机械手论文精选(九篇)

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第1篇：机械手论文范文

东道国企业的吸收能力影响FDI技术外溢的效果，这已得到诸多学者的普遍认可。Borenszteinetal的研究表明：单纯的FDI流入并不直接导致技术外溢效应，FDI是否能促进东道国经济的技术进步，从而最终推动经济增长还取决于东道国的吸收能力如何。Borenszteinetal首次运用人力资本作为吸收能力的指标将东道国的吸收能力具体量化，其研究结果表明FDI与东道国的人力资本相结合对经济增长起到了明显的推动作用；进一步的研究还发现，FDI的技术外溢作用存在“临界水平”，即只有当东道国人力资本存量足够丰裕时，东道国才能吸收FDI的技术外溢。Olfsdotter（1998）认为除了东道国的人力资本存量之外，经济开放度、政府政策、人口增长率、基础设施状况乃至行政效率、知识产权保护度等因素同样起着重要作用。Alfaroetal（2000）则认为东道国的金融市场效率是影响其吸收能力的关键因素。Markusen&Vanables（1998）用具有技术优势的外资企业与东道国内部门的链接效应（LinkageEffect）来考察东道国的吸收能力。Kinoshita（2000）将研发的作用分为两部分：一是研发的创新作用；二是研发的学习效应，即东道国国内研发的增加将提高国内企业对FDI技术的吸收效果。

我国学者赖明勇、包群、阳小晓（2002）通过实证研究表明在影响我国外商直接投资的众多因素中，人力资本存量起到至关重要的作用，我国人力资本存量的丰裕度决定了对FDI的技术扩散效应的吸收程度。张斌盛、唐海燕（2006）选取留学回国率和外资就业率作为人力资本流量的指标，与传统的人力资本存量指标一起纳入模型进行回归和比较分析，结果表明，FDI和人力资本相结合与经济增长呈显著正相关，尤其是留学回国率以及外资就业率与FDI的结合，其正效应更为显著。

2我国机械工业吸收能力对FDI技术外溢的制约分析

（1）我国机械工业研发经费不足,技术基础薄弱，制约了对FDI技术外溢的吸收。国际上一般认为,研发经费支出占销售额的比重达2%时,企业才可能维持生存,而达到5%时才有竞争力。比较而言,我国机械工业行业许多内资企业还未达到2%的水平，与跨国公司存在巨大差距。研发投入是技术创新优势的来源,也会影响到外商投资企业与国内供应商之间建立关联而产生的技术外溢效应的大小。我国企业要想提高自身技术吸收能力，还需要进行较大的投资，这只有一些大型企业才能做到。而我国机械工业中尽管有些国有企业规模很大，但是，真正能够在国际上具有很强竞争力的企业还屈指可数。目前我国机械工业多数企业经营规模小，未能形成一批占有较大市场份额、具有国际竞争力的大企业和企业集团，也未能形成一大批专业化协作配套厂。而且生产的产品品种少，技术含量低，质量不稳定。如我国国产金属切削机床中，数控机床仅占2.8%，而日本1987年已达30%，德国1990年达54%。我国一些机械产品的质量标准总体上低于发达国家，国家标准与国际标准存在差距；高新技术产品、机械基础产品和重大技术装备成套供应能力不能满足市场需求，长期依赖进口；中低档机械产品出现结构性过剩，积压严重。由于我国机械工业中间产品生产企业的规模一般都较小，在所生产的中间产品的性能、质量稳定性和多样性等方面与跨国公司的要求相比存在着较大差距，导致跨国公司难以与之建立起后向联系。而且我国企业在技术及管理水平上与跨国公司的差距大，双方难以建立平等的合作伙伴关系，跨国公司觉得培植当地供应商的成本太高，从而选择国外进口中间产品。而跨国公司如果与我国企业之间的联系微弱，其中间产品来源于国外，产品在国际市场上销售，子公司的经济活动只是充当了一个组装中心的功能，那么就很难对我国经济产生技术溢出。

（2）我国机械工业人力资本水平低对FDI技术外溢吸收的制约。由中国机械工业联合会、中国机械冶金建材工会组成联合调查组于2005年的一项调查表明：目前我国机械行业高级技工所占比例小且年龄结构老化。据对87家机械行业国有大中型企业调查统计，生产工人中，高级技师和技师、高级工、中级工、初级工、无等级工分别占工人总数的2.26%、13.54%、31.77%、34.34%和18.09%。87家企业中，中级工、初级工、无等级工所占比例达84.2%。这与工业发达国家高级技工占40%的比例相差甚远。从调查情况看，高技能人才奇缺，后继无人严重。以调查的企业数据为例，高级技师仅占工人总数的0.26%，技师占2%。而且近70%的中级工、初级工（不含无等级工）只有中等以下文化程度，这种素质状况远不能适应高、新、精设备对操作工的需要。高级人才、技术人员的匮乏必然会影响到外资企业对我国机械工业的技术转移和扩散。跨国公司子公司需要在东道国雇佣熟练劳动力和高素质的管理人员，如果当地劳动力素质与跨国公司的要求存在着较大的差距，就会加大跨国公司的进入成本。因此，由于人力资本的限制，我国难以吸引资本技术密集型的跨国公司进入，同时也不能有效吸收跨国公司扩散的技术。（3）政策、体制不完善也影响到FDI对我国机械工业技术外溢的大小。这主要表现在以下几方面：第一，我国科技体制改革不到位。我国机械工业比较分散，开发能力建设上过多注重行业研究所研究能力的提高，每个产品都有归口研究所，产品开发主要依靠研究所，而没有重点把产品开发能力放在企业进行。同时，对于大量尚不具备建立开发中心能力的中、小企业，政府未能充分利用科研院所力量，为其提供技术支持，建立起技术开发支撑体系。在这种背景下，希望提高技术水平从而进入跨国公司全球分工体系的企业既得不到科技资源，也难觅技术支持和帮助，外资企业在国内市场遭遇不到有力的竞争。这样，技术外溢既缺乏有效的利益激励，也缺乏有力的竞争促进，技术外溢的步伐就会相应放慢。第二，通过FDI引进技术的管理体制上还不完善。未能很好地组织各设计、制造、施工、使用等单位和产、学、研各方面力量进行协同攻关，加之缺乏支持机械装备国产化的激励政策，致使许多引进项目消化吸收缓慢，国产化程度低，发挥作用有限。就已引进的技术看，从图纸资料的翻译、转移到投入批量生产，一般要用三年以上时间，大型复杂装备的消化周期还要拉长。第三，劳动力市场不完善。人员流动是产生FDI技术外溢的重要途径。在跨国公司的高薪诱导下，大批国有企业技术人员流向外资企业，却很少看到外资企业的管理人员与技术人员回流到国有企业。在人才流动方面，主要是在外资企业之间流动。人员流动带来技术溢出也包括跨国公司的管理和技术人员离开跨国公司后自己创业。这需要国内存在较为健全、完善的金融与资本市场，但从现在的情况看个人创业的困难较大，特别在融资渠道方面还不够通畅，贷款担保风险投资基金业的发展尚显不足。第四，知识产权保护制度不完善。知识产权保护不力，使得外资企业更加注重对技术的严格保密，也不能更有效地发挥我国机械工业企业在技术上自主创新的积极性。据机械工业联合会的统计，目前工业发达国家的新产品贡献率52%，我国仅为5.9%。具有自主知识产权核心技术的产品少，克隆产品较多。这样的结果除了自主创新能力削弱之外，还容易遭到侵权指控。即使出现了自行研制的技术，也很容易被指责为“剽窃”。中国不久前自行研制的“CM1海豚”磁悬浮列车还没有试运行，就被德国一些媒体和企业指责为“抄袭了德国磁悬浮技术”。

3提高技术吸收能力促进FDI技术外溢效应的对策

首先，加强机械工业人才队伍的建设。结合行业和企业的发展实际，积极支持和指导企业对各类人才队伍的建设工作，特别是要充分利用现有资源，加强对各工种岗位技能工人的培养，通过继续教育、技术比武、职业培训、技能鉴定等多种方式，加快提高技能工人队伍的整体素质。此外还应建立有效的激励机制，充分发挥技术人才的创造性与积极性。确实落实国家有关技术入股、技术参与分配的政策，鼓励有真才实学的技术人才开发新技术、新产品，或应用高新技术提高传统机械产品的技术水平。

其次，努力推进技术创新和“产学研”相结合，建立和完善以企业为主体的社会技术创新机制。我国机械工业企业要充分利用已掌握的自主知识产权，加强与国内外科研单位和企业合作，充分利用并整合国际国内先进技术，扩大市场占有份额。按照市场经济规律，利用产业集群的载体，以企业为主体，以高校和工业研究院等科研院所为依托，促进产学研紧密结合，加快对机械行业亟待解决的科技问题、重点项目的研究和重点产品的技术升级、以及产品前沿性的研究和攻关，形成三者互相合作、合理分配和利用资源、研发成果共享的创新局面。这样不但会使创新能力增强，而且还可以加快新技术的扩散，可以使机械工业生产力总体水平在较短时期内迅速提高。

