基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含4張CAD圖
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含4張CAD圖,基于,并聯(lián),機(jī)器人,自動(dòng),分揀,裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析,cad
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析任務(wù)書
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求）
在現(xiàn)代工廠中，自動(dòng)化生產(chǎn)線越來(lái)越普及，它有效的加快了工作的效率，提高生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用到的技術(shù)有：機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到自動(dòng)生產(chǎn)中；在眾多技術(shù)的結(jié)合下，生產(chǎn)線的傳感檢測(cè)、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機(jī)地融合在一起，組成了系統(tǒng)的整體，具有綜合性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。
作為生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)的執(zhí)行部分，分揀分系統(tǒng)是通過(guò)一個(gè)壓力傳感器來(lái)檢測(cè)物品的重量是否合格，不合格品將通過(guò)并聯(lián)機(jī)器人搬運(yùn)到不合格品放置位置，合格品則運(yùn)行到指定位置。本課題包括基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的運(yùn)動(dòng)及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的運(yùn)動(dòng)及其結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案確定，繪制基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的裝配圖，繪制零件圖若干張。設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：
1、工廠調(diào)研及國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料搜集準(zhǔn)備，開題報(bào)告一份；
2、編寫基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，字?jǐn)?shù)要求：中文摘要300字左右，外文摘要250個(gè)實(shí)詞左右，總數(shù)不少于8000字；
3、基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置主要由并聯(lián)機(jī)器人、機(jī)身、氣動(dòng)夾具和料盒組成。
2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容及張數(shù)
1、繪制基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的裝配圖1張；
2、繪制重要零件圖若干張。
3、至少完成2張零號(hào)圖紙的圖紙量，原則上不得全部為計(jì)算機(jī)繪圖或手工繪圖。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物內(nèi)容及要求
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置作為生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著優(yōu)品劣品分揀的任務(wù)，分揀分系統(tǒng)主要由一個(gè)重量檢測(cè)系統(tǒng)和并聯(lián)機(jī)器人組成。
a）重量檢測(cè)系統(tǒng)
物料的是否合格通過(guò)物料是否達(dá)到一定的重量來(lái)確定，這需要通過(guò)一個(gè)壓力傳感器或者計(jì)重單元來(lái)檢測(cè)。在這里采用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)。
b）并聯(lián)機(jī)器人
當(dāng)系統(tǒng)不合格時(shí)采用并聯(lián)機(jī)器人將不合格品搬到不合格品區(qū)；并連接機(jī)器人主要由PLC控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和夾具組成。
c)工裝夾具
夾具分為手動(dòng)夾具和自動(dòng)夾具。手動(dòng)夾具一般由基準(zhǔn)面、角座、規(guī)制板、夾爪、定位銷、定位面、軸承、夾鉗、氣缸及氣動(dòng)元件組成。主要通過(guò)定位面、定位銷、夾爪進(jìn)行定位和夾緊，從而確保工件的位置精度。
自動(dòng)夾具就是動(dòng)力部分換成了其它動(dòng)力，一般以氣動(dòng)居多。氣動(dòng)系統(tǒng)一般由四部分組成：
氣源部分——包括空氣壓縮機(jī)、冷卻器、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器，一般置于動(dòng)力站內(nèi)。
控制部分——如調(diào)壓閥、節(jié)流閥、氣或電控?fù)Q向閥等。用于控制和調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力、流量和方向，以滿足夾具的動(dòng)作和性能要求。
執(zhí)行部分——能量輸出裝置，即氣缸。與夾緊機(jī)構(gòu)相連接。
輔助部分——包括管部、接頭、壓力表、分水濾氣器、油霧器、消聲器等。起連接、測(cè)量、過(guò)濾、潤(rùn)滑、減小噪音等作用。
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào)
各階段工作內(nèi)容
起訖日期
備注
1
參觀、實(shí)習(xí)、調(diào)研、搜集資料
2020年1月10日~2月01日
2
總體方案論證及確定和論文開題報(bào)告
2020年2月02日~2月16日
3
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析
2020年2月17日~3月29日
4
修改圖紙、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
2020年4月01日~4月29日
5
答辯準(zhǔn)備
2020年4月30日~5月15日
6
畢業(yè)答辯
2020年5月16日~5月17日
五、主要參考資料
[1] 王昆.何小柏.機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M]北京： 高等教育出版社，1996
[2] 上海紡織工學(xué)院.哈爾濱工業(yè)大學(xué).天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) [M]上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979
[3] 李秀智. 工件磨削速算[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[4]尹佑盛. 機(jī)械控制學(xué) [M]重慶：重慶出版社，1997
[5]張展.減速器設(shè)計(jì)選用手冊(cè) [M]上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996
執(zhí)行任務(wù)書時(shí)間
2020年01月10日
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析開題報(bào)告
一、 選題的依據(jù)及意義：
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于生產(chǎn)的自動(dòng)化要求也在不斷提高。早在上世紀(jì)70年代，人們就用超聲波檢查挑揀變質(zhì)的蔬菜水果?，F(xiàn)在，工業(yè)對(duì)于自動(dòng)分揀的要求更加提高，不同的行業(yè)往往會(huì)提出不同的要求，但總體來(lái)說(shuō)，相對(duì)于人工分揀，自動(dòng)分揀機(jī)器人往往具有高速度，高質(zhì)量以及可以在某些特殊工作環(huán)境下進(jìn)行分揀工作的特點(diǎn)。例如，機(jī)器人可以在一些不適合人工工作的高溫場(chǎng)所，或者空氣中有不利于人體的物質(zhì)存在的場(chǎng)所工作，有些機(jī)器人可以分揀比較重的物體等等。綜上所述，在工業(yè)中用自動(dòng)分揀機(jī)器人代替人工分揀已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)環(huán)境下的發(fā)展趨勢(shì)。
機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上可以分為串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人兩類，串聯(lián)機(jī)器人具有工作空間大、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，雖然在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，但是它也存在承載能力低、動(dòng)力學(xué)性能差和關(guān)節(jié)誤差累積等缺點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中需要機(jī)器人具有高的承載能力、良好的動(dòng)力學(xué)性能以及高精度等要求時(shí)，這就迫切需要有另外--種機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的機(jī)器人可供選擇。在這種情況下，并聯(lián)機(jī)器人就應(yīng)運(yùn)而生了。并聯(lián)機(jī)器人與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人相比，并聯(lián)機(jī)器人具有運(yùn)行速度快、承載能力強(qiáng)、高柔性化、精度高以及慣性小等特點(diǎn)，因而在航天、航空、航海、機(jī)電工業(yè)、醫(yī)療器械、微型微動(dòng)機(jī)械等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
物料自動(dòng)分揀作業(yè)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，物料自動(dòng)分揀裝置的目的之一就是為了減少人員的使用，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員的使用效率。因此物料自動(dòng)分揀裝置能最大限度地減少人員的使用，基本做到無(wú)人化。
