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關鍵詞：采摘機械手臂；蘋果；結構設計
引言
水果采摘季節性強、費用高且勞動量大[1]。加速農業現代化進程，實施“精確”農業，廣泛應用農業機器人，提高資源利用率和農業產出率，降低勞動強度，提高經濟效率將是現代農業發展的必然趨勢。研究采摘機械人，對于降低人工勞動強度和采摘成本、保證水果適時采收，具有重大的意義[2]。我國從上世紀70年代開始研究水果蔬菜類的采摘機械，并且也逐漸起步，如上海交通大學已經開始了對黃瓜采摘機器人的研制[3]，浙江大學對番茄采摘機器人進行了結構分析與設計的優化[4]，中國農業大學對采摘機器人的視覺識別裝置進行了研究[5]。目前，我國研究的采摘機器人還有西紅柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘機器人等[6-8]。文章對蘋果采摘機械手臂進行選型，進一步進行詳細結構設計，最后對設計結果進行試驗驗證。
1 機械人機構選型及自由度的確定
由于采摘機械人的作業對象是蘋果，質量輕，體積小，故而可選擇較為簡單、靈活、緊湊的結構形式。
根據機械人手臂的動作形態，按坐標形式大致可將機械人手臂部分分為以下四類[9]：直角坐標型機械手；圓柱坐標型機械手；球坐標（極坐標）型機械手；多關節型機械手。采摘機械臂的結構型式選取主要取決于機械人的活動范圍、靈活性、重復定位精度、持重能力和控制難易等要求。以上四種型式，它們的活動范圍和靈活度逐漸增大。經過對蘋果采摘空間的研究，結果表明，蘋果樹樹冠和底部的蘋果分布極少，大多分布在樹冠中部，大約有80%以上的蘋果分布在距地面垂直高度1-2m、距樹干左右方向1-2m的空間范圍內，且陰陽兩面的蘋果分布率并無明顯的差異。這就要求采摘機械手應當具有較大的工作空間，因此選用多關節型機械手較為合適，且其占地面積較小，更加適合蘋果采摘作業。
實際中，蘋果生長位置隨機分布，這就要求機械臂的末端執行器能夠以準確的位置和姿態移動到指定點，因此，采摘機械人還應具有一定數量的自由度。機械臂的自由度是設計的關鍵參數，其數目應該與所要完成的任務相匹配。一般來說，自由度數量越多，機械臂的靈活性、避障能力越好，通用性也越廣，但增加一個自由度就相當于增加了一級驅動，會使得機器人的成本上升，而對于農業機器人而言，成本高將會大大的減緩其機械商品化實用化進程，同時增加自由度會相應增加機器人的控制難度，降低機器人的可靠性。綜合考慮，將自由度數目定為六個，這樣不僅能夠使得末端執行器具有較為完善的功能，而且到達采摘空間中的任意位置，而且不會出現冗余問題。
2 采摘機械臂工作原理
圖1 機械人結構簡圖
圖1是本次設計的球類水果采摘機械人的結構簡圖。該結構為六自由度機構，可劃分為底座、大臂、小臂、腕部和手五個部分。機械臂的底座通過舵機帶動傳動系統實現各個部分之間的相對轉動和旋轉。其中的各個轉動和旋轉均是通過電機驅動螺旋絲桿來實現。該設計機械臂的傳動如下：（1）底座旋轉。確定與底座平面互相垂直的目標采摘物所在的平面。（2）大臂轉動。移動至目標采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂轉動。將采摘機械手送至目標采摘物的附近。（4）手腕轉動及旋轉。調整機械手末端采摘機構的姿態，使其處于一個合適的位置，保證采摘任務能夠合理完成。（5）手夾緊放松，完成對目標采摘物的采摘任務。此外，將末端執行器設計為關節型的兩只手指，通過舵機6（舵機分配情況見圖2）、齒輪的嚙合及連桿機構實現對目標采摘物的夾緊與放松。
由以上分析得出：機械手的空間位姿由各個關節的空間坐標來決定，即當機械手的各個舵機的坐標確定的時候，就可以確定機械手的空間位姿。而決定舵機坐標的因素就是臂長及臂的轉動角度，而在這兩個參數中，設計結束后臂長是確定的常量，角度為變量。在模型當中，舵機1、2的相對位置固定不變，控制末端執行器的舵機6用來調整手的姿態，因此可以先忽略舵機1、6，將舵機2軸線中心的位置設為坐標系原點。
圖2 舵機分配方框圖
3 機械臂結構設計
首先用Pro/E軟件中的零件模塊對機械人各個零件進行繪制，然后再對零件進行自下而上的裝配，以及進行零件圖及裝配圖的繪制。大臂、小臂和腕部、機械手零件圖以及裝配圖分別見圖3、圖4、圖5、圖6和圖7（單位均為mm）。
4 試驗臺搭建與抓取效果實驗
根據零件圖及裝配圖進行試驗臺搭建。由于設計尺寸較大，故將整體尺寸縮小4倍來進行搭建。實物如圖8所示。通過操作上位機控制軟件指令信號，可給伺服舵機控制器發送控制指令信號，從而實現機械人在空間中精確作業。試驗結果表明：機械人能夠較為平穩、準確地對目標物進行夾取、移動、放置等任務。證明設計合理，試驗臺搭建正確。
5 結束語