再次，增加我国企业研发投入。要解决研发资金不足的问题，首先应转换企业经营机制,使企业在市场竞争中不断提高自身实力。只有实力提高了,才有更多的资金投入到研发活动中。同时,政府也应有辅助投资并且给予相应的鼓励政策。在有关机械工业的科技计划中，增加创新技术研发的比重以及重大技术机械装备国产化专项基金的预算。在原行业技术发展基金的基础上，可重组成立国家产业技术基金，重点用于支持共性、基础性、关键性和竞争技术的研发。另外，要健全、完善金融市场,为国内企业提供良好的融资渠道。尤其是要大力发展科技信贷业务,扩大金融机构对企业的科技投入。

摘要：东道国企业的技术吸收能力是影响FDI技术外溢的重要因素，主要分析我国机械工业在人力资本、技术基础等方面的技术吸收能力对FDI技术外溢的制约情况，提出增强技术吸收能力、促进我国机械工业FDI技术外溢的对策建议。

关键词：FDI；技术吸收能力；技术外溢；机械工业

参考文献

［1］赖明勇，包群，阳小晓.我国外商直接投资吸收能力研究［J］.南开经济研究,2002,（3）：45-50.

第2篇：机械手论文范文

关键词：玉米；机械化；收获；问题

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170133061

1 玉米机械化收获中存在的问题

玉米机械化设备滞后、售后服务跟不上。就目前冀州区情况而言，截止到2016年9月底，我区玉米收割机保有量750台，除福田雷沃三行、四行摘穗剥皮玉米收割机外，还存在300多台君峰、冀新牌二行摘穗玉米收割机需要淘汰。再就是，作业故障率高，维修是个难题，没有专业的维修网点，配件难找，通用性差，很多机械不兼容，更缺乏R滴修技术人员；机械设备投资周期长。当前，玉米机械的设备的价格仍然较高，远超出了农民的购买能力范围。另外，由于不同区域的玉米种植模式各有不同，无法进行统一的跨区作业；政府支持力度不足。政府支持力度不足是影响玉米机械化收获规模进一步扩大的关键因素。

2 解决玉米机械化收获问题的对策

2.1 加大机械化设备的研发力度、完善售后服务

只有加快玉米机械化收获设备的更新和完善，尽快提高玉米机械化收获技术水平，才能提升玉米的收获效率。而加大玉米机械化设备的研发力度是保证玉米机械化收获设备更新换代、升级优化的关键。鉴于此，应当加大对玉米机械化收获设备的研发，结合实际气候环境、地理因素，研发出多功能、实用性强的玉米机械化收获设备。

在研发玉米机械化设备时应当重视以提高设备工作效率为基本准则，不断改良设备材质，并延长设备的使用期限；应当重视培养专业的使用人才，以便玉米机械化设备能够在农民中推广开来；应当重视借鉴其它地区的先进技术和经验，并结合衡水市实际情况，加快衡水市玉米机械化设备的更新换代。如应当从3个方面综合考虑玉米机械化收获设备的研发：要重视改良收获机性能，降低籽粒破损率；应针对衡水市新型的农业种植技术，套作、移栽等；重视玉米机械化收获设备的质量。目前，我国研发玉米收获机的单位不在少数，其技术水平、机型特点，存在着很大的差异。为了适应衡水市玉米机械化设备的发展，政府应当带头组织技术团队及经销商进行玉米收获机的调研引进。

进一步完善售后服务网点，配备专业的维修人员，解决机械配件供应。 农机维修是季节性修理，经销商应培养一批技术工人，农忙时下乡驻点服务。做到随叫随到。生产厂家也应定期派出技术人员集中进行农机保养、维修。政府也应加大扶持农机合作社机库建设，成立区域性的农机专业合作社机库和农机维修网点，为农机维修和人员培训提供很好的平台。

2.2 完善农机与农艺配套

随着衡水市农业种植技术的发展，玉米的种植方式也在不断的改变。也正因为如此，农机与农艺的不配套成为玉米机械化发展的一个重要影响因素。为此，衡水市应当采取转变传统的收获理念，使玉米收获机械为玉米产业的增产增收、优质低耗安全服务。另外，还应当重视玉米标准化的种植，逐渐实现统一的玉米标准化生产。尤其是加大优良品种的选择和种植技术的发展。这样不仅能节约农机购买成本，还能大大提高玉米收获机械的生产效率。如可以从8个方面实现农机与农艺的配套，选用优良品种包衣种子：选择耐密、抗倒、耐阴雨寡照，高产潜力大，产性好的优良品种；科学播种：抢时、灭茬、宽窄行、测土配方、3位施肥或条深松免耕多层施肥、密植播种；叶面施肥：当玉米长到3～5叶时，及时喷洒途保康和爱沃富叶面肥；统一除草、防病害；化控防倒：可以选择在六叶一心时统一喷洒玉黄金控旺药剂，每667m2用玉黄金1500倍液，喷洒30kg；人工辅助授粉：在刚抽雄时2人分别站到畦背上用竹竿拉绳子对玉米进行人工辅助授粉，以增加穗粒数，防止玉米秃尖；适时晚收；全程机械化：播种、浇水、施肥、统防统治、收获都实行机械化，减少人工投入，降低种植成本，提高种植效益。

2.3 政府应加大扶持力度

政府的扶持力度是保证玉米机械化收获迅速发展的关键。政府应当重视从技术、经济、政策等多个方面，加大对农民使用玉米机械化收获设备的扶持力度，从而营造出良好的机械化玉米收获氛围，充分调动农民使用玉米机械化收获的积极性。

政府应当加大对农民的补贴，并重点加强技术培训；还应当完善服务体系，为农民提供完善的技术服务。积极引进农业部建立的“补贴政策拉动、农机农艺互动、社会服务促动、梯度推进带动”的发展机制。积极指导农机服务组织开展订单作业，提高玉米机收的组织化程度，扩大玉米机收市场规模，保障作业质量。

第3篇：机械手论文范文

关键词：气动机械手，结构优化，结构设计

前 言：

气动机械手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。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。

在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。

1.气动机械手的原理

气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。

图1：气动机械手系统工作原理图

气压传动机械手的优点：（1）不用增速机构就能获得较高的运动速度，这是简易机械手的一项主要性能，其可适应各种快速自动搬运的工作。（2）能源方便，工厂都有压缩工作站。（3）空气泄漏基本无害。（4）适应易爆、易燃等恶劣环境。

（5）结构、保养都简单，成本低。（6）可将直线风缸和摆动风缸做成手臂的一部分，结构简单，刚性好。

2.气动机械手的主要部件和设计要求

根据模块化设计思想，机械手的各模块化机构分别为：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。

机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量。通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节，实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态。机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡。设备回转关节设置刹车系统，可在任意所需要的位置刹车，使机械手可以长期或定期保持需要的状态。翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°）；断气保护：设备被意外断气时，设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作，然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示。误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放。人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体，让操作人更便捷操纵机体。工件表面保护：夹具接触工件部位装置保护物件，保证工件表而不会被刮伤。高效率工作：夹具设置抓取导向，让工件的拾取更高效。

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程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合，即连续控制的情况下使用。

3.机械手回转臂的结构优化措施

为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定。用的有单导向杆和双导向杆。在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难，将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在完全伸出和回缩位置之间进行切换。

第4篇：机械手论文范文

关键词:机械臂;总体坐标系;附体坐标系;变换矩阵

中图分类号: TP241.2 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2010)-10-0120-1

四自由度采摘机械臂可以看成是由一系列通过活动联接连接起来的杆件组成的。

1 三维空间中的附体坐标系和总体坐标系

为了便于处理机械臂复杂的几何参数,机械臂各杆件的运动可在总体坐标系中描述,在每个杆件处建立一个附体坐标系。运动学问题便归结为寻求联系附体坐标系和总体坐标系的变换矩阵。如图1所示,参考坐标系Oxyz是三维空间中的固定坐标系,在机械臂运动学中将其作为总体坐标系,把Ouvω看成是附体坐标系。

图1 总体坐标系和附体坐标系

2 建立附体坐标系和总体坐标系的规则

Denavit和Hatenberg(1955)提出了一种为关节链中的每一杆件建立附体坐标系的D-H矩阵方法。对于每个杆件来说,在关节轴处可建立一个正规的笛卡儿坐标系(xi,yi,zi),i=1,2,3,4,再加上机座坐标系。建立在关节i+1处的坐标(xi,yi,zi)是固联在杆件i上的。当关节驱动器推动关节i时,杆件i将相对于杆件i-1运动。机座坐标定义为第0号坐标(x0,y0,z0),它也是机械臂的惯性坐标系。确定和建立每个坐标系应根据下面3条规则:

