【正文】 湊、布局合理等要求，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)提高其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度。筆者分別采用兩套優(yōu)化方案，即改變驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)減速器的安放位置和在小臂和大臂上布置平衡彈簧，減小臂部對(duì)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而優(yōu)化肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)系統(tǒng)的控制特性。三、研究步驟、方法及措施 第一階段（第一周~第四周），查閱相關(guān)資料和閱讀參考文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，明確研究方案的意義及其可行性，并且確定大體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告，查閱并翻譯外文資料。準(zhǔn)備節(jié)點(diǎn)考核。第二階段（第五周~第十周），對(duì)研究方案進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，用繪制設(shè)計(jì)裝配圖。第三階段（第十一周~第十三周），選擇機(jī)械臂的部分典型零件繪制零件圖。第四階段（第十四周~第十五周），用Solidworks繪制機(jī)械臂的三維實(shí)體零部件，并進(jìn)行裝配進(jìn)而完成運(yùn)動(dòng)仿真模擬，著手準(zhǔn)備設(shè)計(jì)說(shuō)明書。第五階段（第十六周~第十七周），完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，準(zhǔn)備答辯。四、研究工作進(jìn)度 利用在圖書館查閱的相關(guān)文獻(xiàn)及導(dǎo)師提供的資料了解多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的基礎(chǔ)知識(shí)、研究?jī)?nèi)容及方向，確定研究方案。然后按照給定的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)研究方案進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定各零部件的尺寸形狀，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，用CAXA制作裝配圖和部分零件圖。用Solidworks對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)造型，再將每個(gè)零件裝配起來(lái)，利用仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，從而確認(rèn)其工作特性是不是符合給定的設(shè)計(jì)參數(shù)。綜合利用Delta4機(jī)構(gòu)及二平動(dòng)自由度機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。五、主要參考文獻(xiàn) [1] 蔡自興，機(jī)器人學(xué)，清華大學(xué)出版社，2000，P265~P266[2] 熊有倫，機(jī)器人學(xué)，機(jī)械工業(yè)出版社，1993，P125~P146[3] 徐國(guó)保，尹怡欣，周美娟，智能移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀及展望，2001，P29~P34[4] Loredana Laschi,GiancaroTeti,An experimental study on pliance control for a redundant personal robot arm,Robotics and Autonomous Systems,2002,P101~P129[5] Prashant Kumar Jamwal,Shengquan Xie,Kean ,Kinematic design optimization of a parallel ankle rehabillition robot using modified genetic algorithm,Robotics and Autonomus Systems,2009,P1018~P1027[6] 張慶，六自由度串聯(lián)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制特性的研究，安徽工程大學(xué)碩士論文，2011[7] , control of robot manipulators with ultrasonic motors using pulse width modulation of the 1996 IEEE 22nd International Conference on Industronics,Control,and Instrumentation,1996[8] 陳平，MOTOMANUPJ型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究，江蘇大學(xué)碩士論文 附錄2 文獻(xiàn)綜述 附錄2文獻(xiàn)綜述燕山大學(xué)里仁 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述課題名稱：多關(guān)節(jié)機(jī)械臂設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 09機(jī)電 學(xué)生姓名： 劉江城 指導(dǎo)教師： 田行斌 完成日期： 2013/3/27 一、課題現(xiàn)狀：機(jī)械手臂是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業(yè)的自動(dòng)控制設(shè)備，這種機(jī)器人系統(tǒng)有多關(guān)節(jié)連接并允許在平面或三度空間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或使用線性位移移動(dòng)。