二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
縱觀國(guó)內(nèi)外物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)傾向于采用自動(dòng)化程度很高的自動(dòng)物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。而在我國(guó)，由于起步晚，物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例也較高。國(guó)外物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的廣泛使用，以美國(guó)、日本及歐洲為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出自動(dòng)化程度越來(lái)越高的特點(diǎn)。物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)已成為發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化不可缺少的一部分。主要應(yīng)用在大中型物流中心、配送中心、流通中心、郵局分揀信件等等隨著交流自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。自動(dòng)分揀技術(shù)在20世紀(jì)70年代被引入國(guó)內(nèi)，我國(guó)的郵政系統(tǒng)最早并已多年使用自動(dòng)分揀設(shè)備，并在長(zhǎng)期的實(shí)踐中不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步。例如，郵電部相關(guān)部門相繼開發(fā)和研制出具有國(guó)際水平的CORE -NT物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，性價(jià)比很高的扁平郵件高速物料自動(dòng)分揀系統(tǒng); 上海郵政通用技術(shù)設(shè)備公司研制成功了速遞郵件網(wǎng)絡(luò)化物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)等。郵政系統(tǒng)還推出了新的信封標(biāo)準(zhǔn)以更好的配合自動(dòng)化的信件物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)。雖然在郵政系統(tǒng)外的其它行業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的使用還非常少，有關(guān)部門和企業(yè)正在為此做出不懈的努力?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)在我國(guó)流通領(lǐng)域一定會(huì)大有用武之地。
三、 本課題研究?jī)?nèi)容
設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置作為生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著優(yōu)品劣品分揀的任務(wù)，分揀分系統(tǒng)主要由一個(gè)重量檢測(cè)系統(tǒng)和并聯(lián)機(jī)器人組成。
1）重量檢測(cè)系統(tǒng)
物料的是否合格通過(guò)物料是否達(dá)到一定的重量來(lái)確定，這需要通過(guò)一個(gè)壓力傳感器或者計(jì)重單元來(lái)檢測(cè)。在這里采用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)。
2）并聯(lián)機(jī)器人
當(dāng)系統(tǒng)不合格時(shí)采用并聯(lián)機(jī)器人將不合格品搬到不合格品區(qū)；并連接機(jī)器人主要由PLC控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和夾具組成。
3) 工裝夾具
夾具分為手動(dòng)夾具和自動(dòng)夾具。手動(dòng)夾具一般由基準(zhǔn)面、角座、規(guī)制板、夾爪、定位銷、定位面、軸承、夾鉗、氣缸及氣動(dòng)元件組成。主要通過(guò)定位面、定位銷、夾爪進(jìn)行定位和夾緊，從而確保工件的位置精度。
本裝置的技術(shù)效果是：
1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)均安裝在機(jī)架上，桿件做成輕桿，機(jī)構(gòu)重量輕、剛性好、慣量小、動(dòng)力學(xué)性能好；
2、機(jī)構(gòu)的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)分別由不同的支鏈單獨(dú)控制，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題求解容易，控制方便；
3、安裝上不同的末端執(zhí)行器，本機(jī)構(gòu)可應(yīng)用到裝配、焊接、姿態(tài)調(diào)整和定位設(shè)備、激光、醫(yī)用等領(lǐng)域。
四、 本課題研究方案
本裝置通過(guò)以下方案達(dá)到上述目的：一種空間四自由度碼垛機(jī)械手由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)及其聯(lián)接動(dòng)靜平臺(tái)的四條相同的支鏈組成，每條支鏈都由一臺(tái)固結(jié)在靜平臺(tái)上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，四臺(tái)伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的三維平動(dòng)一維轉(zhuǎn)動(dòng)空間四自由度的運(yùn)動(dòng)；第一支鏈一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)聯(lián)接，第一支鏈另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，第二支鏈一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)聯(lián)接，第二支鏈另一端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，第三支鏈一端通過(guò)第五轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)聯(lián)接，第三支鏈另一端通過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接，第四支鏈一端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)副與靜平臺(tái)聯(lián)接，第四支鏈另一端通過(guò)第八轉(zhuǎn)動(dòng)副與動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接；支鏈的第一種組成與聯(lián)接方式為：第一構(gòu)件通過(guò)第I轉(zhuǎn)動(dòng)副與第二構(gòu)件聯(lián)接，第二構(gòu)件兩端分別通過(guò)第II轉(zhuǎn)動(dòng)副、第III轉(zhuǎn)動(dòng)副與第一連桿、第二連桿聯(lián)接，第一連桿另一端通過(guò)第IV轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三構(gòu)件一端聯(lián)接，第二連桿另一端通過(guò)第V轉(zhuǎn)動(dòng)副與第三構(gòu)件另一端聯(lián)接，第三構(gòu)件通過(guò)第VI轉(zhuǎn)動(dòng)副與第四構(gòu)件聯(lián)接，第一連桿與第二連桿平行等長(zhǎng)；支鏈的第二種組成與聯(lián)接方式為：第1構(gòu)件通過(guò)第I虎克鉸、第II虎克鉸與第1連桿、第2連桿聯(lián)接，第1連桿另一端通過(guò)第III虎克鉸與第2構(gòu)件聯(lián)接，第2連桿另一端通過(guò)第IV虎克鉸與第2構(gòu)件聯(lián)接，第1連桿與第2連桿平行等長(zhǎng)。
圖1 本裝置第一種結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 本裝置第二種結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 本裝置第一種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 本裝置第二種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
在圖中，1、靜平臺(tái)?2、第一伺服電機(jī)3、第二伺服電機(jī)4、第三伺服電機(jī)?5、第四伺服電機(jī)?6、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副?7、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副?8、第五轉(zhuǎn)動(dòng)副?9、第七轉(zhuǎn)動(dòng)副?10、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副?11、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副?12、第六轉(zhuǎn)動(dòng)副?13、第八轉(zhuǎn)動(dòng)副?14、動(dòng)平臺(tái)?15、第一構(gòu)件?16、第I轉(zhuǎn)動(dòng)副?17、第二構(gòu)件18、第II轉(zhuǎn)動(dòng)副19、第III轉(zhuǎn)動(dòng)副?20、第一連桿?21、第二連桿22、第IV轉(zhuǎn)動(dòng)副?23、第V轉(zhuǎn)動(dòng)副?24、第三構(gòu)件25、第VI轉(zhuǎn)動(dòng)副26、第四構(gòu)件?27、第1構(gòu)件28、第I虎克鉸?29、第II虎克鉸?30、第1連桿?31、第2連桿??32、第III虎克鉸??33、第IV虎克鉸??34、第2構(gòu)件。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本裝置的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
如附圖1和2，第一支鏈一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副6與靜平臺(tái)1聯(lián)接，第一支鏈另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副10與動(dòng)平臺(tái)14聯(lián)接，第二支鏈一端通過(guò)第三轉(zhuǎn)動(dòng)副7與靜平臺(tái)1聯(lián)接，第二支鏈另一端通過(guò)第四轉(zhuǎn)動(dòng)副11與動(dòng)平臺(tái)14聯(lián)接，第三支鏈一端通過(guò)第五轉(zhuǎn)動(dòng)副8與靜平臺(tái)1聯(lián)接，第三支鏈另一端通 過(guò)第六轉(zhuǎn)動(dòng)副12與動(dòng)平臺(tái)14聯(lián)接，第四支鏈一端通過(guò)第七轉(zhuǎn)動(dòng)副9與靜平臺(tái)1聯(lián)接，第四支鏈另一端通過(guò)第八轉(zhuǎn)動(dòng)副13與動(dòng)平臺(tái)14聯(lián)接。
