include；
Sbit KEY_M1_SW =P1^0//M1：?jiǎn)?dòng)或停止；
Sbit KEY_M1_DR =P1^1//M1：正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；
Sbit KEY_M1_ADD =P1^2；//M1：PWM加一；
Sbit KEY_M1_SUB =P1^3；//M1：PWM減一；
Sbit KEY_M2_SW =P1^4；//M2：?jiǎn)?dòng)或停止；
Sbit KEY_M2_DR =P1^5；//M2：正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；
Sbit KEY_M2_ADD =P1^6；//M2： PWM加一；
Sbit KEY_M2_SUB =P1^7；//M2： PWM減一；
//輸出控制引腳；
Sbit PWM1_OUT=P3^0； //M1：PWM的輸出腳；
sbit MOTOR1_DR=P3^1；//M1：電機(jī)轉(zhuǎn)向控制；
sbit PWM2_OUT=P3^2；//M2：PWM的輸出腳；
sbit MOTOR2_DR=P3^3；//M2：電機(jī)轉(zhuǎn)向控制；
sbit BEEP=P3^7；//蜂鳴器；
//電機(jī)的占空比；
Unsigned char PWM1_value=50；//賦初值 50%；
Unsigned char PWM2_value=50；//賦初值 50%；
主程序
Void main（void）
{
PWM_INIT（）：//PWM初始化
While（1）
{
KEY_SCAN（）：//按鍵掃描
}
}
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了一種仿人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了仿人機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，拆卸方便，各手指間都可安裝傳感器的優(yōu)點(diǎn)，能使控制更加靈活，安全性增強(qiáng)，滿足了仿人機(jī)械手對(duì)控制系統(tǒng)的要求。以STC15F204EA單片機(jī)為控制核心，通過(guò)與位移及力矩采集模塊之間的通信，實(shí)現(xiàn)了信息的良好通訊。通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片L293驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手抓握物體的良好控制。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
前 言：
氣動(dòng)機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。氣動(dòng)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、可靠、節(jié)能、不污染環(huán)境、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于汽車制造業(yè)、食品和藥品包裝行業(yè)、化工行業(yè)、精密儀器制造業(yè)和軍事工業(yè)等。
在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)應(yīng)用的氣動(dòng)機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，其各自的自由度的驅(qū)動(dòng)全部由氣動(dòng)肌肉來(lái)實(shí)現(xiàn)。最前端的氣爪抓取物品，通過(guò)氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)各自關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使物品在空間上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)合理的控制，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動(dòng)作要求。氣動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的控制閥，設(shè)計(jì)合理的氣動(dòng)控制回路，通過(guò)控制和調(diào)節(jié)各個(gè)氣缸壓縮空氣的壓力、流量和方向來(lái)使氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得必要的力、動(dòng)作速度和改變運(yùn)動(dòng)方向，并按規(guī)定的程序工作。
1.氣動(dòng)機(jī)械手的原理
氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。它巧妙地應(yīng)用力的平衡原理，使操作者對(duì)重物進(jìn)行相應(yīng)的位移，就可在空間內(nèi)平衡移動(dòng)定位負(fù)荷。重物在提升或下降時(shí)形成浮動(dòng)狀態(tài)，靠氣路實(shí)現(xiàn)微重力的物料位移，操作力受工件重量影響。無(wú)需熟練的點(diǎn)動(dòng)操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正確地放到空間中的任何位置，或者通過(guò)操作臺(tái)控制工件的位移可完成以下動(dòng)作：送料、預(yù)夾緊、手臂上升、手臂旋轉(zhuǎn)、小臂伸長(zhǎng)、手腕旋轉(zhuǎn)。
圖1：氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)工作原理圖
氣壓傳動(dòng)機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)：（1）不用增速機(jī)構(gòu)就能獲得較高的運(yùn)動(dòng)速度，這是簡(jiǎn)易機(jī)械手的一項(xiàng)主要性能，其可適應(yīng)各種快速自動(dòng)搬運(yùn)的工作。（2）能源方便，工廠都有壓縮工作站。（3）空氣泄漏基本無(wú)害。（4）適應(yīng)易爆、易燃等惡劣環(huán)境。
（5）結(jié)構(gòu)、保養(yǎng)都簡(jiǎn)單，成本低。（6）可將直線風(fēng)缸和擺動(dòng)風(fēng)缸做成手臂的一部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好。
2.氣動(dòng)機(jī)械手的主要部件和設(shè)計(jì)要求
根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，機(jī)械手的各模塊化機(jī)構(gòu)分別為：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪幾個(gè)部分。論文選擇圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手，木設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有3個(gè)自由度：手臂伸縮；機(jī)身回轉(zhuǎn)；機(jī)身升降。木設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要由3個(gè)大部件和3個(gè)氣缸組成：手部，采用一個(gè)氣爪，通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手爪的運(yùn)動(dòng)。臂部，采用直線缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮。機(jī)身，采用一個(gè)直線缸和一個(gè)回轉(zhuǎn)缸來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂升降和回轉(zhuǎn)。
機(jī)械手的手部是機(jī)械手上承擔(dān)抓取工件的機(jī)構(gòu)，由于被抓取物件（炮彈）的形狀近似于圓臺(tái)，所以，其手爪采用特殊的V字型結(jié)構(gòu)，即手爪的內(nèi)表而設(shè)計(jì)成與圓臺(tái)斜度相同的斜而，即保證了抓取的穩(wěn)定又不會(huì)因“線接觸”而影響炮彈的表而質(zhì)量。通過(guò)對(duì)平衡氣缸內(nèi)空氣壓力快速精確的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一重量范圍內(nèi)工件的實(shí)時(shí)平衡狀態(tài)。機(jī)械手可選擇定制功能：平衡系統(tǒng)；垂直提升；負(fù)載平衡。設(shè)備回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)設(shè)置剎車系統(tǒng)，可在任意所需要的位置剎車，使機(jī)械手可以長(zhǎng)期或定期保持需要的狀態(tài)。翻轉(zhuǎn)90度、翻轉(zhuǎn)180度和翻轉(zhuǎn)任意角度（MAX270°）；斷氣保護(hù)：設(shè)備被意外斷氣時(shí)，設(shè)備上的儲(chǔ)氣罐裝置可保證工人正常完成一個(gè)循環(huán)工作，然后進(jìn)入剎車狀態(tài)指不功能：負(fù)載指示、到位指示。誤操作保護(hù)功能：工件在懸空時(shí)不可被釋放。人性化操作手柄：控制按鈕和人性化防滑手柄集成一體，讓操作人更便捷操縱機(jī)體。工件表面保護(hù)：夾具接觸工件部位裝置保護(hù)物件，保證工件表而不會(huì)被刮傷。高效率工作：夾具設(shè)置抓取導(dǎo)向，讓工件的拾取更高效。
控制系統(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作程序的存儲(chǔ)方式有分離存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)兩種。分離存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息分別存儲(chǔ)于兩種以上的存儲(chǔ)裝置中，如順序信息存儲(chǔ)于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲(chǔ)于時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息全部存儲(chǔ)于一種存儲(chǔ)裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等這種方式使用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合，即連續(xù)控制的情況下使用。
3.機(jī)械手回轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施
為防止手臂沿伸縮方向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、加大承載能力，以及提高運(yùn)動(dòng)精度，必須設(shè)有導(dǎo)向裝置。伸縮手臂的導(dǎo)向裝置需根據(jù)伸縮手臂的安裝形式、結(jié)構(gòu)及負(fù)荷等條件來(lái)確定。用的有單導(dǎo)向桿和雙導(dǎo)向桿。在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難，將旋轉(zhuǎn)氣缸安裝在底板上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手向左或向右擺動(dòng)。機(jī)械手末端執(zhí)行器的水平伸縮運(yùn)動(dòng)和豎直升降運(yùn)動(dòng)各由一個(gè)氣缸控制，即以最簡(jiǎn)單的形式，在完全伸出和回縮位置之間進(jìn)行切換。