通過對水果采摘作業的分析，設計了一套六自由度關節型采摘機械人。其運動范圍覆蓋了水果果實的分布范圍，末端執行器能夠執行對水果的采摘任務。在采摘過程中，只需對舵機進行控制，在一定程度上降低了控制的難度和復雜性。當然，設計中也存在不足，例如缺少對果實的切割裝置，而且對葡萄等較小、較軟的果實采摘技術不成熟，有待進一步的改善。
參考文獻
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【關鍵詞】機械手;液壓系統;設計
1.機械手結構分析
本文所研究的搬運機械手具有四個自由度，分別為手腕的旋轉運動，手臂的伸縮運動、旋轉運動和升降運動，坐標形式為圓柱坐標，采用液壓驅動控制方式，其結構示意圖如圖1所示。
圖1 機械手結構示意圖
2.機械手關鍵液壓回路分析
在驅動機械手運動過程中，其中夾緊放松動作，旋轉動作和伸縮動作是主要的動作，這里對這些動作的回路進行分析。
（1）夾緊回路
夾緊回路采用的是O型三位四通換向閥來進行鎖定，如圖2所示。
1―三位四通換向閥 2―調速閥 3―二位三通換向閥
圖2 夾緊回路
（2）旋轉回路
對于機械手的旋轉動作，采用了液壓馬達實現，原理如圖3所示。
1―二位二通換向閥 2―調速閥 3―三位四通換向閥 4―液壓馬達
圖3 旋轉回路
3.液壓系統設計
液壓系統作為搬運機械手的重要驅動方式，主要 用來使機械手完成工作夾/松、手部擺動、手臂水平位 移和垂直升降等動作，主要由油缸、油泵、油壓馬達和各種閥組成。
系統主要技術參數如下：
抓重：20kg
自由度：4
坐標形式：圓柱坐標
最大工作半徑：1500mm
手臂最大中心高度：700mm
手臂運動參數：
伸縮行程：700mm
伸縮速度：400mm/s
升降行程：300m m
升降速度：50mm/s
回轉范圍：0°―180°
回轉速度：70°/s
手腕運動參數：
回轉范圍：0°―180°
回轉速度：9 0°/s
手指夾持范圍：∮30mm―∮60mm
手指握力：500N
根據系統的工作要求和特點，擬定的四自由度搬運機械手液壓系統原理圖如圖4所示。
4.液壓系統硬件設計
（1）液壓泵的選擇
泵的工作壓力的確定：泵的工作壓力可按缸的工作壓力加上管路和元件的壓力損失來確定。采用調速閥調速，初算時可取。考慮背壓，現取。泵的工作壓力初定為：
式中：p――液壓缸的工作壓力;――系統的壓力損失。
泵的流量的確定：由于液壓缸采用的是差動連接方式，而有桿腔有效面積大于活塞面積，故在速度相同的情況下，快退所需的流量大于快進的流量，故按快退考慮。已知快退時所需要的流量，故快退時泵應供油量為：
式中，K為系統的泄露系數，一般取K=1.1～1.3，此處取1.1。
根據組合機床的具體情況，從產品樣本中選用YB-4/10型雙聯葉片泵。其最大提供的流量為：
故所選泵符合系統要求。
（2）選擇閥類元件
各類閥可按通過該閥的最大流量和實際工作壓力選取。如表1所示：
表1 液壓閥的選型
序號 元件名稱 型號 規格
1 溢流閥 YF-B32H 21MPa，250L/min
2 調速閥 Q-H10 32MPa，40L/min
3 單向閥 I-25B 6.3MPa、25L/min
4 二位二通電磁閥 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min
5 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
6 調速閥 Q-H20 32MPa，100L/min
7 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min
8 二位二通電磁閥 22E1-10B 6.3MPa、l0L/min
9 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
10 調速閥 Q-H32 32MPa，100L/min
11 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min
12 二位三通電磁閥 23E1-25B 6.3MPa、25L/min
13 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
14 調速閥 Q-H32 32MPa，100L/min
15 單向閥 DF―B10K1 35MPa，30L/min
16 二位三通電磁閥 23E1-25B 6.3MPa、25L/min
17 三位四通電磁閥 34E1-25B 6.3MPa、25L/min
（3）電機的確定
快進快退時所需的功率比工進時的功率要大，所以選取電機功率的時候用快進快退的功率做為選取依據。系統的壓力為4MPa，流量為14L/min，其功率為：
故選取電機功率為1.5kw的電機。
本文主要對四自由度機械手的液壓系統進行了設計，實現機械手的前進，后退，升降和回轉功能，并對系統的主要元件進行了設計和選型。根據仿真軟件進行試驗，系統能運行穩定夠滿足需要，可試用推廣。
參考文獻
[1]張宏友.液壓與氣動技術[M].大連：大連理工大學出版社，2009.