如附圖2，上述第一支鏈由固結(jié)在靜平臺(tái)1上的第一伺服電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，第二支鏈由固結(jié)在靜平臺(tái)1上的第二伺服電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，第三支鏈由固結(jié)在靜平臺(tái)1上的第三伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)，第四支鏈由固結(jié)在靜平臺(tái)1上的第四伺服電機(jī)5驅(qū)動(dòng)。
如附圖3，上述支鏈的第一種組成與聯(lián)接方式為：第一構(gòu)件15另一端通過(guò)第I轉(zhuǎn)動(dòng)副16與第二構(gòu)件17聯(lián)接，第二構(gòu)件17兩端分別通過(guò)第II轉(zhuǎn)動(dòng)副18、第III轉(zhuǎn)動(dòng)副19與第一連桿20、第二連桿21聯(lián)接，第一連桿20另一端通過(guò)第IV轉(zhuǎn)動(dòng)副22與第三構(gòu)件24一端聯(lián)接，第二連桿21另一端通過(guò)第V轉(zhuǎn)動(dòng)副23與第三構(gòu)件24另一端聯(lián)接，第三構(gòu)件24通過(guò)第VI轉(zhuǎn)動(dòng)副25與第四構(gòu)件26聯(lián)接，第一連桿20與第二連桿21平行等長(zhǎng)。
如附圖4，支鏈的第二種組成與聯(lián)接方式為：第1構(gòu)件27通過(guò)第I虎克鉸28、第II虎克鉸29與第1連桿30、第2連桿31聯(lián)接，第1連桿30另一端通過(guò)第III虎克鉸32與第2構(gòu)件34聯(lián)接，第2連桿31另一端通過(guò)第IV虎克鉸33與第2構(gòu)件34聯(lián)接，第1連桿30與第2連桿31平行等長(zhǎng)。
五、 研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度：
1) 研究目標(biāo)
本裝置的目的在于提供了一種空間四自由度碼垛機(jī)械手，它具有高速、高剛度、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
2) 主要特色
（1）無(wú)累積誤差，精度較高；
（2）驅(qū)動(dòng)裝置可置于定平臺(tái)上或接近定平臺(tái)的位置，這樣運(yùn)動(dòng)部分重量輕，速度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；
（3）結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；
（4）完全對(duì)稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性；
（5）工作空間較小。
3) 工作進(jìn)度
畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
序號(hào)
各階段工作內(nèi)容
起訖日期
備注
1
參觀、實(shí)習(xí)、調(diào)研、搜集資料
2020年1月10日~2月01日
2
總體方案論證及確定和論文開題報(bào)告
2020年2月02日~2月16日
3
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析
2020年2月17日~3月29日
4
修改圖紙、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
2020年4月01日~4月29日
5
答辯準(zhǔn)備
2020年4月30日~5月15日
6
畢業(yè)答辯
2020年5月16日~5月17日
六、參考文獻(xiàn)：
[1] 王昆.何小柏.機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M]北京： 高等教育出版社，1996
[2] 上海紡織工學(xué)院.哈爾濱工業(yè)大學(xué).天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) [M]上海： 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979
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[4] 張展.減速器設(shè)計(jì)選用手冊(cè) [M]上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996
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[6] 彭忠琦;;并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展及應(yīng)用[J];光機(jī)電信息;2011(12).
[7] 盧啟鵬;李勇軍;彭忠琦;凌麗青;;六桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解研究及其在同步輻射光束線中的應(yīng)用[J];光學(xué)精密工程;2008(10).
[8] 李金泉,丁洪生,付鐵,龐思勤;并聯(lián)機(jī)床的歷史、現(xiàn)狀及展望[J];機(jī)床與液壓;2003(03).
[9] 沈玉飛;周文祥;汪蕾;;軌道輪外形測(cè)量?jī)x的研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011(03).
[10] 黃華;;基于剛?cè)峤Y(jié)合的并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011(10).
[11] 何兆太,田曉君;五坐標(biāo)加工機(jī)器人刀具姿態(tài)與運(yùn)動(dòng)耦合[J];機(jī)械工程師;2004(01).
七、指導(dǎo)老師意見(jiàn)：
選題新穎，思路嚴(yán)謹(jǐn)，自動(dòng)分揀裝置在自動(dòng)化生產(chǎn)線和自動(dòng)化物流行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，基于并聯(lián)機(jī)器人的分揀裝置具有較高的創(chuàng)新性，符合工廠實(shí)際需求，選題具有一定的創(chuàng)新性和較高的設(shè)計(jì)難度，在設(shè)計(jì)中可加大對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的研究，同意開題。
指導(dǎo)老師：XX
20XX年2月27日
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
摘 要
我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度飛快，與之而來(lái)的勞動(dòng)力成本與生產(chǎn)的效率要求也在不斷地提升，生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)線中相當(dāng)重要構(gòu)成部分，為了符合目前的要求， 其必須具有高速，高精度，智能化等一系列特點(diǎn)。在其中并聯(lián)機(jī)器人是最符合上述要求的機(jī)器人，所以并聯(lián)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)線以及分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用十分的可觀。
為了適應(yīng)目前的工業(yè)需求，本論文設(shè)計(jì)了具備多種規(guī)劃途徑以及拾取選擇的分揀裝置。對(duì)此分揀系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。
本論文優(yōu)先設(shè)計(jì)了并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的結(jié)構(gòu)以及主要工作方式，詳細(xì)介紹了分揀系統(tǒng)的工作原理與優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，分揀系統(tǒng)針對(duì)不同的情況有不同的路徑要求。本文針對(duì)這些路徑要求主要設(shè)計(jì)了空間直線、與空間圓弧等軌跡的算法；運(yùn)用拋物線函數(shù)以提升運(yùn)動(dòng)軌跡的穩(wěn)定性，并對(duì)產(chǎn)品的軌跡進(jìn)行了優(yōu)化。
最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作分揀系統(tǒng)的分揀過(guò)程，結(jié)果分析得到，第一，末端執(zhí)行器可以按照人為規(guī)劃的所有軌跡進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。并且能夠按照人為的要求準(zhǔn)確的完成對(duì)產(chǎn)品的抓取和投放；第二，我們看到在分揀系統(tǒng)的分揀過(guò)程中，末端執(zhí)行器在不同段落的軌跡運(yùn)動(dòng)中， 其過(guò)渡非常平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)任何卡頓現(xiàn)象。第三，系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷物件位置并進(jìn)行篩選。通過(guò)最大的效率來(lái)保證一次性抓取和投放多個(gè)物件，大大加快了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)器人；分揀裝置；軌跡途徑
I
Abstract
With the rapid economic development in our country, the cost of labor and the efficiency of production are constantly improving. The sorting system in the production line is a very important part of the automatic production line. In order to meet the current requirements, it must have a series of characteristics such as high speed, high precision and intelligence. Among them, parallel robot is the most suitable robot, so the application of parallel robot in automatic production line and sorting system is very considerable.
