1、1开题报告人：开题报告人：报告人电子邮件：报告人电子邮件：校方指导导师：校方指导导师：企业指导导师：企业指导导师：电子科技大学软件学院电子科技大学软件学院2011年年12月月软件学院工程硕开题报告软件学院工程硕开题报告论文题目论文题目机械臂的拆装模拟系统机械臂的拆装模拟系统n注意：注意：n开题报告的目的是提出问题，而不是解决问题。开题报告的目的是提出问题，而不是解决问题。因此，必须对课题研究内容及意义透彻理解！因此，必须对课题研究内容及意义透彻理解！n开题报告陈述要简练，对开题指导导师提出的建开题报告陈述要简练，对开题指导导师提出的建议及问题一般不需要解释，而是尽可能记录并在议及问题一般不需要
2、解释，而是尽可能记录并在论文工作过程中高度重视。论文工作过程中高度重视。n开题报告必须在公开报告前提交给导师及导师组开题报告必须在公开报告前提交给导师及导师组n开题报告陈述时间必须控制在开题报告陈述时间必须控制在1015分钟分钟内容内容n课题背景与意义课题背景与意义 n发展前景及方向发展前景及方向 n课题主要研究目标与内容课题主要研究目标与内容 n课题拟解决哪些关键问题课题拟解决哪些关键问题 n课题拟采用的技术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 n课题预期成果与形式课题预期成果与形式 n论文工作计划论文工作计划n题目来源题目来源题目来源题目来源n必须明确课题来源是什么，如：必须明确课题来源是
3、什么，如：n 结合各自单位的工作选择论文题目结合各自单位的工作选择论文题目n 结合本地区的实际情况选择论文题目结合本地区的实际情况选择论文题目n 承担导师现有课题或子课题承担导师现有课题或子课题n 根据导师研究方向进行先期研究并设计实现根据导师研究方向进行先期研究并设计实现课题背景与意义课题背景与意义 n课题背景课题背景 机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类机器人是二十世纪人类最伟大的发明之一，人类对于机器人的研究由来已久。上世纪对于机器人的研究由来已久。上世纪70年代之后，年代之后，计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅计算机技术、控制技术、传感技术和人工智能技术迅速发展，机器
4、人技术也随之进入高速发展阶段，成为速发展，机器人技术也随之进入高速发展阶段，成为综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术。其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。n机器人技术的研究在经历了第一代示教再现型机机器人技术的研究在经历了
5、第一代示教再现型机器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第器人和第二代感知型机器人两个阶段之后进入第三代智能机器人的发展阶段。三代智能机器人的发展阶段。智能机智能机器人器人第三代第三代感知型感知型机器人机器人第二代第二代再现型再现型机器人机器人第一代第一代课题背景与意义课题背景与意义 n机械手的用途机械手的用途课题背景与意义课题背景与意义 制作用途制作用途机器手是在自动化机器手是在自动化生产过程中使用的生产过程中使用的一种具有抓取和移一种具有抓取和移动工件功能的自动动工件功能的自动化装置，它是在机化装置，它是在机械化、自动化生产械化、自动化生产工程发展起来的一工程发展起来的一种新型装置。种新
6、型装置。实际应用实际应用它可按固定程序抓它可按固定程序抓取、搬运物件或操取、搬运物件或操持工具完成某些特持工具完成某些特定操作。机械手能定操作。机械手能代替人类完成危险代替人类完成危险、重复枯燥的工作、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强，减轻人类劳动强度，提高劳动生产度，提高劳动生产率。率。广泛应用广泛应用近年来，机械手越近年来，机械手越来越广泛地得到了来越广泛地得到了应用，在机械行业应用，在机械行业中它用于零部件组中它用于零部件组建，加工工件的搬建，加工工件的搬运、装卸，特别是运、装卸，特别是在自动化数控机床在自动化数控机床、组合机床上使用、组合机床上使用更普遍。更普遍。课题背景与意义课题背景与
7、意义 n我国最大的电子设备制造商富士康公司近日就我国最大的电子设备制造商富士康公司近日就宣布，在今后的产品生产线上将逐渐实现机器宣布，在今后的产品生产线上将逐渐实现机器人替代工人工作，实现无人化生产。人替代工人工作，实现无人化生产。n20世纪世纪40年代后期，美国在原子能实验中，首年代后期，美国在原子能实验中，首先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操先采用机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。纵机械手进行各种操作和实验。n50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材用于在高温、污染严重的