結(jié)構(gòu)上由機(jī)械主體、控制器、伺服機(jī)構(gòu)和感應(yīng)器所組成，并由程式根據(jù)作業(yè)需要設(shè)定其一定的指定動(dòng)作。機(jī)器人的運(yùn)作由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)一只手臂，張開或關(guān)閉一個(gè)夾子的動(dòng)作，并精確的回饋至可編程邏輯的控制器。[1][2] 這種自動(dòng)裝置機(jī)械以完成“腕部以及手部”的動(dòng)作為主要素求，可以有熟練的操作者將作業(yè)順序輸入后，就能依樣照做并且反復(fù)完成無(wú)數(shù)次的正確規(guī)律運(yùn)作。[3] 自從機(jī)械手臂技術(shù)開始發(fā)展，在1980年代機(jī)器手臂已經(jīng)成功的應(yīng)用于汽車制造業(yè)，等產(chǎn)業(yè)，在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域是應(yīng)用范圍最廣泛的自動(dòng)化機(jī)械裝置，而許多工業(yè)危險(xiǎn)之組裝、噴漆、焊接、高溫鑄鍛等繁重工作，皆能以機(jī)器手臂取代人工作業(yè)。[4]目前機(jī)械手臂在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，除了主要用于工業(yè)制造上，商業(yè)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療救援、娛樂(lè)服務(wù)、軍事保全甚至在太空探索等領(lǐng)域都可以發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用裝置。[3]為了保證機(jī)械臂擁有6個(gè)空間自由度，其主關(guān)節(jié)數(shù)目一般設(shè)計(jì)成6個(gè)。一般情況下，全部關(guān)節(jié)皆為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，而且其前3個(gè)關(guān)節(jié)一般都集中在手腕部。關(guān)節(jié)機(jī)械臂的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)的空間最大，還能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物，是機(jī)械臂中試用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。Unimation公司退出的PUMA（Programmable Universal Manipulator Assembly）機(jī)器人，日本山梨大學(xué)研制的SCARA（Selective Compliance Assembly Robor Arm）工業(yè)機(jī)器人，都是比較典型的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)。[5] 多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近基座的工件，并能繞過(guò)機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上。機(jī)械臂發(fā)展?fàn)顩r如下：第一代機(jī)械臂主要指只能以“示教再現(xiàn)”方式工作的工業(yè)機(jī)器人。示 教內(nèi)容為機(jī)器操作的空間軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)順序等。示教方法或是操作員“手把手”地直接做，或是與計(jì)算機(jī)編程結(jié)合。目前國(guó)際上商品化、實(shí)用化的機(jī)器人大都屬于第一代機(jī)器人。第二代機(jī)械臂，即具有如視覺(jué)、觸覺(jué)等外部感覺(jué)功能的機(jī)械。這種機(jī)械臂由于具有外部的感覺(jué)功能，因此可以根據(jù)外界的情況修改自身的動(dòng)作，從而完成復(fù)雜的作業(yè)。第三代機(jī)械臂，第三代機(jī)械臂除了具有外部感覺(jué)功能外，還具有規(guī)劃和決策的功能。從而可以適應(yīng)因?yàn)榄h(huán)境的變化而自主進(jìn)行的工作。第三代機(jī)器人目前還處于研究階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。[5]在普及第一代工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)推廣，成為主流安裝機(jī)型，第三代智能機(jī)器人也占有一定比重。二、研究主要成果：在工程界，對(duì)于機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)外一些研發(fā)機(jī)器人的公司以及國(guó)內(nèi)一些高校都在這一領(lǐng)域做了大量的研究。1998年，日本安川公司推出了最新的MOTOMANUP系列工業(yè)機(jī)器人。該機(jī)器人的大臂采用了一種非平行四邊形單連桿的新型結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)，不僅大大增加了機(jī)器人的作業(yè)空間，而且也減小了其本體重量，使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更加靈巧。MOTOMAN系列工業(yè)機(jī)器人是目前國(guó)際上最先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人，采用了先進(jìn)的控制原理，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要元器件均采用了最新的產(chǎn)品，并且，其中的伺服電機(jī)也是專門 為機(jī)器人設(shè)計(jì)的，具有體積小、輸出力矩大、響應(yīng)快、低速穩(wěn)定等特點(diǎn)。