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序論：在您撰寫工業機器人畢業論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
由于機器人具有可靠性高、適應性強、功能強大的特點使其成為執行高危險任務的理想平臺，具有步行能力的機器人更是該領域研究的前沿課題。
本論文為6腿機器人控制系統研究與設計，采用了1種分層控制系統結構，采用1點對多點的串行通信模式。論文對單關節控制器的數學模型進行了簡單研究并采用PID控制算法對關節的位置控制進行控制。完成了基本的硬件設計，包括主從控制器的設計，主從通訊設計，延時及驅動電路的設計，傳感器及其信號處理的設計。在軟件設計方面，給出了主從通訊，步態算法的軟件實現程序框圖。
關鍵詞：6腿機器人、Motorola MCU、PID控制、主從通訊、編碼器、步態
第1章 緒論
1.1 課題的研究背景及意義
機器人學是迅速發展的交叉性學科，但世界各國對機器人的定義各不相同，聯合國標準化組織采納美國機器人協會給“機器人”下的定義:“1種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、0件、工具的操作機；或者為了執行不同的任務而具有可改變的和可編程的動作的專門系統”。
機器人技術成為高科技應用領域中的重要組成部分?？梢灶A言，機器人技術具有廣闊的發展前景，它正向著具有行走能力、對環境的自主性強、具有多種感覺能力的智能機器人的方向發展。機器人技術的進展與其在各個領域的廣泛應用，引起了各國專家、學者的普遍關注。許多技術先進國家均把機器人技術的開發、研究列入國家高科技發展計劃，進行大力研究。機器人學作為1門邊緣學科，成為當前高科技發展的前沿學科，它與高等動力學、材料科學、近代電子學、計算機科學、自動控制理論與系統、傳感技術、人工智能、仿生學、系統工程等學科關系密切，相互滲透，共同發展。機器人的要害是自動控制，是計算機與人工智能的結合，它解決CAD, CAM, CAE等1系列問題。機器人先進程度和功能的強弱，通常直接受到其控制技術的影響。由于機器人動力學模型具有變參數強耦合、高度非線性的特點，機器人控制要求精度高與速度快;并具有通用性、柔軟性與靈活性，它在很大程度上依賴于機構運動學和動力學分析、感知能力與伺服技術?，F代控制理論的發展、高級控制策略的探求，新1代計算機的出現與人工智能開發將給機器人技術帶來新的生機。
機器人學是迅速發展的交叉性學科，但世界各國對機器人的定義各不相同，聯合國標準化組織采納美國機器人協會給“機器人”下的定義:“1種可以反復編程和多功能的，用來搬運材料、0件、工具的操作機:或者為了執行不同的任務而具有可改變的和可編程的動作的專門系統”。
機器人可分為固定式和行走式。1般的工業機器人如立柱式、機座式和屈伸式機器人大部分為固定式.但是隨著海洋科學、原子能工業及宇宙空間事業的發展甚至人類娛樂的需要，可以預見，具有智能的可移動機器人、能夠自行的柔性機器人肯定是今后機器人的發展方向。
光陰似箭，歲月如梭。轉眼間，四年的本科生涯已經接近尾聲?；叵肫疬@幾年的學習生活，回想起這些年經歷與成長，回想起那些幫助過我的人，感激之情，油然而生。
衷心感謝我的指導老師谷良賢教授。從課題選題到論文結束，谷老師不僅給我提供了便利的工作條件和工作環境，還對我悉心的指導和熱情的鼓勵，使我能夠順利地完成畢業論文。谷老師與航天四院聯系，才使我得到了寶貴了資料與模型。在完成論文的過程中，谷老師提出了許多寶貴的方法，對我論文的結構與內容提出了很多細致的修改意見。谷老師嚴謹的治學態度，認真負責的精神深深影響著我，將成為我今后人生道路上的一筆寶貴的財富。
衷心感謝我的研究生導師龔春林副教授。在保研之前就聽說龔老師，工作認真、學術嚴謹，對待學生真誠友善。在完成論文的這半年多時間里，深刻感受到了龔老師治學、為人的人格魅力。由于龔老師的指導，使我對火箭總體設計、氣動特性參數化設計、彈道數值仿真計算有了更深層次的理解，還培養了我提出問題與解決問題的好習慣。
感謝航天四院中天火箭公司為我畢業設計提供寶貴的數據與模型，是他們的技術支持，才讓我的畢業論文順利完成有了保障。
感謝航天系統工程系教研室、陳兵、郭金雷、王昂、仇理寬等師兄，王青、張青等師姐。他們在我做畢業設計的半年多時間內，一直給我提供無私的幫助。在彈道設計、氣動特性計算、結構仿真方面，不僅給我提供了大量的有價值的參考資料，還詳細給我解釋了我所遇到的學術上的許多難點和疑點，教我做科研的方法和思路，使我能更快地適應今后的學習和工作。