8、地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。n目前，机械手已发展成为柔性制造系统目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和和柔性制造单元柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装
9、置，结构紧凑，而且以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。要。课题背景与意义课题背景与意义 发展前景及方向发展前景及方向 n1、重复高精度、重复高精度n2、模块化、模块化n3、机电一体化、机电一体化由“可编程序控制器-传感器-液压元件”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制液压元件，使液压技术从“开关控制”进入到
10、高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，机械手的重复精度将越来越
11、高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及油管的导向系统装置，使机械手运动自如。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。发展前景及方向发展前景及方向 随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不断扩大。目前，机械手不仅应用于传统制造业如采矿，断扩大。目前，机械手不仅应用于传统制造业如采矿，冶金，石
12、油，化学，船舶等领域，同时也已始扩大到冶金，石油，化学，船舶等领域，同时也已始扩大到核能，航空，航天，医药，生化等高科技领域以及家核能，航空，航天，医药，生化等高科技领域以及家庭清洁，医疗康复等服务业领域中。如，水下机器人，庭清洁，医疗康复等服务业领域中。如，水下机器人，抛光机器人，打毛刺机器人，擦玻璃机器人，高压线抛光机器人，打毛刺机器人，擦玻璃机器人，高压线作业机器人，服装裁剪机器人，制衣机器人，管道机作业机器人，服装裁剪机器人，制衣机器人，管道机器人等特种机器人以及扫雷机器人，作战机器人，侦器人等特种机器人以及扫雷机器人，作战机器人，侦察机器人，哨兵机器人，排雷机器人，布雷机器人等察机器
13、人，哨兵机器人，排雷机器人，布雷机器人等军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用军用机器人都是机械手应用的典型。机械手广泛应用于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化于各行各业。而且，随着人类生活水平的提高及文化生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家生活的日益丰富多彩，未来各种专业服务机器人和家庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣庭用消费机器人将不断贴近人类生活，其市场将繁荣兴旺。兴旺。课题主要研究目标与内容课题主要研究目标与内容 为了实现仿真设计用户更加高效、快速地制作各为了实现仿真设计用户更加高效、快速地制作各类仿真应用系统，满足设计需求，本课题计划采用类仿真
14、应用系统，满足设计需求，本课题计划采用OSG(Open Scene Graph)技术，开发一个实用方技术，开发一个实用方便的三维仿真设计平台便的三维仿真设计平台(简称简称3DVR)，并在外界传递，并在外界传递过来数据的指挥下完成一个装配过程的仿真模拟。过来数据的指挥下完成一个装配过程的仿真模拟。课题拟解决哪些关键问题课题拟解决哪些关键问题 三维仿真设计平台三维仿真设计平台3DVR是在是在OSG基础上加以基础上加以扩展，采用底层模块隐藏封装、模块整合等技术，扩展，采用底层模块隐藏封装、模块整合等技术，构建一个使用更加方便的高级构建一个使用更加方便的高级API函数库，在必要函数库，在必要时需要使用
15、底层函数进行二次开发。根据设计方案时需要使用底层函数进行二次开发。根据设计方案构建符合实际操作需要的高级构建符合实际操作需要的高级API函数库将是本课函数库将是本课题中的一项重点、难点，可能会花费一定的精力与题中的一项重点、难点，可能会花费一定的精力与时间。时间。课题拟采用的技术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 nOSG(Open Scene Graph)n发展至今以来，以非常惊人的速度在发展至今以来，以非常惊人的速度在VR行业占据行业占据非常重要的地位，其开源、易学、易用的特性使非常重要的地位，其开源、易学、易用的特性使其在短期内取得了很大的成功。其在短期内取得了很大的成功。OSG从字面