由度機(jī)械手臂實(shí)驗(yàn)裝置，VC++上位機(jī)界面通過(guò)串口控制機(jī)械手臂的運(yùn)行，借此六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試各種控制算法和控制理論，為機(jī)械手控制研究提供極大的便利。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手 模塊設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)
機(jī)械手主要應(yīng)用于勞動(dòng)密集型的加工行業(yè)，代替人類完成單調(diào)重復(fù)的勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。機(jī)械手的應(yīng)用擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，使人類避免從事危險(xiǎn)、有害、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作[1]。目前已廣泛應(yīng)用于汽車制造、家具制造、服裝加工等領(lǐng)域。
1 機(jī)械手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 底座是用于安裝手臂、動(dòng)力源、控制器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架。本機(jī)械手底座支架裝有一個(gè)減速電機(jī)和一個(gè)智能控制器，如圖1所示：
1.2 手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手臂是連接底座和手部的中間部分，有無(wú)關(guān)節(jié)臂和有關(guān)節(jié)臂之分，目前采用的手臂大多為無(wú)關(guān)節(jié)臂[2]，本文采用有關(guān)節(jié)臂。
手臂的作用是引導(dǎo)手部準(zhǔn)確的抓住物體，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠準(zhǔn)確的工作手臂的三個(gè)自由度都要準(zhǔn)確的定位。本機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)采用三個(gè)SR-403P舵機(jī)及其相關(guān)卡口工件組成，三個(gè)自由度可使機(jī)械手手臂結(jié)構(gòu)更加自由靈活地運(yùn)動(dòng)，手臂結(jié)構(gòu)如圖2所示：
1.3 手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手部安裝在手臂的前端。手部由兩個(gè)舵機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)手腕的反轉(zhuǎn)和手指的關(guān)閉。
機(jī)械手手部的構(gòu)造系模仿人的手指，分為無(wú)關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種[3]。手指的數(shù)量又可分為二指、三
指、四指等，其中以二指用的最多，設(shè)計(jì)時(shí)采用的二指結(jié)構(gòu)，其中一指固定，另一指由舵機(jī)控制。手指可根據(jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤或磁性吸盤。機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)自由度，一個(gè)自由度用于夾持物件，另一個(gè)自由度用于反轉(zhuǎn)手腕，兩個(gè)自由度均由HS-7955TG舵機(jī)實(shí)現(xiàn)，手部結(jié)構(gòu)如圖3所示：
機(jī)械手裝配完成后的整體設(shè)計(jì)效果圖如圖4所示：
2 機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
常見的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)。其中以液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的最多，而電動(dòng)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的比較少。液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過(guò)缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。具有體積小、作用力大，動(dòng)作平緩，調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但需要配備油泵等動(dòng)力設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。以空氣作為動(dòng)力傳遞媒介，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，運(yùn)行清潔，但因空氣的可壓縮性比價(jià)高，一般難以線性控制。電氣驅(qū)動(dòng)采用的不多，一般以電機(jī)作為動(dòng)力源，用大減速比減速器來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，但因電機(jī)功率原因，很難達(dá)到較高的功率輸出，不適合高負(fù)荷野外工作。
2.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇與設(shè)計(jì) 因?yàn)楸疚乃O(shè)計(jì)的六自由度機(jī)械手為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部研究使用，故不需考慮能源供給和功率問題，反觀液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)都需要龐大的配套系統(tǒng)來(lái)支撐驅(qū)動(dòng)，所以本文采用電氣驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)元件主要包括減速電機(jī)和舵機(jī)。圖1中的減速電機(jī)采用OpenCS5A/8A智能驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其速度控制和位置控制。OpenCS5A/8A是一款應(yīng)用最新的DSP控制技術(shù)開發(fā)的集運(yùn)動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng)、PLC功能于一體的智能控制
與數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)嵌高級(jí)運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言（TML），使其易于實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流，無(wú)刷交流（矢量控制）旋轉(zhuǎn)或直線，有刷伺服電機(jī)的單軸與多軸控制。機(jī)械手的其余關(guān)節(jié)使用舵機(jī)控制，舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，控制信號(hào)是PWM信號(hào)[4]，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分的脈寬一般在0.5ms-2.5ms范圍內(nèi)，其實(shí)是利用調(diào)節(jié)固定周期內(nèi)的占空比來(lái)控制角度的變化。具有控制簡(jiǎn)單，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
2.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)通信設(shè)計(jì) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（減速電機(jī)和舵機(jī)）的控制、上位機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)以及上、下位機(jī)之間的串口通信等。機(jī)械手控制算法經(jīng)上位機(jī)解算后將控制信息經(jīng)串口發(fā)給下位機(jī)MCU，下位機(jī)根據(jù)位置信息分別控制各個(gè)減速電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確控制[5]。
3 基于VC++的控制界面設(shè)計(jì)
上位機(jī)控制界面主要包括五路舵機(jī)控制區(qū)、一路電機(jī)控制區(qū)、機(jī)械手運(yùn)行示意圖等幾個(gè)部分，如圖5所示。
舵機(jī)控制采用滾動(dòng)條的方式，并將每個(gè)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度實(shí)時(shí)顯示在右側(cè)的編輯框內(nèi)；電機(jī)控制采用速度控制，主要包括電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等；機(jī)械手運(yùn)行示意圖顯示機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)情況，當(dāng)某個(gè)舵機(jī)或電機(jī)運(yùn)行時(shí)，示意圖上相對(duì)應(yīng)的舵機(jī)或電機(jī)位置將會(huì)加亮，表示這一舵機(jī)或電機(jī)正在運(yùn)行[6]。
4 結(jié)論
論文主要提供了一種機(jī)械手的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行硬件制作和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的實(shí)時(shí)控制。解決了減速電機(jī)控制、多路舵機(jī)控制和上、下位機(jī)之間串口通信等難點(diǎn)問題，為實(shí)驗(yàn)室機(jī)械手位置控制算法的研究提供了實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)，為實(shí)驗(yàn)室研究機(jī)械手更加精確而又復(fù)雜的控制算法提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
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關(guān)鍵詞：采摘機(jī)械手臂；蘋果；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
引言
水果采摘季節(jié)性強(qiáng)、費(fèi)用高且勞動(dòng)量大[1]。加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，實(shí)施“精確”農(nóng)業(yè)，廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，提高資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效率將是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。研究采摘機(jī)械人，對(duì)于降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和采摘成本、保證水果適時(shí)采收，具有重大的意義[2]。我國(guó)從上世紀(jì)70年代開始研究水果蔬菜類的采摘機(jī)械，并且也逐漸起步，如上海交通大學(xué)已經(jīng)開始了對(duì)黃瓜采摘機(jī)器人的研制[3]，浙江大學(xué)對(duì)番茄采摘機(jī)器人進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的優(yōu)化[4]，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)采摘機(jī)器人的視覺識(shí)別裝置進(jìn)行了研究[5]。目前，我國(guó)研究的采摘機(jī)器人還有西紅柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘機(jī)器人等[6-8]。文章對(duì)蘋果采摘機(jī)械手臂進(jìn)行選型，進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
