时间：2024-01-10 10:30:41
导语：在仿真机械手臂设计的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：采摘机械手臂；苹果；结构设计
引言
水果采摘季节性强、费用高且劳动量大[1]。加速农业现代化进程，实施“精确”农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。研究采摘机械人，对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证水果适时采收，具有重大的意义[2]。我国从上世纪70年代开始研究水果蔬菜类的采摘机械，并且也逐渐起步，如上海交通大学已经开始了对黄瓜采摘机器人的研制[3]，浙江大学对番茄采摘机器人进行了结构分析与设计的优化[4]，中国农业大学对采摘机器人的视觉识别装置进行了研究[5]。目前，我国研究的采摘机器人还有西红柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘机器人等[6-8]。文章对苹果采摘机械手臂进行选型，进一步进行详细结构设计，最后对设计结果进行试验验证。
1 机械人机构选型及自由度的确定
由于采摘机械人的作业对象是苹果，质量轻，体积小，故而可选择较为简单、灵活、紧凑的结构形式。
根据机械人手臂的动作形态，按坐标形式大致可将机械人手臂部分分为以下四类[9]：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机械手。采摘机械臂的结构型式选取主要取决于机械人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制难易等要求。以上四种型式，它们的活动范围和灵活度逐渐增大。经过对苹果采摘空间的研究，结果表明，苹果树树冠和底部的苹果分布极少，大多分布在树冠中部，大约有80%以上的苹果分布在距地面垂直高度1-2m、距树干左右方向1-2m的空间范围内，且阴阳两面的苹果分布率并无明显的差异。这就要求采摘机械手应当具有较大的工作空间，因此选用多关节型机械手较为合适，且其占地面积较小，更加适合苹果采摘作业。
实际中，苹果生长位置随机分布，这就要求机械臂的末端执行器能够以准确的位置和姿态移动到指定点，因此，采摘机械人还应具有一定数量的自由度。机械臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。一般来说，自由度数量越多，机械臂的灵活性、避障能力越好，通用性也越广，但增加一个自由度就相当于增加了一级驱动，会使得机器人的成本上升，而对于农业机器人而言，成本高将会大大的减缓其机械商品化实用化进程，同时增加自由度会相应增加机器人的控制难度，降低机器人的可靠性。综合考虑，将自由度数目定为六个，这样不仅能够使得末端执行器具有较为完善的功能，而且到达采摘空间中的任意位置，而且不会出现冗余问题。
2 采摘机械臂工作原理
图1 机械人结构简图
图1是本次设计的球类水果采摘机械人的结构简图。该结构为六自由度机构，可划分为底座、大臂、小臂、腕部和手五个部分。机械臂的底座通过舵机带动传动系统实现各个部分之间的相对转动和旋转。其中的各个转动和旋转均是通过电机驱动螺旋丝杆来实现。该设计机械臂的传动如下：（1）底座旋转。确定与底座平面互相垂直的目标采摘物所在的平面。（2）大臂转动。移动至目标采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂转动。将采摘机械手送至目标采摘物的附近。（4）手腕转动及旋转。调整机械手末端采摘机构的姿态，使其处于一个合适的位置，保证采摘任务能够合理完成。（5）手夹紧放松，完成对目标采摘物的采摘任务。此外，将末端执行器设计为关节型的两只手指，通过舵机6（舵机分配情况见图2）、齿轮的啮合及连杆机构实现对目标采摘物的夹紧与放松。
由以上分析得出：机械手的空间位姿由各个关节的空间坐标来决定，即当机械手的各个舵机的坐标确定的时候，就可以确定机械手的空间位姿。而决定舵机坐标的因素就是臂长及臂的转动角度，而在这两个参数中，设计结束后臂长是确定的常量，角度为变量。在模型当中，舵机1、2的相对位置固定不变，控制末端执行器的舵机6用来调整手的姿态，因此可以先忽略舵机1、6，将舵机2轴线中心的位置设为坐标系原点。
图2 舵机分配方框图
3 机械臂结构设计
首先用Pro/E软件中的零件模块对机械人各个零件进行绘制，然后再对零件进行自下而上的装配，以及进行零件图及装配图的绘制。大臂、小臂和腕部、机械手零件图以及装配图分别见图3、图4、图5、图6和图7（单位均为mm）。
4 试验台搭建与抓取效果实验
根据零件图及装配图进行试验台搭建。由于设计尺寸较大，故将整体尺寸缩小4倍来进行搭建。实物如图8所示。通过操作上位机控制软件指令信号，可给伺服舵机控制器发送控制指令信号，从而实现机械人在空间中精确作业。试验结果表明：机械人能够较为平稳、准确地对目标物进行夹取、移动、放置等任务。证明设计合理，试验台搭建正确。
5 结束语
通过对水果采摘作业的分析，设计了一套六自由度关节型采摘机械人。其运动范围覆盖了水果果实的分布范围，末端执行器能够执行对水果的采摘任务。在采摘过程中，只需对舵机进行控制，在一定程度上降低了控制的难度和复杂性。当然，设计中也存在不足，例如缺少对果实的切割装置，而且对葡萄等较小、较软的果实采摘技术不成熟，有待进一步的改善。
参考文献
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【关键词】机械手;液压系统;设计
1.机械手结构分析
本文所研究的搬运机械手具有四个自由度，分别为手腕的旋转运动，手臂的伸缩运动、旋转运动和升降运动，坐标形式为圆柱坐标，采用液压驱动控制方式，其结构示意图如图1所示。
图1 机械手结构示意图
2.机械手关键液压回路分析
在驱动机械手运动过程中，其中夹紧放松动作，旋转动作和伸缩动作是主要的动作，这里对这些动作的回路进行分析。
（1）夹紧回路
夹紧回路采用的是O型三位四通换向阀来进行锁定，如图2所示。
1―三位四通换向阀 2―调速阀 3―二位三通换向阀
图2 夹紧回路
（2）旋转回路
对于机械手的旋转动作，采用了液压马达实现，原理如图3所示。
1―二位二通换向阀 2―调速阀 3―三位四通换向阀 4―液压马达
图3 旋转回路
3.液压系统设计
液压系统作为搬运机械手的重要驱动方式，主要 用来使机械手完成工作夹/松、手部摆动、手臂水平位 移和垂直升降等动作，主要由油缸、油泵、油压马达和各种阀组成。