【關鍵詞】 數控；機床；機械
1.引言
由于工業自動化的全面發展和科學技術的不斷提高，對工作效率的提高迫在眉睫。單純的手工勞作以滿足不了工業自動化的要求，因此，必須利用先進設備生產自動化機械以取代人的勞動，滿足工業自動化的需求。其中機械手是其發展過程中的重要產物之一，它不僅提高了勞動生產的效率，還能代替人類完成高強度、危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，可以說是一舉兩得。在機械行業中，機械手越來越廣泛的得到應用，它可用于零部件的組裝，加工工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數控機床、組合機床上使用更為普遍。目前，機械手已發展成為柔性制造系統FMS和柔性制造單元FMC中一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構成一個柔性加工系統或柔性制造單元，可以節省龐大的工件輸送裝置，結構緊湊，而且適應性很強。但目前我國的工業機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，應用規模和產業化水平低，機械手的研究和開發直接影響到我國機械行業自動化生產水平的提高，從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設計具有重要意義。
目前，我國大多數工廠的生產線上數控機床裝卸工件仍由人工完成，其勞動強度大、生產效率低，而且具有一定的危險性，已經滿足不了生產自動化的發展趨勢。為了提高工作效率,降低成本,并使生產線發展成為柔性制造系統,適應現代機械行業自動化生產的要求,針對具體生產工藝,結合機床的實際結構，利用機械手技術，設計出上下料機械手代替人工工作，以提高勞動生產率。本文主要對機械手的總體設計進行簡單說明。
2.發展現狀和趨勢
目前，國內外各種機械手和機械手的研究成為科研的熱點，其研究的現狀和大體趨勢如下：
（1）機械結構向模塊化、可重構化發展。（2）工業機械手控制系統向基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化；器件集成度提高，結構小巧，且采用模塊化結構；大大提高了系統的可靠性、易操作性，而且維修方便。（3）機械手中的傳感器作用日益重要，除采用傳統的位置、速度、加速度等傳感器外，還引進了視覺、聽覺、接觸覺傳感器，使其向智能化方向發展。（4）關節式、側噴式、頂噴式、龍門式噴涂機械手產品標準化、通用化、模塊化、系列化設計；柔性仿形噴涂機械手開發，柔性仿形復合機構開發，仿形伺服軸軌跡規劃研究，控制系統開發； （5）焊接、搬運、裝配、切割等作業的工業機械手產品的標準化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統動態仿真。
總的來說，大體是兩個方向：其一是機械手的智能化，多傳感器、多控制器，先進的控制算法，復雜的機電控制系統；其二是與生產加工相聯系，性價比高，在滿足工作要求的基礎上，追求系統的經濟、簡潔、可靠，大量采用工業控制器，市場化、模塊化的元件。
3.機械手的總體設計
3.1機械手總體結構的類型：工業機械手的結構形式主要有四種：直角坐標結構，圓柱坐標結構，球坐標結構和關節型結構。各結構形式及其相應的特點，分別介紹如下：
（1）直角坐標機械手結構特點：直角坐標機械手的空間運動是用三個相互垂直的直線運動來實現的。由于直線運動易于實現全閉環的位置控制，因此，其運動位置精度高，但此種類型機械手的運動空間相對較小，如要達到較大運動空間，則要求機械手的尺寸足夠大。直角坐標機械手的工作空間為一空間長方體，主要用于裝配作業及搬運作業。直角坐標機械手有懸臂式，龍門式，天車式三種結構。（2）圓柱坐標機械手結構特點：圓柱坐標機械手的空間運動是用一個回轉運動及兩個直線運動來實現的。其工作空間是一個圓柱狀的空間。這種機械手構造比較簡單，精度相對較高，常用于搬運作業。（3）球坐標機械手結構特點：球坐標機械手的空間運動是由兩個回轉運動和一個直線運動來實現的。其工作空間是一個類球形的空間。這種機械手結構簡單、成本較低，但精度不很高，主要應用于搬運作業。（4）關節型機械手結構特點：關節型機械手的空間運動是由三個回轉運動實現的。相對機械手本體尺寸，其工作空間比較大，動作靈活，結構緊湊，占地面積小。此種機械手在工業中應用十分廣泛，如焊接、噴漆、搬運、裝配等作業。關節型機械手又分為水平關節型和垂直關節型兩種。
3.2機械手設計的一般要求
機械手手爪設計有如下要求 ：（1）機械手手爪是根據機械手作業要求來設計的。既根據其應用場合設計手爪，在滿足作業要求的前提下，機械手手爪還要求體積小、重量輕、結構緊湊。（2）機械手手爪的萬能性與專用性是矛盾的。萬能手爪在結構上很復雜，甚至很難實現，從工業實際應用出發，應著重開發各種專用的、高效率的機械手手爪，加之以快速更換裝置，以實現機械手的多種作業功能，而不主張用一個萬能的手爪去完成多種作業，以考慮設計的經濟效益。（3）機械手手爪的通用性。通用性是指有限的手爪，可適用于不同的機械手，這就要求末端執行器要有標準的機械接口（如法蘭），使末端執行器實現標準化。（4）機械手手爪要便于安裝和維修，易于實現計算機控制。
3.2具體采用方案：根據實際操作的需要，該機械手在工作中需要3種運動,其中手臂的伸縮和立柱升降為直線運動,另一個為手臂的回轉運動,因此其自由度數目為3，綜合考慮，應選擇圓柱坐標機械手結構，其結構簡單，工作范圍相對較大，且有較高的精度，滿足設計要求。
4.結論
本設計是一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計。機械手采用可編程序控制器控制,可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。