In order to meet the current industrial needs, this paper designs a sorting device with multiple planning approaches and pick-up options. The structure of the sorting system is designed and analyzed.
This paper gives priority to the design of the structure and main working mode of the parallel robot automatic sorting device, and introduces the working principle and advantages of the sorting system in detail. In industrial production activities, the sorting system has different path requirements for different situations. According to these path requirements, this paper mainly designs the algorithm of space straight line, space arc and other tracks, uses parabola function to improve the stability of the motion track, and optimizes the product track.
Finally, the sorting process of the experimental operation sorting system is carried out, and the results are analyzed. First, the end actuator can move according to all the trajectories planned by human. In addition, it can accurately grasp and release the products according to the human requirements; secondly, we can see that in the sorting process of the sorting system, the transition of the end actuator in the track movement of different paragraphs is very smooth, without any jamming phenomenon. Third, the system can automatically determine the location of objects and filter them. Through the maximum efficiency to ensure a one-time grab and drop multiple objects, greatly speeding up the production efficiency.
Key words: Parallel Robot; Sorting equipment; Track approach
II
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
引 言 1
1、緒論 2
1.1 選題的依據(jù)及意義 2
1.1.1 選題的依據(jù) 2
1.1.2 選題的意義 3
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 3
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 3
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4
1.3 本課題研究?jī)?nèi)容及要求 4
1.3.1 研究?jī)?nèi)容 4
1.3.2 設(shè)計(jì)要求 5
2、構(gòu)建系統(tǒng)框架 6
2.1 并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置課題研究方案 6
2.2 結(jié)構(gòu)及附圖 6
2.2 技術(shù)效果說(shuō)明 9
3、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分析 10
3.1 機(jī)構(gòu)分析 10
3.2 坐標(biāo)系的建立 11
3.3 位置正解逆解分析 11
4、末端軌跡部分 14
4.1 末端軌跡規(guī)劃 14
4.2 末端運(yùn)動(dòng)軌跡分析 14
4.2.1 直線軌跡規(guī)劃 16
4.2.2 空間圓弧軌跡規(guī)劃 18
5、總結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 21
后 記 22
IV
引 言
隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)也在快速的發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)線的逐漸普及也大大提高了生產(chǎn)的安全性，并有效的提高了生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線所應(yīng)用到的技術(shù)有：機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合，且綜合應(yīng)用到自動(dòng)化的生產(chǎn)之中。生產(chǎn)線的傳感檢測(cè)、傳輸、處理與控制、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)的等機(jī)構(gòu)隨著眾多技術(shù)的結(jié)合，在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)并有序的進(jìn)行工作，各個(gè)機(jī)構(gòu)組合在一起形成了一個(gè)整體，共同的完成現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)流程。綜上所述，現(xiàn)代化的生產(chǎn)線具有綜合性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。
分揀系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)線中的重要組成部分，其具備快速、高精度、高負(fù)載、智能化等特點(diǎn)。人工分揀的成本高且效率低，最重要的是人工無(wú)法在某些較惡劣環(huán)境下工作，對(duì)工人的安全性并沒(méi)有太大的保障，且相對(duì)與較重的物品來(lái)說(shuō)，人工分揀的效率更低。本文詳細(xì)闡述了一種并聯(lián)機(jī)器人的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，達(dá)到了減少人員使用以及大大的提高了人員的使用效率，且減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)度與確保員工安全性的成果。
1
1、緒論
1.1選題的依據(jù)及意義
1.1.1 選題的依據(jù)
隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。各大生產(chǎn)企業(yè) 都在努力的提高自身產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，而分揀系統(tǒng)在其中起著至關(guān)重要的作用。一個(gè)產(chǎn)品是否合格，質(zhì)量是否過(guò)關(guān)，也直接取決于在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)能否正確 并快速地辨別出不合格產(chǎn)品。到目前為止，現(xiàn)在的大多數(shù)生產(chǎn)線中的分揀機(jī)構(gòu)仍然需要人 工的參與，但作業(yè)強(qiáng)度已經(jīng)越來(lái)越小。同時(shí)，完全做到無(wú)人化來(lái)完成分揀作業(yè)的自動(dòng)分揀 系統(tǒng)也慢慢的誕生。自動(dòng)分揀的含義是指，從產(chǎn)品進(jìn)入分揀系統(tǒng)開始，直到其進(jìn)入人工所 指定的位置為止，都是根據(jù)操作者設(shè)定的指令并且依靠自動(dòng)裝置來(lái)完成分揀的。除了在控 制端的鼠標(biāo)以及鍵盤等通過(guò)人工的方式來(lái)向控制裝置下達(dá)指令信息，其他部分全部采用自 動(dòng)化控制作業(yè)，因此它的分揀能力相對(duì)之前來(lái)說(shuō)要更加優(yōu)秀，出錯(cuò)率更低，相對(duì)于人工分 揀來(lái)說(shuō)分揀效率也有著很大的提升。
并聯(lián)機(jī)器人是目前應(yīng)用很廣泛的一種機(jī)器人。機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上可以分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)機(jī)器人具有的優(yōu)點(diǎn)有工作空間大、操作靈活等[1]，雖然其在工業(yè)生產(chǎn)中得到了相對(duì)廣泛的應(yīng)用，但是它也存在著類似承載能力低、動(dòng)力學(xué)性能差以及關(guān)節(jié)誤差累積等一系列的缺點(diǎn)[2]。而在實(shí)際應(yīng)用中需要機(jī)器人具有很高的承載能力、良好的動(dòng)力學(xué)性能和高精度等一些要求時(shí)。在這種形式下，并聯(lián)機(jī)器人就隨之誕生了[3]。并聯(lián)機(jī)器人相較與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，具有精度高、柔性化強(qiáng)、承載能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快以及慣性較小等特點(diǎn)