系统主要技术参数如下：
抓重：20kg
自由度：4
坐标形式：圆柱坐标
最大工作半径：1500mm
手臂最大中心高度：700mm
手臂运动参数：
伸缩行程：700mm
伸缩速度：400mm/s
升降行程：300m m
升降速度：50mm/s
回转范围：0°―180°
回转速度：70°/s
手腕运动参数：
回转范围：0°―180°
回转速度：9 0°/s
手指夹持范围：∮30mm―∮60mm
手指握力：500N
根据系统的工作要求和特点，拟定的四自由度搬运机械手液压系统原理图如图4所示。
4.液压系统硬件设计
（1）液压泵的选择
泵的工作压力的确定：泵的工作压力可按缸的工作压力加上管路和元件的压力损失来确定。采用调速阀调速，初算时可取。考虑背压，现取。泵的工作压力初定为：
式中：p――液压缸的工作压力;――系统的压力损失。
泵的流量的确定：由于液压缸采用的是差动连接方式，而有杆腔有效面积大于活塞面积，故在速度相同的情况下，快退所需的流量大于快进的流量，故按快退考虑。已知快退时所需要的流量，故快退时泵应供油量为：
式中，K为系统的泄露系数，一般取K=1.1～1.3，此处取1.1。
根据组合机床的具体情况，从产品样本中选用YB-4/10型双联叶片泵。其最大提供的流量为：
故所选泵符合系统要求。
（2）选择阀类元件
各类阀可按通过该阀的最大流量和实际工作压力选取。如表1所示：
表1 液压阀的选型
序号 元件名称 型号 规格
1 溢流阀 YF-B32H 21MPa，250L/min
2 调速阀 Q-H10 32MPa，40L/min
3 单向阀 I-25B 6.3MPa、25L/min
4 二位二通电磁阀 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min
5 三位四通电磁阀 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
6 调速阀 Q-H20 32MPa，100L/min
7 单向阀 DF―B10K1 35MPa，30L/min
8 二位二通电磁阀 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min
9 三位四通电磁阀 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
10 调速阀 Q-H32 32MPa，100L/min
11 单向阀 DF―B10K1 35MPa，30L/min
12 二位三通电磁阀 23E1-25B 6.3MPa、25L/min
13 三位四通电磁阀 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
14 调速阀 Q-H32 32MPa，100L/min
15 单向阀 DF―B10K1 35MPa，30L/min
16 二位三通电磁阀 23E1-25B 6.3MPa、25L/min
17 三位四通电磁阀 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
（3）电机的确定
快进快退时所需的功率比工进时的功率要大，所以选取电机功率的时候用快进快退的功率做为选取依据。系统的压力为4MPa，流量为14L/min，其功率为：
故选取电机功率为1.5kw的电机。
本文主要对四自由度机械手的液压系统进行了设计，实现机械手的前进，后退，升降和回转功能，并对系统的主要元件进行了设计和选型。根据仿真软件进行试验，系统能运行稳定够满足需要，可试用推广。
参考文献
[1]张宏友.液压与气动技术[M].大连：大连理工大学出版社，2009.
【关键词】 数控；机床；机械
1.引言
由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。
目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计出上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本文主要对机械手的总体设计进行简单说明。
2.发展现状和趋势
目前，国内外各种机械手和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
（1）机械结构向模块化、可重构化发展。（2）工业机械手控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，结构小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性，而且维修方便。（3）机械手中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，还引进了视觉、听觉、接触觉传感器，使其向智能化方向发展。（4）关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机械手产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机械手开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制系统开发； （5）焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机械手产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：其一是机械手的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制系统；其二是与生产加工相联系，性价比高，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
3.机械手的总体设计
3.1机械手总体结构的类型：工业机械手的结构形式主要有四种：直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构和关节型结构。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下：