(1)zi-1轴沿着第i关节的运动轴;

(2)xi轴垂直于zi-1轴和zi轴并指向离开zi-1轴的方向;

(3)yi轴按右手坐标系的要求建立。

按照这些规则,第0号坐标系在机座上的位置和方向可任选,只要z0轴沿着第1关节的运动轴运动。

3 四自由度采摘机械臂坐标系的关系参数

根据上述坐标系的定义,描述四自由度采摘机械臂相邻坐标系之间的关系可归结为如下4个参数:

θi 绕zi-1轴(右手规则)由xi-1轴向xi轴的关节角;

di 从第i-1坐标系的原点到zi-1轴和xi轴的交点沿zi-1轴的距离;

ai 从zi-1轴和xi的交点到第i坐标系原点沿xi轴的偏置距离;

αi 绕xi轴(右手规则)由zi-1轴转向zi轴的偏角。

对于四自由度采摘机械臂来说,di,ai,αi是关节参数,θi是关节变量。根据上述三条规则以及各参数的解释,可以求得四自由度采摘机械臂的四个参数,结果见表1。

4 循环法建立坐标系

除了上述D-H矩阵方法以外,也可以通过以下6个步骤为四自由度采摘机械臂建立一组相容的标准正交坐标系。

(1)建立机座坐标系。在机座上建立右手正交坐标系(x0,y0,z0),使z0轴沿关节1的运动轴,x0和y0轴与z0垂直,但方向可任选;

(2)初始化和循环。对每一个i,i=1,2,3,完成步骤(3)至(6);

(3)建立关节轴。把zi轴与关节i+1的转动轴对准;

(4)建立第i个坐标系的原点。将第i个坐标系的原点放在zi和zi-1轴的交点处,或放在它们的公垂线与zi轴的交点处;

(5)建立xi轴。使xi=±(zi-1×zi)/||xi=±(zi-1×zi)/||,如果zi-1与zi平行,就使xi沿它们的公垂线;

(6)建立yi轴。令yi=±(zi×xi)/||zi×xi||,使(xi,yi,zi)成为右手坐标系。建立好的坐标系如图2所示。

图2 四自由度采摘机械臂连杆坐标系

参考文献

[1] 朱梅.具有五自由度及张合气爪的液压机械手[J].机床与液压, 2006,1:96-97.

[2] 毕诸明.六自由度操作手的逆运动学问题[J].机器人. 1994,3(16):92-95.

[3] 高锐.草莓收获机器人的初步研究[D].中国农业大学硕士学位论文,2004.

[4] 郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计[D]. 西安交通大学硕士学位论文,2002.

第5篇：机械手论文范文

关键词：微动开关 自动化 分料 抓持 安装

中图分类号：TN42 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）001-043-03

1引言

在集成电气元件的设计中，微动开关以其触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速的优点，被广泛的应用于家用电器、军用产品当中。但与此同时，由于微动开关体积小重量轻，结构多变而复杂，目前，在国内微动开关的安装主要是依靠手工安装，因而大批量安装效果并不理想，难以保证精度，工作效率低，劳动强度大，因此实现微动开关的自动化装配是一项十分重要的实用化工程，关系到电子电气产品的成本和质量。

微动开关自动化装配线是通过振动分料使微动开关姿态统一，并由后续传动装置将其送至安装平台，由机械手对其进行抓持并最终安装到电路板上。其为可循环使用的设备，完全取代了人力完成的所有工序。由此可见，此装配系统应有机械本体，驱动传动系统，信号采集传递和控制系统组成，其中振动分料的效率，抓持机械手的精度以及控制系统的稳定性是此装配线设计的核心部分。目前，国内对于微小元件安装的研究并不是很广泛，只有少数的论文提及，并没有完整的可行性方案。

值得说明的是，微动开关内部结构种类繁多，本文以依靠两侧支脚固定于电路板上的微动开关为研究对象。其结构特点是金属簧片触点在零件中间，两侧有带有倒钩的支脚，并向外形成一定的角度。安装时需将两个支脚插入电路板上相应的孔中，依靠支脚上的倒钩和其向外的角度固定在电路板上，结构视图如图1。

2振动分料机的结构与原理

因为微动开关体积小质量轻且多个微动开关常不规则的牵连在一起不易分离，所以微动开关振动分料机在提高装配效率方面的作用要大于用于微动开关抓持与安装的机械手。振动分料机主要由振动分料盘，分料导轨以及送回传送带组成，在分料盘，导轨以及基座上分别固定偏心电机产生振动。其主要功能是将姿态不符合要求的微动开关剔出分料轨道，重新送回分料盘进行振动分料。振动分料的结果是将所有符合要求的微动开关通过后续的传送装置间隔的传输到机械手抓持的工作台上。在整个分料过程中一定要尽量保证相对数量多的微动开关是符合姿态要求的从而不会影响到后续的工作。

微动开关的姿态可以分为三大类五小类。第一大类是几个开关牵连在一起或者单个微动开关发生变形出现不规则形状而产生的不规则姿态。第二大类与第三大类都是规则姿态，其中第二大类是微动开关支脚朝上，第三大类是微动开关支脚朝下，且规则姿态的两大类又分支脚靠左（相对分料导轨）与支脚靠右两小类。我们通过实验发现支脚朝上的微动开关因为重心较低，所以大多数从分料盘上振落下来的微动开关都是支脚朝上的。在支脚朝上的两小类姿态中我们选择支脚朝上且靠右的微动开关为我们预期的输出姿态，这样能够保证尽可能多的微动开关符合我们的姿态要求。

分料主要分为三个步骤，第一步是将成堆的微动开关放到带有孔的分料盘上，所有微动开关随着振动连续进行微小位移，当振动到孔中则掉落下来进入分料导轨。通过第一步骤成堆的微动开关将间隔掉落下来，而且部分牵连在一起的微动开关也会在从孔中掉落或落到分料导轨的过程中因为振动和撞击分离。微动开关在分料导轨中会因为振动与导轨的斜度继续向前运动而且会因为导轨变细侧向运动。分料的第二步是在导轨中设置一个封闭口，如图2。根据测量，支脚朝上的微动开关要比支脚朝下的微动开关在高度上少1mm左右，通过对封闭口高度的恰当设置，支脚朝下的微动开关将不能通过封闭口而是从一侧掉出分料轨道，形状不规则的微动开关同样无法通过封闭口。所有掉出分料轨道的微动开关将会由送回传送带重新送至分料盘。分料的第三步是在轨道上的右侧设置导槽且轨道本身有一个向左的倾角，如图3。剩下的两个姿态的微动开关中支脚靠右的微动开关的支脚会进入导槽，而靠左的会因为导轨的斜度从一侧滑出轨道。最终只有支脚朝上且靠右的微动开关可以顺利通过分料导轨进入后续的传送装置。

3 抓持机械手的结构与原理

此类带有支脚的微动开关在抓持与装配的过程中不仅需要对其稳定的抓持，同样需要对其支脚的角度进行调整以便顺利插入电路板的孔中。我们设计的机械手的结构简图如图4所示。其主要由基座1，夹持块2，弹簧3以及两块下挡板4和5组成。在基座的滑槽下表面及夹持块上加工出直圆孔，将弹簧嵌入。夹持块整体放置于基座1的滑槽内；两个与基座以螺钉固连的下挡板对夹持块进行限位。整个机械手与运动机构连接实现相关运动。经过力学分析，只要选择合适的材料与型号，夹持块的应力以及弹簧的回复力完全可以满足工程需要。

机械手对微动开关的抓持是依靠可移动的夹持块实现的。具体抓持过程如下：机械手下降使微动开关的两侧支脚进入夹持块的狭缝中，直至开关支脚顶端与下挡板的凸起相接触，避免开关两支脚完全进入狭缝，便于安装。微动开关支脚进入夹持块的狭缝即完成了对微动开关的抓持同样将其支脚角度束缚至九十度左右。夹起微动开关后进行安装时，微动开关的支脚露在外面的部分首先进入电路板的孔中，机械手继续下降接触电路板，由于受到外力作用，位于圆孔中的弹簧发生压缩，夹持块与下挡板发生相对运动，下挡板将微动开关下压，使微动开关的支脚完全进入电路板的孔中，随着微动开关与夹持块的分离，支脚又恢复其原有角度。最终微动开关依靠支脚的角度以及支脚上的倒钩固定在电路板中。随着机械手的上升，微动开关与机械手完全分离，夹持块也在弹簧力作用下恢复原始状态，完成一次安装。具体流程如图5所示。

4 控制系统

我们设计的微动开关自动装配设备的原理机利用慧鱼公司开发的控制电路，其采用COM端口与计算机进行通信。该电路有2个模拟输入接口，8个数字输入接口，4个输出接口。8个数字输入接口可以连接行程开关等，检测开关的开断情况。4个输出接口可连接4个电机。控制电路配套的编程软件是LLwin 2.1，使用该软件可以检测和监控原理机各开关和电机的运行情况，并通过编程控制电机运动。

微动开关自动装配设备的控制系统主要是控制振动分料机以及抓持机械手上的电机从而实现振动分料机的振动以及机械手的升降、旋转、前进后退等运动。抓持机械手的运动主要包括微动开关定位，微动开关抓取，电路板定位，安装微动开关等运动，其一个控制周期运动如图6所示。

LLwin 2.1软件是一种图形化的编程软件，比较类似流程图。我们利用并行程序同时控制多个电机以提高工作效率。每个主程序可以实现子程序的调用控制具体电机的运动。图7为并行主程序与调用的一个子程序的示例。

5结论

本文介绍了一种实用的微动开关自动化装配设备的设计，解决了目前微动开关手工安装的问题。该装配设备具有结构简单、抓持精度高、运动灵活、适应性强等特点，对抓持机械手局部结构进行调整就可以完成不同结构的微动开关的装配。目前，微动开关自动装配设备的原理机已经验证了设计方案的可行性，具备了应用于工业生产线的前提条件。

参考文献：

[1] 吕仲文.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2004：74-165.

