【導(dǎo)讀】動(dòng)自由度的確定是其前提條件。焊接變位機(jī)的關(guān)鍵是對(duì)變位機(jī)進(jìn)行最佳位置焊接所需。要的運(yùn)動(dòng)自由度的設(shè)計(jì)，如平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。伸臂式焊接變位機(jī)是應(yīng)用最廣泛的一種焊接變位機(jī)，載重量一般不超。伸臂式焊接變位機(jī)的主體部分是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、底座。臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的效果。包括了電機(jī)的選擇，鍵的選擇，軸承的選擇等，還有帶輪傳動(dòng)。的計(jì)算，蝸輪蝸桿傳動(dòng)的計(jì)算，蝸桿軸的校核，軸承的校核等一系列設(shè)計(jì)計(jì)算。到良好的焊縫成型。

　　

【正文】 出版社 ,1981. [11] 薛迪目 . 焊接概論 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1987. [12] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) (第二版 )[M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [13] 劉鴻文 . 材料力學(xué) [M].北京 :高等教育出版社 ,2020. [14] 張海根 . 機(jī)電傳動(dòng)控制 [M].北京 :高等教育出版社 ,2020. [15] 陳于萍 ,周兆元 . 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. [16] 李慶芬 ,朱世范 ,陳其廉 . 機(jī)電工程專業(yè)英語 [M].哈爾濱 :哈爾濱工程大學(xué)出版社 ,2020. [17] Dimarogonas,. Machine Design[M].John Wiley amp。 Sons,2020. [18] Cross,N. Engineering Design Methods[M].John Wiley amp。 Sons,2020. 致謝 本次論文是在終結(jié)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的情 況下進(jìn)行的，力求對(duì)大學(xué)之所學(xué)能夠來一次集中鞏固及其創(chuàng)新利用。它涵蓋面很廣，涉及了機(jī)械的所有內(nèi)容，是培養(yǎng)高級(jí)工程技術(shù)人才的一次綜合訓(xùn)練。經(jīng)過論文的選材，開題，構(gòu)思，設(shè)計(jì)等一系列的訓(xùn)練，相信本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 自己對(duì)設(shè)計(jì)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在計(jì)算能力，英文文獻(xiàn)閱讀翻譯，查找相關(guān)信息等多種能力得到了一次深刻的鍛煉，在整個(gè)過程中，可以說完成了工程師基本訓(xùn)練和逐步具有從事科學(xué)研究的工作能力，受益匪淺，相信對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作會(huì)有很大幫助。 論文是在劉琨明老師及其院里老師的悉心幫助，指導(dǎo)下完成的，在此給予衷心的感謝 ！ 附件 1 外文資料翻譯 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 外文資料翻譯 1 關(guān)于焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)的多模態(tài) 人 機(jī) 交互界面 李海超，高洪明，吳林，張廣軍 摘要 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 37 在焊接遙控操作遙控機(jī)器人系統(tǒng)中 ，人機(jī)界面是 提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的 一個(gè)最重要的因素， 該論文 提出了 關(guān)于 焊接遙 控操作 系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì) ： 焊接多模態(tài)人機(jī)界面 。 