1 機(jī)械人機(jī)構(gòu)選型及自由度的確定
由于采摘機(jī)械人的作業(yè)對(duì)象是蘋果，質(zhì)量輕，體積小，故而可選擇較為簡(jiǎn)單、靈活、緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)機(jī)械人手臂的動(dòng)作形態(tài)，按坐標(biāo)形式大致可將機(jī)械人手臂部分分為以下四類[9]：直角坐標(biāo)型機(jī)械手；圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手；球坐標(biāo)（極坐標(biāo)）型機(jī)械手；多關(guān)節(jié)型機(jī)械手。采摘機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)型式選取主要取決于機(jī)械人的活動(dòng)范圍、靈活性、重復(fù)定位精度、持重能力和控制難易等要求。以上四種型式，它們的活動(dòng)范圍和靈活度逐漸增大。經(jīng)過(guò)對(duì)蘋果采摘空間的研究，結(jié)果表明，蘋果樹樹冠和底部的蘋果分布極少，大多分布在樹冠中部，大約有80%以上的蘋果分布在距地面垂直高度1-2m、距樹干左右方向1-2m的空間范圍內(nèi)，且陰陽(yáng)兩面的蘋果分布率并無(wú)明顯的差異。這就要求采摘機(jī)械手應(yīng)當(dāng)具有較大的工作空間，因此選用多關(guān)節(jié)型機(jī)械手較為合適，且其占地面積較小，更加適合蘋果采摘作業(yè)。
實(shí)際中，蘋果生長(zhǎng)位置隨機(jī)分布，這就要求機(jī)械臂的末端執(zhí)行器能夠以準(zhǔn)確的位置和姿態(tài)移動(dòng)到指定點(diǎn)，因此，采摘機(jī)械人還應(yīng)具有一定數(shù)量的自由度。機(jī)械臂的自由度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，其數(shù)目應(yīng)該與所要完成的任務(wù)相匹配。一般來(lái)說(shuō)，自由度數(shù)量越多，機(jī)械臂的靈活性、避障能力越好，通用性也越廣，但增加一個(gè)自由度就相當(dāng)于增加了一級(jí)驅(qū)動(dòng)，會(huì)使得機(jī)器人的成本上升，而對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)器人而言，成本高將會(huì)大大的減緩其機(jī)械商品化實(shí)用化進(jìn)程，同時(shí)增加自由度會(huì)相應(yīng)增加機(jī)器人的控制難度，降低機(jī)器人的可靠性。綜合考慮，將自由度數(shù)目定為六個(gè)，這樣不僅能夠使得末端執(zhí)行器具有較為完善的功能，而且到達(dá)采摘空間中的任意位置，而且不會(huì)出現(xiàn)冗余問題。
2 采摘機(jī)械臂工作原理
圖1 機(jī)械人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖1是本次設(shè)計(jì)的球類水果采摘機(jī)械人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該結(jié)構(gòu)為六自由度機(jī)構(gòu)，可劃分為底座、大臂、小臂、腕部和手五個(gè)部分。機(jī)械臂的底座通過(guò)舵機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。其中的各個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)均是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋絲桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)機(jī)械臂的傳動(dòng)如下：（1）底座旋轉(zhuǎn)。確定與底座平面互相垂直的目標(biāo)采摘物所在的平面。（2）大臂轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)至目標(biāo)采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂轉(zhuǎn)動(dòng)。將采摘機(jī)械手送至目標(biāo)采摘物的附近。（4）手腕轉(zhuǎn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)。調(diào)整機(jī)械手末端采摘機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，使其處于一個(gè)合適的位置，保證采摘任務(wù)能夠合理完成。（5）手夾緊放松，完成對(duì)目標(biāo)采摘物的采摘任務(wù)。此外，將末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)為關(guān)節(jié)型的兩只手指，通過(guò)舵機(jī)6（舵機(jī)分配情況見圖2）、齒輪的嚙合及連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)采摘物的夾緊與放松。
由以上分析得出：機(jī)械手的空間位姿由各個(gè)關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)來(lái)決定，即當(dāng)機(jī)械手的各個(gè)舵機(jī)的坐標(biāo)確定的時(shí)候，就可以確定機(jī)械手的空間位姿。而決定舵機(jī)坐標(biāo)的因素就是臂長(zhǎng)及臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而在這兩個(gè)參數(shù)中，設(shè)計(jì)結(jié)束后臂長(zhǎng)是確定的常量，角度為變量。在模型當(dāng)中，舵機(jī)1、2的相對(duì)位置固定不變，控制末端執(zhí)行器的舵機(jī)6用來(lái)調(diào)整手的姿態(tài)，因此可以先忽略舵機(jī)1、6，將舵機(jī)2軸線中心的位置設(shè)為坐標(biāo)系原點(diǎn)。
圖2 舵機(jī)分配方框圖
3 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
首先用Pro/E軟件中的零件模塊對(duì)機(jī)械人各個(gè)零件進(jìn)行繪制，然后再對(duì)零件進(jìn)行自下而上的裝配，以及進(jìn)行零件圖及裝配圖的繪制。大臂、小臂和腕部、機(jī)械手零件圖以及裝配圖分別見圖3、圖4、圖5、圖6和圖7（單位均為mm）。
4 試驗(yàn)臺(tái)搭建與抓取效果實(shí)驗(yàn)
根據(jù)零件圖及裝配圖進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)搭建。由于設(shè)計(jì)尺寸較大，故將整體尺寸縮小4倍來(lái)進(jìn)行搭建。實(shí)物如圖8所示。通過(guò)操作上位機(jī)控制軟件指令信號(hào)，可給伺服舵機(jī)控制器發(fā)送控制指令信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械人在空間中精確作業(yè)。試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)械人能夠較為平穩(wěn)、準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行夾取、移動(dòng)、放置等任務(wù)。證明設(shè)計(jì)合理，試驗(yàn)臺(tái)搭建正確。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)水果采摘作業(yè)的分析，設(shè)計(jì)了一套六自由度關(guān)節(jié)型采摘機(jī)械人。其運(yùn)動(dòng)范圍覆蓋了水果果實(shí)的分布范圍，末端執(zhí)行器能夠執(zhí)行對(duì)水果的采摘任務(wù)。在采摘過(guò)程中，只需對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，在一定程度上降低了控制的難度和復(fù)雜性。當(dāng)然，設(shè)計(jì)中也存在不足，例如缺少對(duì)果實(shí)的切割裝置，而且對(duì)葡萄等較小、較軟的果實(shí)采摘技術(shù)不成熟，有待進(jìn)一步的改善。
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關(guān)鍵詞：無(wú)氧澆注，長(zhǎng)水口機(jī)械手水平回轉(zhuǎn)，上下升降，旋轉(zhuǎn)，預(yù)緊力
1無(wú)氧澆注技術(shù)
鋼水從盛鋼桶注入中間罐、或者從中間罐注入結(jié)晶器的過(guò)程中，不可避免地要與空氣接觸而發(fā)生氧化反應(yīng)和吸收氣體。如果不采取措施，即使連鑄鋼水經(jīng)過(guò)了各種處理，鋼水的純度很高，也還是會(huì)前功盡棄，結(jié)果往往在鑄坯、鋼板和成品加工過(guò)程中出現(xiàn)種種表面或內(nèi)部缺陷，使鋼坯的機(jī)械性能變壞。因此，在連鑄過(guò)程中必須使鋼水與空氣隔絕，這就是無(wú)氧澆注技術(shù)。
長(zhǎng)水口機(jī)械手機(jī)構(gòu)就是通過(guò)各種動(dòng)作把長(zhǎng)水口的上端與大包滑動(dòng)水口相接，下口伸入中間罐鋼水內(nèi)，從而使鋼水流通過(guò)長(zhǎng)水口注入中間罐，用長(zhǎng)水口將注流與空氣隔絕。。為了防止從上水口與大包滑動(dòng)水口的連接處吸入空氣，選用Ar氣體密封。這也是無(wú)氧澆注中大包與中間罐之間保護(hù)形式的一種，是品種鋼澆鑄的必要技術(shù)。
2改造前長(zhǎng)水口機(jī)械手的工作條件和應(yīng)用狀況
某鋼廠連鑄用鋼包自重130噸，公稱容量為300噸，最大容量為325噸。最大容量時(shí)鋼水高度為4707mm。
圖1
鋼水液比重6.8t/m3，上口直徑φ4623mm，鋼水罐總高5445mm，凈空高度504mm（300噸時(shí)）吹氬壓力4kgf。耐材自重93-100kg。液壓系統(tǒng)工作壓力100-150bar，最大壓力210bar。液壓缸主要參數(shù)為φ50/φ28，行程200，由于液壓缸的位置限制不能使水口向上抬的很高，雖然能夠降得很低，但不能有效地利用行程，不能滿足大包升降的機(jī)械要求。液壓系統(tǒng)的工作情況如圖1所示?，F(xiàn)有機(jī)構(gòu)無(wú)法安全牢靠的把持長(zhǎng)水口，經(jīng)常中斷連鑄的順利進(jìn)行，無(wú)法保證煉鋼質(zhì)量。
3長(zhǎng)水口機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
長(zhǎng)水口機(jī)械手的升降運(yùn)動(dòng)包括配重控制和液壓閥塊控制；在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上有依靠人工操作和利用蝸輪蝸桿減速機(jī)傳動(dòng)兩種方式。配重式機(jī)械手在操作過(guò)程中笨拙、沉重且不能有效的保證長(zhǎng)水口需要的預(yù)緊力?，F(xiàn)在的長(zhǎng)水口機(jī)械手設(shè)計(jì)常采用液壓控制，利用鑄機(jī)主泵站供油，選擇在系統(tǒng)壓力范圍內(nèi)有效工作的液壓缸，不必配置獨(dú)立的液壓站。在機(jī)械臂的支撐上有一點(diǎn)支撐和通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂兩點(diǎn)支撐這兩種支撐方式。