（1）直角坐标机械手结构特点：直角坐标机械手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，因此，其运动位置精度高，但此种类型机械手的运动空间相对较小，如要达到较大运动空间，则要求机械手的尺寸足够大。直角坐标机械手的工作空间为一空间长方体，主要用于装配作业及搬运作业。直角坐标机械手有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。（2）圆柱坐标机械手结构特点：圆柱坐标机械手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。其工作空间是一个圆柱状的空间。这种机械手构造比较简单，精度相对较高，常用于搬运作业。（3）球坐标机械手结构特点：球坐标机械手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。其工作空间是一个类球形的空间。这种机械手结构简单、成本较低，但精度不很高，主要应用于搬运作业。（4）关节型机械手结构特点：关节型机械手的空间运动是由三个回转运动实现的。相对机械手本体尺寸，其工作空间比较大，动作灵活，结构紧凑，占地面积小。此种机械手在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业。关节型机械手又分为水平关节型和垂直关节型两种。
3.2机械手设计的一般要求
机械手手爪设计有如下要求 ：（1）机械手手爪是根据机械手作业要求来设计的。既根据其应用场合设计手爪，在满足作业要求的前提下，机械手手爪还要求体积小、重量轻、结构紧凑。（2）机械手手爪的万能性与专用性是矛盾的。万能手爪在结构上很复杂，甚至很难实现，从工业实际应用出发，应着重开发各种专用的、高效率的机械手手爪，加之以快速更换装置，以实现机械手的多种作业功能，而不主张用一个万能的手爪去完成多种作业，以考虑设计的经济效益。（3）机械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可适用于不同的机械手，这就要求末端执行器要有标准的机械接口（如法兰），使末端执行器实现标准化。（4）机械手手爪要便于安装和维修，易于实现计算机控制。
3.2具体采用方案：根据实际操作的需要，该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为直线运动,另一个为手臂的回转运动,因此其自由度数目为3，综合考虑，应选择圆柱坐标机械手结构，其结构简单，工作范围相对较大，且有较高的精度，满足设计要求。
4.结论
本设计是一个特定功能、满足特殊要求的数控机床上下料机械手的设计。机械手采用可编程序控制器控制,可以实行手动调整、手动及自动控制。系统结构紧凑、工作可靠，设计周期短且造价较低。PLC有较高的灵活性，当机械手工艺流程改变时，只要对I/O点的接线稍作修改，或对I/O重新分配，在控制程序中作简单修改，补充扩展即可。经过重新编制相应的控制程序，就能够比较容易的推广到其他类似的加工情况。
参考文献
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关键词：机械臂；DARM；对比分析
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.249
0 引言
工业机器人的快速发展实现了生产自动化，提高了生产效率。在工程机械、车间厂房、高危作业、产品生产线、汽车零部件等行业机器人都得到了应用，并且经济效益、发展前景都十分可观。伴随着工业机器人的飞速发展，研究的不断深入，机器人产品向高精度、高智能、可控性强和高性能方向发展。人们希望这种机器人也能走进我们的日常生活中来，于是服务型的机器人逐渐走进了我们的视野，因此也便有了低成本的、小型的、所谓的“桌面版”机械臂的产品。桌面版的机械臂虽不如工业版的具有力量大、精度高、速度快的特点，但在日常生活中，具有写字、画画、拾物等功能，简单方便，增加了趣味性的同时，又可学习到知识。以所研究的书画手臂为例，进行介绍分析，明确其优点与不足，为以后的发展与应用奠定基础。
1 桌面机械臂的发展情况
1.1 uArm
uArm是一个连杆式的机械臂，它的控制部分采用了便于编程控制的开源硬件Arduino，。其最大的特点是底部转盘，所有动力装置都装在这个地方以减少机械臂部分的重量，从而减少惯性动作对稳定性的影响，同时也能增加机械臂的负载能力以提高效力。
在功能上也与Leapmotion合作，玩家可以通过手莶僮骰械臂，比如操控吸盘吸附非规则物体或者用机械手操控规则物体。在Processing后台，玩家也可以对Leapmotion所开放的接口编程，把uArm变成你定制化的机械臂。
1.2 7bot
7bot机械臂其主要原型为ABB工业机械臂IRB2400，硬件结构方面，7BotArm采用了6轴、全金属设计，不仅更加牢固耐用，而且还可以在3维空间做更多操控。其另外一个特点是采用了定制舵机方案，可以设定舵机的输出力矩大小和运行速度，确保精度，还可以采用数字I2C总线接口，仅用四根线就可以串联127个舵机。
7BotArm提供了多种控制方式，包括手势、网页控制、结合计算机视觉等实现智能控制，可以覆盖不同人群的不同需求。具体来说：
（1）增加了机器人视觉功能，可以完成打地鼠游戏、陪人下棋等诸多智能应用。
（2）增加了软件仿真环境，模型可以和现实机器人一一对应，也可以在软件环境中规划好路径然后下载到实际环境中去复现。
（3）增加了示教功能，用户可以直接拖动机械臂进行轨迹规划，然后记录回放，在不需要任何编程的情况下就可以控制机械臂运动。
1.3 Dobot
DOBOT机械臂，号称是全球首款高精度消费级桌面机械臂，在能够完成多种机械臂动作的基础上，具有价格低廉的特点，同样是基于开源硬件Arduino控制的机构，其精度为0.2mm。
DOBOT机械臂可以3d打印、写字、画画，他的另一个强大功能就是脑电波读取。使用者将传感器戴在头上，集中注意力，例如给出一个向左的信号，并记录为向左的动作，下次再遇到这个脑电波信号，它就会给出向左的动作等。
2 书画手臂的模型设计
2.1 结构简介
书画手臂由一个基座、一个末端执行器、六根金属连杆和电动轴枢，以及同步轮和同步带组成，这样的机械臂可以在其活动范围内实现任意的三维位置和位姿。每一个活动的关节称为一个自由度，共有3个关节，即为3自由度机械臂。机构运行时，由Melzi控制板控制三个电动机的工作，从而控制执行端在X、Y、Z三个方向的移动来进行写字画画
2.2 DARM函数详解
控制机械臂运转的函数，主要有两个，即正解函数和反解函数，下面详细说明
2.2.1 正解函数
3 结语