[4]。智能分揀系統(tǒng)中的機(jī)械手作為驅(qū)動(dòng)裝置，在接受系統(tǒng)操作指令后，正確執(zhí)行指令來(lái)完
成操作任務(wù)[5]。
2
圖 1.1 并聯(lián)機(jī)器人分揀裝置
1.1.2 選題的意義
中國(guó)是目前世界上工業(yè)起步相對(duì)較晚并且人口最多的發(fā)展中國(guó)家。而隨著人力勞動(dòng)成本的提升，機(jī)器人代替人工進(jìn)行工作的需求也在日益增強(qiáng)。機(jī)器人最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)是在汽車的制造領(lǐng)域，至今，機(jī)器人已經(jīng)遍布現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線。
機(jī)器人在生產(chǎn)線的分揀環(huán)節(jié)中也是不可或缺的，隨著各類識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，具有高精確度識(shí)別能力的分揀機(jī)器人在分揀環(huán)節(jié)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，分揀裝置的機(jī)器人主要分為串聯(lián)式機(jī)器人和并聯(lián)式機(jī)器人兩種不同的類型。并聯(lián)式機(jī)器人由多個(gè)并列的運(yùn)動(dòng)鏈將靜平臺(tái)與末端執(zhí)行器相連，并在結(jié)構(gòu)末端處具有兩個(gè)及以上的自由度，驅(qū)動(dòng)方式為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。因此，具有了很多串聯(lián)機(jī)器人不具備的優(yōu)點(diǎn)，例如負(fù)載能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速等?；谶@些優(yōu)勢(shì)，并聯(lián)機(jī)器人分揀裝置在工業(yè)生產(chǎn)中具有相當(dāng)高的應(yīng)用價(jià)值。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
自上個(gè)世紀(jì) 80 年代并聯(lián)機(jī)器人出現(xiàn)后，不斷的隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)而衍生出許多不同的種類。Clave 將從動(dòng)臂與驅(qū)動(dòng)臂之間的連接轉(zhuǎn)動(dòng)副替換成為了移動(dòng)副，用來(lái)提高機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活度；Tsai 提出并采用了虎克鉸替換為球形鉸的設(shè)計(jì)方案，滿足了在很多高速應(yīng)用場(chǎng)合中高強(qiáng)度的需求，并且將其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)生產(chǎn)要求
4
的不斷提高，并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展方向趨于高速化、高強(qiáng)度、高精度、高靈活度的方向[6]。瑞典 ABB 研發(fā)出的 IRB360 型機(jī)器人可以在負(fù)載 1KG 時(shí)達(dá)到 10000 次每小時(shí)的拾取速度。負(fù)載 3KG 時(shí)可以達(dá)到每小時(shí) 8750 次。近期，在專利限制解除以及不斷提高的市場(chǎng)需求、虛擬平臺(tái)等新技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展的推動(dòng)作用下，針對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的研究熱度不斷地提高， 各國(guó)的高校實(shí)驗(yàn)室以及國(guó)家科研機(jī)構(gòu)都展開了諸多相關(guān)的研究。
1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
在中國(guó)，由于起步較晚，分揀系統(tǒng)中由人工作業(yè)所占的比例也相對(duì)較高。物料產(chǎn)品的自動(dòng)分揀系統(tǒng)的廣損耗為 152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)方法選擇擴(kuò)展覆路徑損耗為 152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)方法選擇擴(kuò)展覆蓋對(duì)應(yīng)的重復(fù)次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復(fù)次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機(jī)分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備， 故本章提出的算法能夠比傳統(tǒng)方法使用更少的重復(fù)次數(shù)。為了解決 NB-IoT 子載波間隔
（subcarrier spacing）信道質(zhì)量受到環(huán)境影響的問(wèn)題種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測(cè)量得到當(dāng)前路徑損耗為 152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)于提升了 100 倍覆蓋區(qū)域的能力； 在這種情形下，兩種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測(cè)量得到當(dāng)前的相當(dāng)于提升了100 倍覆蓋區(qū)域的能力；在這種情形下，兩種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測(cè)量得到當(dāng)前路徑損耗為 152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)方法選擇擴(kuò)展覆蓋對(duì)應(yīng)的重復(fù)次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復(fù)次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機(jī)分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，故本章提出的算法能夠以肯定的是，隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的大環(huán)境逐步改善，并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀系統(tǒng)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域一定會(huì)大有用武之地的。
1.3 本課題研究?jī)?nèi)容及要求
1.3.1 研究?jī)?nèi)容
基于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置作為自動(dòng)化生產(chǎn)線中的分揀系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著區(qū)分優(yōu)品劣品并正確分揀的任務(wù)，分揀分系統(tǒng)主要由一個(gè)重量檢測(cè)系統(tǒng)和并聯(lián)機(jī)器人組成。
1） 重量檢測(cè)系統(tǒng)
產(chǎn)品的合格與否通過(guò)其是否達(dá)到規(guī)定的重量區(qū)間來(lái)確定，這需要產(chǎn)品通過(guò)一個(gè)計(jì)重單元或者壓力傳感器來(lái)檢測(cè)。在這里我們采用了壓力傳感器。
2） 并聯(lián)機(jī)器人
當(dāng)系統(tǒng)察覺(jué)產(chǎn)品不合格時(shí)將采用并聯(lián)機(jī)器人把不合格的產(chǎn)品送入到不合格產(chǎn)品區(qū)；并連接機(jī)器人主要是由 PLC 控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、伺服控制系統(tǒng)和夾具組成。
3) 工裝夾具
6
夾具分為自動(dòng)夾具和手動(dòng)夾具。手動(dòng)夾具一般由規(guī)制板、角座、基準(zhǔn)面、夾爪、軸承、定位面、定位銷、夾鉗、氣動(dòng)元件及氣缸組成。主要通過(guò)定位銷、定位面、夾爪來(lái)進(jìn)行定位和夾緊，從而確保產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)的位置精度。
圖 1.2 自動(dòng)化流水線總體分布圖
1.3.2 設(shè)計(jì)要求
1 功能的實(shí)現(xiàn)