4長(zhǎng)水口機(jī)械手的工作原理
4.1液壓缸的設(shè)計(jì)依據(jù)
長(zhǎng)水口機(jī)械手的升降動(dòng)作主要依靠液壓缸的動(dòng)作來(lái)完成。液壓缸可分為有桿腔工作和無(wú)桿腔工作兩種情況，無(wú)桿腔進(jìn)油推力大速度小，有桿腔進(jìn)油推力小速度快?；蛘哒f(shuō)在同樣負(fù)載下，無(wú)桿腔進(jìn)油需要的壓力小，有桿腔進(jìn)油需要的壓力大。
根據(jù)長(zhǎng)水口機(jī)械手的工作要求，現(xiàn)場(chǎng)需要?jiǎng)幼鞯姆秶M(jìn)行設(shè)計(jì)，為某鋼廠改造的該機(jī)構(gòu)工作位置如圖2所示。
圖2
O點(diǎn)為液壓缸的支點(diǎn)，A點(diǎn)為液壓缸最短行程位置，C點(diǎn)為最大行程位置，通過(guò)力距的分解與計(jì)算，可以選擇一定行程的液壓缸，保證機(jī)構(gòu)升降需要達(dá)到的位置。通過(guò)分析可知，圖示位置和行程完全可以提起所要求的角度。。該機(jī)構(gòu)是可靠的。
4.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用下置式蝸輪減速機(jī)，傳動(dòng)比40：1。。根據(jù)輸出軸軸端許用負(fù)載選擇蝸輪軸的轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)矩。
輸出軸軸端徑向許用負(fù)荷FR=FL·R（其中FL為速度系數(shù)，R為徑向載荷系數(shù)）
輸出軸軸端軸向許用負(fù)荷FA=FL·A（其中FL為速度系數(shù)，A為軸向載荷系數(shù)）
蝸輪減速機(jī)在啟動(dòng)機(jī)器之前，要正確加注蝸輪減速機(jī)專用油N220-N680，不能使用其他油。新減速機(jī)第一次使用時(shí)，經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)7~14天（150~300小時(shí)）的磨合期后，必須更換新油。使用至三個(gè)月時(shí)必須第二次更換新油。在以后的使用過(guò)程中，應(yīng)定期檢查油質(zhì)，必須隨時(shí)更換含有雜質(zhì)、污染，或已分解、老化的變質(zhì)油品，確保減速機(jī)的使用性能，從而保證長(zhǎng)水口機(jī)械手機(jī)構(gòu)靈活、安全的回轉(zhuǎn)。
5、使用狀況
該長(zhǎng)水口機(jī)械手機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，操作簡(jiǎn)單，工作可靠，達(dá)到了鋼廠的使用要求。
根據(jù)某鋼廠板坯澆鑄機(jī)生產(chǎn)實(shí)績(jī)統(tǒng)計(jì)，在鋼包與中間罐間敞開澆注，中間罐內(nèi)鋼水平均增氮20ppm；采用長(zhǎng)水口密封澆注，平均增氮約12ppm；在長(zhǎng)水口頂部與滑動(dòng)水口連接處通過(guò)Ar密封，鋼液增氮平均僅為2ppm。
在無(wú)氧澆注過(guò)程中使用長(zhǎng)水口機(jī)械手機(jī)構(gòu)和氬氣密封技術(shù)，為控制鋼坯缺陷，保證了鑄坯質(zhì)量，滿足了現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)品種鋼的需求提供了有利的支持。
關(guān)鍵詞：蘿卜采收；機(jī)械手；機(jī)械設(shè)計(jì)；控制設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：S225.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）09-2248-04
目前，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率僅為17%，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大的差距[1]。加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，實(shí)施精確農(nóng)業(yè)，廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)器人，以提高資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效率已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[2，3]。果蔬的采收方法有手工采收、機(jī)械輔助采收和機(jī)械化采收3種[4，5]，世界蘿卜的總產(chǎn)量為4 900萬(wàn)t/年，其中中國(guó)680萬(wàn)t/年，國(guó)內(nèi)的采摘作業(yè)基本上都是手工進(jìn)行的，收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大。隨著農(nóng)業(yè)設(shè)施的發(fā)展和作業(yè)機(jī)械化的要求，對(duì)蘿卜種植模式要求也越來(lái)越高，種植、管理和收獲的勞動(dòng)量也越來(lái)越大，亟需研究開發(fā)果蔬收獲機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)果蔬的機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化收獲[6，7]，為此，通過(guò)對(duì)蘿卜種植與采收情況的調(diào)研，設(shè)計(jì)了一款蘿卜采收機(jī)械手，以期為蘿卜的自動(dòng)化采收打下一定的基礎(chǔ)。
1 蘿卜采收機(jī)總體設(shè)計(jì)
根據(jù)蘿卜采收過(guò)程的特殊性，為了提升蘿卜采收的工作效率，所設(shè)計(jì)的是一種農(nóng)業(yè)機(jī)械中的收獲機(jī)械手，由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其組成示意圖如圖1。
2 蘿卜采收機(jī)械手關(guān)鍵部位機(jī)械設(shè)計(jì)
蘿卜采收機(jī)械手的關(guān)鍵部位主要包括：1）手爪部位。手爪部位的主要工作是對(duì)蘿卜進(jìn)行抓取，為了減少手部由于慣性帶來(lái)的不平穩(wěn)性，此部位采用回轉(zhuǎn)的形式，而手爪只用兩根手指代替；2）手腕部位。手腕是連接手爪部位和手臂部位的關(guān)鍵地方，其主要工作是調(diào)整蘿卜的方位，使蘿卜被抓的時(shí)候可以進(jìn)行擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)，輔助蘿卜采收過(guò)程的連貫性；3）手臂部位。手臂部位的主要作用就是支承，在采收過(guò)程中帶動(dòng)其他部件運(yùn)轉(zhuǎn)，并按照采收要求將蘿卜搬運(yùn)到指定的位置，設(shè)計(jì)時(shí)只需要實(shí)現(xiàn)手臂部位的升降與擺動(dòng)即可。此次設(shè)計(jì)機(jī)械手應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能：蘿卜的挖掘、被挖掘的蘿卜轉(zhuǎn)移到指定位置，圖2為機(jī)械手的機(jī)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖。
2.1 機(jī)械手基本技術(shù)參數(shù)的選定
由于蘿卜生長(zhǎng)的自然環(huán)境決定了蘿卜采摘過(guò)程中所需要的拔取力，故需要對(duì)不同地方生長(zhǎng)的蘿卜進(jìn)行采收力的測(cè)定。把細(xì)繩系在蘿卜的莖葉或者根莖部位，細(xì)繩的末端連接計(jì)力器材，多次讀取并記錄最大拉力。圖3為湖北省長(zhǎng)陽(yáng)和沙洋兩個(gè)地區(qū)分組測(cè)試蘿卜拔取力的試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)取5組數(shù)據(jù)平均值F=80 N，蘿卜重量約為0.5kg，故重力G=5 N，摩擦系數(shù)f=0.2，夾緊力N=0.5 G/f，得N=12.5 N。
機(jī)械手手臂上下行程為500 mm，手腕旋轉(zhuǎn)角度90°，手臂旋轉(zhuǎn)角度90°，按照循環(huán)步驟安排確定每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，從而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。各動(dòng)作的時(shí)間分配要考慮多方面的因素，包括總的循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，各動(dòng)作之間順序是依序進(jìn)行還是同時(shí)進(jìn)行等[8]，此次設(shè)計(jì)各動(dòng)作依序進(jìn)行，為保證蘿卜的質(zhì)量必須限制采摘速度及加速度，采摘速度初步定在小于1 m/s，此速度由各關(guān)節(jié)液壓缸流量控制保證。
2.2 機(jī)械手末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
手部是用來(lái)直接握持蘿卜的部件，由于被握持蘿卜的形狀、尺寸大小、重量、表面狀況等的不同，根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)計(jì)采用夾鉗式的手部結(jié)構(gòu)。夾鉗式手部結(jié)構(gòu)由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成，它對(duì)抓取各種形狀的物體具有較大的適應(yīng)性，常見的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)往往通過(guò)滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)夾緊或放松[9]。由于抓取尺寸約為90 mm×240 mm的圓柱體，故采用夾鉗式平面指形結(jié)構(gòu)較為合適。
設(shè)計(jì)中機(jī)械手手爪在夾持蘿卜時(shí)，其夾握力分析簡(jiǎn)圖如圖4。為了增大夾握力，采取以下兩種方法：①設(shè)計(jì)鏟刀角度170°，以增加手指和蘿卜的接觸面積；②增大手指和蘿卜間的摩擦系數(shù)，為此采用較寬手指與蘿卜接觸，故此處f取0.2，將上述數(shù)值代入得：
N=■G=■×5=12.5N 公式（1）
式中，N為夾持蘿卜時(shí)所需要的握力；G為工件重量轉(zhuǎn)化的重力； f為摩擦系數(shù)。
考慮到在傳送過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生慣性力、振動(dòng)以及受到傳力機(jī)構(gòu)效率等的影響，故實(shí)際握力還應(yīng)按公式（2）計(jì)算[10]：
N實(shí)≥N?■ 公式（2）
式中，η為手部的機(jī)械效率，一般取0.85～0.95；k1為安全系數(shù)，一般取1.2～2.0；k2為工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響，按公式（3）估算[10，11]：
k2=1+a/g公式（3）
其中，a為抓取工件傳送過(guò)程中的最大加速度，g為重力加速度。
若取η=0.9，k1=1.5，k2按a=g/2計(jì)算，k2=1+a/g=1.5，則
N實(shí)≥N?■=12.5×■≈32 N 公式（4）
2.3 機(jī)械手腕部位的設(shè)計(jì)