uArm、7bot、Dobot三种机械臂控制精度高、功能强大、更加智能化，但其昂贵的价格也使很多人望尘莫及，书画手臂虽不及这三种机械臂，但其具有价格低廉、操作简单、结构简易、实用性较高等特点。能够根据使用者的需要，方便的完成写字画画等基础功能，另外，书画手臂还可以运用在激光雕刻、3D打印等方面，在保证娱乐性的同时，还可让广大的使用者学习到很多的知识。在控制精度方面，书画手臂仍有不足，但也有改进的空间，相信在以后书画手臂将会有很大的进步。
参考文献：
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关键词：机电；控制技术；自动化；应用
引言
机电控制技术随着科学技术的发展，随着电子科技以及机械工程技术的进一步发展完善，机电控制技术的已经得到了更加广泛的应用。而机电控制技术自动化的发展是未来发展的大方向，无论是在工厂中，还是家庭，机电控制技术的自动化都会给人们带来极大的便利，为人类社会的发展提供更加强劲的动力。
1.机电控制技术的内涵及自动化的原理
1.1机电控制技术的内涵
机电控制技术是指将机械工程与电子科技有效的结合在一起，应用与生产生活各个方面的控制性技术。同时在高科技领域也有广泛的应用，工厂中的机械手臂，探月机器人这些都是机电控制技术的产物。
1.2自动化的原理
自动化是指在没有人为直接干预的情况下，机电产品自行根据事先设计好的程序有序的对某个状态重复运行。自动化能够最大化的保证产品的规格，能够达到人类很难达到的准确度，且不会产生劳累，在某些及其危险的领域还能更好的保护工人的人身安全，是人类社会发展的重要推动力。
2.机电自动控制技术在现代社会中的应用
2.1数控机床
数控机床是机电自动控制技术应用与生产领域的典型代表，是现代社会高科技领域的发展成果。数控机床是电子控制系统与传统机床的有机结合，技术工人将特殊的加工工艺通过数字技术传输到数控机床的电子控制系统，由电子控制系统控制机床进行复杂的加工工艺。使繁杂的加工工艺变得简单易行，解放了机床工人，极大的增加了产品的生产效率。
2.2机械手
机械手是工厂生产流水线中不可或缺的一部分。通过实现设计好的程序对机械手进行控制，使其重复的完成一个动作。机械手在工厂流水线中极好的代替了人工，极大的减少了产品生产的成本，而且更大的提高了产品生产的精确度，是机电自动控制技术在生产流水线中的成功应用。
2.3数控加工中心
数控加工中心是通过对一系列及其复杂的生产工艺进行程序编辑，由数控部分作为主脑控制，由电动系统等一系列系统进行合作共同完成这一系列复杂的生产工艺。这一技术是数控机床的进一步发展，跟进一步的解放了人力，提高了个系统的合作性，以及产品生产的效率。
2.4电梯
电梯是现代人生活中常见的工具，现代化都市中高楼大厦林立，电梯已经成为了现代人类离不开的工具。而电梯是机电自动控制系统在人类生活中的典型应用，由技术人员实现设计好的程序控制对电梯进行控制，能通过程序分析人们的需求并进行合理的升降。为人类生活带来了极大的便利，是现代化都市发展中不可或缺的重要部分。
2.5军事仿真模拟训练器械
仿真模拟训练是机械与电子有机结合的产物，在仿真训练中，士兵能够看到电子信息系统模拟出的真是化的场景，能够亲手操作军事机械。能够实现对任何特殊地理环境的模拟，是士兵能熟练各种特殊地形的战斗，极大的减少了军事训练投入的资金，使士兵在某些特殊的危险地形进行训练变成了可能，能更好的提高士兵的作战能力。
2.6探月机器人
探月机器人是人类高科技发展的产物，是人类对外太空进行探索的工具，能够在及其恶劣的太空环境工作，是人类太空探索的先头部队。探月机器人是通过地面的技术人员的控制，做出特定的指令，对月球的土壤，大气等各种因素进行探索，为人类对外太空的探索提供了便利，代替人类完成了人类本身无法去完成的任务。
3.机电自动控制技术的组成要素及发展方向
3.1机电控制技术的组成要素
结构组成要素是机电自动控制技术的机械框架，就好比人类的骨架，是机电自动控制系统能够运转的先决条件，为机电自动控制系统提供了一个基本动力要求。动力组成要素是机电自动控制结束的动力输出结构，就好比人类的心脏，为整个系统的正常运转提供源源不断的动力，确保机电自动控制系统能够正常的运行。感知组成要素主要是各种传感机构，热传感机构，光传感机构等等，就好比人类的眼睛及感知器官，是机电自动控制系统对外界要素进行感知的机构，将外界的各种信息转化为机电自动控制系统能够识别的信息。运动组成要素是确保机电自动控制系统运行的结构，就好比人类的四肢，是直接进行一切运动的组织，能够将自身的信息转化为对外界的运动。智能组成要素是是机电自动控制系统进行工作的控制机构，就好比人类的大脑，是整个系统的核心部分，是对外界信息作出处理，并作出反应将反应信息通过运动要素反馈给外界环境的总指挥，是一个机电自动控制系统能否正常运转的核心结构。机电自动控制系统由这五个要素进行有机的结合，通过对不同部位的改变而成为各种不同的机电自动控制系统，每一个组成要素的发展都会推动机电自动控制技术的发展。
3.2机电自动控制技术的发展方向
机电自动控制技术在现代社会中得到了广泛的引用与好评，随着社会的不断发展与进步，对机电自动控制技术提出了更多新的要求：智能化，绿色化，微型化，网络化，模块化。
智能化是未来机电自动控制技术的重要发展方向，虽然说现在的机电自动控制系统已经具有了一点的智能化，但是这些智能化只是保证机电自动控制系统能够完成一些特定的简单或较为复杂的工作，完全不能达到自主进行工作的要求。
4.结语
综上所述，机电自动控制技术在在现今社会中的应用广泛且在未来具有很好的发展前景，是推动人类社会发展的重要部分。
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作者简介：
【关键词】仓储;可编程控制器;仿真控制
0.引言
仓储是物流系统中一项必要的活动，是煤炭企业存储和保管生产物料的重要场所，对促进生产、提高效率起着重要的辅助作用。要实现煤矿行业仓储过程科学化、标准化管理，一定要解决仓储过程中现存的对仓储自动化、机械化认识不足[1]以及仓管人员工作环境不理想[2]的问题。而采用机械化和自动化的程度高的仓储作业有利于实现物流成本的降低，同时可改善仓管人员的工作环境。本文利用西门子S7-200 PLC实现对小型仓库仿真系统的自动控制。
1.系统结构及工作过程
该仓储系统结构如图1所示，由机械[3]和电气控制两部分组成。图1（a）中显示一小型仓库，共有3层10个仓位。后边有一运动平台（固定在可移动的溜板上），相当于实际工作过程中的叉车，其上下左右位置由垂直（Y向）和水平（X向）放置的两个步进电机分别控制（见图1（b））。步进电机由各自的驱动器驱动，通过同步轮和同步带带动溜板沿直线丝杠导轨作X、Y向往复直线运动，从而带动溜板上的平台运动到达指定位置。