感謝康博翼、趙成澤同學對我畢業論文中彈道計算與仿真的幫助；感謝胡寒棟、方海同學對我氣動特性設計與仿真的幫助；感謝樊健平、朱海珍同學在結構機構設計與仿真中給我的支持；還感謝那些給予我幫助、支持與鼓勵的同學，這里就不一一例舉了。從確定保研至今，在航天北樓503教研室學習近10個月，這段時間跟同學們一起學習生活，不僅增長了知識，更增加了友誼，成為了我記憶中又一段美好的時光。
感謝航天學院09本科生輔導員顧振芳老師，從入學開始到現在，他對我學業、社會活動、科技競賽上的關心與指導，才使我從大一的迷茫中走出來，才使我找到一條合適自己發展的道路。感謝機電學院王淑俠副教授、劉援越副教授，是她們對我在三維設計方面的指導，才使我多次獲得國家級競賽獎勵。感謝西北工業大學教務處李輝副處長和舞蹈機器人創新實踐基地指導老師黃英亮老師，在他們的支持下，完成了大型項目救援機器人的設計與實現，使我和我的團隊的學術水平得到了進一步提高。
深深感謝含辛茹苦將我養育成人的父母，他們出身卑微、生活艱苦、工作勞累，卻在我十八年的寒窗求學生涯中，無時無刻地牽掛著我的學習與生活，不僅為我提供可靠的物質基礎，讓我得以安心學習；更是給了我無盡支持與鼓勵，讓我在挫折與失敗中能夠重新獲得力量。父母自力更生、艱苦奮斗的精神時刻鞭策著我，不僅促使我順利完成本科生階段的學習，更使我養成了自強不息的人生品格。感謝與我一起成長的姐姐，她一直對我關愛有加，使我有個快樂童年，得以健康成長。在小學與中學階段，還對我學業給予指導。我們一起分享生活中的苦與樂，感受親情的溫暖。
最后，再次向所有給予我指導、關心、幫助、支持與鼓勵的師長、親人、朋友和同學致以深深的敬意和衷心的感謝，衷心地祝福他們身體健康，工作順利，平安幸福！
2013年6月
關鍵詞 畢業設計 機器人 本體設計 本科生
中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：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器人作為“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志，是中國實現中國制造2025的關鍵。機器人已成為高校工科專業關心的熱門主題，許多工科專業本科生的畢業論文主題與機器人有關。畢業設計是普通高等學校培養人才極為重要的教學環節，旨在煅煉學生綜合應用所學的各種理論知識和技能進行全面、系統地解決實際問題的能力。然而，許多本科生在畢業設計中對機器人本體進行設計時，對一些重要的設計方法理解不到位，進行了錯誤的設計。
1 機器人本體運動學計算分析中的常見錯誤分析
機器人的運動學分析包含位置正反解、速度正反解和加速度正反解。運動分析是機器人力學分析、工作空間分析和控制系統設計的基礎。因此，只要本科生的畢業設計中涉及機器人本體設計，必然包含運動學分析。運動學分析的核心是建立位置正反解、速度正反解、加速度正反解的數學模型。許多本科生在進行機器人的運動學計算分析時常出現如下錯誤。
1.1 位置分析中運用解析法和數值法的錯誤分析
位置求解的本質是求解一組有約束方程構成的非線性方程組。解析法是指從約束方程求解出描述機器人的驅動輸入角（線）位移與末端執行器輸出位姿之間關系的一個嚴格的函數表達式。這種函數表達式的重要特征是給出任意的自變量就可以求出其因變量。數值法是指在給定驅動輸入位移（或末端執行器輸出位姿）條件下對約束方程采用某些數學算法，如數值逼近法、插值法等獲得一個近似于真實末端執行器輸出位姿（或驅動輸入位移）的解。一般而言，位置分析更希望得到解析解，因為有了解析解，后續的運動性能分析、力學性能分析和工作空間分析更加方便，但很多時候只能得到位置分析的數值解。
對于機器人位置分析，本科生在畢業設計中常見的錯誤如下：
（1）誤判解析解和數值解。根據機器人中的幾何限定關系列出約束方程后，僅僅從方程的形式上很難判斷出它們是否能被解析法求解。由于有的解析求解過程較為復雜，許多本科生在求解過程遇到困難時就斷定沒有解析解，但實際上解析解卻存在。
（2）把解析法誤認為數值法。有的學生在畢業設計中求解機器人本體的位置正解和反解時，有時把平臺參數和桿長參數指定為具體數值，能夠方便得到求解結果，卻稱這是數值解。
（3）亂用數學算法方法求得數值解。對于解析解分析過程太過復雜或用現有的數學手段無法得到解析解時，數值解是必然選擇。但數值算法有很多，許多本科生在畢業設計中不知該選擇那種算法才有效，大多是憑感覺選擇。
對于上述錯誤，本科生在進行相關的畢業設計時應該掌握的一個一般規律：串聯機器人位置反解和并聯機器人的位置正解一般很難得到解析解，大多數只能通過數學算法得到數值解。其次，應該注意解析法和數值法的內涵區別，只有用了數值逼近、迭加或搜索等算法才能稱為數值法。目前較為有效的數值算法是牛頓-拉夫遜方法，其要點是把非線性方程求解過程變成反復地對相應的線性方程進行求解的過程。