人機(jī)界面綜合幾個(gè)共同控制 的 控制模式， 電教、 遠(yuǎn)程監(jiān)控和地方自主控制 。 空間鼠標(biāo)，全景攝像頭和圖形仿真系統(tǒng)還融入了焊接遙 控操作 的人機(jī)界面 ． 最后，焊縫跟蹤和焊接實(shí)驗(yàn)的馬蹄形 焊縫 都是由這 些模式分別控制 ， 結(jié)果表明，該系統(tǒng) 在 人機(jī)交互和復(fù)雜環(huán)境的焊接 時(shí) 具有更好的性能 。 關(guān)鍵詞：多模態(tài) 界面，控制模式， 遙控機(jī)器人系統(tǒng) ， 焊接遙控操作 0 緒論 遠(yuǎn)程遙 控 焊接吸引了很多關(guān)注的核電廠，水下 工程施工 ．焊接遙 控 系統(tǒng)由人類操作員 (HO)， 人機(jī)交互界面 (HMI)， 焊接遙控操作機(jī)器人系統(tǒng)和通信連接裝置。一般來說 ， HMI對(duì) HO來說是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)界面。目前 ， 遙控機(jī)器人的 HMI有以下問題： 信息反饋的系統(tǒng)狀態(tài)是不夠的； HO的信息 無法正確預(yù)計(jì)到偏遠(yuǎn)焊接環(huán)境；高級(jí)別接口如虛擬 的 不能提高系統(tǒng)效率． 多模態(tài)界面 利用 HO采用多通道 并行互動(dòng) ， 這是基于視覺 再現(xiàn)，聲音識(shí)別 , 手動(dòng)命令輸入，視覺反饋和圖形仿真 技術(shù)，制圖 仿真技術(shù) 。 Zaatri 提出的概念，多式聯(lián)運(yùn)執(zhí)行 者界面 ，早期的遙控焊接研究在遠(yuǎn)端環(huán)境信息反饋上停留在宏觀的二維視覺反饋上。如加拿大 Douglus Point核電站的核反應(yīng)堆泄漏事故中進(jìn)行的修補(bǔ)工作。此工程中使用雙機(jī)械臂遠(yuǎn)程遙控焊接修補(bǔ)泄漏處，負(fù)責(zé)任務(wù)執(zhí)行的機(jī)械臂一個(gè)裝載焊槍，另一個(gè)載有 7臺(tái)攝像機(jī)從不同的視角進(jìn)行監(jiān)控 _2 J。宏觀視頻監(jiān)控只能反饋二維視覺信息，操作者不能獲得深度信息，由于有多個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，操作者在操作遠(yuǎn)端的機(jī) 器人時(shí)，易“迷失自我”，不易掌握攝像機(jī)、焊槍、工件三者之間的位姿關(guān)系，不易控制焊槍的移動(dòng)軌跡和姿態(tài)調(diào)整，增大了操作難度，易與環(huán)境發(fā)生碰撞。 一般來說，在機(jī)器人遙操作領(lǐng)域發(fā)展了視覺臨場(chǎng)感技術(shù)，其核心是立體視覺顯示技術(shù)，通過兩幅不同角度的圖像進(jìn)行交替顯示的方法來獲得遠(yuǎn)端環(huán)境的深度感覺，立體視覺顯示技術(shù)在焊縫跟蹤中具有重要作用。焊接操作中，操作者的注意力集中在電弧周圍的一個(gè)小區(qū)域中，視覺空間沿著焊接方向隨著焊槍一起移動(dòng)，立體視覺在此過程中提供給操作者具有深度感的信息，操作者可以隨時(shí)調(diào)整焊槍的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與跟蹤焊縫的橫 向偏差，保持一定適當(dāng)速度導(dǎo)引焊槍跟蹤焊縫，控制過程更加直觀有效，防止工具與環(huán)境發(fā)生碰撞。焊接機(jī)器人遙操作系統(tǒng)要求具有較高的軌跡跟蹤精度和焊接過程中的平穩(wěn)性。在開發(fā)焊接機(jī)器人遙操作系統(tǒng)時(shí)，合理的控制方法和控制策略能夠提本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 38 高操作的靈活性。 