图1 小型仓储系统结构图
图2 定位盘结构示意图
每个仓位上有个定位盘，结构如图2所示。定位盘上有四个孔，分别与每个位置上的四个销钉配合，使得定位盘在各仓位上有确定的位置，从而保证放置在该定位盘上的货物位置确定。存取货物时均需先取下定位盘，由平台将空置（或有货物）的定位盘带回至原点，将货物放置到定位盘上（或从盘中取出），随后再由平台将带有货物 （或空置） 的定位盘送回到该指定仓位，平台在电机带动下回到初始等待位置。
机构在水平、垂直两个方向运行轨迹的左右极限和上下极限处均设有机械行程开关，用以提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号，系统停止运行。另外，每一行每一列都运用了马蹄型光电传感器来确定平台在X和Y方向是否运动到位。
结构中，运动平台的伸出和缩回动作采用了气动控制。平台与一直线运动气缸活塞杆固接，并运用一个双作用两位五通电磁阀控制该气缸的运动。当指定好仓位后，平台在电机带动下运动到位，然后按调整好的速度向前伸出，将定位盘放入或取出相应仓位。其气动原理图如图3所示。
图3 平台运动气动原理图
2.PLC控制系统设计
该仿真系统采用西门子S7-200 PLC对其进行控制。
2.1 I/O点分配
小型仓储系统PLC的I/O点布置如表1所示。
2.2 控制要求
按下操作按钮后，系统进入初始状态，此时平台处于设定原点位置，即正面看去左下角的空位处（X轴、Y轴均处在原点位置），此时，气缸缩回。存取货物时，按下取盘按钮后，平台在X轴、Y轴两个步进电机带动下到达指定位置（依靠各层和各列传感器定位），然后气控平台下降一定距离（因定位盘通过销固定在仓位上不可直接水平取出），即X轴位置保持不变，Y轴向下运动，平台伸出至定位盘下，Y轴向上运动，将定位盘取下，平台缩回，然后回到原点，将货物放置到定位盘上。
图4 取、放定位盘控制流程图
图5 取定位盘部分程序图
随后平台再运动至目标仓位处，然后气控平台上升一定距离（X轴不动，Y轴向上运动），平台伸出，将定位盘连同货物放置入位后平台缩回，并在电机带动下回到初始等待位置（取出货物的过程相同）。货物的放置和取出可根据物品、环境等实际情况采用人工或机械手臂[4]实现，这里不做累述。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。控制脉冲的数量、频率及电机绕组的通电顺序便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。文中运用传感器控制步进电机的位置，比只依赖脉冲控制[5]更加简单精确。
2.3 部分功能图
仿真仓储过程中取、放定位盘的控制流程图如图4所示，电机的运动由取、放按钮或组态软件（本文没特别介绍）控制，所完成的程序截取部分如图5所示。
3.结论
本文利用西门子S7-200实现了对仓储过程仿真系统的过程控制，可有效提高仓储过程的自动化程度，从而提高工作效率;控制间和仓储现场可以分开，改善了工作环境，利于改善煤矿行业仓储过程现存部分问题。
该系统与之前作者曾控制过的仓储系统[5]相比：
（1）系统结构同样简单，但该系统可靠性更强。虽然货物入库的过程比前者复杂，但因为定位盘的位置精确，从而放置在定位盘上的货物也能精确到位。
（2）前者货物入库时是依靠活塞杆运动直接打入仓位，冲击较大;该系统放置过程更加平稳。
（3）前者可实现货物入库过程控制，却无法将货物取出;该系统可实现货物入库、出库的全过程控制，因而更具有实际意义。
参考文献
[1]孙振峰.浅谈煤矿企业仓储的合理化管理[J].经营管理者，2012 （12）：70.
[2]张玲芝，煤矿仓储管理研究[J].现代商贸工业，2010 （19）：77-78.
[3]孟雷，臧华东.基PLC的立体仓储控制系统及组态监控设计[J].自动化技术与应用，2010（9）：69-72.
[4]罗及红.西门子S7-200PLC在机械手改造中的应用[J].煤矿机械，2013（3）：193-195.
关键词：手语合成；虚拟人；虚拟人动画；运动学；JAVA3D
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)11-2582-04
Method on Controlling Virtual Human Gesture Based on the Uighur Sign Language Synthesis
GONG Guo-hui, Alifu·KUERBAN
(College of information Science and Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)
Abstract: Uygur sign language synthesis system based on virtual people technique can be widely applied in various areas such as Uygur 3D sign language teaching, news broadcasting, and communication between deaf-mute and normal people, which plays an important role in improving the quality of deaf-mute people’s life. Through research on Uygur sign language, this paper uses the approach of robot kinemat? ics in virtual people arm modeling and uses java3D technique in constructing Uygur sign language editor which can complete sign language action accurately and set up a good foundation for sign language synthesis system. The main research contents are as follows: The robot ki? nematics modeling. Constructing gestures editor.