1.2 用求導法建立速度和加速度模型的錯誤分析
如果求出的位置解表達式不復雜，對其直接求導能得到速度模型，對其求二次導就可以得到加速度模型。但當位置解表達式很復雜導致它的導數不能求出時，只能采用別的方法進行速度和加速度模型。
本科生在畢業設計中一般都采用求導法來分析機器人的速度和加速度。如確實能求導的他們就列出求導后的結果。如本來不能求導的他們就只列出表示求導的式子，只是形式上完成了速度和加速度分析，這種做法實質上是錯誤的。
對于不能用求導法進行速度和加速度分析的機器人，基于螺旋理論的影響系數法是一個很好的方法。該方法不需要求導，能極簡單顯示表達出機器人本體的正反速度和加速度模型。
2 仿真分析中的錯誤分析
為了證明已建立的機器人的運動學數學模型是否正確，往往需要用計算機軟件建立機器人的仿真模型進行分析驗證。常用來建立機器人仿真模型的軟件有Solidworks、UG、Matlab、Adams、Ansys等。只有當仿真結果與計算結果一致時，數學模型才能被認為是正確的。進一步才能將數學模型用于控制算法中，或用來分析機器人的性能。只有在正確的數學模型上所開展的研究才是有意義的。
但是關于仿真分析，一些本科生在進行畢業設計中出現了如下錯誤：
（1）將Matlab計算結果誤認為是仿真結果。由于運動學分析中涉及的約束方程一般需要借助Matlab 軟件編程求解。在程序中給定輸入值可以得到輸出值，進一步根據這些值可以繪制出曲線。一些本科生在畢業設計中誤認為這些值和曲線就是Matlab仿真得到的。
（2）缺少計算值與仿真值的對比。一些本科生在畢業設計中雖然完成了仿真分析并列出了仿真結果，卻沒有和計算分析的結果進行對比。
（3）誤認為毫米級誤差就可以算正確。一些本科生在畢業設計中雖然進行了仿真結果和計算結果的對比，但有的出現了毫米級的誤差，就認為這樣的誤差是可以忽略的，認為建立的數學模型是正確的。
τ諫鮮齟砦螅本科生在進行相關的畢業設計中應該正確認識用Matlab軟件進行計算和仿真的區別：編寫程序求解約束方程是計算而非仿真，Matlab軟件中用于機器人本體仿真的模塊是SimMechanics。僅僅列出仿真結果和計算結果，而不進行對比分析，那么仿真是沒有意義的。由于計算機軟件的計算和仿真默認的數值精度是10～8毫米，考慮到截斷誤差和累積誤差，計算結果和仿真結果的誤差一般是微米級。出現毫米級誤差說明計算結果和仿結果是不一致的，需要重新檢查數學模型和仿真模型，直到誤差很小。
3 基于雅克比矩陣進行性能評價的錯誤分析
早期，關于機器人的研究主要集中在串聯機器人。雅克比矩陣的條件數被用來評價串聯機器人的靈活性和可操作性。近幾十年，并聯機器人取得了蓬勃發展。許多本科生在畢業設計中進行并聯機器人的本體設計時，也用雅克比矩陣的條件數來評價其性能。然而， 2006年法國著名機器人專家Merlet 教授論證了不能用條件數來評價含有轉動和移動輸出的并聯機器人。究其原因是有混合輸出的并聯機構的雅可比矩陣量綱不一致，將導致條件數沒有明確的物理意義。
2006年后，許多并聯機器人的專家開始了新的性能評價指標研究，主要集中在基于螺旋理論的力傳遞指標與運動傳遞指標。近些年機器人領域的國際和國內權威期刊上的論文基本沒有用條件數來評價有轉動和移動輸出的并聯機器人。因此，對于畢業設計中涉及有轉動和移動輸出的并聯機器人，用雅克比矩陣的條件數來評價其性能是錯誤的，建議從力傳遞性能和運動傳遞性能指標來進行評價。
4 結論
機器人已成為高校工科專業師生研究的熱門主題，許多大學生畢業論文大多涉及機器人本體設計。本文對本科生畢業設計中涉及機器人本體運動學計算分析，仿真分析和性能評價中的常見錯誤進行了分析，并提供了解決辦法。本文的工作有助于本科生正確地進行機器人本體設計，提高畢業設計的質量。
參考文獻
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第1章 引言1
第2章 設計思想2
第3章 編碼數據設計4
3.1 控制系統的選擇4
3.2 系統控制的編碼設計4
3.2.1 編碼器和計數器的原理及選擇4
3.2.2 系統控制的參數設計7
3.3 計數器的控制與工作方式10
3.3.1 計數器的工作方式10
3.3.2 計數器的管理與控制10
3.3.3 計數器I/O端口分配11
心得體會 12
自動跟蹤（AutoTrack）高速運動體的測量儀，它可以通過編程執行“智能巡邏”，即按照預先編程的巡邏路線掃描1個區域，當發現運動后，攝像機會停止繼續執行巡邏的程序，而對目標圖像變焦放大，并跟蹤目標，以便將運動錄像，并發出報警。這些動作都不需要操作人員的幫助，使操作人員能處理報警或采取其它行動。目前這種儀器的應非常的廣泛，可廣泛用于大樓、銀行、機場、車站、海關、交通、電力、廠礦企業等安防監控場合，也在現代機器人尤其是工業機器人中應用，最為廣泛的是在交通方面。