參考文獻
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關鍵詞：機械臂；DARM；對比分析
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.249
0 引言
工業機器人的快速發展實現了生產自動化，提高了生產效率。在工程機械、車間廠房、高危作業、產品生產線、汽車零部件等行業機器人都得到了應用，并且經濟效益、發展前景都十分可觀。伴隨著工業機器人的飛速發展，研究的不斷深入，機器人產品向高精度、高智能、可控性強和高性能方向發展。人們希望這種機器人也能走進我們的日常生活中來，于是服務型的機器人逐漸走進了我們的視野，因此也便有了低成本的、小型的、所謂的“桌面版”機械臂的產品。桌面版的機械臂雖不如工業版的具有力量大、精度高、速度快的特點，但在日常生活中，具有寫字、畫畫、拾物等功能，簡單方便，增加了趣味性的同時，又可學習到知識。以所研究的書畫手臂為例，進行介紹分析，明確其優點與不足，為以后的發展與應用奠定基礎。
1 桌面機械臂的發展情況
1.1 uArm
uArm是一個連桿式的機械臂，它的控制部分采用了便于編程控制的開源硬件Arduino，。其最大的特點是底部轉盤，所有動力裝置都裝在這個地方以減少機械臂部分的重量，從而減少慣性動作對穩定性的影響，同時也能增加機械臂的負載能力以提高效力。
在功能上也與Leapmotion合作，玩家可以通過手薟僮骰械臂，比如操控吸盤吸附非規則物體或者用機械手操控規則物體。在Processing后臺，玩家也可以對Leapmotion所開放的接口編程，把uArm變成你定制化的機械臂。
1.2 7bot
7bot機械臂其主要原型為ABB工業機械臂IRB2400，硬件結構方面，7BotArm采用了6軸、全金屬設計，不僅更加牢固耐用，而且還可以在3維空間做更多操控。其另外一個特點是采用了定制舵機方案，可以設定舵機的輸出力矩大小和運行速度，確保精度，還可以采用數字I2C總線接口，僅用四根線就可以串聯127個舵機。
7BotArm提供了多種控制方式，包括手勢、網頁控制、結合計算機視覺等實現智能控制，可以覆蓋不同人群的不同需求。具體來說：
（1）增加了機器人視覺功能，可以完成打地鼠游戲、陪人下棋等諸多智能應用。
（2）增加了軟件仿真環境，模型可以和現實機器人一一對應，也可以在軟件環境中規劃好路徑然后下載到實際環境中去復現。
（3）增加了示教功能，用戶可以直接拖動機械臂進行軌跡規劃，然后記錄回放，在不需要任何編程的情況下就可以控制機械臂運動。
1.3 Dobot
DOBOT機械臂，號稱是全球首款高精度消費級桌面機械臂，在能夠完成多種機械臂動作的基礎上，具有價格低廉的特點，同樣是基于開源硬件Arduino控制的機構，其精度為0.2mm。
DOBOT機械臂可以3d打印、寫字、畫畫，他的另一個強大功能就是腦電波讀取。使用者將傳感器戴在頭上，集中注意力，例如給出一個向左的信號，并記錄為向左的動作，下次再遇到這個腦電波信號，它就會給出向左的動作等。
2 書畫手臂的模型設計
2.1 結構簡介
書畫手臂由一個基座、一個末端執行器、六根金屬連桿和電動軸樞，以及同步輪和同步帶組成，這樣的機械臂可以在其活動范圍內實現任意的三維位置和位姿。每一個活動的關節稱為一個自由度，共有3個關節，即為3自由度機械臂。機構運行時，由Melzi控制板控制三個電動機的工作，從而控制執行端在X、Y、Z三個方向的移動來進行寫字畫畫
2.2 DARM函數詳解
控制機械臂運轉的函數，主要有兩個，即正解函數和反解函數，下面詳細說明
2.2.1 正解函數
3 結語
uArm、7bot、Dobot三種機械臂控制精度高、功能強大、更加智能化，但其昂貴的價格也使很多人望塵莫及，書畫手臂雖不及這三種機械臂，但其具有價格低廉、操作簡單、結構簡易、實用性較高等特點。能夠根據使用者的需要，方便的完成寫字畫畫等基礎功能，另外，書畫手臂還可以運用在激光雕刻、3D打印等方面，在保證娛樂性的同時，還可讓廣大的使用者學習到很多的知識。在控制精度方面，書畫手臂仍有不足，但也有改進的空間，相信在以后書畫手臂將會有很大的進步。
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關鍵詞：機電；控制技術；自動化；應用
引言
機電控制技術隨著科學技術的發展，隨著電子科技以及機械工程技術的進一步發展完善，機電控制技術的已經得到了更加廣泛的應用。而機電控制技術自動化的發展是未來發展的大方向，無論是在工廠中，還是家庭，機電控制技術的自動化都會給人們帶來極大的便利，為人類社會的發展提供更加強勁的動力。
1.機電控制技術的內涵及自動化的原理
1.1機電控制技術的內涵
機電控制技術是指將機械工程與電子科技有效的結合在一起，應用與生產生活各個方面的控制性技術。同時在高科技領域也有廣泛的應用，工廠中的機械手臂，探月機器人這些都是機電控制技術的產物。
1.2自動化的原理
自動化是指在沒有人為直接干預的情況下，機電產品自行根據事先設計好的程序有序的對某個狀態重復運行。自動化能夠最大化的保證產品的規格，能夠達到人類很難達到的準確度，且不會產生勞累，在某些及其危險的領域還能更好的保護工人的人身安全，是人類社會發展的重要推動力。
2.機電自動控制技術在現代社會中的應用
2.1數控機床
數控機床是機電自動控制技術應用與生產領域的典型代表，是現代社會高科技領域的發展成果。數控機床是電子控制系統與傳統機床的有機結合，技術工人將特殊的加工工藝通過數字技術傳輸到數控機床的電子控制系統，由電子控制系統控制機床進行復雜的加工工藝。使繁雜的加工工藝變得簡單易行，解放了機床工人，極大的增加了產品的生產效率。
