时间：2023-03-02 15:05:22
序论：在您撰写工业机器人毕业论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
由于机器人具有可靠性高、适应性强、功能强大的特点使其成为执行高危险任务的理想平台，具有步行能力的机器人更是该领域研究的前沿课题。
本论文为6腿机器人控制系统研究与设计，采用了1种分层控制系统结构，采用1点对多点的串行通信模式。论文对单关节控制器的数学模型进行了简单研究并采用PID控制算法对关节的位置控制进行控制。完成了基本的硬件设计，包括主从控制器的设计，主从通讯设计，延时及驱动电路的设计，传感器及其信号处理的设计。在软件设计方面，给出了主从通讯，步态算法的软件实现程序框图。
关键词：6腿机器人、Motorola MCU、PID控制、主从通讯、编码器、步态
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
机器人学是迅速发展的交叉性学科，但世界各国对机器人的定义各不相同，联合国标准化组织采纳美国机器人协会给“机器人”下的定义:“1种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、0件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统”。
机器人技术成为高科技应用领域中的重要组成部分。可以预言，机器人技术具有广阔的发展前景，它正向着具有行走能力、对环境的自主性强、具有多种感觉能力的智能机器人的方向发展。机器人技术的进展与其在各个领域的广泛应用，引起了各国专家、学者的普遍关注。许多技术先进国家均把机器人技术的开发、研究列入国家高科技发展计划，进行大力研究。机器人学作为1门边缘学科，成为当前高科技发展的前沿学科，它与高等动力学、材料科学、近代电子学、计算机科学、自动控制理论与系统、传感技术、人工智能、仿生学、系统工程等学科关系密切，相互渗透，共同发展。机器人的要害是自动控制，是计算机与人工智能的结合，它解决CAD, CAM, CAE等1系列问题。机器人先进程度和功能的强弱，通常直接受到其控制技术的影响。由于机器人动力学模型具有变参数强耦合、高度非线性的特点，机器人控制要求精度高与速度快;并具有通用性、柔软性与灵活性，它在很大程度上依赖于机构运动学和动力学分析、感知能力与伺服技术。现代控制理论的发展、高级控制策略的探求，新1代计算机的出现与人工智能开发将给机器人技术带来新的生机。
机器人学是迅速发展的交叉性学科，但世界各国对机器人的定义各不相同，联合国标准化组织采纳美国机器人协会给“机器人”下的定义:“1种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、0件、工具的操作机:或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统”。
机器人可分为固定式和行走式。1般的工业机器人如立柱式、机座式和屈伸式机器人大部分为固定式.但是随着海洋科学、原子能工业及宇宙空间事业的发展甚至人类娱乐的需要，可以预见，具有智能的可移动机器人、能够自行的柔性机器人肯定是今后机器人的发展方向。
光阴似箭，岁月如梭。转眼间，四年的本科生涯已经接近尾声。回想起这几年的学习生活，回想起这些年经历与成长，回想起那些帮助过我的人，感激之情，油然而生。
衷心感谢我的指导老师谷良贤教授。从课题选题到论文结束，谷老师不仅给我提供了便利的工作条件和工作环境，还对我悉心的指导和热情的鼓励，使我能够顺利地完成毕业论文。谷老师与航天四院联系，才使我得到了宝贵了资料与模型。在完成论文的过程中，谷老师提出了许多宝贵的方法，对我论文的结构与内容提出了很多细致的修改意见。谷老师严谨的治学态度，认真负责的精神深深影响着我，将成为我今后人生道路上的一笔宝贵的财富。
衷心感谢我的研究生导师龚春林副教授。在保研之前就听说龚老师，工作认真、学术严谨，对待学生真诚友善。在完成论文的这半年多时间里，深刻感受到了龚老师治学、为人的人格魅力。由于龚老师的指导，使我对火箭总体设计、气动特性参数化设计、弹道数值仿真计算有了更深层次的理解，还培养了我提出问题与解决问题的好习惯。
感谢航天四院中天火箭公司为我毕业设计提供宝贵的数据与模型，是他们的技术支持，才让我的毕业论文顺利完成有了保障。
感谢航天系统工程系教研室、陈兵、郭金雷、王昂、仇理宽等师兄，王青、张青等师姐。他们在我做毕业设计的半年多时间内，一直给我提供无私的帮助。在弹道设计、气动特性计算、结构仿真方面，不仅给我提供了大量的有价值的参考资料，还详细给我解释了我所遇到的学术上的许多难点和疑点，教我做科研的方法和思路，使我能更快地适应今后的学习和工作。
感谢康博翼、赵成泽同学对我毕业论文中弹道计算与仿真的帮助；感谢胡寒栋、方海同学对我气动特性设计与仿真的帮助；感谢樊健平、朱海珍同学在结构机构设计与仿真中给我的支持；还感谢那些给予我帮助、支持与鼓励的同学，这里就不一一例举了。从确定保研至今，在航天北楼503教研室学习近10个月，这段时间跟同学们一起学习生活，不仅增长了知识，更增加了友谊，成为了我记忆中又一段美好的时光。
