2023年黑龍江省專業技術人員繼續教育知識更新培訓
機械工程專業作業
說明：中、高階職稱學員「專業課作業」為論述題1-5題；同時提交左右「學習心得」一篇。
所有學員均需按要求提交「公需課作業」。
作業提交時間：以**通知為準。
論述題1.本課程分別著重講述了移動機械人中具有代表性的輪式移動機械人創新設計基礎理論與技術。試分別論述輪式移動機械人、操作臂型機械人、足式步行機械人的實用化優缺點，並進一步思考論述可以互相擬補它們各自不足的創新設計新思路。
答：輪式機械人特點：加速快，以一定速度跑起來的話一般只需較小的驅動力，省能。
2.操作臂型機械人是最早用於工業生產中的實用化機械人型別並以取得廣泛應用，試就自己所從事的行業論述操作臂型機械人可以實用化的設計方案（可選型現有工業機械人商品也可自行創新設計操作臂機械人方案）及應用操作臂機械人作業方案設計。
答：機械人技術是乙個集環境感知、軌跡規劃、機械手應用等功能於一體的機電一體化系統。它是集中了計算機、機構學、感測技術、電子技術、人工智慧及自動控制等多科而形成的高新技術。
本次課程設計的採摘機械人智慧型小車就是這種高新技術綜合體的一種嘗試。採摘機械人智慧型小車主要由機械系統，環境識別系統，運動控制系統及機械臂控制系統組成。小車以微控制器為核心，附以外圍電路，採用光電檢測器進行檢測故障和循跡，並用軟體控制小車及機械臂的運動，從而實現小車的自動行駛、轉彎、尋跡檢測、避障、停止及採摘等功能的智慧型控制系統。
前言果實採摘是農業生產的重要環節，其季節性強、勞動量大且費用高。因而許多國家開始研發智慧型控制的果實採摘機械人。果實採摘機械人作為農業機械人的一種型別，目前在日本、美國與荷蘭等國家已有研製和初步使用，主要用於採摘番茄、黃瓜、士多啤梨、葡萄、西瓜、甜瓜、蘋果、柑桔與甘藍等蔬菜和水果，具有很大的發展潛力。
各類果實採摘機器形式多樣，但主要由機械手、末端執行器、視覺系統、控制系統與行走系統等部分組成。本文介紹了智慧型車及採摘機械人系統。它是在智慧型循跡小車的基礎上，自主設計乙個球形果採摘的機械手並裝配到原有的智慧型小車上，完成採摘機電一體化系統的設計、製作，進行機械人運動控制規劃，控制機械人完成一系列複雜動作，如手抓張合、車體迴轉，智慧型循跡避障、協同作業等任務。
3機械手方案論證
3.1機械手臂方案設計
設計方案有如下三種:
a方案如圖3-1（a）所示。由於手臂要執行採摘作業，於是我們首先想到了平行四邊行的穩定性，便設計了如下方案。該方案穩定性較好，使用電機數量也少，節約了成本，但它同時也限制了機械手的靈活性，且機械手不能抓取地面上的物體，縮小了機械手的操作空間。
圖3-1（a）
b方案如圖3-1（b）所示。該方案改進了方案a的機械手不能抓取到地面的缺點，但z軸轉動只能靠小車的轉動來實現，耗能多，不符合「多動小關節、少動大關節」原則，而且需要控制車輪方能實現，車輪依靠步進電機控制，從而給程式設計和後期除錯帶來不便。
圖3-1（b）
c方案如圖3-1（c）所示。該方案在基座處又加了乙個電機，改進了方案b的缺點，在球形果偏離預定位置時仍能通過腰關機的轉動來實現作業，增強了機械手的靈活性,並能實現預定工作空間。
圖3-1（c）
經過分析比較我們最終選定方案c。
3.2機械手爪方案設計
方案一如圖3-2（a）所示。該方案手爪張合靈活且結構簡單，易於實現，但由於其為懸臂結構且鋁合金材料強度有限，不能抓取強度很大的物體。
圖3-2（a）
方案二如圖3-2（b）所示。該方案了在支撐手爪處增加乙個平行四邊行機構，增加了手爪的強度和穩定性，且抓取自如，方便靈活。
圖3-2（b）
4硬體設計
4.1機械手臂的設計
4.1.1機械一尺寸的確定