【關鍵詞】高職 自動化專業 畢業設計教學 頂崗實習
【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889（2016）12C-0168-02
當前，全球正在興起新一輪工業革命，以機器人、人工智能、3D打印和新型材料等為代表的新科技革命和產業變革正在來臨。它將極大改變傳統的商品制造方式，并推動生產制造模式的變革，從而改變就業的格局。而作為信息技術的基礎學科自動化技術則是這一輪工業革命的發展基石。與德國工業4.0相比，中國很多制造業還處于2.0、3.0階段，其本質就是中國企業的自動化技術水平距德國企業的自動化技術水平還有相當大的差距，因此，如何盡快培養出能夠適應當今科技產業革命的高水平自動化人才，就成為了高職教育的一個重大課題。
畢業設計是達到培養目標的重要環節。不僅能夠培養學生的綜合分析和解決工程實際問題的能力，而且還能夠對學生的思想品質、工作態度及作風產生很大的影響。但近年來，高校不斷擴招，高職教育規模不斷擴大，高職原有的教學資源顯得嚴重不足，能夠跟得上潮流的新技術的教育資源更是鳳毛麟角。因此，很多學生對畢業設計的重要性認識不夠到位，畢業設計的質量也逐年下滑，甚至社會上有人提出取消畢業設計的建議。因此，如何改革畢業設計，提高培養質量成為高職教改的難點之一。
一、高職畢業設計教學中存在的問題
（一）畢業設計題目科學性不足。隨著新一輪的技術革命和產業變革的到來，以“互聯網+”“機器人”為代表的新技術正在不斷地與傳統的自動化技術相互融合，從而不斷地改變現代企業的生產方式。然而以往的高職畢業設計，過于強調對以往所學知識進行全面總結，因此很多畢業設計題目要么過于理論化脫離實際，缺乏實用性；要么陳舊單一，重復率高。從而導致學生興趣下降，降低了他們的主觀能動性，勢必影響學生的畢業設計質量。
（二）系統方案創新率低。首先大部分學生在選擇畢業設計課題時，都會選擇以前用過的或者相類似的題目，再者，所設計的系統方案也大都是書本上的翻版，缺少創新性的原創，而且重復率非常高。因此，畢業設計質量會大打折扣。
（三）系統設計實用性不足。由于大部分學生沒有現場工作的實戰經驗，所以，在做系統設計時，要么操作不方便，要么安全性不夠，要么與現場其他設備不匹配，要么性價比較低等，導致做出的系統設計往往脫離實際，從而降低了畢業設計的實用性。
（四）論文缺乏條理。首先由于大部分高職學生很少寫過學術論文，所以，學生的畢業設計論文往往缺乏整體布局，因而論文中經常出現結構不完整，內容顛三倒四，上下兩段明顯割裂開來，缺乏自然過渡，層次不明，看起來費力，論證不得力，缺乏邏輯性等缺點，從而降低了畢業設計論文的質量。
（五）畢業答辯流于形式。由于每年擴招的學生不斷地增多，就業壓力不斷地增大，所以找工作就成了學生們最重要的課題，因此，很多學校的畢業答辯就流于形式了，不僅畢業論文質量低下，答辯也就成了走過場。不僅無法達到畢業設計的培養目標，而且無法準確衡量畢業生的培養質量，同時對學校未來的就業也產生了很大的隱患。
針對以上問題，并結合自動化專業的特點，本文提出將畢業設計與頂崗實習進行有機結合起來，讓學生在實際崗位中全面鍛煉自己發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力，從而提高畢業設計的質量。
二、畢業設計教學改革措施
（一）結合企業生產實際選題。學生可以將企業里的技術改造，產品開發，系統集成等科目內容，并根據自己的興趣愛好，選擇適合于自己的科目內容作為自己的畢業設計內容。自動化專業畢業設計的題目大概有如下幾種類型：（1）技術改造型：以PLC或DCS為控制核心的工業現場集散控制系統的技術改造。（2）產品開發型：以單片機為控制核心的電子控制系統等裝置產品的開發。（3）系統集成型：以PLC或DCS控制系統與以互聯網技術相互融合的MES系統等集成系統。（4）實驗研究型：以機電一體化為核心的機器人等新技術的實驗研究。由于學生的畢業設計題目就是自己的實習內容，具有非常高的實用性，所以會激發學生的主觀能動性，使學生主動地去學習了解相關的知識和技術，從而為完成高質量的畢業設計打下堅實的基礎。
（二）加強技術指導。雖然參加頂崗實習的學生，都已經在學校學習過自動化專業的基本理論與基本知識，但是由于自動化學科的自身特點，使它能夠在不同行業內與不同的專業技術相融合，比如與通信技術、互聯網技術、液壓技術、機械、數據庫等技術相互融合，因此，就需要從企業里的技術人員或者專業人士中聘請為指導導師，對學生進行其相關專業或者行業知識的技術指導。不僅能夠有效擴大學生的知識面，提高學生的綜合運用能力，還能夠有效減少系統設計漏洞等缺陷，大大增強了畢業設計的實用性。