機(jī)械手腕與機(jī)械手臂連接在一起，手臂運(yùn)動(dòng)結(jié)束后調(diào)整手腕的位置狀態(tài)，以此來(lái)提高蘿卜采收過(guò)程的拔取率。手腕部位的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該力求扎實(shí)緊湊，且轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。手腕也是末端執(zhí)行部位與機(jī)械手臂之間的橋梁，處于手臂部位的前端，手爪的末端，因此其承受載荷的性能直接關(guān)系到蘿卜的采收過(guò)程，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還要考慮其機(jī)械強(qiáng)度與剛度，并且要讓其布局合理。結(jié)合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出腕部位的結(jié)構(gòu)如圖5，其為典型腕部結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)自由度的回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，直接用回轉(zhuǎn)液壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.4 機(jī)械手臂部位的設(shè)計(jì)
機(jī)械手的手臂部位是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手末端手爪進(jìn)行大尺度位姿變換的關(guān)鍵部件，即把末端手爪部分移動(dòng)到空間的指定地點(diǎn)。手臂部位的驅(qū)動(dòng)形式主要有液壓傳動(dòng)式和機(jī)械傳動(dòng)式兩種，由于手臂部位的大尺度工作范圍，以及工作中也需承受腕部和手爪部位的動(dòng)力載荷，而且其姿態(tài)調(diào)整的靈活性影響到機(jī)械手的定位精度，因此手臂部位采用液壓回轉(zhuǎn)缸的形式實(shí)現(xiàn)手臂的大尺度旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，如圖6所示的手臂結(jié)構(gòu)，采用一個(gè)回轉(zhuǎn)液壓缸，實(shí)現(xiàn)小臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。從A-A剖視圖上可以看出，回轉(zhuǎn)葉片用鍵和轉(zhuǎn)軸連接在一起，定片和缸體用銷釘和螺釘連接，壓力油由左油孔進(jìn)入和右油孔壓出，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)手臂部位的旋轉(zhuǎn)。
3 蘿卜采收機(jī)械手液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及PLC控制設(shè)計(jì)
3.1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
從蘿卜采收的工藝過(guò)程可以得出，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的時(shí)候液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力和流量不需要太高，設(shè)計(jì)使用電磁換向閥的液壓回路可以較好地提高采收過(guò)程的自動(dòng)化程度。從降低供油壓力的角度來(lái)分析，機(jī)械手的液壓系統(tǒng)可以采用單泵供油，而手臂部位的旋轉(zhuǎn)和位姿的調(diào)整等相關(guān)機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油。為了防止多缸的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生干涉和保證運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)非同步運(yùn)動(dòng)或者是同步運(yùn)動(dòng)，油路中的換向閥使用中位“O”型換向閥，夾緊缸換向選用二位三通電磁閥，其他缸全部選用“O”型三位四通電磁換向閥[12，13]。機(jī)械手臂位姿調(diào)整的過(guò)程中要求行程可變，在液壓缸的起動(dòng)和停止的過(guò)程中也需要緩沖，但由于回轉(zhuǎn)缸內(nèi)空間狹小，且回轉(zhuǎn)缸為小流量泵供油，故本系統(tǒng)沒有在回轉(zhuǎn)缸換向回路中采用緩沖回路，僅在大流量直動(dòng)液壓缸中采用緩沖回路。
在上述主要液壓回路定好后，再加上其他功用的輔助油路（如卸荷、測(cè)壓等油路）就可以進(jìn)行合并，完善為完整的液壓系統(tǒng)，并編制液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)及電磁鐵動(dòng)作順序表，其中液壓原理圖如圖7。
3.2 PLC控制設(shè)計(jì)
為了讓機(jī)械手工作時(shí)可靠且有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，控制部分的設(shè)計(jì)思路是讓該機(jī)械手的部件順序動(dòng)作，所以，在任一時(shí)間該機(jī)械手都只有一個(gè)部件被驅(qū)動(dòng)，而各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)范圍都是受其結(jié)構(gòu)限制的[14，15]。PLC的狀態(tài)流程簡(jiǎn)圖如圖8所示，機(jī)械手在自動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)每一個(gè)周期需要完成以下動(dòng)作：蘿卜采摘開始時(shí)，機(jī)械手被設(shè)定在準(zhǔn)備狀態(tài)，第一步為手臂下降；下降完成后，手爪扎入地下指定深度，進(jìn)行第二步手爪夾緊；為完成挖蘿卜動(dòng)作，手腕帶動(dòng)手爪及蘿卜旋轉(zhuǎn)90°；完成上述動(dòng)作后，機(jī)械手臂向上提升完成拔去動(dòng)作；手臂擺動(dòng)90°，以實(shí)現(xiàn)對(duì)蘿卜的轉(zhuǎn)移；最后手臂回?cái)[，手腕回?cái)[，機(jī)械手回到初始狀態(tài)。
4 小結(jié)
通過(guò)對(duì)機(jī)器人技術(shù)及機(jī)械手結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)蘿卜采收的過(guò)程進(jìn)行了研究，確定蘿卜采收機(jī)械手的整體方案結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)蘿卜采收機(jī)械手的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。蘿卜采收機(jī)械手能配合蘿卜采收機(jī)依次完成蘿卜的拔取、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位等動(dòng)作，但該機(jī)械手在結(jié)構(gòu)及工作性能的穩(wěn)定性方面還需在田間進(jìn)行試驗(yàn)，控制方案有待根據(jù)不同地區(qū)的種植情況進(jìn)行優(yōu)化。
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關(guān)鍵詞：六自由度機(jī)械臂；OpenCV；伺服；制動(dòng)
中圖分類號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）33-0227-03
1 機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1.1 開發(fā)環(huán)境
本設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境是arduino。Arduino是一款完全開源的電子原型平臺(tái)，包含了arduino板和arduino IDE。由歐洲開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)，使用類似C語(yǔ)言的processing開發(fā)環(huán)境。Arduino可以自行設(shè)計(jì)或者購(gòu)買已經(jīng)焊接好的板子，程序代碼寫在arduino IDE上，實(shí)現(xiàn)對(duì)arduino板子的控制。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
作為近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)設(shè)備，機(jī)械臂可以通過(guò)編寫軟件程序來(lái)完成目標(biāo)任務(wù)，它不僅大部分機(jī)械臂共同的機(jī)械有點(diǎn)，而且特別具有人的視覺以及判斷能力。在作業(yè)過(guò)程中，機(jī)械臂控制的準(zhǔn)確性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，已經(jīng)使其在各個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。高級(jí)類型的機(jī)械臂，可以執(zhí)行更復(fù)雜的操作。將機(jī)器臂運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，除了可以提高生產(chǎn)率之外，還能夠減弱工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因此機(jī)械臂在近幾年得到了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。
在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，涵蓋于各個(gè)行業(yè)，已經(jīng)得到了非常廣泛的運(yùn)用，而相比國(guó)內(nèi)，我國(guó)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)跟不上，機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝也達(dá)不到一個(gè)極高的水平，而且部分設(shè)計(jì)不夠系統(tǒng)科學(xué)，大多處于一個(gè)模仿的階段。以上原因?qū)е挛覈?guó)工業(yè)機(jī)器人在國(guó)際上并不能達(dá)到一個(gè)較高的水準(zhǔn)。如今國(guó)內(nèi)企業(yè)需要革新自己的技術(shù)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)才能在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地。
1.3 總體思路
1.3.1 機(jī)械臂軟件設(shè)計(jì)核心思路
攝像頭采集視頻圖像->利用OpenCV獲得圖像的一幀->對(duì)此幀圖像進(jìn)行濾波處理->將圖像序列幀由RGB模型轉(zhuǎn)為HSV模型->對(duì)得到的二值圖像進(jìn)行輪廓檢測(cè)->創(chuàng)建回調(diào)函數(shù)并對(duì)得到的三幅圖像進(jìn)行合并->創(chuàng)建滑動(dòng)條窗口->將得到的圖像分為H，S，V三幅單通道圖像->在目標(biāo)體上繪制輪廓。
本文提到的OpenCV函數(shù)庫(kù)是一個(gè)開源的跨平臺(tái)的視覺圖像處理庫(kù)，利用此庫(kù)中提供的開源算法并加以邏輯上的改進(jìn)來(lái)提取攝像頭中幀圖像，再使用顏色閾值調(diào)節(jié)功能進(jìn)行顏色識(shí)別，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行一系列的處理達(dá)到預(yù)期要求。
1.3.2 OpenCV簡(jiǎn)介