2.2機械手
機械手是工廠生產流水線中不可或缺的一部分。通過實現設計好的程序對機械手進行控制，使其重復的完成一個動作。機械手在工廠流水線中極好的代替了人工，極大的減少了產品生產的成本，而且更大的提高了產品生產的精確度，是機電自動控制技術在生產流水線中的成功應用。
2.3數控加工中心
數控加工中心是通過對一系列及其復雜的生產工藝進行程序編輯，由數控部分作為主腦控制，由電動系統等一系列系統進行合作共同完成這一系列復雜的生產工藝。這一技術是數控機床的進一步發展，跟進一步的解放了人力，提高了個系統的合作性，以及產品生產的效率。
2.4電梯
電梯是現代人生活中常見的工具，現代化都市中高樓大廈林立，電梯已經成為了現代人類離不開的工具。而電梯是機電自動控制系統在人類生活中的典型應用，由技術人員實現設計好的程序控制對電梯進行控制，能通過程序分析人們的需求并進行合理的升降。為人類生活帶來了極大的便利，是現代化都市發展中不可或缺的重要部分。
2.5軍事仿真模擬訓練器械
仿真模擬訓練是機械與電子有機結合的產物，在仿真訓練中，士兵能夠看到電子信息系統模擬出的真是化的場景，能夠親手操作軍事機械。能夠實現對任何特殊地理環境的模擬，是士兵能熟練各種特殊地形的戰斗，極大的減少了軍事訓練投入的資金，使士兵在某些特殊的危險地形進行訓練變成了可能，能更好的提高士兵的作戰能力。
2.6探月機器人
探月機器人是人類高科技發展的產物，是人類對外太空進行探索的工具，能夠在及其惡劣的太空環境工作，是人類太空探索的先頭部隊。探月機器人是通過地面的技術人員的控制，做出特定的指令，對月球的土壤，大氣等各種因素進行探索，為人類對外太空的探索提供了便利，代替人類完成了人類本身無法去完成的任務。
3.機電自動控制技術的組成要素及發展方向
3.1機電控制技術的組成要素
結構組成要素是機電自動控制技術的機械框架，就好比人類的骨架，是機電自動控制系統能夠運轉的先決條件，為機電自動控制系統提供了一個基本動力要求。動力組成要素是機電自動控制結束的動力輸出結構，就好比人類的心臟，為整個系統的正常運轉提供源源不斷的動力，確保機電自動控制系統能夠正常的運行。感知組成要素主要是各種傳感機構，熱傳感機構，光傳感機構等等，就好比人類的眼睛及感知器官，是機電自動控制系統對外界要素進行感知的機構，將外界的各種信息轉化為機電自動控制系統能夠識別的信息。運動組成要素是確保機電自動控制系統運行的結構，就好比人類的四肢，是直接進行一切運動的組織，能夠將自身的信息轉化為對外界的運動。智能組成要素是是機電自動控制系統進行工作的控制機構，就好比人類的大腦，是整個系統的核心部分，是對外界信息作出處理，并作出反應將反應信息通過運動要素反饋給外界環境的總指揮，是一個機電自動控制系統能否正常運轉的核心結構。機電自動控制系統由這五個要素進行有機的結合，通過對不同部位的改變而成為各種不同的機電自動控制系統，每一個組成要素的發展都會推動機電自動控制技術的發展。
3.2機電自動控制技術的發展方向
機電自動控制技術在現代社會中得到了廣泛的引用與好評，隨著社會的不斷發展與進步，對機電自動控制技術提出了更多新的要求：智能化，綠色化，微型化，網絡化，模塊化。
智能化是未來機電自動控制技術的重要發展方向，雖然說現在的機電自動控制系統已經具有了一點的智能化，但是這些智能化只是保證機電自動控制系統能夠完成一些特定的簡單或較為復雜的工作，完全不能達到自主進行工作的要求。
4.結語
綜上所述，機電自動控制技術在在現今社會中的應用廣泛且在未來具有很好的發展前景，是推動人類社會發展的重要部分。
參考文獻：
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作者簡介：
【關鍵詞】倉儲;可編程控制器;仿真控制
0.引言
倉儲是物流系統中一項必要的活動，是煤炭企業存儲和保管生產物料的重要場所，對促進生產、提高效率起著重要的輔助作用。要實現煤礦行業倉儲過程科學化、標準化管理，一定要解決倉儲過程中現存的對倉儲自動化、機械化認識不足[1]以及倉管人員工作環境不理想[2]的問題。而采用機械化和自動化的程度高的倉儲作業有利于實現物流成本的降低，同時可改善倉管人員的工作環境。本文利用西門子S7-200 PLC實現對小型倉庫仿真系統的自動控制。
1.系統結構及工作過程
該倉儲系統結構如圖1所示，由機械[3]和電氣控制兩部分組成。圖1（a）中顯示一小型倉庫，共有3層10個倉位。后邊有一運動平臺（固定在可移動的溜板上），相當于實際工作過程中的叉車，其上下左右位置由垂直（Y向）和水平（X向）放置的兩個步進電機分別控制（見圖1（b））。步進電機由各自的驅動器驅動，通過同步輪和同步帶帶動溜板沿直線絲杠導軌作X、Y向往復直線運動，從而帶動溜板上的平臺運動到達指定位置。
圖1 小型倉儲系統結構圖
圖2 定位盤結構示意圖
每個倉位上有個定位盤，結構如圖2所示。定位盤上有四個孔，分別與每個位置上的四個銷釘配合，使得定位盤在各倉位上有確定的位置，從而保證放置在該定位盤上的貨物位置確定。存取貨物時均需先取下定位盤，由平臺將空置（或有貨物）的定位盤帶回至原點，將貨物放置到定位盤上（或從盤中取出），隨后再由平臺將帶有貨物 （或空置） 的定位盤送回到該指定倉位，平臺在電機帶動下回到初始等待位置。
機構在水平、垂直兩個方向運行軌跡的左右極限和上下極限處均設有機械行程開關，用以提供越程故障時的保護信號：當滑動溜板在運動中越過極限位置時，極限開關會動作，從而向系統發出越程故障信號，系統停止運行。另外，每一行每一列都運用了馬蹄型光電傳感器來確定平臺在X和Y方向是否運動到位。
結構中，運動平臺的伸出和縮回動作采用了氣動控制。平臺與一直線運動氣缸活塞桿固接，并運用一個雙作用兩位五通電磁閥控制該氣缸的運動。當指定好倉位后，平臺在電機帶動下運動到位，然后按調整好的速度向前伸出，將定位盤放入或取出相應倉位。其氣動原理圖如圖3所示。