本文在焊接機(jī)器人柔性加工單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行深層次改造，采用我們自行開發(fā)的基于頁面交換模式的桌面式立體視覺系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)端的焊接環(huán)境進(jìn)行顯示，空間鼠標(biāo)作為手控器直接對(duì)遠(yuǎn)端的焊接機(jī)器人進(jìn)行控制，提高了手動(dòng)跟蹤焊縫的精度，對(duì)于角焊縫、對(duì)接焊縫和空間曲線焊縫都能夠滿足手動(dòng)調(diào)整和跟蹤的要求。通過 基于立體視覺的遙控示教方法進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃， 最后，焊接實(shí)驗(yàn)和焊縫跟蹤 對(duì) 人機(jī)界面的性能測(cè)試 。 1 焊接多模態(tài)人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 焊接遙 控 系統(tǒng) 的 實(shí)施是由接口在遠(yuǎn)程站點(diǎn) 的 焊接機(jī)器人控制 軟件，視頻 顯示系統(tǒng)，視覺傳感系統(tǒng)，圖形仿真系統(tǒng)，手控制器和通信 連接裝置組成。 在立體圖像顯示系統(tǒng)中，為了保證兩幅具有視差的左右眼視圖是在同一時(shí)刻，對(duì)同一場(chǎng)景采集到的，要求用來采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息的一對(duì) 2D 攝像機(jī)具有外同步觸發(fā)功能。具有該功能的攝像機(jī)每次采集一幀圖像時(shí)，都需要外部同步電平信號(hào)的觸發(fā)，否則處于等待狀態(tài)。通常的 做法是用一路視頻信號(hào)作為外同步信號(hào)來觸發(fā)另一路攝像機(jī)。在本系統(tǒng)中，利用左攝像機(jī)觸發(fā)右攝像機(jī)。具體做法是把從左攝像機(jī)采集到的視頻信號(hào)輸入到視頻分配器，在輸出端把一路視頻信號(hào)直接輸入到圖像采集卡，另選一路視頻信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)去觸發(fā)右眼攝像機(jī)。這樣，每當(dāng)左攝像機(jī)采集一幀圖像，就觸發(fā)右攝像機(jī)同時(shí)采集，從而保證左右攝像機(jī)采集到的圖像是同時(shí)刻采集的。 焊接結(jié)構(gòu)的多模態(tài)人機(jī)界面 人機(jī)界面的功能結(jié)構(gòu)包括 以下五個(gè) 模塊 ： 參數(shù)設(shè)置， 控制 模式設(shè)置，手動(dòng)控制輸入，系統(tǒng)狀態(tài)顯示和視頻顯示 。 根據(jù)不同的人機(jī)交互水平，焊接遙 控 分為 手動(dòng)控制 、 共同控制，交互控制，監(jiān)督控制和自主控制在遙控焊接任務(wù)，控制策略可以看作是某種控制模式或幾個(gè)相結(jié)合的互動(dòng)控制模式 。 在遠(yuǎn) 程 焊接 時(shí) ，有效 的 控制模式 是 手動(dòng)控制，遠(yuǎn)程 和 監(jiān)督的基礎(chǔ)上 控制 圖形環(huán)境和自主 控制。 圖 1 中顯示主要界面， 其中包括三個(gè)觀點(diǎn)：查看 任務(wù)、 控制期和視頻顯示 ， 理想的控制模式和命令都可以通過鼠標(biāo) 選擇。 手動(dòng)控制可連續(xù)生成命令， 許多對(duì)話和彈出式菜單可以援引相結(jié)合并利用所有功本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 39 能 。 控制命令分別傳送到真正的機(jī)器人和傳感器系統(tǒng)圖形仿真系統(tǒng)。每個(gè)選定的模式調(diào)用一個(gè)彈出式菜單，可讓操作者修正參數(shù)和況人機(jī)合作 ，策劃開發(fā)了控制模式翻譯和命令解釋 。 當(dāng)它 作用時(shí)， 用戶操作空間鼠標(biāo)遙 控 鼠標(biāo)的圖形 環(huán)境。這個(gè) 圖形環(huán)境得 到 機(jī)器人狀態(tài)信息和實(shí)時(shí)聯(lián)合值控制 虛擬 機(jī)器人 。 圖 1主窗口焊接多模態(tài)人機(jī)界面 2 系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu) 在地方網(wǎng)站，物理結(jié)構(gòu) 由 全景視頻監(jiān)控，立體視頻顯示，圖形工作站，監(jiān)督的計(jì)算機(jī)和空間鼠標(biāo)組成 。 