感谢航天学院09本科生辅导员顾振芳老师，从入学开始到现在，他对我学业、社会活动、科技竞赛上的关心与指导，才使我从大一的迷茫中走出来，才使我找到一条合适自己发展的道路。感谢机电学院王淑侠副教授、刘援越副教授，是她们对我在三维设计方面的指导，才使我多次获得国家级竞赛奖励。感谢西北工业大学教务处李辉副处长和舞蹈机器人创新实践基地指导老师黄英亮老师，在他们的支持下，完成了大型项目救援机器人的设计与实现，使我和我的团队的学术水平得到了进一步提高。
深深感谢含辛茹苦将我养育成人的父母，他们出身卑微、生活艰苦、工作劳累，却在我十八年的寒窗求学生涯中，无时无刻地牵挂着我的学习与生活，不仅为我提供可靠的物质基础，让我得以安心学习；更是给了我无尽支持与鼓励，让我在挫折与失败中能够重新获得力量。父母自力更生、艰苦奋斗的精神时刻鞭策着我，不仅促使我顺利完成本科生阶段的学习，更使我养成了自强不息的人生品格。感谢与我一起成长的姐姐，她一直对我关爱有加，使我有个快乐童年，得以健康成长。在小学与中学阶段，还对我学业给予指导。我们一起分享生活中的苦与乐，感受亲情的温暖。
最后，再次向所有给予我指导、关心、帮助、支持与鼓励的师长、亲人、朋友和同学致以深深的敬意和衷心的感谢，衷心地祝福他们身体健康，工作顺利，平安幸福！
2013年6月
关键词 毕业设计 机器人 本体设计 本科生
中图分类号：G642.477 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.04.019
Abstract Robots are the hot topic in graduation design of many undergraduates from engineering majors currently. Body is the most important part of a robot， and its design is the basis of other parts of the robot， such as control， vision and touch. In this paper， the common mistakes of graduation design of undergraduates about robot bodies are summarized and the corresponding solutions are provided. This work will help undergraduates to design robot bodies better， and to give some references to the relevant instructor to control the quality of graduation design.
Key words graduation design； robot； body design； undergraduates
0 引言
C器人作为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志，是中国实现中国制造2025的关键。机器人已成为高校工科专业关心的热门主题，许多工科专业本科生的毕业论文主题与机器人有关。毕业设计是普通高等学校培养人才极为重要的教学环节，旨在煅炼学生综合应用所学的各种理论知识和技能进行全面、系统地解决实际问题的能力。然而，许多本科生在毕业设计中对机器人本体进行设计时，对一些重要的设计方法理解不到位，进行了错误的设计。
1 机器人本体运动学计算分析中的常见错误分析
机器人的运动学分析包含位置正反解、速度正反解和加速度正反解。运动分析是机器人力学分析、工作空间分析和控制系统设计的基础。因此，只要本科生的毕业设计中涉及机器人本体设计，必然包含运动学分析。运动学分析的核心是建立位置正反解、速度正反解、加速度正反解的数学模型。许多本科生在进行机器人的运动学计算分析时常出现如下错误。
1.1 位置分析中运用解析法和数值法的错误分析
位置求解的本质是求解一组有约束方程构成的非线性方程组。解析法是指从约束方程求解出描述机器人的驱动输入角（线）位移与末端执行器输出位姿之间关系的一个严格的函数表达式。这种函数表达式的重要特征是给出任意的自变量就可以求出其因变量。数值法是指在给定驱动输入位移（或末端执行器输出位姿）条件下对约束方程采用某些数学算法，如数值逼近法、插值法等获得一个近似于真实末端执行器输出位姿（或驱动输入位移）的解。一般而言，位置分析更希望得到解析解，因为有了解析解，后续的运动性能分析、力学性能分析和工作空间分析更加方便，但很多时候只能得到位置分析的数值解。
对于机器人位置分析，本科生在毕业设计中常见的错误如下：