[2] 郭卫东.机械原理[M].北京：科学出版社，2010.

[3] 丁学恭.机器人控制研究[M].杭州：浙江大学出版社，2006：16-63.

[4] 张立勋，张今瑜，杨勇.机电一体化系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2004.

[5] 万百五.自动化（专业）概论[M].武汉：武汉理工大学出版社，2010：50-94.

[6] 余德忠，唐建祥，徐向纮.混合机构空间机器人运动性能分析及仿真研究[J].机械科学与技术，2012（5）：847-850.

第6篇：机械手论文范文

【论文摘要】中职学校培养的目的是输送生产第一线的技术工人，而中职生职业能力的高低决定其就业之路，因此，培养中职生的职业能力是职业教育可持续发展的必由之路。文章以机电一体化设备的组装与调试课程的实训教学实践为例，探讨在实训教学中培养、提升和强化学生职业能力的方法和具体措施。

1职业能力的基本内涵

职业能力是指从事具体职业活动时所需具有的能力，它包含专业能力、方法能力和社会能力。专业能力是指专业知识、专业技能和专项能力等与职业相关的基础能力，是职业活动得以进行的基本条件。方法能力包含了独立思考、分析判断与决策、获取与利用信息、创新和独立制订计划的能力等。社会能力则包含了组织协调、人际沟通、语言与书面表达能力，以及社会责任感和职业意识等。

2培养中职学生职业能力的目的

2．1利于学生学会从业

中职学校培养的是生产第一线的技术工人，所以要求中职生必须掌握某一特定职业所需要的实际能力，学会从业和做事。近年来，中职毕业生中相当一部分职业能力低，不能胜任从事的工作。为此，在实际教学中，教师应根据职业知识和技能的要求，注重对学生实际操作技能的训练，教会他们从业的能力和做事的本领，使学生毕业后能尽快地适应岗位工作的要求。

2．2利于学生学会生存

随着社会经济的快速发展，职业岗位呈现出新型性、替代性和不稳定性，这就要求从业者必须以稳定的心理素质来应对职业的变化与更替。在教学过程中，教师要重视学生综合素质的培养，鼓励学生走向社会、面对现实、完善自我，以及锻炼自己承受各种心理压力的能力，使学生具备在将来的职业生涯中正确处理各种关系，化解各种矛盾，提高适应及承担风险的能力。

2．3利于学生学会创新

当今时代是竞争激烈、人才辈出的时代，不断创新是其鲜明的特征。从业者只有不断创新，才会有更大的发展。所以在教学过程中，教师要重视对学生创新思维能力的培养，引导他们乐于学习、积极思考，使他们在将来的职业生涯中，具备勇于创新、勇于创造的能力。

3在实训教学中培养、提升和强化中职生的职业能力

众所周知，专业课具有较强的应用性和实践型，而实训教学是专业课程教学的重要环节。如何在实训教学中培养、提升和强化中职生的职业能力?笔者试图通过在机电一体化设备组装与调试课程实训教学中构建实践环节的3个平台来解答这一问题。

3．1搭建实训实习平台，培养学生的职业能力

由于学校扩招，入学门槛降低，中职生的基础普遍较差，但他们也有自己的特点：头脑灵活，好奇心强，有较强的动手操作能力。因此，教师应根据学生的特点，搭建实训实习平台，让学生在这一平台中得到充分的技能训练，使他们在就业时具有更强的适应性和竞争力。机电一体化设备组装与调试课程是广西理工职业技术学校这2年为了适应经济发展和企业人才需求的需要，以及进一步培养机电类学生掌握机电一体化设备的组装与调试的职业能力、培养参加全区和全国技能大赛的选手而开设的，教学内容融合了光电控制、气动控制、plc控制、变频器控制等技术的一门重要的专业课程。通过学习该课程，学生对所学的专业知识有了全面的认识和巩固，专业技能得到综合的训练及实践运用。

3．1．1学生专业能力的培养

机电一体化设备组装与调试课程要求学生能识读机械图纸和掌握机械安装工具及测量工具的正确使用方法，能绘制电气原理图并按图接线，能读懂气路图并连接气路，能根据要求设置变频器参数，按控制要求编制plc程序并调试。而学生这些专业能力的培养最终需通过实践环节的技能训练来实现。机电一体化设备组装与调试课程是应用技能竞赛设备——亚龙yl一235a型光机电一体化实训装置来进行实训教学的。该装置配置了生产实际中典型的皮带输送机、机械手、圆盘和分拣装置，承载了真实的生产性功能。它把机电类专业职业岗位的工作内容和现代企业需要的技术都融入装置中，职业性特点十分明显。因此，在这门课程的实训教学中，教师应按专业能力形成的规律采取“以项目为载体，任务引领，工作过程导向”的教学理念来进行教学，按照由简单到复杂，由单一到综合，由一般功能到特殊功能的循序渐进的原则，分3个阶段来组织实训项目和规划工作任务。

基础实训阶段：首先带学生到实训室观看实训装置，让学生感性认识实训装置的整体结构和元器件的组成。然后进行单一部件的拆装实训项目，包括圆盘、皮带输送机的安装与调整，机械手、分拣装置的安装与调试等工作实训，使学生了解和掌握实际生产中典型部件的基本结构、工作原理和安装调试方法。接着进行单一部件的plc编程实训，按照任务书中的控制要求，学生利用实训装置配置的plc进行编程，分别实现对圆盘供料、机械手搬运工件、皮带输送机送料、分拣装置分拣工件的单一部件的控制，使学生进一步掌握plc编程的方法、技巧和应用技术。

强化实训阶段：这一阶段是把2—3个单一部件进行组合，实现简单的组合控制功能。如：圆盘+机械手，人工落料+皮带输送机+分拣，圆盘+机械手+皮带输送机，机械手+皮带输送机+分拣等。

综合实训阶段：这一阶段则是把整个机电一体化装置所有部件进行组装和调试，并实现对整个设备的多种功能、多种工作方式的控制。

通过上述3个阶段的实训，学生从易到难，逐步了解和掌握机电一体化设备组装与调试技术，专业技能得到了充分训练，培养了学生的专业能力。

3．1．2学生方法能力的培养

在实训教学的过程中，让2~3个学生组成任务小组，在拿到教师发给的任务书后，以小组为单位，讨论和分析工作任务，搜索相关知识和信息，制订好完成任务的计划。在任务完成的过程中，小组成员分工合作，相互协调，及时地发现问题和解决问题。任务完成后，学生对自己完成工作的情况进行评定，对自己所负责的工作效果等方面进行分析和总结。在整个任务教学过程中，以学生为主体，教师为主导，教师起组织者、指导者的作用，引导学生学会思考，掌握发现、分析和解决问题的能力；利用任务这一主线，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，使学生的方法能力得到培养。

3．1．3学生社会能力的培养

任务小组的成员轮流担任小组长，负责组织小组成员分析讨论工作任务，并将制订好的工作计划用电子版的形式上交给指导教师，指导教师认真审核并提出修改意见。小组长根据指导教师审核后的工作计划，给小组成员布置任务。在任务的完成过程中，小组长负责沟通、协调和指挥小组成员进行工作。任务完成后，小组长组织小组成员对整个完成任务的过程进行分析，汇总后在全班同学面前进行总结。这样，每位学生在组织协调、人际沟通、语言与书面表达、社会责任感和职业意识等方面都得到了锻炼，培养了一定的社会能力。