在遠(yuǎn)程站點(diǎn)，這些組件的激光視覺傳感器，數(shù)碼變焦的攝像頭， 雙眼 立體攝影機(jī)，機(jī)器人控制器和 TIG 焊槍 。通信連接裝置 是基于 TCP/IP 協(xié)議和客戶端 /服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模型 。 在機(jī)器人控制器工程斷絕在監(jiān)管系統(tǒng)上運(yùn)行的操作系統(tǒng) 是 計(jì)算機(jī)運(yùn)行系 統(tǒng)運(yùn)行 SG1工作站的圖形系統(tǒng) 。 在六自由度和氬弧焊焊接機(jī)器人的焊接動(dòng)議 。 3 人機(jī)界面 的 實(shí)現(xiàn) 激光視覺傳感的遠(yuǎn)程協(xié)助 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 40 如果焊縫是不規(guī)則或間斷。激光視覺傳感不能用于自主 控制。然而， 提取的特征點(diǎn)可用于聯(lián)合激光視覺傳感器 的 遠(yuǎn)程焊接路徑遠(yuǎn)程包括三個(gè)階段：制定焊縫類型 、 掃描聯(lián)合剖面和處理信息 、 教學(xué)焊接 路徑。 在人機(jī)界面 的 教參數(shù)設(shè)置，如焊接速度，插值模式和 弧線 位 置， 然后傳送的人機(jī)界面的聯(lián)合數(shù)據(jù)信號(hào)控制器 。 目前 的位置 和構(gòu)成發(fā)送到人機(jī)界面，并將它記錄在一個(gè)文件中 。 最后 ， 整個(gè)焊接路徑是下載到遠(yuǎn)程控制器 共同控 制意味著機(jī)器人自由度的自主控制系統(tǒng) ， 在該系統(tǒng)中，視覺傳感器的工程作為自主路徑規(guī)劃參加的焊槍位置與空間鼠標(biāo) 。 人機(jī)界面進(jìn)行共享 控制 由是自由度分區(qū)和自由度融合這兩種方法 （ 1） 自由度融合方法 2/)( 21 smt DKVKV ?? 1K 和 2K 是規(guī)模因素， tV 是速度的手動(dòng)控制 ， sD 是 驅(qū)動(dòng)器載體的自主控制 。 （ 2） 自由度分區(qū)方法 2/)( )6(2)(1 dsdmt DKVKV ??? )(dmV 是自由度組成部分手動(dòng)控制命令 ； )6( dsD? 是自由度組成部分視覺傳感器自主命令 ； 焊槍末端的驅(qū)動(dòng)矩陣△ T可用tV得到。 關(guān)節(jié)角度和在下次循環(huán)的機(jī)械臂伺服可以通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 解決。因此 ，驅(qū)動(dòng)器載體的空間鼠標(biāo) Vm 和驅(qū)動(dòng)器載體 Ds 是相 同的 位置 和焊槍 的樣式。 虛擬環(huán)境的計(jì)劃和控制 圖 4 顯示了進(jìn)程螺旋焊縫跟蹤和遙控焊接現(xiàn)場(chǎng) ， 在虛擬環(huán)境 中， 各功能模塊可以觀察手動(dòng)控制模塊通信模塊和虛擬環(huán)境標(biāo)定模塊的研制焊接環(huán)境 。這些 觀點(diǎn) 在 焊接路徑規(guī)劃可以執(zhí)行的研制焊接環(huán)境中也可以看到 。 因?yàn)檫@個(gè)錯(cuò)誤的虛擬環(huán)境校準(zhǔn)約 2 毫米 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 41 圖 2虛擬環(huán)境的計(jì)劃和控制 圖 3實(shí)驗(yàn)過程 4 試驗(yàn)結(jié)果 遙控焊接任務(wù)可分為若干子和不同的控制模式，用于執(zhí)行特定的焊接 ， 遠(yuǎn)程操作簡(jiǎn)便，并能彌補(bǔ)機(jī)械手 的 錯(cuò)誤 。 當(dāng)障礙存在，焊槍是 調(diào)整共享 控制 。 實(shí)驗(yàn)提出馬蹄形曲線焊縫遠(yuǎn)程協(xié)助激光視覺傳感器的表現(xiàn) ， 圖 3 顯示中工作過程 ， 接頭工件的直徑是200毫米和 100 毫米 ， 自動(dòng)變焦數(shù)碼攝像機(jī)和 2 眼立體視頻被用作視覺裝置，觀察環(huán)境和機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 。 