Key words: sign language synthesis; virtual human; virtual human animation; kinematics; java3D
手语是聋哑人使用的语言，它是由手形动作加上表情姿势而组成的表达系统，是一种靠动作和视觉进行交流的特殊语言。手语合成就是把基于文本的自然语言通过手语合成系统翻译成聋哑人认识的手势语言，通过计算机生成的三维虚拟人将手势表达出来。基于虚拟人技术的维吾尔语手语合成系统可以被广泛的应用到众多领域，例如：维吾尔语三维手语教学、新闻播报、聋哑人和正常人的交流等，对提高聋哑人的生活质量有着重要的意义。该文通过对维吾尔语手语的研究，用机器人运动学的方法对虚拟人手臂模型进行建模，运用JAVA3D技术构建了维吾尔语手势编辑器，能够准确的实现手语动作，为手语合成系统的建立打下了良好的基础。
1机器人运动学
表示机器人操作机或机械手（Manipulator）每个杆件在空间相对于绝对坐标系或相对于机器人机座坐标系的位置及方向的方程，称为机器人的运动学方程[1]。对于各运动构件上笛卡尔坐标系的变换关系，该文采用的是齐次坐标变换。例如第一个构件的位置及方向用齐次坐标矩阵A1描述，第二个构件的位置及方向用齐次坐标矩阵A2描述，则第i个构件的位置及方向就是齐次坐标变换：
Ti=A1A2???Ai
即各齐次坐标矩阵依次连乘，便得到齐次坐标变换。
1.1坐标旋转和坐标平移的复合变换
对于最一般的情形：坐标系｛B｝的原点与｛A｝的原点既不重合，｛B｝的方位与｛A｝的方位也不相同。用位置矢量ApBO描述｛B｝的坐标原点相对于｛A｝的位置；用旋转矩阵R描述｛B｝相对于｛A｝的方位，如图1所示。[2]对于任一点p在两坐标系A和B的描述Ap和Bp具有如图1的变换关系。
1.2齐次坐标
我们采用齐次变换来进行相关的坐标变换。在该变换中，采用的坐标是齐次坐标。所谓齐次坐标，就是用n+1维坐标来描述n
2手臂运动约束
手部动作的限制主要是对关节运动，约束条件反映了以下四种情形：1）关节角度的限制和约束的运动类型，第二到第五个手指的第三个关节由于只能做弯曲、伸直运动，而且第一和第二关节只能弯曲，伸直在同一方向上，因此，同一平面上的有四个手指是第二到第五手指；2）第一关节弯曲的程度大约是第二关节弯曲程度的2/3，指骨之间弯曲对人类手指运动的限制是，在没有外力的情况下，就不可能有第一个关节弯曲而第二关节不弯曲的情况；3）对于掌骨和手之间的约束，由于独立的一个手指的弯曲要受到指状组合型韧带的限制，当第三个关节弯曲时的角度大概是90度，而对于第二个手指却少于90度，第三到第五个手指弯曲的角度超过90度，手指弯曲会阻止一个手指的伸展，因此，第三关节弯曲角度取决于相邻手指弯曲或伸展；4）掌骨与手之间的关节并拢和分开的约束，握成一个拳头时，随着手指弯曲的角度增加手分开与并拢的角度减少，第三个手指作用限制并拢与分开，而自然伸开手掌时，并拢与分开可自由进行。[5]
通过右乘表示四个运动的四个矩阵就可以得到变换矩阵A，矩阵A表示了四个依次的运动。从而得到结果如下：
按照以上规则，并按照实际应用中的要求选取了多自由度关节的简化形式之后，建立了手臂肩关节到手腕关节的坐标系，各坐标系的建立有一定的相互依附关系如图2所示，肩关节建立了三个坐标系，肘关节建立了两个坐标系。[6]图2肩肘腕关节相互依附关系图
根据D-H法，建立了D-H参数表：
表1 D-H参数表
C50-S50 S50C50 0-10dBC 0001
Si表示Sinθi，Ci表示Cosθi，A1表示构件坐标系1相对于参考坐标系的变换关系，A2表示构件坐标系2相对于构件坐标系1的变换关系，其余变换以此类推。[7]将上面列出的转换矩阵依次相乘就可以得到手臂各关节的空间位姿矩阵，腕关节的矩阵为：
nxoxaxpx nyoyaypy nzozazpz
0001
其中：
nx=c1c2c3c4c5-c4s1s3c5-c1s2s4c5-c1c2s3s5-s1c3s5
ny=s1c1c2c3c4c5+c1s3c4c5-c1s2s4c5-s1c2s3s5+s1c3s5nz=-s2c3c4s5-c2s4c5+s2s3s5
ox=-c1c2s3s4+s1s3s4-c1s2c4
oy=-s1c2s3s4-s1s2c4-c1s3s4
oz=-s2s3
ax=-c1c2c3c4s5+c4s1s3s5-c1s2s4s5-c1c2s3c5-s1c3s5ay=-s1c2c3c4s5-c1s3c4c5+s1s2s4s5-s1c2s3c5+c1c3s5az=s2c3c4s5+c1s4s5+s2s3c5 px=(c1c2c3s4-s1s3s4+c1s2c4)dBC+c1s2dAB py=(s1c2c3c4-c1s3s4+s1s2c4)dBC+s1s2dAB pz=(-s2c3c4+c2c4)dBC+c1dAB
3设计与实现
工作台是使用JPanel guiPanel()方法构造出GUI图形用户界面。为了减少内存的占用.将大部分组建作为局部变量的形式,只将各个关节滑动条作为成员变量。[8]用户界面如图3所示：图3用户界面图
手语编辑器的效果展示，手语词“您好”的效果展示如图4所示：
4结论
该文通过人体生理结构，确定了人体自由度以及约束条件。并且建立了Denavit-Harten bery数学模型，根据齐次变换矩阵推导出虚拟人手臂关节的运动学方程，通过正向运动学求解出关节各个坐标值，从而驱动各个关节的运动，实现了手势动作。在j2se平台上，运用并整合JAVA2D图形编程和JAVA3D建模技术，达到通过控制虚拟人关节转角参数来控制手臂姿态的目的，构建了维吾尔语手语编辑器，能够准确的实现手语的编辑，为以后手势库的生成打下了良好的基础。
该文对基于维吾尔语手语合成的虚拟人姿态控制研究还处于起步阶段，还有很多不足之处。在接下来的工作中，虚拟人的建模方法、对虚拟人静态姿态编辑技术的改进、虚拟人外观的改进、手语合成中手势库的建立、手势数据的压缩、人体运动分析方面以及在嵌入式系统的实现等地方都需要做大量的研究。后续的工作必将会推动维吾尔语手语合成系统的发展，为维吾尔语手语合成系统的广泛应用奠定基础。
参考文献：
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[3]王朔.可用于虚拟建筑环境的web3D技术初探[D].广州:华南理工大学,2003.