（1）误判解析解和数值解。根据机器人中的几何限定关系列出约束方程后，仅仅从方程的形式上很难判断出它们是否能被解析法求解。由于有的解析求解过程较为复杂，许多本科生在求解过程遇到困难时就断定没有解析解，但实际上解析解却存在。
（2）把解析法误认为数值法。有的学生在毕业设计中求解机器人本体的位置正解和反解时，有时把平台参数和杆长参数指定为具体数值，能够方便得到求解结果，却称这是数值解。
（3）乱用数学算法方法求得数值解。对于解析解分析过程太过复杂或用现有的数学手段无法得到解析解时，数值解是必然选择。但数值算法有很多，许多本科生在毕业设计中不知该选择那种算法才有效，大多是凭感觉选择。
对于上述错误，本科生在进行相关的毕业设计时应该掌握的一个一般规律：串联机器人位置反解和并联机器人的位置正解一般很难得到解析解，大多数只能通过数学算法得到数值解。其次，应该注意解析法和数值法的内涵区别，只有用了数值逼近、迭加或搜索等算法才能称为数值法。目前较为有效的数值算法是牛顿-拉夫逊方法，其要点是把非线性方程求解过程变成反复地对相应的线性方程进行求解的过程。
1.2 用求导法建立速度和加速度模型的错误分析
如果求出的位置解表达式不复杂，对其直接求导能得到速度模型，对其求二次导就可以得到加速度模型。但当位置解表达式很复杂导致它的导数不能求出时，只能采用别的方法进行速度和加速度模型。
本科生在毕业设计中一般都采用求导法来分析机器人的速度和加速度。如确实能求导的他们就列出求导后的结果。如本来不能求导的他们就只列出表示求导的式子，只是形式上完成了速度和加速度分析，这种做法实质上是错误的。
对于不能用求导法进行速度和加速度分析的机器人，基于螺旋理论的影响系数法是一个很好的方法。该方法不需要求导，能极简单显示表达出机器人本体的正反速度和加速度模型。
2 仿真分析中的错误分析
为了证明已建立的机器人的运动学数学模型是否正确，往往需要用计算机软件建立机器人的仿真模型进行分析验证。常用来建立机器人仿真模型的软件有Solidworks、UG、Matlab、Adams、Ansys等。只有当仿真结果与计算结果一致时，数学模型才能被认为是正确的。进一步才能将数学模型用于控制算法中，或用来分析机器人的性能。只有在正确的数学模型上所开展的研究才是有意义的。
但是关于仿真分析，一些本科生在进行毕业设计中出现了如下错误：
（1）将Matlab计算结果误认为是仿真结果。由于运动学分析中涉及的约束方程一般需要借助Matlab 软件编程求解。在程序中给定输入值可以得到输出值，进一步根据这些值可以绘制出曲线。一些本科生在毕业设计中误认为这些值和曲线就是Matlab仿真得到的。
（2）缺少计算值与仿真值的对比。一些本科生在毕业设计中虽然完成了仿真分析并列出了仿真结果，却没有和计算分析的结果进行对比。
（3）误认为毫米级误差就可以算正确。一些本科生在毕业设计中虽然进行了仿真结果和计算结果的对比，但有的出现了毫米级的误差，就认为这样的误差是可以忽略的，认为建立的数学模型是正确的。
τ谏鲜龃砦螅本科生在进行相关的毕业设计中应该正确认识用Matlab软件进行计算和仿真的区别：编写程序求解约束方程是计算而非仿真，Matlab软件中用于机器人本体仿真的模块是SimMechanics。仅仅列出仿真结果和计算结果，而不进行对比分析，那么仿真是没有意义的。由于计算机软件的计算和仿真默认的数值精度是10～8毫米，考虑到截断误差和累积误差，计算结果和仿真结果的误差一般是微米级。出现毫米级误差说明计算结果和仿结果是不一致的，需要重新检查数学模型和仿真模型，直到误差很小。
3 基于雅克比矩阵进行性能评价的错误分析
早期，关于机器人的研究主要集中在串联机器人。雅克比矩阵的条件数被用来评价串联机器人的灵活性和可操作性。近几十年，并联机器人取得了蓬勃发展。许多本科生在毕业设计中进行并联机器人的本体设计时，也用雅克比矩阵的条件数来评价其性能。然而， 2006年法国著名机器人专家Merlet 教授论证了不能用条件数来评价含有转动和移动输出的并联机器人。究其原因是有混合输出的并联机构的雅可比矩阵量纲不一致，将导致条件数没有明确的物理意义。
2006年后，许多并联机器人的专家开始了新的性能评价指标研究，主要集中在基于螺旋理论的力传递指标与运动传递指标。近些年机器人领域的国际和国内权威期刊上的论文基本没有用条件数来评价有转动和移动输出的并联机器人。因此，对于毕业设计中涉及有转动和移动输出的并联机器人，用雅克比矩阵的条件数来评价其性能是错误的，建议从力传递性能和运动传递性能指标来进行评价。
4 结论
机器人已成为高校工科专业师生研究的热门主题，许多大学生毕业论文大多涉及机器人本体设计。本文对本科生毕业设计中涉及机器人本体运动学计算分析，仿真分析和性能评价中的常见错误进行了分析，并提供了解决办法。本文的工作有助于本科生正确地进行机器人本体设计，提高毕业设计的质量。
参考文献
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[2] 薛彩霞.本科毕业设计（论文）存在问题及质量控制措施[J].高教论坛，2011（11）.