能夠?qū)γ恳粋€(gè)通過(guò)傳送帶的產(chǎn)品進(jìn)行重量檢測(cè)來(lái)判斷其產(chǎn)品的優(yōu)劣性，并將合格與不合格產(chǎn)品分揀到規(guī)劃好的不同區(qū)域，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的無(wú)人操作，做到零人工。
2 工作的穩(wěn)定性
并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀系統(tǒng)可以在高溫或其他相較與人工來(lái)說(shuō)的惡劣環(huán)境下依然可以進(jìn)行穩(wěn)定的工作，杜絕其因?yàn)榄h(huán)境的不適應(yīng)而造成分揀工作出現(xiàn)誤差甚至錯(cuò)誤。
3 結(jié)果的可靠性
在對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫時(shí)，能夠查閱大量的相關(guān)資料以及做充足的實(shí)地考察來(lái)得到相對(duì)可靠的數(shù)值，能夠讓系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)劣做出最精確的判斷以及正確的分揀，從而達(dá)到分揀結(jié)果的可靠性。
4 系統(tǒng)的多樣性
本產(chǎn)品可以更換不同的末端執(zhí)行器，使其應(yīng)用到焊接、裝配、姿態(tài)調(diào)整和定位設(shè)備、激光、醫(yī)用等一系列其他領(lǐng)域。
7
2、構(gòu)建系統(tǒng)框架
2.1并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置課題研究方案
本裝置通過(guò)如下方案來(lái)達(dá)到分揀要求：一種空間包含四自由度的碼垛機(jī)械手是由動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)及其連接動(dòng)靜平臺(tái)之間的四條相同支鏈組成的，每條支鏈都是由一臺(tái)固定在靜平臺(tái)上面的伺服電機(jī)所驅(qū)動(dòng)，四臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)三維平動(dòng)、一維轉(zhuǎn)動(dòng)所組成的空間四自由度運(yùn)動(dòng)量得到當(dāng)前路徑損耗為 152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)方法選擇擴(kuò)展覆蓋對(duì)應(yīng)的重復(fù)次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復(fù)次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置內(nèi)存在大量位置隨機(jī)分布的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，故本章提出的算法能夠比傳統(tǒng)方法使用更少的重復(fù)次數(shù)。為了解決 NB-IoT 子載波間隔（subcarrier spacing）信道質(zhì)量受到環(huán)境影響的問(wèn)題種方法的性能一致。例如，設(shè)備根據(jù)下行測(cè)量得到當(dāng)前路徑損耗為152dB，此時(shí)按照傳統(tǒng)方法選擇擴(kuò)展覆蓋對(duì)應(yīng)的重復(fù)次數(shù) 8，而本章提出的算法也將選擇 8 作為重復(fù)次數(shù)。但總體而言，由于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置內(nèi)存過(guò)第 I、第 II 虎克鉸與第1、第 2 連桿相聯(lián)接，第 1 連桿的另一端通過(guò)第 III 虎克鉸與第 2 構(gòu)件相聯(lián)接，第 2 連桿的另一端通過(guò)第 IV 虎克鉸與第 2 構(gòu)件相聯(lián)接，第 1、第 2 連桿平行等長(zhǎng)。本設(shè)備是由傳感器、控制系統(tǒng)、傳送平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等共同組成 ,負(fù)責(zé)人機(jī)交互與顯示信息以及發(fā)送控制指令對(duì)下位機(jī)動(dòng)作進(jìn)行控制[7]。
2.2 結(jié)構(gòu)及附圖
本裝置的技術(shù)效果是：
3 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)均安裝在機(jī)架上，桿件做成輕質(zhì)桿，機(jī)構(gòu)整體重量輕、剛性強(qiáng)、慣量小、動(dòng)力學(xué)性能較好；
4 機(jī)構(gòu)的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)分別由不同的支鏈單獨(dú)控制，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題求解容易，控制方便；
5 在本裝置中安裝上不同的末端執(zhí)行器，可以使其識(shí)別不同類型的物料產(chǎn)品，可以應(yīng)用到焊接、裝配、激光和醫(yī)用、定位設(shè)備等多種領(lǐng)域。
附圖說(shuō)明
9
圖 2.1 本裝置第一種結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2.2 本裝置第二種結(jié)構(gòu)示意圖
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圖 2.3 本裝置第一種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2.4 本裝置第二種支鏈結(jié)構(gòu)示意圖
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在圖中：1-靜平臺(tái) 2-第一伺服電機(jī) 3-第二伺服電機(jī) 4-第三伺服電機(jī) 5-第四伺服電機(jī) 6-第一轉(zhuǎn)動(dòng)副 7-第三轉(zhuǎn)動(dòng)副 8-第五轉(zhuǎn)動(dòng)副 9-第七轉(zhuǎn)動(dòng)副 10-第二轉(zhuǎn)動(dòng)副 11-第四轉(zhuǎn)動(dòng)副 12-第六轉(zhuǎn)動(dòng)副 13-第八轉(zhuǎn)動(dòng)副 14-動(dòng)平臺(tái) 15-第一構(gòu)
件 16-第 I 轉(zhuǎn)動(dòng)副 17-第二構(gòu)件 18-第 II 轉(zhuǎn)動(dòng)副 19-第 III 轉(zhuǎn)動(dòng)副 20-第一連
桿 21-第二連桿 22-第 IV 轉(zhuǎn)動(dòng)副 23-第 V 轉(zhuǎn)動(dòng)副 24-第三構(gòu)件 25-第 VI 轉(zhuǎn)動(dòng)副 26-
第四構(gòu)件 27-第 1 構(gòu)件 28-第 I 虎克鉸 29-第 II 虎克鉸 30-第 1 連桿 31-第 2 連
桿 32-第 III 虎克鉸 33-第 IV 虎克鉸 34-第 2 構(gòu)件。
2.3 技術(shù)效果說(shuō)明
如附圖 2.1 和 2.2，第一支鏈一端通過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)副 6 與靜平臺(tái) 1 聯(lián)接，第一支鏈另一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)動(dòng)副將累積因??(??) = ????????所需時(shí)間更短，MCS 增大的速度更快[8]。MCS 達(dá)到最大值之后，當(dāng)接收到 ACK 時(shí)，降低重復(fù)次數(shù)大小。當(dāng)設(shè)備到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊界時(shí)，重復(fù)次數(shù)達(dá)到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心移動(dòng)，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整 MCS 和重復(fù)次數(shù)可以適應(yīng)環(huán)境的環(huán)境的持續(xù)改變。子載波間隔（subcarrier spacing）為清晰描述方案，本節(jié)用一個(gè)案例解釋基于多格控制 V 虎克鉸 33 與第 2 構(gòu)件 34
聯(lián)接，第 1 連桿 30 與第 2 連桿 31 平行等長(zhǎng)。
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3、并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分析
3.1機(jī)構(gòu)分析
并聯(lián)機(jī)器人支鏈的分布形狀為三角形，如下圖：
圖 3.1 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)
如圖 3.1（a）所示，并聯(lián)機(jī)器人主要有支鏈機(jī)構(gòu)、靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)組成。其中各支鏈分別由完全相同的球并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊界時(shí)，重復(fù)次數(shù)達(dá)到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心移動(dòng)，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整 MCS 和重復(fù)次數(shù)可以適應(yīng)環(huán)境的環(huán)境的持續(xù)改變。所表示的進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，得出圖 3.1（b）。