3．2搭建技能比赛平台。提升学生的职业能力

“普通教育有高考，职业教育有大赛”的教育制度的设计和创新，使职业教育发展出现了令人鼓舞的局面。为了进一步推进职业教育的改革和发展，教育部提出定期举办职业院校技能大赛的要求。每年3月份，广西中职学校的技能大赛开幕，选拔出优秀选手代表广西于6月份参加全国的技能大赛。为了迎接广西中职学校的技能大赛，选拔出代表学校参赛的选手，广西理工职业技术学校于每年的1l一12月份，从班级到系部，利用校内自动化实训室举办各层次的机电一体化设备的组装与调试项目的技能比赛。通过宣传动员、培训辅导、初赛决赛、评分点评、表彰奖励等方式，让学生以较高的热情积极参与技能比赛。学生以2个同学组成团队参赛，由机电一体化设备组装与调试课程的任课教师负责指导参赛学生根据该项目的比赛规则，精心设计比赛内容、认真准备和参与比赛，并将学生的比赛成绩作为该课程的实训考核成绩计入期评成绩。通过多层次的比赛，进一步提高了学生的专业技能，增强了学生的安全意识、竞争意识和团结协作精神，锻炼了学生计划组织、交流沟通及分析和解决问题的能力，学生的职业能力得到了提升。

3．3搭建“校企合作”平台，强化学生的职业能力

“校企合作、工学结合”是我国职业教育改革与发展的方向。国务院关于大力发展职业教育的决定指出，要大力推行“校企合作、工学结合”的培养模式。实训教学不应局限于校内实训室，应“走出去，请进来”。广西理工职业技术学校这2年与富士康科技集团公司、海信电器集团公司等多家企业签订了校企合作的协议，企业派出技术人员到广西理工职业技术学校指导教师，培训学生，举办各种讲座，让学生了解企业的发展状况，了解企业的新产品、新设备、新工艺和新技术。广西理工职业技术学校也安排学生到企业去顶岗实习，让学生按照企业实际的生产要求参加工作实践，了解企业机电设备，获取实际工作经验。在实习期间，学生参与实际工作，培养了他们爱岗敬业、吃苦耐劳的精神，增强了对岗位、职业的感情，较早地接受企业文化的熏陶。同时，把理论和实践融为一体，学生的动手能力、独立完成工作的能力和应变能力等这些职业岗位能力得到了强化。

3．4实训教学改革成效

在机电一体化设备组装与调试课程实训教学中，通过搭建“实训实习、技能比赛、校企合作”3个平台，使学生的职业能力得到了培养、提升和强化，让实训教学取得了一定的成效。如：这2年，广西理工职业技术学校机电类学生得到了许多企业的青睐，就业率大幅提高；2010年广西理工职业技术学校派队参加广西的机电一体化设备组装与调试项目的比赛，获得了1个一等奖和1个二等奖的好成绩。

第7篇：机械手论文范文

（温州职业技术学院，温州 325035）

（Wenzhou Vocational & Technical College，Wenzhou 325035，China）

摘要： 优化设计是将最优化理论和计算技术应用于机械设计领域，为工程设计提供优化设计的方法。MATLAB优化工具箱具有编程工作量少、语法符合工程设计习惯的特点，本文应用MATLAB软件，以RV减速器一级齿轮传动体积最小为目标函数进行优化设计，并给出了优化设计实例，与原设计方案相比，取得了良好的优化效果。

Abstract： Optimization design is to apply optimum theory and computing technology into the field of mechanical design to provide the optimization design methods for engineering design. MATLAB optimization toolbox has many characteristics， such as the programming workload is less， the grammar conforms to engineering design practice and so on. MATLAB software is applied in this article， the minimum transmission volume of the first RV reducer gear as the objective function to optimize design and put forward the optimal design example. Compared with the original design scheme， it achieves good optimization effect.

关键词 ： MATLAB优化设计；目标函数；约束函数；RV减速器

Key words： MATLAB optimization design；objective function；constraint function；RV reducer

中图分类号：TG457.23文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）25-0085-03

基金项目：温州市科技计划项目（项目编号：G20120011）“基于救援机器人的RV减速器研发”的阶段研究成果。

作者简介：郑红（1968-），女，江西南昌人，温州职业技术学院机械系副教授，研究方向为机械设计制造及自动化。

0 引言

机械优化设计是最优化方法与机械设计的结合，设计工具是计算机软件及计算程序，设计方法是最优化数学方法。机械优化设计，就是在给定载荷及工作环境条件基础上，在机械产品的性态、几何尺寸关系或其他因素的限制（约束）的范围内，根据设计要求及目标，选定设计变量、建立目标函数，并使其获得最优值，设计出经济可靠的机械产品。

换句话说，也就是在满足一定约束的前提下，寻找一组设计参数，使机械产品单项或多项设计指标达到最优。机械优化设计因其目标函数和约束函数普遍呈非线性的特点，设计步骤为先根据实际的设计问题建立相应的数学模型，在建立数学模型时需要应用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标，确定设计变量之间的相互关系等，并使之满足强度、刚度及运动学等约束条件。数学模型一旦建立，优化设计问题就变成了一个数学求解问题，应用优化理论，设计优化程序，以计算机为载体计算得到最优化设计参数。

美国可口可乐公司是全球最大的饮料公司，拥有全球市场48%的占有率，为降低生产成本，提升品牌竞争力，可口可乐瓶有一段优化设计的佳话，优化处理后的可口可乐瓶重只有原重量的80%，而瓶子的容量、性能却丝毫未受影响，仅此一举就节省了可观的材料费用，带来了可观的利润。

近年来制造业转型升级、国家推出“机器换人”工程，把机器人、高端数控设备的应用推向了，但基于机器人的RV减速器一直是个技术难题，直接影响到机器人的工作性能指标。

RV减速器产品在结构上由一级渐开线齿轮传动和一级摆线针轮行星传动串联构成，渐开线齿轮传动构成第一级传动，摆线齿轮行星传动构成第二级传动。RV减速器是一款刚度最高、振动最低的机器人用减速器，能够提高机器人工作时的动态特性，减小传动回差，而且还具有体积小重量轻、结构紧凑、传动比范围大、承载能力大、运动精度高、传动效率高等优点。

RV减速器广泛应用在机器人、数控机床行业，传统设计全由设计人员手工完成，但在性能更好、使用更可靠方便、成本更低、体积或质量更小的指标要求下，希望能从一系列可行的设计方案中精选最优，传统的设计方法做不到，因而有必要采用优化方法来确定其设计参数。

RV减速器优化设计要解决的问题，与其使用场合的具体要求有关。在保证传动能力的条件下要求齿轮传动及针摆传动体积最小或质量最小；在要求较高时，需要优选齿轮的几何参数使齿轮副具有形成油膜的最佳条件；优化齿轮传动的惯性质量分配，以便最大限度地减少工作时间的振动和噪声，以及传动功率最大和工作寿命最长等。

对于不同类型的RV减速器，其优化设计具有各自的特点，设计变量一般选择齿轮传动的基本几何参数或性能参数，如齿数、模数、齿宽系数、传动比、螺旋角、变位系数和中心距等。

根据优化目标的不同，RV减速器设计可以有多种最优化方案，本文讨论的是在满足齿轮传动强度、刚度和寿命条件下，使RV减速器转矩最大、体积最小或质量最小。

基于RV减速器的机器人抓握机械手工况条件，8小时工作，正反转，轻载平稳，空载起动，室内工作，使用寿命5年，在温州职业技术学院工业中心单件生产，机器人机械手转矩T3=20 N·m，转速n3=5rpm，为优化设计对象，要求在保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度的条件下，获得转矩最大、体积最小、重量最轻的传动装置。应用MATLAB软件优化工具箱对电机转矩做最大值优化，即应用fmincon函数对电机转矩的倒数求最小值优化，优化的目的是求出在转矩最大的情况下，齿轮传动体积最小，实际上就是求齿轮齿数的取值。因此以转矩最大为优化目标，建立优化设计数学模型。

1 目标函数

①工作载荷计算功率P3。

因为T3=9550*P3′/n3 ，代入得20=9550*P3′/5，所以P3′=0.01kW，把P3′打上机器工作载荷系数K=1.5，得

P3=P3′*K=0.01*1.5=0.015kW

②应用针摆传动效率η2=97%，计算第二级针摆传动功率P2，得

P2=P3/η2=0.015/0.97=0.016kW

③应用渐开线齿轮传动效率η1=95%，计算第一级齿轮传动功率P1，得

P1=P2/η1=0.016/0.95=0.017kW

④应用电机传动效率η=99%，计算电机功率P，得

P= P1/η=0.017/0.99=0.018 kW

⑤计算电机转矩。

因为RV减速器总传动比为i=-Z2/Z1*Zb，则电机转速为n=i*n3=5*（-Z2/Z1*Zb），

所以电机转矩为T=9550*P/n=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*Zb））N·m

对于第二级针摆传动，设计采用一齿差摆线针轮行星传动，因此针齿齿数Zb必须为偶数，Zb用数学表达式来表达，即Zb=2*k，而10≤k≤50，则电机转矩表达式为

T=（9550*0.018）/（5*（（Z2/Z1）*（2*k）））N·m。

所以，电机转矩表达式有3个变量Z1、Z2、k，即X=[x1，x2，x3]T=[Z1，Z2，k]T，表达式变为T=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））。