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[4] 黄真，赵铁石，赵永生.高等空间机构学[M].北京：高等教学出版社，2006.
第1章 引言1
第2章 设计思想2
第3章 编码数据设计4
3.1 控制系统的选择4
3.2 系统控制的编码设计4
3.2.1 编码器和计数器的原理及选择4
3.2.2 系统控制的参数设计7
3.3 计数器的控制与工作方式10
3.3.1 计数器的工作方式10
3.3.2 计数器的管理与控制10
3.3.3 计数器I/O端口分配11
心得体会 12
自动跟踪（AutoTrack）高速运动体的测量仪，它可以通过编程执行“智能巡逻”，即按照预先编程的巡逻路线扫描1个区域，当发现运动后，摄像机会停止继续执行巡逻的程序，而对目标图像变焦放大，并跟踪目标，以便将运动录像，并发出报警。这些动作都不需要操作人员的帮助，使操作人员能处理报警或采取其它行动。目前这种仪器的应非常的广泛，可广泛用于大楼、银行、机场、车站、海关、交通、电力、厂矿企业等安防监控场合，也在现代机器人尤其是工业机器人中应用，最为广泛的是在交通方面。
【关键词】高职 自动化专业 毕业设计教学 顶岗实习
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）12C-0168-02
当前，全球正在兴起新一轮工业革命，以机器人、人工智能、3D打印和新型材料等为代表的新科技革命和产业变革正在来临。它将极大改变传统的商品制造方式，并推动生产制造模式的变革，从而改变就业的格局。而作为信息技术的基础学科自动化技术则是这一轮工业革命的发展基石。与德国工业4.0相比，中国很多制造业还处于2.0、3.0阶段，其本质就是中国企业的自动化技术水平距德国企业的自动化技术水平还有相当大的差距，因此，如何尽快培养出能够适应当今科技产业革命的高水平自动化人才，就成为了高职教育的一个重大课题。
毕业设计是达到培养目标的重要环节。不仅能够培养学生的综合分析和解决工程实际问题的能力，而且还能够对学生的思想品质、工作态度及作风产生很大的影响。但近年来，高校不断扩招，高职教育规模不断扩大，高职原有的教学资源显得严重不足，能够跟得上潮流的新技术的教育资源更是凤毛麟角。因此，很多学生对毕业设计的重要性认识不够到位，毕业设计的质量也逐年下滑，甚至社会上有人提出取消毕业设计的建议。因此，如何改革毕业设计，提高培养质量成为高职教改的难点之一。
一、高职毕业设计教学中存在的问题
（一）毕业设计题目科学性不足。随着新一轮的技术革命和产业变革的到来，以“互联网+”“机器人”为代表的新技术正在不断地与传统的自动化技术相互融合，从而不断地改变现代企业的生产方式。然而以往的高职毕业设计，过于强调对以往所学知识进行全面总结，因此很多毕业设计题目要么过于理论化脱离实际，缺乏实用性；要么陈旧单一，重复率高。从而导致学生兴趣下降，降低了他们的主观能动性，势必影响学生的毕业设计质量。
（二）系统方案创新率低。首先大部分学生在选择毕业设计课题时，都会选择以前用过的或者相类似的题目，再者，所设计的系统方案也大都是书本上的翻版，缺少创新性的原创，而且重复率非常高。因此，毕业设计质量会大打折扣。
（三）系统设计实用性不足。由于大部分学生没有现场工作的实战经验，所以，在做系统设计时，要么操作不方便，要么安全性不够，要么与现场其他设备不匹配，要么性价比较低等，导致做出的系统设计往往脱离实际，从而降低了毕业设计的实用性。
（四）论文缺乏条理。首先由于大部分高职学生很少写过学术论文，所以，学生的毕业设计论文往往缺乏整体布局，因而论文中经常出现结构不完整，内容颠三倒四，上下两段明显割裂开来，缺乏自然过渡，层次不明，看起来费力，论证不得力，缺乏逻辑性等缺点，从而降低了毕业设计论文的质量。
（五）毕业答辩流于形式。由于每年扩招的学生不断地增多，就业压力不断地增大，所以找工作就成了学生们最重要的课题，因此，很多学校的毕业答辩就流于形式了，不仅毕业论文质量低下，答辩也就成了走过场。不仅无法达到毕业设计的培养目标，而且无法准确衡量毕业生的培养质量，同时对学校未来的就业也产生了很大的隐患。
针对以上问题，并结合自动化专业的特点，本文提出将毕业设计与顶岗实习进行有机结合起来，让学生在实际岗位中全面锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，从而提高毕业设计的质量。
二、毕业设计教学改革措施