并且該系列機(jī)器人應(yīng)用ARM功能，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力學(xué)級(jí)別的精確運(yùn)動(dòng)控制，使得系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)控制可以對(duì)各種動(dòng)力學(xué)影響進(jìn)行補(bǔ)償，得到了更好的運(yùn)動(dòng)性能。通過(guò)采用新型的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的控制策略，UP系列機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了高精度軌跡、恒路徑、最佳加減速控制、振動(dòng)抑制、軸運(yùn)動(dòng)干涉解耦等控制功能，從而進(jìn)一步提高了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性。MOTOMANUP系列機(jī)器人，是最新一代的工業(yè)機(jī)器人。相對(duì)于上一代的SK系列，該系列機(jī)器人在性能上進(jìn)行了很多改進(jìn)，并且增加了一些功能，基本上代表了當(dāng)今世界工業(yè)機(jī)器人的最先進(jìn)水平。[6] 自從1978年開始，意大利COMAU公司就開始研制工業(yè)機(jī)器人，至今已有30多年的發(fā)展歷史。直到2005年，公司研制出了新型的SMART NJ機(jī)器人，與之前公司推出的機(jī)器人相比，該系列機(jī)器人采用了一種創(chuàng)新的平行四邊形結(jié)構(gòu)，無(wú)需配重以及縮小的基座，其設(shè)計(jì)非常精密，從而使得SMART NJ機(jī)器人具有優(yōu)良的剛性，因此得以廣泛的應(yīng)用，SMARTNJ系列工業(yè)機(jī)器人尤其適用于外部拉緊時(shí)產(chǎn)生巨大阻力的機(jī)械制造業(yè)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低了機(jī)器人底座，擴(kuò)大了機(jī)器人的工作范圍，提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及定位的精度， 讓COMAU機(jī)器人更加可靠、維護(hù)成本更低。[7]德國(guó) KUKA Roboter Gmbh公司是一家世界頂級(jí)機(jī)器人制造商，致力于機(jī)器人的研究已有多年的歷史。公司近期向市場(chǎng)推出的堪稱世界最大、最強(qiáng)壯的機(jī)器人——KR100O Titan，在Titan的開發(fā)過(guò)程中，技術(shù)人員一改傳統(tǒng)的并聯(lián)平行四邊形結(jié)構(gòu)，采用了新型的開鏈結(jié)構(gòu)，拓展了機(jī)器人的工作范圍，加之輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用，大大提高了機(jī)器人的性能。此外，采用先進(jìn)的RV減速器及交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人操作機(jī)幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。綜合考慮、平衡機(jī)器人的動(dòng)力、速度、工作半徑以及精度要求等各方面性能，并最終結(jié)合在一起，使其成為一個(gè)高技術(shù)含量且具有優(yōu)越運(yùn)動(dòng)性能的設(shè)備。通過(guò)對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使KRIO00 Titan實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想的負(fù)荷能力和動(dòng)力性能的完美結(jié)合，即最低的運(yùn)行時(shí)間、最大的工作載荷和最靈活的工作空間。[8]1999年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了六自由度串聯(lián)機(jī)器人HT12O點(diǎn)焊機(jī)器人，其可以承受的最大負(fù)載為120Kg。HT120是一種典型的關(guān)節(jié)式機(jī)器人，由腰、肩、肘、腕以及手關(guān)節(jié)構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)方式采用的是交流伺服電機(jī)。為了達(dá)到良好的控制特性和運(yùn)動(dòng)性能，在機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用了一些關(guān)鍵的技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu):(1)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)部件對(duì)腰關(guān)節(jié)的支撐軸承會(huì)產(chǎn)生傾覆力矩，作用到軸承，將會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)生微小形變，此形變將會(huì)使機(jī)器人末端執(zhí)行器產(chǎn)生位移誤差。當(dāng)大臂和小臂處于水平位置時(shí)，位移誤差也將達(dá)到最大值。為了減小這種位移誤差，在腰關(guān)節(jié)本體的設(shè)計(jì)中，選用了大剛度的支撐軸承。(2)在對(duì)機(jī)器人大臂部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用平衡彈簧實(shí)現(xiàn)大臂的重力平衡，對(duì)小臂配置重塊，使得機(jī)器人的重心更靠近臂部關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸線，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而改善機(jī)器人的控制特性。