机械手的工作要求是转矩足够大，而MATLAB软件的fmincon函数只能进行最小值优化，所以对电机转矩求倒数，对电机转矩的倒数作最小值优化，即

1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018），

所以在MATLAB中，目标函数f（x）=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）。

2 非线性约束条件

①非线性约束条件1。

根据机器人抓握机械手工况条件、载荷条件，可以判定齿轮几何尺寸不大，模数较小，初定为0.5或1mm；转矩也不大，约为20N·m，电机转矩理论上应该可以控制在1 N·m以内，即T=（9550*0.018）/（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））≤1，则

1/T=（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≥1

所以1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0构成非线性约束条件1。

②非线性约束条件2、非线性约束条件3。

RV减速器对总传动比有范围要求，140≤i≤180，即

140≤（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤180，展成两个表达式，即

140-（（x（2）/x（1））*2*x（3））≤0，（（x（2）/x（1））*2*x（3））-180≤0，整理后140-（x（2）/x（1））*2*x（3）≤0及（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0构成非线性约束条件2、3。

综上，非线性约束条件共3个，

1-（5*（（x（2）/x（1））*（2*x（3））））/（9550*0.018）≤0

140- （x（2）/x（1））*2*x（3）≤0

（x（2）/x（1））*2*x（3）-180≤0

3 线性约束条件

①线性约束条件1、线性约束条件2。

为使RV减速器偏心轴轴承与摆线轮之间的作用力不至过大，渐开线齿轮传动中心距a应是针齿基圆半径R的0.35~0.65倍，这个可归为结构尺寸条件。

因为要设计出在转矩最大前提下，体积最小质量最轻的RV减速器，必须使齿轮传动的中心距最小，RV减速器的结构紧凑，所以初定针齿基圆半径R=（30~40）mm，所以

a=（0.35~0.65）*R=（0.35~0.65）*（30~40）=（10.5~26）mm，取整后11≤a≤26。因为

a=1/2*m*（Z2+Z1），因为模数越小，齿轮的几何尺寸就越小，所以模数取0.5，则

a=1/2*0.5*（Z2+Z1）=0.25*（Z2+Z1），所以11≤0.25*（Z2+Z1）≤26，即

11≤0.25*（x（2）+x（1））≤26，展成两个表达式，

-0.25*x（1）-0.25*x（2）≤11及0.25*x（1）+0.25*x（2）≤26构成线性约束条件1、2。

②线性约束条件3、线性约束条件4。

为使第二级摆线针轮行星传动部分输入转矩不至过大，第一级渐开线齿轮传动的传动比必须控制为i≥1.5，但单级齿轮传动比又不宜大于5，所以1.5≤Z2/Z1≤5，即

1.5≤x（2）/x（1）≤5，展成两个表达式，

1.5*x（1）-x（2）≤0及-5*x（1）+x（2）≤0构成线性约束条件3、4。

③线性约束条件5、6、7。

小齿轮齿数的取值范围8≤Z1≤20，展成两个表达式，-Z1≤-8，Z1≤20，即

-x（1）≤-8及x（1）≤20构成线性约束条件5、6。

大齿轮齿数的取值范围Z2≤100，即x（2）≤100构成线性约束条件7。

④线性约束条件8、9。

因为Zb必须为偶数，所以Zb用数学表达式来表达，即Zb=2*k，10≤k≤50，展成两个表达式，-k≤-10，k≤50，即-x（3）≤-10及x（3）≤50构成线性约束条件8、9。

把9个线性约束条件写矩阵表达式，即

-0.25 * x（1）- 0.25 * x（2） ≤-11

0.25 * x（1）+ 0.25 * x（2） ≤26

1.5 * x（1）- x（2） ≤0

-5 * x（1）+ x（2） ≤0

-x（1） ≤-8

x（1） ≤20

x（2） ≤100

-x（3）≤-10

x（3） ≤50

4 MATLAB编程

把上述计算过程编写成MATLAB程序，应用MATLAB软件优化工具箱对电机转矩做最大值优化，即应用fmincon函数对电机转矩的倒数求最小值优化，优化的目的是求出在转矩最大的情况下，RV减速器中心距最小，实际上就是求齿轮齿数的取值。

该数学模型为3个设计变量、12个约束条件的多元函数最小值问题，采用MATLAB软件优化工具箱求解最优结果，进行非线性有约束多元函数最小值计算，命令函数为fmincon，主程序如图1，非线性约束条件如图2，程序运行结果如图3。

程序经过6次迭代计算，MATLAB计算优化结果：

Z1 =9.7009，Z2=34.8305，k=19.4962，1/T=4.0721，

即T=0.24 N·m。

5 数据优化处理

因为齿数一定为整数，所以取Z1=10，Z2=36，i1=36/9=4。

又因为Z1<17，齿轮会产生根切现象，但齿轮传动的中心距又必须控制，所以略加大齿数，采用变位齿轮，取Z1=12，所以Z2=i1*Z1=4*12=48。

因为齿轮模数m=0.5mm，所以齿轮传动中心距a=0.5*m*（Z2+Z1）=0.5*0.5*（48+12）=15mm，满足初定的齿轮传动中心距取值范围11~26mm。

用优化处理的参数计算电机转矩的最大值T=0.24 N·m。

6 比较与结论

RV减速器齿轮传动原设计电机转矩为0.2N·m，中心距为20mm，经过MATLAB软件优化工具箱优化处理，电机转矩增至0.24N·m，中心距降为15mm，满足齿根弯曲疲劳强度条件和齿面接触疲劳强度条件，在保证传动能力的前提下减速器体积减少了约30%，效能非常可观。

参考文献：

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[2]席平原.应用MATLAB工具箱实现机械优化设计[J].机械设计与研究，2003，19（3）：40-42.

第8篇：机械手论文范文

科学研究作为发展科学技术重要的支撑点，在科技进步中发挥着举足轻重的作用。在刚召开的党的十中提出：科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。深化科技体制改革，加快建设国家创新体系，着力构建以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。

在我国的经济体制由计划经济向市场经济转变的今天，高等教育的教学管理模式也发生着变化，高等教育现在在全面贯彻党的教育方针的同时，已经由原来的学校完全承包，向以就业为导向的方向发展，已经逐渐走向一条产学研结合发展的道路。随着科学技术的不断发展，社会对人才的需求更具合理性和前瞻性，特别是知识的应用能力、应变能力和创新能力等综合实力，提出更高的要求。这样高等教育的培养目标就由原来单纯以学习课本为重，转向要求学生既有一定专业理论基础，又有胜任现代化生产工作的能力。因此，实践教学在学生培养过程中就显得十分重要。

毫无疑问，实践教学是大学生创新的有效途经。可以把教师的科研项目列入实践教学活动中，启发学生的科研创新意识。如让学生参与教师的科研项目，使学生了解科研的过程、方式方法、数据处理方法、论文写作方法等。[1]本文将探讨如何使科研激活实践教学，促进产学研相结合，开拓学生创新思维。

一、构建科学的实践教学体系

实践教学体系是培养学生实践能力、创新意识与创新能力的整体教学组织与训练过程，也是考查学生掌握基本理论、基本技能的主要途径，是实现专业培养目标十分重要的教育教学环节。[2]高等教育的实践教学体系包含多种类型的课程设置。例如实验教学、课程设计、金工实训、生产实习、毕业实习和毕业设计等，都属于实践教学的范畴。表1为高校实践课程教学体系。

1.实验教学

实验教学是从最基础的理论知识入门，通过仪器设备的使用操作，对数据或图像进行分析，验证理论知识的来源与正确性，随着学习的不断深入，再逐步开设综合性的实验。如机械原理零件实验、刀具实验、金相热处理实验等基础实验，随着学习的不断深入，再进一步完成机、电、气综合与创新性实验等。从而帮助学生更好地理解和掌握理论基本知识，对仪器设备操作基本技能，培养创新思维能力。实验教学是实践教学的基础。

2.课程设计

课程设计是学完某一门专业基础课或专业课后进行的一项专门化实践性训练，主要目的在于培养学生利用本门课程的知识及已学的知识，综合应用完成某一课题的设计。如工艺夹具设计、刀具设计、机床设计、零件设计和电路设计等。初步培养学生设计思维的方法及应用知识的能力。