（一）结合企业生产实际选题。学生可以将企业里的技术改造，产品开发，系统集成等科目内容，并根据自己的兴趣爱好，选择适合于自己的科目内容作为自己的毕业设计内容。自动化专业毕业设计的题目大概有如下几种类型：（1）技术改造型：以PLC或DCS为控制核心的工业现场集散控制系统的技术改造。（2）产品开发型：以单片机为控制核心的电子控制系统等装置产品的开发。（3）系统集成型：以PLC或DCS控制系统与以互联网技术相互融合的MES系统等集成系统。（4）实验研究型：以机电一体化为核心的机器人等新技术的实验研究。由于学生的毕业设计题目就是自己的实习内容，具有非常高的实用性，所以会激发学生的主观能动性，使学生主动地去学习了解相关的知识和技术，从而为完成高质量的毕业设计打下坚实的基础。
（二）加强技术指导。虽然参加顶岗实习的学生，都已经在学校学习过自动化专业的基本理论与基本知识，但是由于自动化学科的自身特点，使它能够在不同行业内与不同的专业技术相融合，比如与通信技术、互联网技术、液压技术、机械、数据库等技术相互融合，因此，就需要从企业里的技术人员或者专业人士中聘请为指导导师，对学生进行其相关专业或者行业知识的技术指导。不仅能够有效扩大学生的知识面，提高学生的综合运用能力，还能够有效减少系统设计漏洞等缺陷，大大增强了毕业设计的实用性。
（三）加大对实验装置的经费投入。随着自动化技术的迅猛发展，自动化装置的更新速度也在不断加快。为了让培养出的学生能够跟得上企业的发展步伐，就需要加大对新技术的实验装置的引进。通过对新实验装置的引入，既可以提高教师与学生的技术水平，还能够让做毕业设计的学生有了一个充分的展示平台。学生可以将自己的创新构想与才华在这个平台上充分的发挥，从而不仅能够提高毕业设计的技术水平，而且还能够提高学生的创新能力与实践能力，并将自己的知识技能和体验不断地提高与升华。
（四）加强论文写作指导。毕业论文是毕业设计工作的总结，因此要想写好毕业论文不仅需要前期的技术工作的积累，还涉及组织材料等相关写作技巧等知识。所以，学生可以从企业里的技术报告、技术方案、技术总结等各个方面入手，锻炼学生的写作能力。在撰写毕业论文的初期，可以帮助学生确定论文的整体布局和结构，在初稿完成后，可以帮助学生检查内容、逻辑、语句、格式等方面的错误，提高学生的写作水平，从而不断提高毕业论文的质量。
（五）深入企业开展毕业答辩。毕业设计是衡量高职毕业生培养质量的重要标尺，也只有能够解决实际问题的毕业设计才具有实用价值，才符合培养学生实际动手能力的需求。将企业里的技术专家与学校内的专业老师组合成的答辩专家，能够更加全面地检验学生的毕业设计质量。通过企业里的技术专家现场出题，可以有效检测学生是否能够把所学的理论知识与生产实践有机地结合起来，同时能够给予学生更加全面专业的建议，从而帮助学生获得最快的成长。同时企业也能够通过此类答辩发现适合自己企业所需求的技术人才，同时有效地促进了学校的就业。
总之，毕业设计是专业教育的重要组成部分，通过将毕业设计与顶岗实习相结合，能够有效培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能分析、解决工程实际问题的能力，希望能够为我国的企业转型升级所需的技能人才的培养有一定的作用。
【参考文献】
[1]郭红霞，贾丰春，郑舒.高职高专毕业设计教学改革与实践[J].河南机电高等专科学校学报，2011（4）
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[3]黄永文，王海燕，葛继科.基于培养创新能力的本科毕业设计教学改革[J].重庆科技学院学报，2012（17）
[4]徐丽玉，邓嘉明.地方高校二级学院教学质量监控的研究[J].柳州师专学报，2015（2）
【基金项目】2014年度广西教育厅科研项目（YB2014497）
关键词：上肢康复训练机器人 青岛大学硕士开题报告范文 青岛论文 开题报告
一、 选题的目的和意义
据统计,我国60 岁以上的老年人已有1.12 亿。伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降，进而对日常的生活产生了种种不利的影响。此外，由于各种疾病而引起的肢体运动性障碍的病人也在显著增加，与之相对的是通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗已经远不能满足患者的要求。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到更多人的关注，治疗康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高，因此服务于四肢的康复机器人的研究和应用有着广阔的发展前景。