圖3 平臺運動氣動原理圖
2.PLC控制系統設計
該仿真系統采用西門子S7-200 PLC對其進行控制。
2.1 I/O點分配
小型倉儲系統PLC的I/O點布置如表1所示。
2.2 控制要求
按下操作按鈕后，系統進入初始狀態，此時平臺處于設定原點位置，即正面看去左下角的空位處（X軸、Y軸均處在原點位置），此時，氣缸縮回。存取貨物時，按下取盤按鈕后，平臺在X軸、Y軸兩個步進電機帶動下到達指定位置（依靠各層和各列傳感器定位），然后氣控平臺下降一定距離（因定位盤通過銷固定在倉位上不可直接水平取出），即X軸位置保持不變，Y軸向下運動，平臺伸出至定位盤下，Y軸向上運動，將定位盤取下，平臺縮回，然后回到原點，將貨物放置到定位盤上。
圖4 取、放定位盤控制流程圖
圖5 取定位盤部分程序圖
隨后平臺再運動至目標倉位處，然后氣控平臺上升一定距離（X軸不動，Y軸向上運動），平臺伸出，將定位盤連同貨物放置入位后平臺縮回，并在電機帶動下回到初始等待位置（取出貨物的過程相同）。貨物的放置和取出可根據物品、環境等實際情況采用人工或機械手臂[4]實現，這里不做累述。
步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構?？刂泼}沖的數量、頻率及電機繞組的通電順序便可控制步進電機的輸出位移量、速度和轉向。文中運用傳感器控制步進電機的位置，比只依賴脈沖控制[5]更加簡單精確。
2.3 部分功能圖
仿真倉儲過程中取、放定位盤的控制流程圖如圖4所示，電機的運動由取、放按鈕或組態軟件（本文沒特別介紹）控制，所完成的程序截取部分如圖5所示。
3.結論
本文利用西門子S7-200實現了對倉儲過程仿真系統的過程控制，可有效提高倉儲過程的自動化程度，從而提高工作效率;控制間和倉儲現場可以分開，改善了工作環境，利于改善煤礦行業倉儲過程現存部分問題。
該系統與之前作者曾控制過的倉儲系統[5]相比：
（1）系統結構同樣簡單，但該系統可靠性更強。雖然貨物入庫的過程比前者復雜，但因為定位盤的位置精確，從而放置在定位盤上的貨物也能精確到位。
（2）前者貨物入庫時是依靠活塞桿運動直接打入倉位，沖擊較大;該系統放置過程更加平穩。
（3）前者可實現貨物入庫過程控制，卻無法將貨物取出;該系統可實現貨物入庫、出庫的全過程控制，因而更具有實際意義。
參考文獻
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關鍵詞：手語合成；虛擬人；虛擬人動畫；運動學；JAVA3D
中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：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
手語是聾啞人使用的語言，它是由手形動作加上表情姿勢而組成的表達系統，是一種靠動作和視覺進行交流的特殊語言。手語合成就是把基于文本的自然語言通過手語合成系統翻譯成聾啞人認識的手勢語言，通過計算機生成的三維虛擬人將手勢表達出來?；谔摂M人技術的維吾爾語手語合成系統可以被廣泛的應用到眾多領域，例如：維吾爾語三維手語教學、新聞播報、聾啞人和正常人的交流等，對提高聾啞人的生活質量有著重要的意義。該文通過對維吾爾語手語的研究，用機器人運動學的方法對虛擬人手臂模型進行建模，運用JAVA3D技術構建了維吾爾語手勢編輯器，能夠準確的實現手語動作，為手語合成系統的建立打下了良好的基礎。
1機器人運動學
表示機器人操作機或機械手（Manipulator）每個桿件在空間相對于絕對坐標系或相對于機器人機座坐標系的位置及方向的方程，稱為機器人的運動學方程[1]。對于各運動構件上笛卡爾坐標系的變換關系，該文采用的是齊次坐標變換。例如第一個構件的位置及方向用齊次坐標矩陣A1描述，第二個構件的位置及方向用齊次坐標矩陣A2描述，則第i個構件的位置及方向就是齊次坐標變換：
Ti=A1A2???Ai
即各齊次坐標矩陣依次連乘，便得到齊次坐標變換。
1.1坐標旋轉和坐標平移的復合變換
對于最一般的情形：坐標系｛B｝的原點與｛A｝的原點既不重合，｛B｝的方位與｛A｝的方位也不相同。用位置矢量ApBO描述｛B｝的坐標原點相對于｛A｝的位置；用旋轉矩陣R描述｛B｝相對于｛A｝的方位，如圖1所示。[2]對于任一點p在兩坐標系A和B的描述Ap和Bp具有如圖1的變換關系。
1.2齊次坐標
我們采用齊次變換來進行相關的坐標變換。在該變換中，采用的坐標是齊次坐標。所謂齊次坐標，就是用n+1維坐標來描述n
2手臂運動約束
手部動作的限制主要是對關節運動，約束條件反映了以下四種情形：1）關節角度的限制和約束的運動類型，第二到第五個手指的第三個關節由于只能做彎曲、伸直運動，而且第一和第二關節只能彎曲，伸直在同一方向上，因此，同一平面上的有四個手指是第二到第五手指；2）第一關節彎曲的程度大約是第二關節彎曲程度的2/3，指骨之間彎曲對人類手指運動的限制是，在沒有外力的情況下，就不可能有第一個關節彎曲而第二關節不彎曲的情況；3）對于掌骨和手之間的約束，由于獨立的一個手指的彎曲要受到指狀組合型韌帶的限制，當第三個關節彎曲時的角度大概是90度，而對于第二個手指卻少于90度，第三到第五個手指彎曲的角度超過90度，手指彎曲會阻止一個手指的伸展，因此，第三關節彎曲角度取決于相鄰手指彎曲或伸展；4）掌骨與手之間的關節并攏和分開的約束，握成一個拳頭時，隨著手指彎曲的角度增加手分開與并攏的角度減少，第三個手指作用限制并攏與分開，而自然伸開手掌時，并攏與分開可自由進行。[5]
通過右乘表示四個運動的四個矩陣就可以得到變換矩陣A，矩陣A表示了四個依次的運動。從而得到結果如下：