設計用的尺寸包括：小車的高度75mm，機械手所能達到的總高度為200-400mm，小車在採摘時機械手機座距球形果175mm，球形果直徑38-40mm，重量小於0.5kg。
動作時小車到球的水平位置分別為350mm。
根據實際的要求尺寸進行設計，首先我們需要確定手臂一的高度，手臂一的高度將會很大程度上影響手臂的長度，根據計算，手臂末端要達到的豎直高度為200mm，如果機座太高則整個機械手穩定性將降低，而機座太低則手臂長度便會相應增長，影響其強度，因此選機座高度為40mm；樣基座將不會非常的穩定，為此，我們採用在三角鋁合金的下面加木質墊片來穩定其位置，並用木質的支撐來支援基座，這樣也可以很好的吸收舵機工作時產生的震動。
圖4-1機械手抓球時的位姿
4.1.2機械臂
二、三尺寸的確定
根據要求，基座到球形果的距離即機械手最大高度為400mm，而小車在採摘是的停車位置距球形果175mm。為保證機械手能採摘到球形果，我們選定與末端執行器相連的手臂長為175mm；而為保證機械手能達到最大高度，我們選定與機座相連的手臂長為200mm。橫向距離：
175+200=375>350mm；垂直距離：200+175+40=410>400mm，即所設計的尺寸符合任務要求。
4.2 機械手爪設計
手爪的外形如圖所示，球形果的直徑為30mm-80mm。為保證在採摘過程中不致損傷球形果表面，在手爪上需要加裝海綿，讓手爪能夠有效的抓緊球形果。海綿的長度設計為80mm，同時設定手爪內部的海綿厚度為5mm，這樣兩邊的厚度加和為10m。
並且保證小球在被夾緊時手爪是平行的（這樣可以更有效的夾緊）
5軟體設計
5.1位移分析
分析確定連桿引數
圖5-1 機械手初始位姿
5.1.1運動學正解
說明：由幾何關係算得連桿轉角，帶入驗證x y z 的座標關係。a1 a2 a3 表示連桿1、2、3的轉角。最後解得，矩陣最後一列表示小球在原點座標系中的位置。
a1=0*pi/180;
a2=150*pi/180;
a3=-60*pi/180;
a4=0*pi/180;
d1=40;
d2=0;
d3=0;
d4=176;
%連桿間齊次變換矩陣
t10=[cos(a1) -sin(a1) 0 0;sin(a1)*cos(0) cos(a1)*cos(0) -sin(0) -d1*sin(0);
sin(a1)*sin(0) cos(a1)*sin(0) cos(0) d1*cos(0);0 0 0 1];
t21=[cos(a2) -sin(a2) 0 0;sin(a2)*cos(pi/2) cos(a2)*cos(pi/2) -sin(pi/2) -d2*sin(pi/2);
sin(a2)*sin(pi/2) cos(a2)*sin(pi/2) cos(pi/2) d2*cos(pi/2);0 0 0 1];
t32=[cos(a3) -sin(a3) 0 201;sin(a3)*cos(0) cos(a3)*cos(0) -sin(0) -d3*sin(0);
sin(a3)*sin(0) cos(a3)*sin(0) cos(0) d3*cos(0);0 0 0 1];
t43=[cos(a4) -sin(a4) 0 0;sin(a4)*cos(-pi/2) cos(a4)*cos(-pi/2) -sin(-pi/2) -d4*sin(-pi/2);
sin(a4)*sin(-pi/2) cos(a4)*sin(-pi/2) cos(-pi/2) d4*cos(-pi/2);0 0 0 1];
t=t10*t21*t32*t43
t = -0.0000 -0.0000 -1.0000 -350.0711
0.0000 1.0000 -0.0000 -0.0000
1.0000 -0.0000 -0.0000 140.5000
0 0 0 1.0000