OpenCV是一個(gè)基于開源發(fā)型的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)，可以運(yùn)行在眾多操作系統(tǒng)上，由一系列C函數(shù)和C++類構(gòu)成，輕量且高效，其提供的視覺處理算法非常豐富，被大量使用于眾多科學(xué)領(lǐng)域，衛(wèi)星地圖的圖像整合拼湊；醫(yī)學(xué)界病人器官圖像的去噪處理；安全系統(tǒng)中的物體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)而預(yù)警；軍事行動(dòng)中代替人眼而進(jìn)行眾多無(wú)人操作與活動(dòng)，不光如此，在圖像處理能力外，還能對(duì)聲譜圖進(jìn)行識(shí)別操作從而進(jìn)行對(duì)聲音的識(shí)別。
1.4 單一模塊
1.4.1 顏色識(shí)別
顏色識(shí)別的首當(dāng)之事應(yīng)是正確選取顏色空間，常用的顏色空間有RGB、CMY、HSV、HIS等。本文采用RGB和HSV。
RGB（紅、綠、藍(lán)）可以看成一個(gè)三維的坐標(biāo)系，一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)表示一種顏色。HSV是顏色空間模型。表示顏色的是Hue，與坐標(biāo)點(diǎn)不同，他使用有角度的圓形來(lái)表示相應(yīng)顏色，比坐標(biāo)點(diǎn)更加靈活。表示飽和度的是Saturation，飽和度越低，則顏色填充就越少，例如圓心處取值為0，那么顏色會(huì)非常的淡，從底部往上，圓的半徑r越來(lái)越大，那么顏色就會(huì)越來(lái)越深。表示顏色的亮度的是Value，同理，也是從圓錐底端到頂端的數(shù)值漸變，底部表示為黑色，而頂端表示為白色。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，RGB顏色經(jīng)測(cè)驗(yàn)非常容易受到強(qiáng)光、弱光、陰影等其他因素的干擾。相比之下，HSV空間能更加穩(wěn)定的處理這些光照的變化從而能更好地反應(yīng)顏色本質(zhì)、傳達(dá)正確信息。
1.4.2 圖像獲取與處理
1.4.2.1 圖像獲取與預(yù)處理
利用體感周邊外設(shè)中強(qiáng)大的Kinectz像頭（VideoCapture（…））獲取周圍環(huán)境圖像，讀取一張圖片或視頻中的一幀圖像，進(jìn)行兩次濾波后利用cvtColor（imgOriginal， imgHSV， COLOR_BGR2HSV）函數(shù)進(jìn)行RGB與HSV的轉(zhuǎn)換，再在HSV空間下對(duì)彩色圖像做直方圖均衡化。
高斯濾波函數(shù)：cvSmooth（…CV―GAUSSIAN…）。真實(shí)圖像的鄰近點(diǎn)像素如果變化，不會(huì)十分明顯，因?yàn)檎鎸?shí)圖像的像素點(diǎn)是緩慢遷移變化的，但是如果兩個(gè)像素點(diǎn)倏忽變化的話，便會(huì)有很大的像素差，就是我們說(shuō)的噪點(diǎn)，這時(shí)候便要用到廣泛用于圖像處理的減噪的高斯濾波，他對(duì)整幅圖進(jìn)行加權(quán)平均，從而能夠減少噪聲卻又不失真（保留信號(hào)）。
中值濾波函數(shù)：cvSmooth（…CV―MEDIAN…）。有時(shí)候圖像中會(huì)有孤立的噪聲點(diǎn)從而會(huì)形成較大差異，這樣會(huì)影響平均值也會(huì)產(chǎn)生較大噪音，所以便使用非線性平滑的中值濾波，他把圖像中的孤立的噪聲點(diǎn)用其領(lǐng)域中各個(gè)點(diǎn)值的中值代替從而有效的去噪并且能夠保護(hù)信號(hào)邊緣使之不模糊，其算法也十分簡(jiǎn)單。
1.4.2.2 圖像細(xì)處理與生成
創(chuàng)建滑動(dòng)條：返回所讀取的顏色參數(shù)闕值。本文設(shè)定了6個(gè)參數(shù)：
[LowHue（色度下限值）HighHue（色度上限值）LowSaturation（飽和度下限值）HighSaturation（飽和度上限值）HighBrightness（亮度上限值）LowBrightness（亮度下限值）]
之后得到返回的參數(shù)闕值，便用于檢查圖像像素灰度是否在設(shè)置的范圍內(nèi)并且可以得到目標(biāo)顏色的色度、飽和度和亮度單通道圖像。
將得到的三個(gè)單通道圖像進(jìn)行按位與運(yùn)算，這樣便能檢測(cè)其二值圖像，由于此時(shí)會(huì)出現(xiàn)噪聲，所以采用膨脹腐蝕的方法進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)處理，使得到的目標(biāo)體進(jìn)行最大的連通。
圖像生成：查找輪廓和繪制輪廓，輪廓正確勾勒，圖像便能正確顯示。利用OpenCV中對(duì)灰度圖像處理的Canny邊緣檢測(cè)法（cvCanny（…）），將試圖獨(dú)立的候選像素拼裝成輪廓，輪廓的形成是對(duì)這些像素運(yùn)用滯后性闕值，Canny邊緣檢測(cè)算法是高斯函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，是對(duì)信噪比與定位精度之乘積的最優(yōu)化逼近算子。
Canny函凳淙朧涑齙畝嘉灰度圖，在邊緣檢測(cè)完成后，利用“cvFindContours（…）”函數(shù)得到輸出的圖像的輪廓函數(shù)（在二值圖像中），檢測(cè)輪廓個(gè)數(shù)，然后再用“cvDrawContours（…）”函數(shù)繪制檢測(cè)的輪廓。
2 機(jī)械臂控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 自由度及關(guān)節(jié)
本機(jī)械手臂采用4個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)4自由度，進(jìn)行手臂的升降，轉(zhuǎn)動(dòng)，抓取，移動(dòng)等功能。
2.2 基座及連桿
2.2.1 基座
基座是機(jī)械手臂的支撐，起到穩(wěn)固的作用，為了使機(jī)械手臂更加的穩(wěn)定，增大其與表面的接觸面積，降低重心，提升其穩(wěn)定性能。同時(shí)，基座的剩余部分，可用于防止控制的單片機(jī)及其擴(kuò)展版，使空間充分利用。
2.3 機(jī)械手臂設(shè)計(jì)
機(jī)械手是機(jī)械行業(yè)中必不可少的一個(gè)部分，主要起到操作，轉(zhuǎn)移等功能。根據(jù)工件的不同，機(jī)械手的精度，重量，形狀，光滑程度等都會(huì)不一樣，以至于達(dá)到節(jié)省成本或準(zhǔn)確夾取工件等實(shí)際要求。一般機(jī)械手包括：1）靈巧手；2）吸附手；3）夾取手；4）專用操作器。本設(shè)計(jì)因?qū)崿F(xiàn)的主要功能是夾取物體并轉(zhuǎn)移，工件物體不確定，因此采用夾取手作為機(jī)械手臂的機(jī)械手進(jìn)行操作。
2.4 驅(qū)動(dòng)方式
調(diào)用Servo實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制，定義多個(gè)舵機(jī)，控制多個(gè)舵機(jī)，具體內(nèi)容根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)試。采用for語(yǔ)句，當(dāng)紅外或者視覺采集到數(shù)據(jù)，給予反饋，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的停止或執(zhí)行下一步。舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的角度通過(guò)脈沖寬度占空比實(shí)現(xiàn)。由于舵機(jī)牌子不同，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也會(huì)不同。
本機(jī)械手臂通過(guò)電機(jī)的扭矩進(jìn)行傳動(dòng)。手臂的升降，轉(zhuǎn)動(dòng)，抓取都是由能夠承受很大力的電機(jī)進(jìn)行完成。在機(jī)械手臂抓取物體時(shí)，盡量的平穩(wěn)，并且力不能夠過(guò)大或者過(guò)輕，移動(dòng)時(shí)活動(dòng)空間大。
機(jī)械行業(yè)一般常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)三種方式，每種驅(qū)動(dòng)方式各有優(yōu)劣。本設(shè)計(jì)機(jī)械手臂中，要求驅(qū)動(dòng)時(shí)滿足一下條件：1）輸出功率適中，效率高；2）精準(zhǔn)度盡可能的高；3）便于維護(hù)，調(diào)試；4）安全性高；5）成本低。
綜上所述，本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電機(jī)參數(shù)如表所示：
本機(jī)械手臂采用控制角度的方式控制手臂。在初始位確定的情況下，通過(guò)控制角度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是，能夠精確控制位置，但是因?yàn)樾枰M(jìn)行初始位置，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。本文設(shè)計(jì)方案?jìng)鲃?dòng)方式為舵機(jī)直接傳動(dòng)，故不多作介紹。
3 結(jié)論
機(jī)械臂控制系統(tǒng)是當(dāng)今社會(huì)的一項(xiàng)非常重要的研究課題，盡管其發(fā)展已經(jīng)有了一段很長(zhǎng)的歷史，但是其發(fā)展并不完全成熟。無(wú)論是學(xué)術(shù)界、工業(yè)還是在教育教學(xué)方面都一直在進(jìn)行著這方面的研究，距離成熟階段還要有一段時(shí)間。
本設(shè)計(jì)是基于OpenCV六自由度機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以六自由度機(jī)械臂為控制對(duì)象，以arduino為開發(fā)環(huán)境，輔以有著豐富視覺處理算法的OpenCV軟件，并在此基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的控制理論，以正確的控制方法為指導(dǎo)，進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件的設(shè)計(jì)是本論文研究的重點(diǎn)，芯片的選型是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的保證，并且輔以可靠性分析為指導(dǎo)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中看出，我們?cè)O(shè)計(jì)制作的基于OpenCV的四自由度機(jī)械臂能夠和一些中小型機(jī)器人控制器的性能要求類似，在操作靈活度、控制精度、易操作性等方面都表現(xiàn)出優(yōu)秀的性能。然而，仍有一些不足之處需要進(jìn)一步的改進(jìn)。
1）機(jī)械臂的傳感器提升。作為機(jī)械臂的控制對(duì)象，其結(jié)構(gòu)、性能的優(yōu)劣成為了機(jī)械臂的重中之重、中流砥柱，為了實(shí)際運(yùn)行效果的完美，我們機(jī)械臂的手爪部分應(yīng)加入壓力等傳感器，為控制的精準(zhǔn)提供、保證更為完整的信息。
2）完善機(jī)械臂自動(dòng)控制算法。算法的優(yōu)良決定了機(jī)械臂是否能自動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，特別在輸入?yún)?shù)和機(jī)械臂抓取后的運(yùn)輸，需要更加優(yōu)化、靈活的算法，從而將計(jì)算出的控制參數(shù)變得更加精確和一體。
3）視覺的廣泛性運(yùn)用。視覺不單單只作用與顏色的閾值識(shí)別，還包括如骨骼識(shí)別，輪廓識(shí)別等等，再后續(xù)的研究中，添入以上功能，可以使機(jī)械臂的作用范圍變得更加的廣泛。