（三）加大對實驗裝置的經費投入。隨著自動化技術的迅猛發展，自動化裝置的更新速度也在不斷加快。為了讓培養出的學生能夠跟得上企業的發展步伐，就需要加大對新技術的實驗裝置的引進。通過對新實驗裝置的引入，既可以提高教師與學生的技術水平，還能夠讓做畢業設計的學生有了一個充分的展示平臺。學生可以將自己的創新構想與才華在這個平臺上充分的發揮，從而不僅能夠提高畢業設計的技術水平，而且還能夠提高學生的創新能力與實踐能力，并將自己的知識技能和體驗不斷地提高與升華。
（四）加強論文寫作指導。畢業論文是畢業設計工作的總結，因此要想寫好畢業論文不僅需要前期的技術工作的積累，還涉及組織材料等相關寫作技巧等知識。所以，學生可以從企業里的技術報告、技術方案、技術總結等各個方面入手，鍛煉學生的寫作能力。在撰寫畢業論文的初期，可以幫助學生確定論文的整體布局和結構，在初稿完成后，可以幫助學生檢查內容、邏輯、語句、格式等方面的錯誤，提高學生的寫作水平，從而不斷提高畢業論文的質量。
（五）深入企業開展畢業答辯。畢業設計是衡量高職畢業生培養質量的重要標尺，也只有能夠解決實際問題的畢業設計才具有實用價值，才符合培養學生實際動手能力的需求。將企業里的技術專家與學校內的專業老師組合成的答辯專家，能夠更加全面地檢驗學生的畢業設計質量。通過企業里的技術專家現場出題，可以有效檢測學生是否能夠把所學的理論知識與生產實踐有機地結合起來，同時能夠給予學生更加全面專業的建議，從而幫助學生獲得最快的成長。同時企業也能夠通過此類答辯發現適合自己企業所需求的技術人才，同時有效地促進了學校的就業。
總之，畢業設計是專業教育的重要組成部分，通過將畢業設計與頂崗實習相結合，能夠有效培養學生綜合運用所學基礎理論、專業知識與技能分析、解決工程實際問題的能力，希望能夠為我國的企業轉型升級所需的技能人才的培養有一定的作用。
【參考文獻】
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【基金項目】2014年度廣西教育廳科研項目（YB2014497）
關鍵詞：上肢康復訓練機器人 青島大學碩士開題報告范文 青島論文 開題報告
一、 選題的目的和意義
據統計,我國60 歲以上的老年人已有1.12 億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常的生活產生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫療設備進行的康復理療已經遠不能滿足患者的要求。隨著國民經濟的發展，這個特殊群體已得到更多人的關注，治療康復和服務于他們的產品技術和質量也在相應地提高，因此服務于四肢的康復機器人的研究和應用有著廣闊的發展前景。
目前世界上手功能康復機器人的研究出于剛起步狀態，各種機器人產品更是少之又少，在國內該領域中尚處于空白狀態，臨床應用任重而道遠，因此對手功能康復機器人的研究有廣闊的應用前景和重要的科學意義。
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題：康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅動的手指康復訓練機器人實現手指康復訓練的多自由度運動，不僅降低了設備成本，更重要的是提高了系統對人類自身的安全性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復機器人對系統柔順性、安全性、輕巧性的高要求 。它將機器人技術應用于患者的手部運動功能康復，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復訓練，其輕便經濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復訓練，又不增加臨床醫療人員的負擔和衛生保健。
綜上所述，氣動人工肌肉驅動手指康復訓練機器人的設計是氣壓驅動與機器人技術相結合在康復醫學領域內的新應用，具有重要的科學意義。
二、 國內外研究動態
2.1 國外研究動態
美國是研究氣動肌肉機構最多的國家，主要集中在大學。
華盛頓大學的生物機器人實驗室從生物學角度對氣動肌肉的特性作了深入研究，從等效做功角度建模，并進行失效機理分析，制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt 大學認知機器人實驗室(cognitive robotics lab, crl)研制了首個采用氣動肌肉驅動的爬墻機器人，并應用于驅動智能機器人(intelligent soft-arm control, isac)的手臂。