5.1.1運動學反解
說明：代入座標x=-350，y=0， z=140。根據等式左右兩端對應相等。解出關節旋轉角度。選擇最優解。
syms a1 a2 a3
a4=0*pi/180;
d1=40;
d2=0;
d3=0;
d4=176;
x=-350;
y=0;
z=140;
t10=[cos(a1) -sin(a1) 0 0;sin(a1)*cos(0) cos(a1)*cos(0) -sin(0) -d1*sin(0);
sin(a1)*sin(0) cos(a1)*sin(0) cos(0) d1*cos(0);0 0 0 1];
t21=[cos(a2) -sin(a2) 0 0;sin(a2)*cos(pi/2) cos(a2)*cos(pi/2) -sin(pi/2) -d2*sin(pi/2);
sin(a2)*sin(pi/2) cos(a2)*sin(pi/2) cos(pi/2) d2*cos(pi/2);0 0 0 1];
t32=[cos(a3) -sin(a3) 0 201;sin(a3)*cos(0) cos(a3)*cos(0) -sin(0) -d3*sin(0);
sin(a3)*sin(0) cos(a3)*sin(0) cos(0) d3*cos(0);0 0 0 1];
t43=[cos(a4) -sin(a4) 0 0;sin(a4)*cos(-pi/2) cos(a4)*cos(-pi/2) -sin(-pi/2) -d4*sin(-pi/2);
sin(a4)*sin(-pi/2) cos(a4)*sin(-pi/2) cos(-pi/2) d4*cos(-pi/2);0 0 0 1];
t=t10*t21*t32*t43;
f1=x-t(1,4);
f2=y-t(2,4);
f3=z-t(3,4);
[a1,a2,a3]=solve(f1,f2,f3,a1,a2,a3);
%轉化為角度值
a11=vpa(a1*180/pi,6)
a22=vpa(a2*180/pi,6)
a33=vpa(a3*180/pi,6)
a11 =
-.761823e-15
-180.000
-180.000
-.761818e-15
a22 =
149.960
30.0398
1.85098
178.149
a33 =
-59.7578
-120.242
-59.7578
-120.242
5.2速度分析
說明：先求出雅克比矩陣，我們可以得到末端執行器速度與各關節的速度關係。在末端執行器速度已知的情況下求的各關節的速度。
專業課作業一
簡答題 1.輪式移動機械人有哪些特點？答 同腿是步行機械人相比，加速快，以一定速度跑起來的話一般只需較小的驅動力，省能。2.輪式移動機械人的移動運動與汽車有何不同？又是通過什麼樣的機構實現這種與汽車不同的移動的？答 與汽車不同，有可以朝著任一行進方向移動的移動機械人，它是通過全方位移動機構來實現的。...
2019建築專業課作業一
專業課作業一 1.建築選址應考慮哪些因素?答 1.地形條件對建築能耗的影響 建築的選址應根據氣候分割槽進行選擇。對於嚴寒或寒冷地區，選址時不宜布置在山谷 窪地等凹形地域。主要是考慮冬季冷氣流在下凹地里形成對建築物的 霜洞 效應，位於凹地的底層建築需要保持所需室內溫度會多消耗一部分採暖能量。對於夏季炎...
2023年知識更新專業課作業
9.繪製倒置式屋面構造簡圖 答 倒置屋面是將保溫層設在防水層之上的構造。構造層次為 保溫層 防水層 結構層見圖4 6 b 由於保溫層的位置和通常的設定相反，所以也叫倒鋪保溫屋面。這種作法必須採用吸濕低 耐氣候性強的憎水保溫材料，如 聚氨脂和聚苯乙烯泡沫材料等，而且上面須用較重的覆蓋層壓住。如混凝土塊...