按照以上規則，并按照實際應用中的要求選取了多自由度關節的簡化形式之后，建立了手臂肩關節到手腕關節的坐標系，各坐標系的建立有一定的相互依附關系如圖2所示，肩關節建立了三個坐標系，肘關節建立了兩個坐標系。[6]圖2肩肘腕關節相互依附關系圖
根據D-H法，建立了D-H參數表：
表1 D-H參數表
C50-S50 S50C50 0-10dBC 0001
Si表示Sinθi，Ci表示Cosθi，A1表示構件坐標系1相對于參考坐標系的變換關系，A2表示構件坐標系2相對于構件坐標系1的變換關系，其余變換以此類推。[7]將上面列出的轉換矩陣依次相乘就可以得到手臂各關節的空間位姿矩陣，腕關節的矩陣為：
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設計與實現
工作臺是使用JPanel guiPanel()方法構造出GUI圖形用戶界面。為了減少內存的占用.將大部分組建作為局部變量的形式,只將各個關節滑動條作為成員變量。[8]用戶界面如圖3所示：圖3用戶界面圖
手語編輯器的效果展示，手語詞“您好”的效果展示如圖4所示：
4結論
該文通過人體生理結構，確定了人體自由度以及約束條件。并且建立了Denavit-Harten bery數學模型，根據齊次變換矩陣推導出虛擬人手臂關節的運動學方程，通過正向運動學求解出關節各個坐標值，從而驅動各個關節的運動，實現了手勢動作。在j2se平臺上，運用并整合JAVA2D圖形編程和JAVA3D建模技術，達到通過控制虛擬人關節轉角參數來控制手臂姿態的目的，構建了維吾爾語手語編輯器，能夠準確的實現手語的編輯，為以后手勢庫的生成打下了良好的基礎。
該文對基于維吾爾語手語合成的虛擬人姿態控制研究還處于起步階段，還有很多不足之處。在接下來的工作中，虛擬人的建模方法、對虛擬人靜態姿態編輯技術的改進、虛擬人外觀的改進、手語合成中手勢庫的建立、手勢數據的壓縮、人體運動分析方面以及在嵌入式系統的實現等地方都需要做大量的研究。后續的工作必將會推動維吾爾語手語合成系統的發展，為維吾爾語手語合成系統的廣泛應用奠定基礎。
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[關鍵詞]柔性臂結構 控制系統 設計 問題 模型 優化
中圖分類號：TL503.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）05-0370-01
一、柔性臂結構和控制系統
柔性臂是一種十分復雜的動力學系統，高度的非線性，不斷變化性等等都是這種柔性臂系統的特點。因為柔性臂這種系統的復雜性，那就意味著要想很好的處理這種系統，就需要有效的建立她的模型。柔性臂的各項特點，好友他簡單明了的物理性質和容易建立模型的特點都使得柔性臂成為動力系統研究和控制理論設計研究最為主要的研究對象了。選用柔性臂而不選用剛性臂是因為剛性臂沒有柔性臂那么高的操作性，那么高的載重度，而且剛性臂的耗能比柔性臂高，生產的成本高能夠加工利用的空間小。所以在設計的時候使用柔性臂而不是剛性臂。就是因為剛性臂不如柔性臂那樣好，柔性臂的優勢遠遠的領先于剛性臂。柔性臂的優勢就是人們選擇她的條件。
控制系統是一種管理系統，由這種系統控制主要的部分，非主要的部分，控制一些媒介部分來完成所要完成的目的和所要完成的功能。換一句話說控制系統就是按照設定量來將一些機械設備按照這個設定量來完成，來實施工作?？刂葡到y有許多的分類，譬如開環控制系統，閉環控制系統，隨動控制系統，程序控制系統等等。這些都是控制系統的幾個要素?，F在，跟著科技的成長，社會的前進，控制系統的對象也已經隨著需求變得穩固了起來。
二、柔性臂結構和控制系統在設計里面存在的問題。
柔性臂結構和控制系統的設計并非現在才有的，在之前就有對柔性臂結構和控制系統的設計，但是在以前的設計過程中呢，設計者所采取的設計法子便是將兩者分開來設計，先設計柔性臂結構，將柔性臂結構設計好餓以后再設計控制系統，或者是在一個系統上面設計另外一個系統。這種設計能夠有效的將整個總的系統的設計難度降低，降低整個系統中的復雜性，但是這種設計也同樣的存在著一種缺陷，設計者在設計過程中呢，將設計的重心放在了兩個分開的系統上面，這樣的設計在一定的程度上面講兩個系統，兩個領域的融合度降低了，兩個不能很好的相結合，減少了兩個系統之間的聯系和對彼此的作用。這種設計不能從本質上面解決柔性臂結構和控制系統之間本來就存在著的矛盾反而將兩者之間的矛盾更加明顯化。因此，要想將整個系統的工作能力提高，就要重新對柔性臂結構和控制系統進行新的設計，建立一種新的模型并且將這兩者之間本身固有的矛盾進行改進，進而最好能逐漸消除這兩者之間的矛盾。
三、建立柔性臂結構和控制系統設計中的新型的模型。
在建設模型中呢，要盡可能的將力學理論和力學的使用方法得到應用。在一定意義上面，柔性臂結構是一種力學的系統，所以在設計柔性臂結構和控制系統上，力學理論的有效利用是必不可少的。
對于柔性臂結構和控制系統的建立模型的方法有很多，比如說有配置結構的特征法，控制模型動態法……等等一些方法。此刻，來介紹一下配置結構的特征法，控制模型動態法。
配置結構的特征法：配置結構的特征法是根據周圍的工作環境，周圍環境的變化來將系統進行不間斷的改變，進而將系統的動態性這個特點得到優化。設計這個模型的時候，這個模型將能夠用最直接的方式來滿足不斷變化著的工作環境和一些設定量。始終系統的動態是由系統的根本所要求的。這種方法能夠有效的解決柔性臂結構和控制系統設計中的問題，將系統的穩定性得以提高。