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[5]汪兴谦.VRML与JAVA编程实例讲解[M].北京:中国水利水电出版社,2002,24(12):894-902.
[6]徐琳.基于文本的中国手语合成研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2003.
[关键词]柔性臂结构 控制系统 设计 问题 模型 优化
中图分类号：TL503.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0370-01
一、柔性臂结构和控制系统
柔性臂是一种十分复杂的动力学系统，高度的非线性，不断变化性等等都是这种柔性臂系统的特点。因为柔性臂这种系统的复杂性，那就意味着要想很好的处理这种系统，就需要有效的建立她的模型。柔性臂的各项特点，好友他简单明了的物理性质和容易建立模型的特点都使得柔性臂成为动力系统研究和控制理论设计研究最为主要的研究对象了。选用柔性臂而不选用刚性臂是因为刚性臂没有柔性臂那么高的操作性，那么高的载重度，而且刚性臂的耗能比柔性臂高，生产的成本高能够加工利用的空间小。所以在设计的时候使用柔性臂而不是刚性臂。就是因为刚性臂不如柔性臂那样好，柔性臂的优势远远的领先于刚性臂。柔性臂的优势就是人们选择她的条件。
控制系统是一种管理系统，由这种系统控制主要的部分，非主要的部分，控制一些媒介部分来完成所要完成的目的和所要完成的功能。换一句话说控制系统就是按照设定量来将一些机械设备按照这个设定量来完成，来实施工作。控制系统有许多的分类，譬如开环控制系统，闭环控制系统，随动控制系统，程序控制系统等等。这些都是控制系统的几个要素。现在，跟着科技的成长，社会的前进，控制系统的对象也已经随着需求变得稳固了起来。
二、柔性臂结构和控制系统在设计里面存在的问题。
柔性臂结构和控制系统的设计并非现在才有的，在之前就有对柔性臂结构和控制系统的设计，但是在以前的设计过程中呢，设计者所采取的设计法子便是将两者分开来设计，先设计柔性臂结构，将柔性臂结构设计好饿以后再设计控制系统，或者是在一个系统上面设计另外一个系统。这种设计能够有效的将整个总的系统的设计难度降低，降低整个系统中的复杂性，但是这种设计也同样的存在着一种缺陷，设计者在设计过程中呢，将设计的重心放在了两个分开的系统上面，这样的设计在一定的程度上面讲两个系统，两个领域的融合度降低了，两个不能很好的相结合，减少了两个系统之间的联系和对彼此的作用。这种设计不能从本质上面解决柔性臂结构和控制系统之间本来就存在着的矛盾反而将两者之间的矛盾更加明显化。因此，要想将整个系统的工作能力提高，就要重新对柔性臂结构和控制系统进行新的设计，建立一种新的模型并且将这两者之间本身固有的矛盾进行改进，进而最好能逐渐消除这两者之间的矛盾。
三、建立柔性臂结构和控制系统设计中的新型的模型。
在建设模型中呢，要尽可能的将力学理论和力学的使用方法得到应用。在一定意义上面，柔性臂结构是一种力学的系统，所以在设计柔性臂结构和控制系统上，力学理论的有效利用是必不可少的。
对于柔性臂结构和控制系统的建立模型的方法有很多，比如说有配置结构的特征法，控制模型动态法……等等一些方法。此刻，来介绍一下配置结构的特征法，控制模型动态法。
配置结构的特征法：配置结构的特征法是根据周围的工作环境，周围环境的变化来将系统进行不间断的改变，进而将系统的动态性这个特点得到优化。设计这个模型的时候，这个模型将能够用最直接的方式来满足不断变化着的工作环境和一些设定量。始终系统的动态是由系统的根本所要求的。这种方法能够有效的解决柔性臂结构和控制系统设计中的问题，将系统的稳定性得以提高。
控制模型动态法：根据动态理论，不管是系统还是一般的普通的结构的动态，在一定量的空间里面来看，能够在这一定量的空间里面没有限制的不断的变动，这就是动态理论。这样没有限制的在一定量的空间里面变动就是将模型动态加以转变，使得只有几个模型动态在那个一定量空间里面改变。这便是控制模型动态法。这类法子可以将这些空间模型进行分割，将这些进行分割以后，在不改变这些控制模式状态的条件下面，能够有效的优化柔性臂结构和控制系统设计，有效的解决柔性臂结构和控制系统设计中的问题。
最适合，次要适合控制法：最适合控制法是指在相同前提条件下，这种方法能够同时的照顾到系统设计的不同方面。因此这种模型建立法一般都是被使用在已经有一定的模型基础上面，从而将设计模型达到最优的标准。次适合控制法是指在设计模型的时候没有办法照顾到各个方面，但是在一定程度上面将系统的性能加以优化。即使没有办法将柔性臂结构和控制系统设计达到最佳状态但是也是能将柔性臂结构和控制系统设计达到很好的状态。因此，现在在柔性臂结构和控制系统设计中最适合，次要适合控制法是较常使用的方法。
四、结语