13
3.2坐標(biāo)系的建立
圖 3.2 并聯(lián)機(jī)器人坐標(biāo)系
如圖 3.2 所示，Mi 表示其各支鏈驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸的中心，Si 表示驅(qū)動(dòng)臂和被動(dòng)臂的連接虎克鉸，Ti 表示的工資源，嚴(yán)重??(??) = ????????所需時(shí)間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達(dá)到最大值之后，當(dāng)接收到 ACK 時(shí)，降低重復(fù)次數(shù)大小。當(dāng)設(shè)備到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊界時(shí)，重復(fù)次數(shù)達(dá)到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心根據(jù)數(shù)據(jù) A 和 B 的優(yōu)先級(jí)對(duì) A 和 B 的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整后數(shù)據(jù)塊 A 和 B 的重復(fù)次數(shù)更新為 12 和 4，預(yù)期傳輸成功的概率變?yōu)?0.92 和 0.88，最后用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)后重復(fù)次數(shù)優(yōu)化機(jī)制的收益。假設(shè)有數(shù)據(jù)塊 A 和 B，每個(gè)總余量減去工序 2 的余量 Z3，即 Z1=2 算法得到的重復(fù)次數(shù)為8，相應(yīng)的傳輸成功的概率為0.9，則該配置可提供的總收益為0.9×(8+2)=9。根據(jù)數(shù)據(jù) A 和 B 的優(yōu)先級(jí)對(duì) A 和 B 的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整后數(shù)據(jù)塊 A 和 B 的重復(fù)次數(shù)更新為 12 和 4，預(yù)期傳輸成功的概率變?yōu)?0.92 和 0.88 移動(dòng)，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整 MCS 和重復(fù)次數(shù)可以適應(yīng)環(huán)境的得到，如 3.2 (b)所示。
3.3 位置正解逆解分析
目標(biāo)軌跡上插補(bǔ)點(diǎn) P 的坐標(biāo)值設(shè)為(xp，yp,zp)。由位姿變換矩陣可以獲得 P 點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)支鏈坐標(biāo)系中位置:
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利用機(jī)器人三個(gè)支鏈的分布結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，末端中心點(diǎn)的位置和驅(qū)動(dòng)臂的轉(zhuǎn)角關(guān)系可以根據(jù)支鏈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析。
圖 3.3 運(yùn)動(dòng)支鏈機(jī)構(gòu)圖
如圖 3.3 所示，Oi 為靜平臺(tái)中心點(diǎn)，MiSi 為主動(dòng)臂，R 為驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)中心所在的外接圓半徑，r 為動(dòng)信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整 MCS 和重復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)。
si si 1
（x -R）2+z 2=L 2
關(guān)節(jié)點(diǎn) Si 與 TI 間距為定值 L2，得出：
聯(lián)立以上兩式，可得：
15
整理可得靜平臺(tái)與驅(qū)動(dòng)臂的夾角關(guān)系式為：
θi=arcsin（zsi/L1），（i=1，2，3，）
得到末端 P 位置表達(dá)式為：
由上式可知，所得末端坐標(biāo)中 zp 有兩個(gè)不同解，為防止靜平臺(tái)與驅(qū)動(dòng)臂出現(xiàn)干涉，結(jié)合并聯(lián)機(jī)機(jī)器人坐標(biāo)系的分布，在位置正解時(shí)取負(fù)解。
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4、末端軌跡部分
4.1末端軌跡規(guī)劃
對(duì)于分揀系統(tǒng)中并聯(lián)機(jī)器人，所謂的軌跡就是機(jī)器人末端執(zhí)行器完成對(duì)目標(biāo)物件的取放和轉(zhuǎn)移時(shí)所遍歷的空間路徑。數(shù)。重復(fù)次數(shù)調(diào)整之后誤塊率降低，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)接收到ACK 反饋的比例更高，因此累積因子從 0 到觸發(fā)??(??) = ????????所需時(shí)間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達(dá)到最大值之后，當(dāng)接收到 ACK 時(shí)，降低重復(fù)次數(shù)大小。當(dāng)設(shè)備到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊界時(shí)，重復(fù)次數(shù)達(dá)到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心移動(dòng)，信道狀態(tài)逐漸變好，由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整 MCS 和重復(fù)次數(shù)可以適應(yīng)環(huán)境的環(huán)境跡中對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)臂的變化狀況。
機(jī)器人的末端軌跡規(guī)劃中，首先需確定其起始點(diǎn)以及終點(diǎn)。在一般的應(yīng)用中，存放點(diǎn)的位置為固定點(diǎn)，本節(jié)用一個(gè)案例解釋基于多維參數(shù)調(diào)整的 NB-IoT 鏈路自適應(yīng)方法的運(yùn)行流程。假設(shè)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的中心向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的邊緣移動(dòng)，到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊緣之后又折返回到并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置的中心。該過(guò)程系統(tǒng)的 MCS 以及重復(fù)次數(shù)變化如于專業(yè)化的大批量狀態(tài)的評(píng)估信息快速調(diào)整重復(fù)次數(shù)有利于改善通信質(zhì)量，根據(jù)算法描述，當(dāng)設(shè)備位于并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心時(shí)，信道狀態(tài)良好，此時(shí) MCS 為最大，這時(shí)多次觸發(fā)??(??) = ????????，MCS 減小。實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的運(yùn)行，避免出現(xiàn)末端的振動(dòng)，本課題采用圓弧連接實(shí)現(xiàn)過(guò)渡以減小尖角對(duì)末端運(yùn)動(dòng)的影響。
4.2末端運(yùn)動(dòng)軌跡分析
在分揀生產(chǎn)線，并聯(lián)機(jī)器人末端的運(yùn)動(dòng)目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送帶目標(biāo)物件的拾取和存放，
-般對(duì)末端的在空到觸發(fā)??(??) = ????????所需時(shí)間更短，MCS 增大的速度更快。MCS 達(dá)到最大值之后，當(dāng)接收到 ACK 時(shí)，降低重復(fù)次數(shù)大小。當(dāng)設(shè)備到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置邊界時(shí)， 重復(fù)次數(shù)達(dá)到最大。之后設(shè)備向并聯(lián)機(jī)器人自動(dòng)分揀裝置中心移動(dòng)，信道狀態(tài)逐漸變好， 由于此時(shí) MCS 最小，降低重復(fù)次數(shù)。當(dāng)重復(fù)次數(shù)降低到最小之后設(shè)備度比較高使得累積因子??(??)達(dá)到下界????????時(shí)，降低 MCS。在 MCS 達(dá)到最大值或者最小值的時(shí)候，其次動(dòng)態(tài)調(diào)整MCS 和重復(fù)次數(shù)可以適應(yīng)式分成空間直線軌跡、梯形軌跡、圓弧軌跡、門形軌跡四種。