目前世界上手功能康复机器人的研究出于刚起步状态，各种机器人产品更是少之又少，在国内该领域中尚处于空白状态，临床应用任重而道远，因此对手功能康复机器人的研究有广阔的应用前景和重要的科学意义。
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题：康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。本课题针对以上问题，采用气动人工肌肉驱动的手指康复训练机器人实现手指康复训练的多自由度运动，不仅降低了设备成本，更重要的是提高了系统对人类自身的安全性和柔顺性，且具有体积小，运动的强度和速度易调整等特点。
课题的研究思想符合实际国情和康复机器人对系统柔顺性、安全性、轻巧性的高要求 。它将机器人技术应用于患者的手部运动功能康复，研究一种柔顺舒适、可穿戴的手功能康复机器人，辅助患者完成手部运动功能的重复训练，其轻便经济、穿卸方便，尤其适于家庭使用，既可为患者提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健。
综上所述，气动人工肌肉驱动手指康复训练机器人的设计是气压驱动与机器人技术相结合在康复医学领域内的新应用，具有重要的科学意义。
二、 国内外研究动态
2.1 国外研究动态
美国是研究气动肌肉机构最多的国家，主要集中在大学。
华盛顿大学的生物机器人实验室从生物学角度对气动肌肉的特性作了深入研究，从等效做功角度建模，并进行失效机理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射运动控制研究。
vanderbilt 大学认知机器人实验室(cognitive robotics lab, crl)研制了首个采用气动肌肉驱动的爬墙机器人，并应用于驱动智能机器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利诺伊大学香槟分校的贝克曼研究所对图像定位的5自由度soft arm 机械手采用神经网络进行高精度位置控制和轨迹规划。亚利桑那州立大学设计了并联弹簧的新结构气动肌肉驱动器，可以同时得到收缩力和推力，并与工业界合作开发了多种用于不同部位肌肉康复训练的小型医疗设备。
英国salford 大学高级机器人研究中心对气动肌肉的应用作了长期的系统研究，开发了用于核工业的操作手、灵巧手、仿人手臂以及便携式气源和集成化气动肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的远程控制。
法国国立应用科学学院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了气动肌肉的动静态性能和多种控制策略，目前正在研制新型驱动源的人工肌肉以及在远程医疗上的应用。
比利时布鲁塞尔自由大学制作了新型的折叠式气动肌肉用于驱动两足步行机器人，实现了运动控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又发明了多种不同结构的气动肌肉。德国festoon 公司发明了适合工业应用的气动肌腱fluidic muscle，寿命可达1000万次以上，同时还对气动肌肉的应用作了许多令人耳目一新的工作。英国shadow 公司研制了目前世界上最先进的仿人手。美国的kinetic muscles 公司与亚利桑那州立大学合作开发了多种用于肌肉康复训练的小型医疗设备。
lilly采用基于滑动模的参数自适应控制策略，实现了单气动肌肉驱动的关节位置控制。
2.2 国内研究动态
自20 世纪90 年代以来，我国陆续开始了气动肌肉的研究。
北京航空航天大学的宗光华较早开始气动肌肉的研究，分析了其非线性特性、橡胶管弹性及其自身摩擦对驱动模型的影响，并应用于五连杆并联机构，通过刚度调节实现柔顺控制。
上海交通大学的田社平等运用零极点配置自适应预测控制、非线性逆系统控制以及基于神经网络方法，实现单自由度关节的快速、高精度位置控制。
哈尔滨工业大学的王祖温等分析了气动肌肉结构参数对性能的影响、气动肌肉的静动态刚度特性以及与生物肌肉的比较，提出将气动肌肉等效为变刚度弹簧，设计了气动肌肉驱动的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反馈数据手套和6 足机器人，采用输入整形法解决关节阶跃响应残余震荡问题。
北京理工大学的彭光正等先后进行了单根人工肌肉、单个运动关节以及3 自由度球面并联机器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神经网络等多种智能控制算法，并设计了6 足爬行机器人和17 自由度仿人五指灵巧手。