3.金工实习

金工实习是工科院校必开的一门实践课程，他属于基础金工实习。学生在学完金属工艺学与机械制图课程后进行，也可在金工实习过程中完成该门课程的教学。通过实习，了解金属加工过程的方法和设备，掌握冷加工和热加工操作的基本技能。在实习中，可将后续相关的知识，适时适量介绍，对专业知识初步了解。同时，还可以到各种类型的企业参观考察，观察社会了解市场，扩大视野端正专业思想。

4.生产实习

生产实习是一门综合性的实践教学课程，是在专业课程大都已学完的基础上进行的。走出学校的课堂深入到企业生产的现场。针对某一机械产品考察制造全过程，运用所学的知识，进行分析对比，研究总结，如到内燃机制造企业进行实践，把在课堂学到的理性认识融会到感性认识中。

5.毕业设计与毕业实习

毕业设计与毕业实习，应强化学生实践能力的培养，是实践教学的核心。这是进入社会前的一次大练兵，也是教育质量的大检验。持续一学年的毕业设计选题至关重要，应是融技术性与实用性为一体，融创新意识与创新实践为一体。具体做法：一是与科研课题相结合，如大客车整车强度测试；二是充分利用现有实验设备，如利用FISTO气动实验装置，设计机电自动控制回路；三是对实验设备进行技术改造，如对机械原理机构示教板改进自动控制装置；四是结合生产实际进行科研开发，如汽车发电机壳体压铸模具设计等。学生在指导教师的带领下，结合生产实际或科研课题，充分调动人的主观能动性，运用设计新理念和方法，进行创新设计取得良好效果。[3]

表1 高校实践课程教学体系

二、把“产学研”和实践教学结合起来，开拓学生创新思维

产学研合作教育对于高校提升科研水平、企业技术进步、增强地区和国家核心竞争力都具有重要作用和意义，是贯彻落实科学发展观、转变经济发展方式的重大战略举措。[4]高校人才联合培养是产学研合作的形式之一，其主要方式包括：大学、科研机构与企业通过设置人才培养专项基金、大学教授和研究人员担任企业顾问、大学生在企业实习、企业人员在大学或科研机构进行培训等多种方式在人力资本层面进行交流与互动。[5]

大学生的创新活动是在学习实践过程中的创新，同时也是在掌握了基础知识、相关专业领域研究成果后的创新，这使得他们的创新不仅要有个人价值，而且要在专业领域中具有一定的社会价值。创新活动的价值衡量具有双重标准，对于应用型工科大学生，应以社会标准为主，偏重于创新活动的结果，偏重于创新的产品。因为创新能力培养的关键在于创新主体要有强烈的自我意识和积极的实践探索。在没有投入创造性社会实践之前，人的“才能”只是一种“潜能”，只有通过创造性实践这一“中介”，方可得到进一步的提高，只有在不断的摸索中才能培养创新能力。在台湾本科教学中，每一门课程的教学中，实践教学就占有大半时数，每一单元时间内的教学，都包含有理论教学和实践教学，在动脑和动手过程中，提升大学生创新思维。

1.“产学研”项目和实验环节相结合

实验教学在人才培养方面具有课堂理论教学不可替代的作用，实验室作为高校人才培养的重要阵地在培养高素质创新人才中应发挥其重要的作用。因此，我们将科研方法引入实验教学中，将学科建设取得的科研成果和开发的新技术、新方法不断引入实验教学中，保持实验教学方法与手段的不断更新。并通过设置探索性实验项目来模拟科研全过程，实现实验教学与科学研究新技术、新方法训练的有机结合。

工科类专业在探索性实验课程中，只给出若干思路，实验前，学生不一定知道实验结果，由学生根据实验条件和研究目标，自行查阅相关资料，设计实验方案、实验内容和步骤、实验数据参数，独立进行实验操作，书写实验报告，并对出现的可能结果给予一定的解释。尽管学生在实验的最后结果中不一定达到要求，但是通过综合训练，使学生对科研的基本方法和程序有一个清楚的认识和体验，有效调动了学生的主动性，既提高了学生的动手能力，又使学生养成了自主式、合作式、研究式、开放式的学习方式。如开放性实验，完全由学生自己设计实验方案，自主管理实验过程，自主完成实验，从而使实验教学成为科研与教学的最佳结合点。例如工业自动化应用课程利用实验室电气动实验开发平台，结合实验题目要求，自己设计、搭线、编程、调试等软硬结合过程。

2.“产学研”项目和实习实训相结合

实习实训是一门融理论与实践综合性很强的课程，在整个学生的培养过程中起到了一定的作用。我们要重视对学生动手能力、工程实践能力的培养，增强学生将所学基础知识综合运用于工程实际的能力、独立工作的能力、分析问题的能力及创造能力。

例如现代机械制造加工中心需要机械手完成不同的任务，这个就可以为学生的实习实训提供选题，学生自己对课题进行分析、设计，自己动手编程、调试、安装、并最后调试完成一个机械手加工系统，对设计过程中涉及到相关课堂教学内容，必须加以理解和消化，最终提交的是机械手能完成的任务和设计报告。这样学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对机械传动、电子电路、电子元器件等方面的知识综合应用，同时在单片机编程、排错调试、机构运动、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。为了促进“产学研”项目和实习实训相结合，我们先后和多家企业建立了长期、稳定的校企合作。

3.“产学研”项目和毕业设计相结合

毕业设计与毕业实习，是时间最长最具综合性与创新性的实践，是实践教学的核心。工科专业学生的毕业实习与毕业设计时间长达近半年，是学生走向工作岗位的最后一个重要的教学环节，如果淡化工程意识，假题假做，由书本到图样可能对发挥学生的创造力极为不利。为了促进“产学研”项目和毕业设计相结合，我们具体采取了以下方法：

（1）利用生产中的真实题目或参与指导教师的实际课题研究，提前布置毕业设计题目。以毕业论文课题研究等形式参与科研活动，在科研实践培养创新精神以及分析和解决问题的能力方面，实现了以科研促进教学的理想效果。[6]

（2）利用工厂待解决的技术问题，让学生走出去，到工厂做毕业设计。由于受教师手头的真实题目的限制，不可能所有的同学都在学校做真题目，我们通过与科研机构和生产单位的结合，即产学研结合，让同学们到工厂去，到科研机构去，根据具体情况安排毕业设计题目。这样做，不仅发展了生产也培养了技术人才，发挥了学生的创造能力。

三、以“工程测试”为例，探索“产学研”提升大学生实践创新能力

利用科研项目将实验、实习实训、毕业设计等串联起来，把各个实践环节紧密联系在一起又起着承上启下的作用。激活大学生参加实践的积极性，加强培养综合运用能力。

测试技术是获取信息、分析和处理测量数据的关键技术与手段，是从事科学研究、产品质量检验与自动控制不可缺少的工具。[7]本人在学校主要承担《机械工程测试技术》实验教学，并在这几年负责工程测试的一些科研项目，例如：2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司、2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试。在这些科研项目完成的过程中，都与实践教学结合起来，开拓学生的创新思维，实现了科研成果与实践教学双丰收。

1.开设开放性实验，吸引学生加入到科研项目

由于《机械工程测试技术》实验项目与工程实际相结合，要求课时较长，另外实验相对正常，完成水平要高。我们选择以开放性实验对学生开放。把《机械工程测试技术》一系列实验连续起来，要求学生按照工程上测试的要求，把应变片粘贴好，并且对自己粘贴好的应变片作静态应变测量和动态应变测量。图1为学生在粘贴应变片，图2为粘贴好的应变片。这样，学生完成这些实验后，就可以加入到全承载整车强度测试中。

2.学生到现场测试，丰富学生的实训实习

充分发挥工程测试科研项目的优势，鼓励学生积极参与科研项目中的一些工作。无论是2008年在厦门金龙联合汽车工业有限公司，还是2011年在东风杭州汽车有限公司作全承载整车强度测试，都有不少学生加入到测试。图3是正在作整车测试的客车，图4为学生在现场测试。由于科研课题多与工程应用紧密结合，解决生产实际问题，任务本身具有挑战性，学生在参与科研的过程中，可切身体会到理论与实践结合的价值，激发起他们内在学习动机，应用所学知识解决实际问题。[8]

3.测试项目为学生毕业设计课题提供来源

多年来，我们都高度重视学生毕业设计等实践性教学环节，强化学生实践能力的培养，形成了良好的传统和特色。大学生所完成的这些工程测试项目，可以直接为他们的毕业设计提供选题来源。通过强化过程管理，保证了毕业设计（论文）的教学质量。这对培养大学生创新精神和实践能力方面有示范作用。图5为大学生以某大客车测试为毕业设计题目所采集处理的数据。

四、“产学研”融合实践教学取得的成果

（1）提高学生的动手能力。通过加强实验教学，开展有效的工程实验环节，将有助于学生有效地掌握所学知识，缩短从理论知识到实际应用的时间。实验教学能很好地培养学生的专业兴趣，有利于增强其创新意识，提高实际应用能力，培养学生成为满足社会需求的创新人才。