伊利諾伊大學香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度soft arm 機械手采用神經網絡進行高精度位置控制和軌跡規劃。亞利桑那州立大學設計了并聯彈簧的新結構氣動肌肉驅動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業界合作開發了多種用于不同部位肌肉康復訓練的小型醫療設備。
英國salford 大學高級機器人研究中心對氣動肌肉的應用作了長期的系統研究，開發了用于核工業的操作手、靈巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10 自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應用科學學院(instituted national dissidences appliqués, insa)研究了氣動肌肉的動靜態性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅動源的人工肌肉以及在遠程醫療上的應用。
比利時布魯塞爾自由大學制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅動兩足步行機器人，實現了運動控制。
日本bridgestone 公司在rubber tauter 之后又發明了多種不同結構的氣動肌肉。德國festoon 公司發明了適合工業應用的氣動肌腱fluidic muscle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應用作了許多令人耳目一新的工作。英國shadow 公司研制了目前世界上最先進的仿人手。美國的kinetic muscles 公司與亞利桑那州立大學合作開發了多種用于肌肉康復訓練的小型醫療設備。
lilly采用基于滑動模的參數自適應控制策略，實現了單氣動肌肉驅動的關節位置控制。
2.2 國內研究動態
自20 世紀90 年代以來，我國陸續開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學的宗光華較早開始氣動肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅動模型的影響，并應用于五連桿并聯機構，通過剛度調節實現柔順控制。
上海交通大學的田社平等運用零極點配置自適應預測控制、非線性逆系統控制以及基于神經網絡方法，實現單自由度關節的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業大學的王祖溫等分析了氣動肌肉結構參數對性能的影響、氣動肌肉的靜動態剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設計了氣動肌肉驅動的具有4 自由度的仿人手臂、外骨骼式力反饋數據手套和6 足機器人，采用輸入整形法解決關節階躍響應殘余震蕩問題。
北京理工大學的彭光正等先后進行了單根人工肌肉、單個運動關節以及3 自由度球面并聯機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經網絡等多種智能控制算法，并設計了6 足爬行機器人和17 自由度仿人五指靈巧手。
哈爾濱工業大學氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經驗公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關節系統進行實驗建模和采用位置閉環的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學習控制進行了仿真研究給出了學習的收斂性的初步結論為下一步的學習控制奠定了基礎。其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的數學模型并對它的結構及其靜動態特性進行了理論分析建立了相應的靜態力學方程。
2003年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描述機械手的運動學和動力學問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標為基礎，將運動、變換和映射與矩陣計算聯系起來建立了機械手的運動數學模型，并提出了機械手運動系統優化設計的新方法，這種方法對機械手的精密設計和計算具有普遍適用意義。