鑒于上述情況，在以后的工作中，我們應(yīng)該不斷改進(jìn)、完善，以提高該機(jī)械臂系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性。
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關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)線；教學(xué)方法；電機(jī)與電氣控制；PLC；課程設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006-5962（2013）02-0027-02
高職機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)置的培養(yǎng)目標(biāo)是：面向工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，電氣控制系統(tǒng)制造公司、機(jī)電設(shè)備制造公司、機(jī)電設(shè)備、電氣設(shè)備、工控設(shè)備制造公司或公司、科技開發(fā)公司，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要，全面發(fā)展，適應(yīng)本專業(yè)相對(duì)應(yīng)職業(yè)崗位的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才，主要崗位群定位是自動(dòng)化設(shè)備安裝員、自動(dòng)化設(shè)備調(diào)試員、中高級(jí)維修電工等，本專業(yè)有五個(gè)主干學(xué)科：電氣工程、電子工程、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程，都是為了崗位需要設(shè)置的專業(yè)知識(shí)。其中《自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》作為一門核心專業(yè)課在第四學(xué)期進(jìn)行了貫穿和綜合。
1自動(dòng)化生產(chǎn)線的課程設(shè)置
機(jī)電一體化專業(yè)人才培養(yǎng)能力有：識(shí)圖繪圖能力、機(jī)電安裝調(diào)試維修能力、電控系統(tǒng)調(diào)試檢修能力、自動(dòng)線調(diào)試維護(hù)能力、機(jī)電設(shè)備管理能力及機(jī)電產(chǎn)品營(yíng)銷能力等?！蹲詣?dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試》前序課程有PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、電機(jī)與控制，后序課程有機(jī)床維修等。在我們所要實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)中知識(shí)目標(biāo)涉及到：機(jī)械手工作原理、握機(jī)械手控制原理、機(jī)械手氣動(dòng)原理、熟悉安全操作規(guī)程；能力目標(biāo)有：對(duì)已安裝的機(jī)械手機(jī)械部件進(jìn)行測(cè)量；對(duì)機(jī)械手的氣路進(jìn)行基本調(diào)試；根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障部位；檢查分析、找到故障點(diǎn)并分析解決故障；遵守安全操作規(guī)程；素質(zhì)目標(biāo)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)態(tài)度、規(guī)范的操作習(xí)慣、創(chuàng)新精神、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、自主學(xué)習(xí)精神及溝通能力。
此核心課程以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)開展課程教學(xué)，提升學(xué)生的職業(yè)能力，以具體自動(dòng)化生產(chǎn)線為載體，融合認(rèn)知、安裝、調(diào)試和檢測(cè)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做、評(píng)一體化教學(xué)，突出課程的職業(yè)性、實(shí)踐性和開放性。以學(xué)生為主體，采取多樣化教學(xué)方法。以自動(dòng)化設(shè)備改造為工作過(guò)程，涉及電路圖分析、電氣圖設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、設(shè)備組裝、設(shè)備運(yùn)行調(diào)試、設(shè)備檢測(cè)、設(shè)備維護(hù)等行動(dòng)領(lǐng)域，設(shè)置六個(gè)學(xué)習(xí)情境：零配件拆裝、傳感器檢測(cè)、氣路檢測(cè)、異步電機(jī)檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)、整體檢測(cè)調(diào)試，分成20個(gè)任務(wù)。
項(xiàng)目一：供料站的安裝，有機(jī)械拆裝、氣路拆裝、電器拆裝三個(gè)任務(wù)；項(xiàng)目二：加工站的安裝，設(shè)計(jì)任務(wù)有加工站組裝、光電傳感器檢測(cè)、限位傳感器檢測(cè)三個(gè)任務(wù)；項(xiàng)目三：裝配站的安裝，設(shè)計(jì)任務(wù)有裝配站組裝、電磁閥檢測(cè)、氣缸檢測(cè)三個(gè)任務(wù)；項(xiàng)目四 ：分揀站的安裝，設(shè)計(jì)任務(wù)有分揀站組裝、傳送帶的檢測(cè)、異步電機(jī)的檢測(cè)、變頻器的檢測(cè)四個(gè)任務(wù)；項(xiàng)目五：輸送站的安裝，設(shè)計(jì)任務(wù)有輸送站組裝、光纖傳感器檢測(cè)、機(jī)械手檢測(cè)、步進(jìn)電機(jī)的檢測(cè)、溜板檢測(cè)四個(gè)任務(wù)；項(xiàng)目六：整體運(yùn)行調(diào)試，有PLC控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、程序編寫、綜合調(diào)試三個(gè)任務(wù)。
2自動(dòng)化生產(chǎn)線的教學(xué)方法與評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)
2.1教學(xué)方法。
（1）講授法：講解項(xiàng)目任務(wù)，傳授項(xiàng)目任務(wù)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的不足進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的說(shuō)明。
（2）現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法：在符合生產(chǎn)要求的工作環(huán)境中進(jìn)行操作技能和維修應(yīng)用能力實(shí)踐，提高職業(yè)氛圍，在工作過(guò)程中提升學(xué)生的職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)和崗位適應(yīng)能力。
（3）任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：將教學(xué)過(guò)程融入項(xiàng)目任務(wù)中，讓學(xué)生自主討論分析實(shí)施，學(xué)生在工作過(guò)程中得到知識(shí)。
（4）小組討論法：學(xué)生每六～八人為一個(gè)小組，小組討論分析，討論解決，分工協(xié)作完成項(xiàng)目任務(wù)。
六步教學(xué)實(shí)施：明確任務(wù)、討論分析、制定方案、檢測(cè)故障、檢驗(yàn)效果、總結(jié)分析。老師交代目標(biāo)，注意觀察和記錄小組對(duì)現(xiàn)象分析情況，解答學(xué)生提出的問題，對(duì)跟主題分析偏離太遠(yuǎn)的小組予以引導(dǎo)，讓學(xué)生自行摸索，在后期對(duì)學(xué)生可能會(huì)引起事故或損壞設(shè)備和工具的異常操作給予糾正，最后老師組織小組進(jìn)行故障排除工作匯報(bào)，互評(píng)，并對(duì)每組進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，再引導(dǎo)學(xué)生自行總結(jié)。
2.2評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。
課程采用過(guò)程考核與期終考核相結(jié)合、企業(yè)考核與校內(nèi)項(xiàng)目考核相結(jié)合、教師考核與學(xué)生考核相結(jié)合的多元化考核方式，利于理論聯(lián)系實(shí)際，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新和思考，更督促他們到實(shí)際中去發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)，去尋找合適自己的項(xiàng)目和課題。
課程考核為：校內(nèi)項(xiàng)目，企業(yè)，綜合實(shí)訓(xùn)三大類。當(dāng)堂課的考核有：教師考核、小組互評(píng)、小組自評(píng)；教師考核內(nèi)容為五項(xiàng)：任務(wù)分析情況，實(shí)施方案制定，任務(wù)完成質(zhì)量、分工協(xié)作精神、故障檢測(cè)手段、安全操作規(guī)范、小組總結(jié)。
和很多專業(yè)課一樣，多種教學(xué)方法和全面的評(píng)價(jià)方案，有效保證了教學(xué)效果。
3相關(guān)課教學(xué)
3.1電機(jī)與電氣控制的教學(xué)。
本課程以發(fā)電機(jī)為主題，以工作任務(wù)為導(dǎo)向，以工廠實(shí)用型電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試與維護(hù)情景教學(xué)為主線貫穿全課程，用實(shí)物進(jìn)行直觀性教學(xué)，使學(xué)生感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)，理性認(rèn)識(shí)夠。
典型的教學(xué)任務(wù)有三相異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)、三相異步電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)動(dòng)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)延時(shí)啟動(dòng)控制（或三相異步電動(dòng)機(jī)Y-降壓?jiǎn)?dòng)）、機(jī)械手控制等。
課程特色是學(xué)生充分利用所學(xué)知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)資源、閑瑕時(shí)間作為期三個(gè)月的“繼電控制課程設(shè)計(jì)”。任務(wù)書要求能夠根據(jù)功能要求選擇個(gè)元器件的類型及其型號(hào)；了解個(gè)元器件的工作原理和使用方法；把各元器件連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)本課程設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)都存在重載啟動(dòng)的可能，任何一級(jí)傳送帶停止工作時(shí)，其他傳送帶都必須停止工作，控制線路有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)，有故障報(bào)警裝置。課程設(shè)計(jì)書要有課題介紹、題目、摘要、總體方案設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)目的、控制要求、設(shè)計(jì)要求、 硬件選型、主電路原理圖的設(shè)計(jì)、 控制電路原理圖的設(shè)計(jì)、重載保護(hù)電路設(shè)計(jì)、欠壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)、總結(jié)。