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圖 4.1 末端執(zhí)行器的軌跡形式
如圖 4.1 所示的四種軌跡為分揀系統(tǒng)中并聯(lián)機(jī)器人末端執(zhí)行器常用的軌跡。圖 4.1(a) 所示中的軌跡中由-- NACK 時(shí)，累積因子減小的幅度比接收到 ACK 時(shí)累積因子增加的幅度大。為了保證一定的信道質(zhì)量，確?；灸苷_接收到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要嚴(yán)格控制累積因子收到NACK 對(duì)累積因子的影響比接收到ACK 的影響大，也即當(dāng)接收到NACK 時(shí)，
累積因子減小的幅度比接收到 ACK 時(shí)累積因子增加的幅度大。為了保證一定的信道質(zhì)量， 確?；灸苷_接收到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要嚴(yán)格控制累積因子 NACK，表明信道質(zhì)量變差。如果重復(fù)次數(shù)等于 128，則將 MCS 的值加一。將 MCS 的值減一注意，NB-IoT 上行重復(fù)次數(shù)最大為 128，MCS 的取值范圍與傳輸單個(gè)資源單元使用的子載波數(shù)目有關(guān)。當(dāng)子載波數(shù)大于 1 復(fù)合軌跡的規(guī)劃。
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4.2.1直線軌跡規(guī)劃
并聯(lián)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在空間中的運(yùn)動(dòng)形式涉及 XYZ 三個(gè)自由度的平移，且軌跡規(guī)劃中對(duì)應(yīng)抓取目標(biāo)物件的位置坐標(biāo)和放置物件的位置坐標(biāo)可通過(guò)相應(yīng)方法確定。在直線軌跡規(guī)劃中，通過(guò)對(duì)軌跡始末點(diǎn)的位置差在坐標(biāo)軸上等間隔取插補(bǔ)點(diǎn)，目標(biāo)軌跡中對(duì)應(yīng)插補(bǔ)點(diǎn)和始末位置關(guān)系可通過(guò)以下函數(shù)表示：
式中，（x0，y0，z0）和（xn，yn，zn）分別表示起始點(diǎn)和插補(bǔ)點(diǎn)位置，△s 表示中間插補(bǔ)點(diǎn)在對(duì)應(yīng)軸方向上的增量，n 表示插補(bǔ)點(diǎn)序號(hào)（n=1，2，3…N）。N 表示插補(bǔ)點(diǎn)個(gè)數(shù)，其取值確定了末端的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。分析可以知道末端的運(yùn)動(dòng)速度變化，如下圖所示。
圖 4.2 末端在軸方向上的變化
s s
假定規(guī)劃路徑的兩端對(duì)應(yīng)的拋物線的運(yùn)動(dòng)區(qū)間所經(jīng)歷的時(shí)間一樣，使得其過(guò)渡區(qū)域內(nèi)加速度一樣且方向不同。設(shè)軌跡規(guī)劃函數(shù)對(duì)應(yīng)的直線段速度為 v，加速度為 a，可得拋物線的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t 和位移 l 分別為[9]：
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知，直線軌跡中末端執(zhí)行器的總位移 ls 和時(shí)間 t 分別為:
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則可得到：
式中，tλ=it/N，i=1，2，3…N（i 表示插補(bǔ)點(diǎn)序號(hào)，N 表示插補(bǔ)點(diǎn)個(gè)數(shù)），表示末端在該軌跡內(nèi)的離散時(shí)間當(dāng)量；tsλ=ts/t，表示過(guò)度拋物線對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間當(dāng)量，aλ表示λ 的變化加速度。由上可得出末端執(zhí)行器的速度曲線。
圖 4.3 末端在規(guī)劃區(qū)間內(nèi)的 x 坐標(biāo)變化曲線
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圖 4.4 末端在規(guī)劃區(qū)間內(nèi)的速度 1 曲線
直線軌跡的規(guī)劃，提出的 MPALA 方法可以根據(jù)信道質(zhì)量靈活調(diào)整 MCS 和重復(fù)次數(shù)。當(dāng)信道質(zhì)量提高時(shí)，本章提出的鏈路自適應(yīng)方法可以選擇更高的 MCS，因此選擇更大的傳輸塊（TBS），能夠節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)傳輸速率。當(dāng)信噪比繼續(xù)提高且大于-3dB
（信道質(zhì)量更好）時(shí)，直接方法選擇的重復(fù)次數(shù)仍為 1（已經(jīng)達(dá)到最小，末端速度較大同時(shí)加速度也要適當(dāng)提高，但這也會(huì)對(duì)定位精度有影響。所以應(yīng)綜合思考。
4.2.2 空間圓弧軌跡規(guī)劃
建立坐標(biāo)系，并求解圓弧方程式，完成后對(duì)圓弧進(jìn)行插補(bǔ)點(diǎn)規(guī)劃獲得插補(bǔ)點(diǎn)位置坐標(biāo)。最后結(jié)合空間坐標(biāo)變換矩陣，將其轉(zhuǎn)化為基坐標(biāo)內(nèi)的位置坐標(biāo)。可得出其平面方程并將其展開：
平面方程為：
[x-1/2（x1+x2）]（x2-x1）+[y-1/2（y1+y2）]（y2-y1）+[z-1/2（z1+z2）]（z2-z1）=0
聯(lián)立可求得圓心坐標(biāo)值 P0（x0，y0，z0），同時(shí)可以計(jì)算圓弧的半徑，基于圓弧所在基面，我們可以建立特殊位置的坐標(biāo)系
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圖 4.5 特殊位置坐標(biāo)系 Op-UVW
根據(jù)上述，參照直線規(guī)劃，可以得到λ的表達(dá)式為：
式中，tsλ=ts/t，表示過(guò)度拋物線對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間當(dāng)量，由上式可知λ是關(guān)于離散時(shí)間 t 的分段離散函數(shù)。其中λ=0 和λ=1 分別對(duì)應(yīng)于軌跡規(guī)劃始末位置。時(shí)間區(qū)間[0，tsλ] 和[1- tsλ，1]表示對(duì)稱的拋物線段，分別對(duì)應(yīng)末端執(zhí)行器的加速和減速階段。
圖 4.6 圓弧軌跡中插補(bǔ)點(diǎn)的角度變化曲線
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5、總結(jié)
課題基于生產(chǎn)線傳送帶物件分揀中目標(biāo)分揀物件分布密集、形式多樣、分揀目標(biāo)為動(dòng)態(tài)狀態(tài)等特點(diǎn),設(shè)計(jì)了以并聯(lián)機(jī)刀具量化。首先選取過(guò)濾閾值????????和??????????（例如，取值 0.2 和 2%），如果當(dāng)前特征向量中的 SNR 和 BLER 與已有記錄中特征的差異均小于這兩個(gè)閾值，則認(rèn)為特征差異不顯著歸為一種特征;更新該特征的標(biāo)簽，使用步驟 a 中兩份數(shù)據(jù)的可以提供更好后驗(yàn)性能的參數(shù)配置作為該特征的分類。最后，分別選擇????中出現(xiàn)頻率最高的（重復(fù)傳輸次數(shù)，MCS 方案）組合，作為下一時(shí)刻的鏈路參數(shù)配置。對(duì)后續(xù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)采用步驟1、2 進(jìn)行特征過(guò)濾和加標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)控制器為核心的智能分揀控制系統(tǒng)。
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后 記
經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，我論文的撰寫進(jìn)入了尾聲。在這里，我要感謝陳磊老師對(duì)論文過(guò)程中的悉心指導(dǎo)，也對(duì)我在日后的發(fā)展方向上做出了悉心的指導(dǎo)。陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和樂(lè)觀的生活態(tài)度都深深的影響了我，使我終身受益。正是有了陳老師在學(xué)習(xí)和生活中的幫助和指導(dǎo)，才使我能夠順利的完成論文的撰寫工作。在此謹(jǐn)向我的導(dǎo)師陳磊導(dǎo)師致以最衷心的感謝!
最后感謝評(píng)閱論文的諸位導(dǎo)師在百忙中對(duì)我論文的指導(dǎo)!正是有了他們的寶貴意見(jiàn)和建議，才使我的畢業(yè)論文得以不斷完善。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)懷和幫助我的人!
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