控制模型動態法：根據動態理論，不管是系統還是一般的普通的結構的動態，在一定量的空間里面來看，能夠在這一定量的空間里面沒有限制的不斷的變動，這就是動態理論。這樣沒有限制的在一定量的空間里面變動就是將模型動態加以轉變，使得只有幾個模型動態在那個一定量空間里面改變。這便是控制模型動態法。這類法子可以將這些空間模型進行分割，將這些進行分割以后，在不改變這些控制模式狀態的條件下面，能夠有效的優化柔性臂結構和控制系統設計，有效的解決柔性臂結構和控制系統設計中的問題。
最適合，次要適合控制法：最適合控制法是指在相同前提條件下，這種方法能夠同時的照顧到系統設計的不同方面。因此這種模型建立法一般都是被使用在已經有一定的模型基礎上面，從而將設計模型達到最優的標準。次適合控制法是指在設計模型的時候沒有辦法照顧到各個方面，但是在一定程度上面將系統的性能加以優化。即使沒有辦法將柔性臂結構和控制系統設計達到最佳狀態但是也是能將柔性臂結構和控制系統設計達到很好的狀態。因此，現在在柔性臂結構和控制系統設計中最適合，次要適合控制法是較常使用的方法。
四、結語
在柔性臂結構和控制系統設計中，設計這兩個系統是一個相當困難的研究，因為柔性臂結構和控制系統設計中牽涉了很多的方面，有之前就講到的動力學，還有統計學里面的系統的最優目標法，系統的控制觀念，計算機等一系列的高科技學科的運用。要想在柔性臂結構和控制系統設計中達到最優的控制，就要創立更加合適，更加有利于這柔性臂結構和控制系統設計的模型。有效模型的設計有利于柔性臂結構和控制系統設計。因此在設計之前，設計者要以最優目標位前提來設計柔性臂結構和控制系統設計的模型。
參考文獻
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為積極響應國家“十三五”和《中國制造2025》發展戰略，廣汽集團提出了“1513”發展戰略，包括1個目標，5大板塊，1個重點，3大突破，并圍繞“1513”戰略，有序地推進產能布局、產融結合等重點項目，強化產業協同效應，深入發展新技術研發，新綠色環保業態的發展，從而全方位地提升廣汽集團的核心競爭力。廣汽集團董事長曾慶洪表示：“新能源汽車及智能網聯是全球汽車工業的發展方向，給中國汽車產業既帶來挑戰也帶來機遇?！濉陂g，廣汽集團明確提出實現‘電動化、智能化、網聯化’方面的重大突破，努力推動全球盡快進入低碳智能出行時代?！?/p>
關鍵技術研發助力中國制造
目前，廣汽已具備了對動力電池系統、電機、電機控制器等新能源零部件同步開發能力和整車控制器開發能力；搭建了新能源整車動力系統拓撲結構及整車仿真平臺，可實現整車控制策略平臺設計開發。
同時，在智能網聯領域，廣汽自主品牌一直堅持正向開發，在車聯網、電子電器、X-ECU、新能源等方面已形成了技術積累。自主研發的Injoy交互系統擁有遠程控制、車況定位、緊急救援等18項強大功能；此外，無人駕駛汽車WitStar Ⅱ，目前已具備局部區域內任意預設兩點的全自動無人駕駛能力。
從廣汽整車制造二部車間可以看到，近300臺機械手臂有效提升生產效率并保持高品質的一致性。廣汽傳祺第二生產線的建設是充分考慮SSC原則（Simple、Slim、Compact），通過物聯網技術實現全過程物流智能自動化，投資降低15%，零部件庫存減少70%，庫存資金減少50%，質量成本降低30%，完全達到國際先進水準。人與設備緊密配合，實現“人機最佳平衡”，可以自動識別車型和配置，實現了智能化生產，在人機工程優化、機器人離線編程等領域實現全面核心技術系統標準。
智能制造代表了中國汽車和中國工業的發展方向，廣汽傳祺通過不斷優化產能、改善質量、提高效率，打造出集廣汽全球研發網、廣汽生產方式、全球供應鏈體系為一體的世界級造車體系。未來廣汽將以廣汽生產方式為核心建立信息物理融合系統，大力發展智能制造技術，打造智能工廠，實現智能生產和智能物流，全面踐行《中國制造2025》。
智能制造+創新研發+生態小鎮
日前，總體規劃面積約7500畝的廣汽智聯新能源汽車產業園已經正式開工建設。產業園將圍繞“智能制造+創新研發+生態小鎮”三大領域，重點布局汽車制造、汽車研發、汽車金融、汽車文化、汽車旅游、汽車商貿等六大業態，形成“一軸兩廊三區”的功能分區（“一軸”是產城融合生態軸；“兩廊”是七沙涌生態廊道、金山―蓮花山生態廊道；“三區”是智能制造區、創客服務區、生態小鎮），發展成為“中國制造2025”發展典范、國家級創新創業示范基地、智聯新能源汽車生態小鎮，打造智能、開放、創新、綠色、共享、生態的國際智聯新能源汽車產業創新生態城，建成后將對廣汽集團合資企業和社會開放，并共享研發生產銷售平臺。
與此同時，產業園還將全面整合廣汽集團、互聯網企業、合作伙伴等研發能力，構建起多功能的綜合產業鏈生態系統，提倡產業組團式發展的空間布局，帶動產學研一體化發展；搭建開放式的創客空間，吸引國內外高端人才，實現技術突破與創業孵化功能，建設面向全球頂尖研發人才、高端技術等資源的共享平臺。
預計到2025年，產業園將吸引多家研發機構、超2000名研發人員入駐，形成覆蓋創業投資企業、金融、文化商貿等具有核心競爭力的整車制造或核心零配件生態產業園。
此外，園區還將探索宜居宜業宜游的產城融合新業態，建設以“汽車+”為特色的系列項目，打造智聯新能源汽車生態小鎮。
積極融入
“一帶一路”倡議建設當中
近年來，中國汽車在國際市場上的影響力日益增強，廣汽傳祺積極沿“一帶一路”展開布局，在科威特、尼日利亞等14個國家搭建銷售和服務渠道營銷網絡。憑借中高端產品定位、高品質和性價比，廣汽傳祺的中高端品牌形象已深入人心，改變了部分外國人對中國產品低端、低檔、低利潤的保守印象，并逐步在中東、非洲、東南亞地區站穩腳跟，領跑中國汽車品牌當地市場銷量，成為消費者口中的“最好中國品牌”。
2016年5月，廣汽傳祺提供GS4、GA6、GS5 Super、GA3S四款車型，在巴林F1賽車跑道舉辦“沒有彎道的傳祺世界”試乘試駕活動，吸引了當地經銷商集團代表、媒體記者和逾千位慕名而來的客戶參加體驗，廣汽傳祺憑借優越的產品品質在當地樹立了良好口碑。