第9篇：机械手论文范文

关键词：机器视觉；机器人；PLC控制；自动上料

随着人工成本的不断上升，运用机器代替人工已经成为很多制造企业转型升级的主要手段。利用机械手完成物料的搬运和运输，与传统的人工相比，它可以稳定地按照我们设置好的节拍不间断地重复完成工作。而且，在一些较重物料运输，或者工作环境比较恶劣的情况下，机械手可以更加高效的工作，同时可以避免砸伤、压伤等意外的发生，降低安全成本[1]。随着“中国制造2025”的提出，企业对生产自动化的要求也越来越高，生产过程已经逐渐由机器人来完成，在一些难度比较高且枯燥的工作中发挥了重大的作用。而机器视觉的研发，提高了机器人的精度，保证工作可以以更高的稳定性进行。本文旨在研究基于机械视觉引导机器人，实现无序摆放零件的精确抓取，并应用于现场自动化改造项目。

1机器人搬运系统框架

本项目采用FanucM-900iA，可搬运140KG重物，重复定位精度±0.5mm，并集成自主开发的AGV送料系统和自主开发的机械视觉系统，系统框架如图1所示。目前生产线上应用的搬运工业机器人大多是通过示教再现或预编程来实现机器人的操作，机器人只是完成点到点的任务动作，外部参数变化的物体则是无能为力[2]。本文应用场景中，缸盖在托盘中的摆放间隙有5mm左右，托盘在蓝色叉车底托上的位置差异也有15mm左右，所以对机器人而言每个抓取目标的误差接近20mm左右。而本文采用的缸盖上料工装，利用缸盖火花塞孔导向预定位，导向间隙单边仅5mm。如果仅依靠机器人示教位置来进行零件的抓取，成功率非常低，还会频繁压伤工件。为此，本文采用自主开发的视觉引导系统，通过算法实现视野中心300mm内缸盖目标的定位孔位置计算，重复定位误差能控制在1mm以内。如图2所示是本系统布局图。①物流车沿着运输通道将毛坯件运输至满料位；②工业相机拍摄满料位工件，并识别出工件的位置，然后将位置信息传到PLC；③PLC将传过来的位置信息进行数据运算，再将结果传至机器人；④机器人接收PLC传过来的运算结果，再进行内部补偿，完成毛坯件的精准定位，然后抓取，最终完成毛坯件自动上料的整个过程[3]。

2系统硬件集成与开发

2.1上料系统集成与开发

如图3所示是上料系统的俯视图。该项目是针对现有人工上料系统的自动化开发，图中蓝色框部分为原有生产线输送辊道布局，红色框部分为拟定开发机器人上料系统。因此，根据抓取零件重力、夹具重力、臂长、定位精度、经济性等综合因素选择好机器人信号后，现场的布局设计要依据机器人选型兼容原有的输送辊道、新增的零件抓取位置和空托盘堆放位置如图中A和B所示。该系统选择的是FANUC机器人，它实际上是一个由六个电机驱动的六轴机械臂，通过电机之间的配合，实现在空间上的定位。如图4所示是用于抓取缸盖毛坯件的夹具。当相机识别出特征孔后，机器人会带动夹具转到缸盖的正上方，然后在定位销导向下，到达抓取位置。所夹取的缸盖零件采用8个×5层的堆料方式，中间使用塑料板隔离，为此还有设计塑料板抓取的夹具。如图5所示是此次设计的系统抓取空托盘的夹具。夹具主要一块电磁铁组成和固定支架组成，但由于托盘材料不含铁，因此我们要改造托盘，给它加上一块铁板。当机器人抓完这一层的工件后，会移动到托盘上方然后旋转夹具，再移动夹具靠近铁板并给电磁铁通电，将托盘吸起来，最后放至空托盘位置，如图6所示。

2.2上料系统与AGV集成应用

在进行机器人抓取之前，我们需要通过物流小车将缸盖毛坯件拉到满料位，如图7是物流车运输空托盘的图片。为提高机器人抓取的成功率，需要设计专用的支架保证缸盖毛坯件运输过程中的定位精度。如图8所示分别是叉车上料支架、满料位支架、空托盘支架。其中叉车上料支架，采用了两个方向的自由度约束，能保证叉车上料过程中，蓝色底托的定位误差提高到10mm范围内，支架周边采用了斜边导向同时降低了叉车司机的作业难度，保证了一次叉装到位的合格率。验证发现AGV小车送料，主要是在AGV前进后退方向上定位误差较大，因此在满料位支架上安装一个方向的约束，降低AGV顶升机构与蓝色底托之间存在的随机定位误差。空托盘支架定位要求相对较低，设计时主要避开AGV运动时的干涉。

2.3相机识别

视觉识别功能：料车到达上料位置后，机器人将自动移至要抓取的位置的上方，通过相机拍照识别位置完成抓取；通过工控机，我们可以实时查看相机的拍照识别状态及机器人夹具抓取感应状态；通过对工控机和机器人示教器的操作，可以实现对系统的所有监控，可靠、方便[4]。视觉识别部分包括一个相机和一个光源。除去电源线外，相机上还有网线插孔，通过网线将相机识别到数据传输给工控机。由于使用的是工业相机，相机本身不会自动聚焦，于是我们需要对每个缸盖都识别一次，从而保证识别的准确度。当毛坯件被运到满料位后，机器人将会启动，到达将要抓取的缸盖的上方进行拍照识别特征，得出毛坯件在相机坐标系中的位置，然后传到PLC中。

3系统软件开发

3.1通讯模块

如图9所示是该系统各个部分之间的通讯原理图。PLC作为中转站，不仅需要接收工控机、机器人和物流车传过来的数据并作相应的处理，同时还要控制相机开关及安装在机器人上的控制阀，从而完成系统的自动运行。

3.2机器人与相机间的标定

固定在夹具支架上的相机主要用来获取托盘上缸盖毛坯件的图像。光源采用白色LED光源，为相机采集图像提供光源，支架主要用来固定相机和光源，其相对于夹具的位置是不变的，但与机器人底座的相对位置是一直变化的[5]。由于相机坐标系与机器人坐标系是不一样，比例尺也是不相同的，所以，为了保证相机传输过来的数据可以让机器人直接引用，我们需要通过标定，计算出两个坐标系坐标数据的比值。相机标定过程：①用白纸画一个带有刻度的坐标系，然后移动机器人去拍照；②用看图软件打开拍好的图片，测量对应刻度在图片中的像素值；③用（像素值/实际长度）得出两个坐标系坐标数据的比值。如图10所示，该图是机器人标定相机时需要修改的参数。参数解释：参数1：相机拍照识别到的孔在相机坐标系中的位置；参数2：计算得出的两个坐标系坐标数据的比值；参数3：标定的第一个缸盖毛坯件在机器人坐标系中的位置；参数4：相机坐标系与机器人坐标系正方向之间的关系。

3.3安全模块

当设备出现故障时，工作人员需要进入防护区域展开故障维修，此时工人进入机器人的工作范围内会出现碰撞危险，因此我们需要采取相应的安全措施。将进入生产区域的安全门的打开信号和安装在防护网上的光幕的信号输入PLC和FANUC机器人，当光幕信号或者安全门信号被触发时判定区域内有人员进入，如图11和图12分别是安全门及安全光幕的电路图。在防护网上安装急停按钮，当出现紧急情况时，我们可以通过急停按钮暂停机器人，避免发生意外伤亡事故。

4结语

本文基于当前汽车发动机缸盖生产线的特点，结合智慧物流小车及FANUC六轴机器人的应用，设计了一套从运输到上料的全自动化系统。针对抓取缸盖毛坯和隔板两种不同的场景，我们分别设计了专属的夹具，并自主开发视觉识别系统，解决了工业机器人因零件摆放的位置误差大而产生的点对点抓取合格率低等问题。所设计的缸盖夹具工装和托盘夹具工装在其他自动化项目的基础上进行了升级，不仅降低了设备制造成本，也提高了零件和托盘抓取的合格率。本文所设计的缸盖上料系统经过现场一年多的应用，验证该系统具有较高的稳定性工业相机FANUC机器人工控机PLC无人物流车数据传输数据传输数据传输信号传递数据传输、信号控制控制和可靠性，不仅满足我国当前工业自动化的发展趋势，而且大幅度降低操作人员工作强度，节约了制造成本，避免了人工上料过程中砸伤风险。该系统的成功应用将进一步提高我国的自动化生产水平，并为发展全自动化产线做好铺垫。

参考文献：

[1]冼业荣.自动上料机械手的研究与设计.广东省机械研究所，广东广州.510635.

[2]基于机器视觉的工业机器人抓取技术的研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2011，第4~5页.

[3]工业机器人自动纸箱坯拆垛——上料系统的研发应用——李欣，河北省机电一体化中试基地，河北石家庄.050081.