在柔性臂结构和控制系统设计中，设计这两个系统是一个相当困难的研究，因为柔性臂结构和控制系统设计中牵涉了很多的方面，有之前就讲到的动力学，还有统计学里面的系统的最优目标法，系统的控制观念，计算机等一系列的高科技学科的运用。要想在柔性臂结构和控制系统设计中达到最优的控制，就要创立更加合适，更加有利于这柔性臂结构和控制系统设计的模型。有效模型的设计有利于柔性臂结构和控制系统设计。因此在设计之前，设计者要以最优目标位前提来设计柔性臂结构和控制系统设计的模型。
参考文献
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为积极响应国家“十三五”和《中国制造2025》发展战略，广汽集团提出了“1513”发展战略，包括1个目标，5大板块，1个重点，3大突破，并围绕“1513”战略，有序地推进产能布局、产融结合等重点项目，强化产业协同效应，深入发展新技术研发，新绿色环保业态的发展，从而全方位地提升广汽集团的核心竞争力。广汽集团董事长曾庆洪表示：“新能源汽车及智能网联是全球汽车工业的发展方向，给中国汽车产业既带来挑战也带来机遇。‘十三五’期间，广汽集团明确提出实现‘电动化、智能化、网联化’方面的重大突破，努力推动全球尽快进入低碳智能出行时代。”
关键技术研发助力中国制造
目前，广汽已具备了对动力电池系统、电机、电机控制器等新能源零部件同步开发能力和整车控制器开发能力；搭建了新能源整车动力系统拓扑结构及整车仿真平台，可实现整车控制策略平台设计开发。
同时，在智能网联领域，广汽自主品牌一直坚持正向开发，在车联网、电子电器、X-ECU、新能源等方面已形成了技术积累。自主研发的Injoy交互系统拥有远程控制、车况定位、紧急救援等18项强大功能；此外，无人驾驶汽车WitStar Ⅱ，目前已具备局部区域内任意预设两点的全自动无人驾驶能力。
从广汽整车制造二部车间可以看到，近300台机械手臂有效提升生产效率并保持高品质的一致性。广汽传祺第二生产线的建设是充分考虑SSC原则（Simple、Slim、Compact），通过物联网技术实现全过程物流智能自动化，投资降低15%，零部件库存减少70%，库存资金减少50%，质量成本降低30%，完全达到国际先进水准。人与设备紧密配合，实现“人机最佳平衡”，可以自动识别车型和配置，实现了智能化生产，在人机工程优化、机器人离线编程等领域实现全面核心技术系统标准。
智能制造代表了中国汽车和中国工业的发展方向，广汽传祺通过不断优化产能、改善质量、提高效率，打造出集广汽全球研发网、广汽生产方式、全球供应链体系为一体的世界级造车体系。未来广汽将以广汽生产方式为核心建立信息物理融合系统，大力发展智能制造技术，打造智能工厂，实现智能生产和智能物流，全面践行《中国制造2025》。
智能制造+创新研发+生态小镇
日前，总体规划面积约7500亩的广汽智联新能源汽车产业园已经正式开工建设。产业园将围绕“智能制造+创新研发+生态小镇”三大领域，重点布局汽车制造、汽车研发、汽车金融、汽车文化、汽车旅游、汽车商贸等六大业态，形成“一轴两廊三区”的功能分区（“一轴”是产城融合生态轴；“两廊”是七沙涌生态廊道、金山―莲花山生态廊道；“三区”是智能制造区、创客服务区、生态小镇），发展成为“中国制造2025”发展典范、国家级创新创业示范基地、智联新能源汽车生态小镇，打造智能、开放、创新、绿色、共享、生态的国际智联新能源汽车产业创新生态城，建成后将对广汽集团合资企业和社会开放，并共享研发生产销售平台。
与此同时，产业园还将全面整合广汽集团、互联网企业、合作伙伴等研发能力，构建起多功能的综合产业链生态系统，提倡产业组团式发展的空间布局，带动产学研一体化发展；搭建开放式的创客空间，吸引国内外高端人才，实现技术突破与创业孵化功能，建设面向全球顶尖研发人才、高端技术等资源的共享平台。
预计到2025年，产业园将吸引多家研发机构、超2000名研发人员入驻，形成覆盖创业投资企业、金融、文化商贸等具有核心竞争力的整车制造或核心零配件生态产业园。
此外，园区还将探索宜居宜业宜游的产城融合新业态，建设以“汽车+”为特色的系列项目，打造智联新能源汽车生态小镇。
积极融入
“一带一路”倡议建设当中
近年来，中国汽车在国际市场上的影响力日益增强，广汽传祺积极沿“一带一路”展开布局，在科威特、尼日利亚等14个国家搭建销售和服务渠道营销网络。凭借中高端产品定位、高品质和性价比，广汽传祺的中高端品牌形象已深入人心，改变了部分外国人对中国产品低端、低档、低利润的保守印象，并逐步在中东、非洲、东南亚地区站稳脚跟，领跑中国汽车品牌当地市场销量，成为消费者口中的“最好中国品牌”。
2016年5月，广汽传祺提供GS4、GA6、GS5 Super、GA3S四款车型，在巴林F1赛车跑道举办“没有弯道的传祺世界”试乘试驾活动，吸引了当地经销商集团代表、媒体记者和逾千位慕名而来的客户参加体验，广汽传祺凭借优越的产品品质在当地树立了良好口碑。
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