2005年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復機械手進行了動力學分析，將等效有限元的方法應用到開式的5自由度的康復機械手的動力分析中，這種方法比傳統的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適合現代計算機的發展，的除了機械臂的動力響應曲線，為機械手的優化設計及控制提供理論依據。
2008年北京聯合大學張麗霞，楊成志根據拿取非規則物品的任務要求，采用轉動機構和連桿機構相結合，設計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅動，實現了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構設計有參考意義。
2009年楊玉維等人對輪式懸架移動2連桿柔性機械手進行了動力學研究與仿真，。采用經典瑞利.里茲法和浮動坐標法描述機械手彈性變形與參考運動間的動力學耦合問題， 綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構建了該移動柔性機械手系統的完整動力學模型并進行仿真。
2009年羅志增，顧培民研究設計了一種單電機驅動多指多關節機械手，能夠很好的實現靈巧、穩妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關節。每個手指有3個指節，由兩個平行四邊形的指節結構確保手指末端做平移運動，這種設計方案很好的實現了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關氣動人工肌肉的研究與國外還有相當的差距對氣動人工肌肉中的許多問題，還沒有進行深入的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅動器的研究還不成熟。
三、 主要研究內容和解決的主要問題
目前大多數手功能康復設備存在以下一些問題:康復訓練過程中，缺乏對關節位置、關節速度的觀測和康復力的柔順控制，安全性能有待提高;大多數手功能康復設備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復治療過程的力位信息和康復效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內容：設計一種結構簡單，易于穿戴，并且安全、柔順、低成本，使用方便的氣動手功能康復設備。對氣動手指康復系統進行機構運動學分析、用mat lab軟件對康復訓練機器人的康復治療過程的力位信息進行仿真分析。
要實現上述的目標，系統中需要著重解決的關鍵技術有：
(1)基于已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分的設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。 主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅動關節機構自由度的優化配置。使機械手能夠實現手指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現的動作。
(2)對機器人機械機構的運動學分析。主要包括：氣壓驅動的手指關節外骨骼機械機構的運動學分析。
(3)機器人機構的力位信息仿真。主要包括：用mat lab軟件進行機器人氣壓驅動終端的力位信息 仿真。
根據總體方案設計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統是上肢康復訓練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
四、論文工作計劃與方案
論文工作計劃安排：
2010年9月——2011年6月準備課題階段：
主要工作：學習當今最先進的機器人設計技術;學習用matlab軟件進行計算仿真及優化，查閱國內外的資料，對康復機械手作初步了解。
2011年7月——2011年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設計，擬寫開題報告，開題。
2011年10月——2012年7月課題中期階段
主要工作：開始具體課題研究工作，根據已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構部分設計，對手指康復訓練方法分析和提煉。研究手指康復機械系統運動學、動力學分析工作。