哈尔滨工业大学气动中心的隋立明博士也通过实验得到了气动人工肌肉的一个更简洁的修正模型和经验公式并对两根气动人工肌肉组成的一个简单关节系统进行实验建模和采用位置闭环的控制方法进一步验证气动人工肌肉的模型。
上海交通大学的林良明也对气动人工肌肉的轨迹学习控制进行了仿真研究给出了学习的收敛性的初步结论为下一步的学习控制奠定了基础。其中田社平通过对气动人工肌肉收缩在频率域上的数学模型并对它的结构及其静动态特性进行了理论分析建立了相应的静态力学方程。
2003年付大鹏等，以机械手抓取物体为分析对象，采用矩阵法来描述机械手的运动学和动力学问题，以四阶方阵变换三维空间点的齐次坐标为基础，将运动、变换和映射与矩阵计算联系起来建立了机械手的运动数学模型，并提出了机械手运动系统优化设计的新方法，这种方法对机械手的精密设计和计算具有普遍适用意义。
2005年车仁炜，吕广明，陆念力对5自由度的康复机械手进行了动力学分析，将等效有限元的方法应用到开式的5自由度的康复机械手的动力分析中，这种方法比传统的分析方法建模效率高、简单快捷，极其适合现代计算机的发展，的除了机械臂的动力响应曲线，为机械手的优化设计及控制提供理论依据。
2008年北京联合大学张丽霞，杨成志根据拿取非规则物品的任务要求，采用转动机构和连杆机构相结合，设计了五指型机器手，手指弯曲电机与指间平衡电机耦合驱动，实现了机器手的多角度张开、抓握运动方式,对实用型仿人机器手的机构设计有参考意义。
2009年杨玉维等人对轮式悬架移动2连杆柔性机械手进行了动力学研究与仿真，。采用经典瑞利.里兹法和浮动坐标法描述机械手弹性变形与参考运动间的动力学耦合问题， 综合利用拉格朗日原理和牛顿.欧拉方程并在笛卡尔坐标系下，以矩阵、矢量简洁的形式构建了该移动柔性机械手系统的完整动力学模型并进行仿真。
2009年罗志增，顾培民研究设计了一种单电机驱动多指多关节机械手，能够很好的实现灵巧、稳妥的抓取物体，这个机械手共有4指12个关节。每个手指有3个指节，由两个平行四边形的指节结构确保手指末端做平移运动，这种设计方案很好的实现了控制简单、抓握可靠的目的。
从目前来看，国内对气动人工肌肉的研究仍处于刚起步的阶段。有关气动人工肌肉的研究与国外还有相当的差距对气动人工肌肉中的许多问题，还没有进行深入的研究。此外，采用气动人工肌肉作为机器人驱动器的研究还不成熟。
三、 主要研究内容和解决的主要问题
目前大多数手功能康复设备存在以下一些问题:康复训练过程中，缺乏对关节位置、关节速度的观测和康复力的柔顺控制，安全性能有待提高;大多数手功能康复设备没有拇指的参与;感知功能差，对康复治疗过程的力位信息和康复效果不能建立起有效地评价。为此，课题主要研究内容：设计一种结构简单，易于穿戴，并且安全、柔顺、低成本，使用方便的气动手功能康复设备。对气动手指康复系统进行机构运动学分析、用mat lab软件对康复训练机器人的康复治疗过程的力位信息进行仿真分析。
要实现上述的目标，系统中需要着重解决的关键技术有：
(1)基于已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分的设计，对手指康复训练方法分析和提炼。 主要包括：人手部的手指弯曲抓握动作分析，气压驱动关节机构自由度的优化配置。使机械手能够实现手指的弯曲、物体的抓握等手部瘫痪患者不能实现的动作。
(2)对机器人机械机构的运动学分析。主要包括：气压驱动的手指关节外骨骼机械机构的运动学分析。
(3)机器人机构的力位信息仿真。主要包括：用mat lab软件进行机器人气压驱动终端的力位信息 仿真。
根据总体方案设计以及工作量的要求，外附骨骼机械手系统是上肢康复训练机器人的一部分，本文主要是研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
四、论文工作计划与方案
论文工作计划安排：
2010年9月——2011年6月准备课题阶段：
主要工作：学习当今最先进的机器人设计技术;学习用matlab软件进行计算仿真及优化，查阅国内外的资料，对康复机械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月课题前期阶段
主要工作：课题方案设计，拟写开题报告，开题。
2011年10月——2012年7月课题中期阶段
主要工作：开始具体课题研究工作，根据已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构部分设计，对手指康复训练方法分析和提炼。研究手指康复机械系统运动学、动力学分析工作。
2012年8月——2012年12月课题后期阶段