3.2PLC教學(xué)。
PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的簡(jiǎn)稱，早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，其控制核心采用微處理器，功能有了極大擴(kuò)展，除了最廣泛的取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制的開關(guān)量邏輯控制外，還有過(guò)程控制，數(shù)據(jù)處理，通信聯(lián)網(wǎng)與顯示打印，PLC接口采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。
PLC有5種編程語(yǔ)言：
（1）順序功能圖（SFC）。
順序功能圖常用來(lái)編制順序控制類程序，包含步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換三個(gè)要素。順序功能編程法是將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為小的工作狀態(tài)，這些狀態(tài)按順序連接組合成整體的控制程序。
（2）梯形圖（LD）。
梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，是在常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來(lái)的，形象、直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，要求用帶CRT屏幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號(hào)，是目前用得最多的一種PLC編程語(yǔ)言。
（3）功能塊圖（FBD）。
功能圖編程語(yǔ)言是用邏輯功能符號(hào)組成的功能塊來(lái)表達(dá)命令的圖形語(yǔ)言，與數(shù)字電路中的邏輯圖一樣，極易表現(xiàn)條件與結(jié)果之間的邏輯功能。
（4）指令表（IL）。
采用經(jīng)濟(jì)便攜的編程器將程序輸入到可編程控制器就用指令表，使用的指令語(yǔ)句類似微機(jī)中的匯編語(yǔ)言。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一般使用梯形圖語(yǔ)言。如果使用手持式編程器，必須將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表后再寫入PLC，在用戶程序存儲(chǔ)器中，指令按步序號(hào)順序排列。
（5）結(jié)構(gòu)文本（ST）是文字語(yǔ)言。
編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)是PLC教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，中間加以不同的應(yīng)用實(shí)例：順序控制電路、常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的處理，使用多個(gè)定時(shí)器接力定時(shí)的時(shí)序控制電路、三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路、鉆床刀架運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，LED數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)，還經(jīng)常根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖。
增加的學(xué)習(xí)情境還常有如下任務(wù)：洗手間的沖水清洗控制、進(jìn)庫(kù)物品的統(tǒng)計(jì)、競(jìng)賽搶答器裝置設(shè)計(jì)、彩燈或噴泉PLC控制；尋找數(shù)組最大值并求和運(yùn)算、電熱水爐溫度控制等。
3.3單片機(jī)。
單片微型計(jì)算機(jī)就是將CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。用于示波器、報(bào)警系統(tǒng)、移動(dòng)電話、彩電等日常方面，在智能儀器儀表、工業(yè)控制、家用電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域、醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域、工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域也都有廣泛應(yīng)用。
數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，微型單片化集成了如看門狗、AD/DA等更多的其它資源。教學(xué)內(nèi)容以80C51為核心講授單片機(jī)的的引腳、存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)、典型語(yǔ)句，以實(shí)例應(yīng)用為線索：?jiǎn)螣羰芸亻W爍、P1口外接8只LED發(fā)光二極管模擬彩燈、單片機(jī)做加、減、乘、除運(yùn)算等項(xiàng)目。各子任務(wù)都作硬件電路及工作原理分析、主程序流程圖設(shè)計(jì)、源程序的編輯、編譯、下載、單片機(jī)的I/O接口分配及連接。
教學(xué)采用ISP-4單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板，可以完成大量的單片機(jī)學(xué)習(xí)、開發(fā)實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)習(xí)單片機(jī)有極大的幫助。該板采用在線可編程的AT89S51單片機(jī)，有程序下載功能，可將編輯、編譯、調(diào)試好的單片機(jī)代碼下載到AT89S51單片機(jī)中。
3.4變頻器技術(shù)及應(yīng)用。
變頻技術(shù)讓學(xué)生熟練掌握各種電力電子器件的工作原理、主要參數(shù)、驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)技術(shù)；掌握交-直-交變頻器、交-交變頻器、諧振型變頻的工作原理和應(yīng)用范圍；掌握脈寬調(diào)制控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等先進(jìn)技術(shù)；了解變頻器與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)、變頻器與雙饋電機(jī)組成調(diào)速系統(tǒng)、變頻器與同步電動(dòng)機(jī)組成變頻調(diào)速系統(tǒng)，掌握電力電子電機(jī)系統(tǒng)的組成、工作原理、控制方法、運(yùn)行特性等，是強(qiáng)電應(yīng)用和現(xiàn)代技術(shù)推廣的有力體現(xiàn)。
3.5傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。
傳感器技術(shù)代替人的感觀，在各種環(huán)境下應(yīng)用，檢測(cè)技術(shù)是一套有效的反應(yīng)體系，包括信息的獲得、測(cè)量方法、信號(hào)的變換、處理和顯示、誤差的分析以及干擾的抑制、可靠性問題等。因此掌握常用傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能，并能正確選用，了解傳感器的基本概念和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成，對(duì)常用檢測(cè)系統(tǒng)有相應(yīng)的分析與維護(hù)能力。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝參數(shù)的測(cè)量能提出合理的檢測(cè)方案，能正確選用傳感器及測(cè)量轉(zhuǎn)換電路組成實(shí)用檢測(cè)系統(tǒng)的初步能力。
教學(xué)過(guò)程進(jìn)行小論文制作，讓學(xué)生提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平，使學(xué)生從文字處理水平提高到辦公處理水平。對(duì)分節(jié)、目錄、文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)作嚴(yán)格要求。題目如數(shù)字顯示電子稱、基于霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速表、單片機(jī)電子秤研究、光纖測(cè)溫儀、煙霧報(bào)警器、小車尋跡設(shè)計(jì)、電熨斗自動(dòng)恒溫系統(tǒng)、電渦流探傷、電感測(cè)厚儀等。
4畢業(yè)論文指導(dǎo)分析
畢業(yè)論文專業(yè)聯(lián)系實(shí)際，通常小型自動(dòng)化系統(tǒng)以單片機(jī)為主，大型自動(dòng)化生產(chǎn)線以PLC為主，系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)力離不開電機(jī)，觀察離不開傳感器，調(diào)速可用變頻器，綜合所學(xué)，學(xué)生的論文涉及廣泛，有效教學(xué)可對(duì)應(yīng)從如下方面?zhèn)戎刂笇?dǎo)。
4.1立意選題。
根據(jù)實(shí)際和研究方向做好側(cè)重和體現(xiàn)，如“觸摸屏控制的堿液配置系統(tǒng)”和“兩種液體混合裝置的PLC控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)性和方向性，“車庫(kù)自動(dòng)門的PLC自動(dòng)控制”和“測(cè)速雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)”的檢測(cè)指標(biāo)要求等。
4.2材料整合。
在任務(wù)要求明確的基礎(chǔ)上，首先確定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)查找并列出論文結(jié)構(gòu)，一份畢業(yè)論文至少含有三到五門課的內(nèi)容，對(duì)應(yīng)于研究方向進(jìn)行相應(yīng)編排和取舍。
4.3技術(shù)處理。
所搜集圖片的背景往往有水印，要去掉，圖片按要求進(jìn)行不同方向的剪切。圖表里的文字應(yīng)是五號(hào)或小五，注意表格標(biāo)題要單獨(dú)標(biāo)出等等格式要求。流程圖、梯形圖的設(shè)計(jì)與表現(xiàn)。
多種教學(xué)方法和理論聯(lián)系實(shí)際教出具有學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的學(xué)生，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用創(chuàng)造練就出具有競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)生，專業(yè)課的有效教學(xué)和畢業(yè)論文的順利設(shè)計(jì)將顯示本專業(yè)沉甸甸的含金量。
參考文獻(xiàn)
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