2012年8月——2012年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復機器人進行模擬仿真，對設計進行優化，并在此基礎上進一步完善課題。
2013年1月——2013年4月結束課題階段
主要工作：整理相關資料，撰寫論文，準備進行畢業論文答辯。
2013年5月——2013年6月論文答辯階段
主要工作方案：
1. 完成學位課與非學位課學習的同時，進行市場調研，對手指康復機械手作初步了解。
2. 查閱資料，了解氣動手指康復機器人的國內外發展現狀。
3. 分析已有上肢康復訓練機器人外骨骼機械手機械結構的部分設計。
4. 對現有手指康復訓練方法設計進行分析和提煉，分析其優缺點。
5. 開始具體設計工作。
1.1避開就業黃金期
畢業設計任務下達時間應當人性化，服務于學生的需求。高職院?？蛇m當調整教學計劃，第四學期期末便督促學生在暑假完成基本的資料搜集，論文框架的搭建。第五學期開學后，再由老師進行深入細致的指導。以此緩解學生壓力，也有利于提高畢業設計論文質量。而學校需要為學生的畢業設計提供各類硬件或是軟件設施，方便學生查閱資料等。
1.2科學選題，結合實際
選題時，教師應根據高職學生的特點來確定設計具體要求，也就是說，對于論文理論深度、專業知識的涵蓋范圍，這一部分的要求要相應降低，而對于實際動手能力和內容的實用性方面，進行重點考查?？梢詮囊韵路矫孢M行改革：1）選題應切合實際，校企合作命題。為了加強畢業設計的實用性、針對性，高職院?？梢愿鶕陮I發展及學生就業的具體情況來設定題目，也可以與長期合作的企業一起命題，或是把企業的真實項目拿來作為畢業設計題目。2）允許學生自行擬定題目。高職學生在頂崗實習階段，工作中會對專業知識有更新更深的體會，也有些學生會有改良或設計的想法，希望能自行擬定設計題目。由于學生所選題目與專業崗位緊密結合，有些甚至是單位亟待解決的問題，因此學生的興趣和積極性都很高，課題的可行性與實用性也得到了充分體現，畢業設計的質量必然會大大提高。
1.3嚴格過程指導及監控
畢業設計持續時間長，任務重，學生相對來說又有比較自由的支配權，因此在設計環節的指導和監控就顯得尤為重要。而學生畢業論文（設計）質量的好壞與指導老師的經驗儲備和水平高低有直接關系。可從以下幾方面做好指導和監控。1)指導教師也需要深入企業，了解它的技術、工藝流程，參與技術服務；同時可活得一些科研項目，供學生前期的研究學習。2）聘請企業高級技術人員，對教師進行技能培訓，或是直接參與指導學生的畢業設計。3）學院應制定適當的論文指導師生比，保證教師有充足的時間和精力進行論文指導。4）學院和系部需對教師的論文指導嚴格監督，建立完善可行的檢查制度。教師應與實習單位加強溝通切實指導學生的論文和實習，對于學生畢業設計中遇到的問題、及頂崗實習情況作出評價，方便下一階段工作的開展。
2考核形式多樣化
過去，大部分高職院校一直采取的都是或畢業設計的畢業考核方法。通過多年教學反饋，我們認為：只要學生能把前面學到的專業知識靈活運用在實踐中，可以參考現有的資料，只要能夠徹底理解，并且能提煉出屬于自己的東西就可以了。所以畢業設計的考核方式也應該不拘一格，形式多樣。以機械類專業為例，考核標準除了畢業論文、畢業設計之外，其余方式如下：1）學生設計具體實物作品學生運用所學知識親自設計或是制作出具體的實物作品，就機械CAD專業學生而言，可以利用逆向工程與3D打印技術制作各種模型，如電子產品外殼、維納斯雕像等；機電一體化專業可設計或制作簡易機器人、信號發生器、自動倒車系統等；數控技術專業可加工各種零件，盤類零件、套類零件、軸類零件；實物作品必須與所學專業的管理對象或是生產對象有關、與本專業的教學或技術推廣有關。整個制作過程都需學生自己獨立完成，由老師指導，以此鍛煉學生的動手、自學、創新以及思維能力。2）獲取省級或全國大賽獎項大賽可以檢驗學生的動手能力，團隊的交流溝通能力、寫作能力、創新能力、實踐應用能力、解決問題的能力以及安全意識的職業素養，由此成功傳遞了職業教育發展改革的信息、方向。比賽驗證的是學生的各項綜合能力，如果學生參加比賽可以獲得省級以上的各類獎項證書，證明了學生在某一方面極強的能力，以后可注重培養該方面。3）搞創新設計和小發明如果學生能夠結合自己特殊的興趣愛好，做出一些創新設計，擁有自己的小發明，將自己所學的專業知識能夠更好地運用實踐中，這就達到了培養學生理論歸納和實踐能力的目標。綜上所述，采取多樣化的畢業考核模式，避免了學生按照以往慣例從網上下載、抄襲論文所需的資料，學生愿意在論文中融入自己的個人興趣，自己動手、動腦完成大學的最后一份答卷——畢業論文，以此將理論與實踐切實地結合起來。因此，對于高職學生專業素質的評價，要隨時代變遷進行多樣化考核方式，而不應僅僅局限于單一的畢業論文。
3結語