由人機(jī)界面之間的 執(zhí)行 者，記錄特征點(diǎn) 。 焊接路徑文件發(fā)送到虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)的人機(jī)界面 。 5 結(jié)論 本文介紹的 是 先進(jìn)的多模態(tài)焊接遙系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)和實(shí)施 。 操作員 參加了不同層次的控制系統(tǒng)與人機(jī)界面的相互作用 ， 人機(jī)界面結(jié)合全球決策能力的 執(zhí)行 者和焊接機(jī)器人系統(tǒng)的自主能力 ， 由于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的特殊性，焊接任務(wù)可由遠(yuǎn)程監(jiān)控基于虛擬環(huán) 境和自主 控制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人機(jī)界面可以有效顯示系統(tǒng)和環(huán)境的信息 ， 它也增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能和靈活性 。 外文資料翻譯 2 2CO 激光熔透焊接時(shí)工件上及焊縫內(nèi)光致等離子體體的特性 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 42 段愛琴，陳俐，鞏水利 摘要 ： 在此論文中 ， 用一個(gè)高速攝像機(jī)和一個(gè)光學(xué)放射監(jiān)視器來探究 2CO 激光熔透焊接不銹鋼時(shí)光致等離子體的特性。 透過光致等離子體光學(xué)發(fā)散的 結(jié)果顯示 其 存在兩個(gè)特 有 頻 段，它們分別是 100500HZ 和 15003500HZ。與此同時(shí)，光致等離 子體和熔池的不斷變化的圖像也顯示了其存在兩個(gè)不穩(wěn)定的頻率段。其中一個(gè)不穩(wěn)定的頻段顯示出焊縫內(nèi)光致等離子體的特性，它處于 167500HZ 之間，另一個(gè)不穩(wěn)定的頻段則位于 15003500HZ 之間，這顯然是由保護(hù)氣體引起的。 某 些因素可能會(huì)導(dǎo)致 焊縫等離子和保護(hù)氣體等離子之間頻率的差異，其中的一個(gè)原因就是焊縫內(nèi) 光致等離子體的壓力會(huì)慢慢地增長(zhǎng)。 關(guān)鍵詞 ： 2CO 激光焊接， 光致等離子體 ， 焊縫 ， 頻段 0 序言 如今 ，激光焊接 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域 ， 例如 航空航天零部件 的 激光焊接 。然 而， 由于特殊的應(yīng)用環(huán)境 它需要更高的焊接質(zhì)量 。尤其是，保證長(zhǎng)焊縫或復(fù)雜的部件的焊接質(zhì)量被證明是很難的，因?yàn)榻饘俚募す夂附颖旧砭褪且粋€(gè)不穩(wěn)定的過程。 全世界已經(jīng)有許多關(guān)于焊接穩(wěn)定性的研究。 ． 回顧前面的研究成果，就能看出大部分焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定是由于不穩(wěn)定的焊接過程引起的 ， 尤其在 2CO 激光焊接 中，主要的原因就是光致等離子導(dǎo)致焊接穩(wěn)定性很難控制。 在激光深熔焊接 中， 光致等離子是 一種重要的物理現(xiàn)象 。 因?yàn)?焊縫 和熔池難以直接觀察 ，所以大部分關(guān)于激光焊接過程的研究都集中于能夠間接地顯示焊 縫和熔池運(yùn)動(dòng)的光致等離子身上。例如，許多關(guān)于光致等離子的研究都通過它的光傳播和聲音傳播來 監(jiān)測(cè)焊縫 的 缺陷 。然而，光致等離子的物理性能還沒有引起足夠的重視。例如，焊縫中光致等離子的不穩(wěn)定頻段是否和被加工工件的相同，焊縫中的光致等離子有怎樣的組成和運(yùn)動(dòng)等等。實(shí)際上， 所有這些基本問題不 是 很清楚 。本文介紹了用 高速攝像機(jī)和光學(xué)放射監(jiān)視器對(duì) 2CO 激光焊接 中光致等離子的研究。 1材料及焊接工藝 在這個(gè)研究中 ， 實(shí)驗(yàn)材料是