主要工作：对手指康复机器人进行模拟仿真，对设计进行优化，并在此基础上进一步完善课题。
2013年1月——2013年4月结束课题阶段
主要工作：整理相关资料，撰写论文，准备进行毕业论文答辩。
2013年5月——2013年6月论文答辩阶段
主要工作方案：
1. 完成学位课与非学位课学习的同时，进行市场调研，对手指康复机械手作初步了解。
2. 查阅资料，了解气动手指康复机器人的国内外发展现状。
3. 分析已有上肢康复训练机器人外骨骼机械手机械结构的部分设计。
4. 对现有手指康复训练方法设计进行分析和提炼，分析其优缺点。
5. 开始具体设计工作。
1.1避开就业黄金期
毕业设计任务下达时间应当人性化，服务于学生的需求。高职院校可适当调整教学计划，第四学期期末便督促学生在暑假完成基本的资料搜集，论文框架的搭建。第五学期开学后，再由老师进行深入细致的指导。以此缓解学生压力，也有利于提高毕业设计论文质量。而学校需要为学生的毕业设计提供各类硬件或是软件设施，方便学生查阅资料等。
1.2科学选题，结合实际
选题时，教师应根据高职学生的特点来确定设计具体要求，也就是说，对于论文理论深度、专业知识的涵盖范围，这一部分的要求要相应降低，而对于实际动手能力和内容的实用性方面，进行重点考查。可以从以下方面进行改革：1）选题应切合实际，校企合作命题。为了加强毕业设计的实用性、针对性，高职院校可以根据近年专业发展及学生就业的具体情况来设定题目，也可以与长期合作的企业一起命题，或是把企业的真实项目拿来作为毕业设计题目。2）允许学生自行拟定题目。高职学生在顶岗实习阶段，工作中会对专业知识有更新更深的体会，也有些学生会有改良或设计的想法，希望能自行拟定设计题目。由于学生所选题目与专业岗位紧密结合，有些甚至是单位亟待解决的问题，因此学生的兴趣和积极性都很高，课题的可行性与实用性也得到了充分体现，毕业设计的质量必然会大大提高。
1.3严格过程指导及监控
毕业设计持续时间长，任务重，学生相对来说又有比较自由的支配权，因此在设计环节的指导和监控就显得尤为重要。而学生毕业论文（设计）质量的好坏与指导老师的经验储备和水平高低有直接关系。可从以下几方面做好指导和监控。1)指导教师也需要深入企业，了解它的技术、工艺流程，参与技术服务；同时可活得一些科研项目，供学生前期的研究学习。2）聘请企业高级技术人员，对教师进行技能培训，或是直接参与指导学生的毕业设计。3）学院应制定适当的论文指导师生比，保证教师有充足的时间和精力进行论文指导。4）学院和系部需对教师的论文指导严格监督，建立完善可行的检查制度。教师应与实习单位加强沟通切实指导学生的论文和实习，对于学生毕业设计中遇到的问题、及顶岗实习情况作出评价，方便下一阶段工作的开展。
2考核形式多样化
过去，大部分高职院校一直采取的都是或毕业设计的毕业考核方法。通过多年教学反馈，我们认为：只要学生能把前面学到的专业知识灵活运用在实践中，可以参考现有的资料，只要能够彻底理解，并且能提炼出属于自己的东西就可以了。所以毕业设计的考核方式也应该不拘一格，形式多样。以机械类专业为例，考核标准除了毕业论文、毕业设计之外，其余方式如下：1）学生设计具体实物作品学生运用所学知识亲自设计或是制作出具体的实物作品，就机械CAD专业学生而言，可以利用逆向工程与3D打印技术制作各种模型，如电子产品外壳、维纳斯雕像等；机电一体化专业可设计或制作简易机器人、信号发生器、自动倒车系统等；数控技术专业可加工各种零件，盘类零件、套类零件、轴类零件；实物作品必须与所学专业的管理对象或是生产对象有关、与本专业的教学或技术推广有关。整个制作过程都需学生自己独立完成，由老师指导，以此锻炼学生的动手、自学、创新以及思维能力。2）获取省级或全国大赛奖项大赛可以检验学生的动手能力，团队的交流沟通能力、写作能力、创新能力、实践应用能力、解决问题的能力以及安全意识的职业素养，由此成功传递了职业教育发展改革的信息、方向。比赛验证的是学生的各项综合能力，如果学生参加比赛可以获得省级以上的各类奖项证书，证明了学生在某一方面极强的能力，以后可注重培养该方面。3）搞创新设计和小发明如果学生能够结合自己特殊的兴趣爱好，做出一些创新设计，拥有自己的小发明，将自己所学的专业知识能够更好地运用实践中，这就达到了培养学生理论归纳和实践能力的目标。综上所述，采取多样化的毕业考核模式，避免了学生按照以往惯例从网上下载、抄袭论文所需的资料，学生愿意在论文中融入自己的个人兴趣，自己动手、动脑完成大学的最后一份答卷——毕业论文，以此将理论与实践切实地结合起来。因此，对于高职学生专业素质的评价，要随时代变迁进行多样化考核方式，而不应仅仅局限于单一的毕业论文。
3结语