(3)在對(duì)處于機(jī)器人末端的小臂和腕部的設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求做到精巧、輕便，并且保證較大的剛度，以使機(jī)器人獲得較快的響應(yīng)速度。(4)將小臂的驅(qū)動(dòng)裝置(包括電機(jī)和減速器)安裝在肩關(guān)節(jié)上，采用一種平行四連桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到小臂，從而驅(qū)動(dòng)小臂的運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是減輕了小臂的自重，也就減輕了大臂所承受的負(fù)載，提高了驅(qū)動(dòng)大臂和小臂的固有頻率。同時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性也得到了很大的提高。[9]綜上，為了改善作業(yè)機(jī)器人的控制特性，國(guó)內(nèi)外專家采用了新型的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如非平行四邊形單連桿的新型結(jié)構(gòu)、一種創(chuàng)新的平行四邊形結(jié)構(gòu)、新型的開鏈結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)等。然而，諸多的研究表明，采用關(guān)節(jié)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)仍是作業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的主流方式。當(dāng)然，其中的創(chuàng)新思想值得我們借鑒。三、發(fā)展趨勢(shì)：隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械臂越來(lái)越 高精度，多功能，且向著集成化，系統(tǒng)化，智能化的方向發(fā)展。（1）高速、高精度、多功能化。目前，最快的裝配機(jī)器人最 ，有一種大直角坐標(biāo)搬運(yùn)機(jī)器人，其最大合成速度竟達(dá)80m/s。90年代末的機(jī)器人一般都具有兩、三種功能， 向多功能化方向發(fā)展。[10]（2）集成化與系統(tǒng)化。當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)的另一特點(diǎn)是機(jī)器人 的應(yīng)用從單機(jī)、單元向系統(tǒng)發(fā)展。百臺(tái)以上的機(jī)器人群與微機(jī)及 周邊設(shè)備和操作人員形成一個(gè)大群體?？鐕?guó)大集團(tuán)的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)結(jié)在一起，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造”，為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深化以及機(jī)器人在FMS、CIMS系統(tǒng)中的群體應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應(yīng)“敏捷制造” (Agile Manufacturing)，滿足多樣化、個(gè)性化的需求。四、存在問(wèn)題：由于機(jī)械臂是一種串行、開式布置的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，各個(gè)關(guān)節(jié)之間都要受到彼此的約束，同時(shí)還要承受負(fù)載的作用，所以，其剛度較低，阻尼較大，從而導(dǎo)致其頻帶比較窄，容易產(chǎn)生共振。由于工業(yè)機(jī)器人的高非線性，而且又很復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性，因此很難精確建立一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)模型，難以保證機(jī)器人的高速運(yùn)行。綜上諸多因素，機(jī)械臂存在著頻帶窄、運(yùn)動(dòng)速度受限以及精度不高等缺陷。機(jī)械臂的控制精度、響應(yīng)速度以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性三者之間又是相互制約、相互影響的。響應(yīng)速度快，可能會(huì)有強(qiáng)烈振蕩。改善穩(wěn)定性，控制過(guò)程可能又過(guò)于遲緩，同時(shí)控制精度也可能變壞。盡管目前大都采用了先進(jìn)的控制方案，但效果仍不明顯。限于目前技術(shù)條件，采用傳統(tǒng)的電機(jī)減速驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大限度的改善機(jī)械臂系統(tǒng)的控制品質(zhì)優(yōu)化機(jī)械臂的控制性能，仍是最佳的選擇。五、主要參考文獻(xiàn)：[1].Industrial Robots And Robot System Safety ,OSHA,1999[2].Craig ，Paper On Space Robotics,University of Maryland,2002[3].和田忠太/作，劉名稱/譯，《機(jī)械構(gòu)造解剖圖鑒》，世茂出版，1999，P187[4].陳永耀，機(jī)器人核心技術(shù)感測(cè)與感知，2009 [5].殷際英，：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 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