16、上看从字面上看只是一个场景管理系统，从某种意义上讲，只是一个场景管理系统，从某种意义上讲，OSG的对三维动画等等的支持还不是很强，不适合做的对三维动画等等的支持还不是很强，不适合做游戏引擎。但对于工业控制，城市规划，机械仿游戏引擎。但对于工业控制，城市规划，机械仿真等方面而言，真等方面而言，OSG却可以带来极大的方便。却可以带来极大的方便。课题拟采用的技术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 nMFC+OSG控制控制nMFC+OSG控制。在控制。在OSG的渲染过程中，外界对的渲染过程中，外界对其控制仅仅限于键盘与鼠标，因而更多的功能无其控制仅仅限于键盘与鼠标，因而更多的功能无法进行合理的安装，
17、比如我要模拟一些天气，天法进行合理的安装，比如我要模拟一些天气，天气有数十种，每种天气又有轻重不同，比如大雪、气有数十种，每种天气又有轻重不同，比如大雪、中雪、小雪，这样的话光使用中雪、小雪，这样的话光使用WIN32控制台控制台+OSG便显得有些捉襟见肘。便显得有些捉襟见肘。课题拟采用的技术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 n在模拟有些东西时在模拟有些东西时WIN32+OSG可能会力不从心，可能会力不从心，比如发送特定消息等，而这正是比如发送特定消息等，而这正是MFC的强项。的强项。MFC+OSC组合将有利于实现更加逼真实用的功能模组合将有利于实现更加逼真实用的功能模拟。拟。课题拟采用的技
18、术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 nOSG与与MFC的具体交互过程大致如下图所示：的具体交互过程大致如下图所示：View组织结点加入到场景渲染结束CMainFrameOSGFrame结束外界控制课题拟采用的技术路线与方案课题拟采用的技术路线与方案 n从图中可以看出，由于从图中可以看出，由于MFC中没有涉及中没有涉及OSG的变量，因而必须有一个类来统领的变量，因而必须有一个类来统领OSG的全局，的全局，负责从组织结点一直到渲染结束的全过程，这负责从组织结点一直到渲染结束的全过程，这个类就是如图所示的个类就是如图所示的OSGFrame，对于，对于OSG来讲独立于来讲独立于MFC之外是十分必要
19、的，采用一个之外是十分必要的，采用一个非常平凡的接口来与非常平凡的接口来与MFC进行交互。本课题在进行交互。本课题在技术层面的主要工作就是用于构建满足要求的技术层面的主要工作就是用于构建满足要求的MFC+OSG应用程序。应用程序。课题预期成果与形式课题预期成果与形式 n课题预期达到可以一个可视化的图形界面来模课题预期达到可以一个可视化的图形界面来模拟拆装平台，实现一下几个功能：拟拆装平台，实现一下几个功能：n1、控制机械臂的各个零配件的安装与拆卸，通过、控制机械臂的各个零配件的安装与拆卸，通过MFC来实现；来实现；n2、机械臂三维场景视图的模拟；、机械臂三维场景视图的模拟；n3、机械各部件、机
20、械各部件“爆破爆破”模拟；模拟；n4、拆装过程的记录与保存。、拆装过程的记录与保存。论文工作计划论文工作计划 工作项目工作内容计划完成日期文献阅读 和科学调研三维仿真软件经历了 OpenGVS，V tree，SGI performer，Multigen 等多代软件的发展，最近，兴起了基于先进基础仿真软件Open scene graph(简称OSG)的开发热潮，OSG在世界仿真软件市场的占有率已超过51%。基于OSG的三维仿真平台(简称3DVR)是对OSG进行了大幅度功能扩展和改造的一个易于二次开发与具备快速定做各类仿真系统的支撑平台，只需花费很短的学习时间，就能高效率地开发出各类仿真应用系统，
21、从而大大减少由最原始的工具做起开发一个仿真应用系统的成本，该平台可以用于军事、教育、建筑规划等许多领域。2011年7月至2011年9月论文工作计划论文工作计划 工作项目工作内容计划完成日期方案论证工业仿真技术在工业上的应用非常广泛，在工业品展示，化工系统模拟，汽车制造系统模拟，机械系统，电力仿真系统，煤矿仿真系统，交通仿真系统，地理信息仿真系统等工业领域都有应用。按传统的方式，在产品原形的制造、设计、和生产过程等各个环节都有若干独立的工艺步骤是不允许共享电子数据的，这往往造成大量的重复工作。随着某些计算机程序（计算机辅助设计 CAD、计算机辅助制造 CAM、计算机辅助工程 CAE）的标准化，这些工艺步骤就归并在一个系统中。2011年10月至2011年12月论文工作计划论文工作计划 工作项目工作内容计划完成日期设计或研究阶段本系统应用OSG绘制出机器人和装配零件的三维图形，并在外界传递过来数据的指挥下完成一个装配过程的仿真模拟。2012年1月至2012年5月论文撰写撰写论文2012年6月至2012年8月课题研制条件落实情况：硬件设备：主要是台式计算机PC。软件部分：本课题代码编写主要采用面向对象的设计方法实现，具体是由Visual C+程序完成；数据库采用SQL server2000实现；三维仿真OSG建模数据包主要是从网站（）获得。课题研制条件已经基本具备。
