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开题报告 篇一摘要
机械手是近几十年发展起来一种高科技自动化生产设备，它对稳定、提高产品质量、提高生产效率、改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用，随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。本文就气动机械手的应用现状和发展前景作了简单概述。扩展我们的知识面和专业面，可以加强对自己的思维训练和能力培养，还可以填补空白，提高生产效率，很大的现实意义。
关键词：气动机械手；研究方向；发展趋势
1.机械手国内外发展现状
工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高温等恶劣环境中工作：代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用与制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
工业机械手是在第二次世界大战期间发展起来的，始于40年代的美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，它是一种主从型的控制系统。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的；1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，又试制成一台数控示教再现型机械手。运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同年该公司和普曼公司合并成为万能制动公司，专门生产工业机械手。1962年美国机械铸造公司也实验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制：该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩，采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这2种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展
的基础。从60年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation—Vic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业：联邦德国Kuka公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制；日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自1969年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前以成为世界上工业机械手应用最多的国家之一。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，主要用于机械化、自动化程序较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。
我国工业机械手的研究与开发始于20世纪70年代。1972年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（1986-1990）开始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器，DC——PWM等等。
我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型机构，组装成各种用途的机械手，即便于设计制造，又便于跟换工件，扩大了应用范围。
2.机械手构成与分类机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被
抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。
3.气动机械手的应用现状
由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物
品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SI ……此处隐藏9266个字……有距离，尤其是建立“在网络环境下的教育教学新模式”还有待起步，基于此，我们提出了本课题的研究。
二、本课题研究的条件
开展本课题研究具有以下有利条件：
背景条件：国家教育部大力推进信息技术教育，虚拟学校、远程教育等应运而生；重庆市教委大力普及信息技术教育，通过评选信息技术示范校加大力度；渝中区率先建立局域网，并通过已经实施了三年的“双创课题”研究，使教师的教学理念有了极大改观；随着课改的进一步深入，现代技术特别是信息技术在教育教学中得到了广泛的应用。
基础条件：我校通过一年多的艰苦奋斗，信息技术无论在硬件上，还是软件上，都打下了坚实的基础：
硬件上：我校建成了以光纤为网络骨干，采用千兆高速以太网，集视频教学、监控、信息服务、学校管理于一体的校园网络，实现了“班班通”；全校所有的教室都安装了数字投影机、实物展示台、100英寸电动玻珠屏幕、多功能讲台、监控摄像机、29英寸电视机，上课教师人手一台笔记本电脑。
软件上：我校初步建成了具有求精特色的 “教育信息资源库”，包括《k12学科资源库》、《数字图书馆》（近两万册电子书籍）、《信息技术与课程整合》电子期刊等大型教育数据库、试题库、资料库，涵盖国情教育、心理咨询、青春期教育、健康教育、艺术教育、升学指南、教育法规等教育信息库，能充分满足现代教育管理和一线教学的需要。
人员上：我校成立了信息技术中心，配备了专业人员，无论从理论上，还是实践上，都有相当造诣。信息技术中心，对全校教职员工进行了信息技术素质修养和实际操作的培训，全校教职员工基本掌握信息技术教育，能满足在网络环境下进行教育教学的需要。
三、本课题研究要解决的问题
1、观念问题：有了好的硬件环境，如果观念不更新，只是“换汤不换药”，那就失去了研究价值。本课题必须着力解决教师教育观念更新的问题。
2、理论问题：目前网络教育缺乏科学、系统的教育理论作指导，本课题应在实践中创造性地应用现有的理论，不断探索、总结、归纳、概括，形成适用于网络教育的理念、原则、策略。
3、技术问题：信息技术，顾名思义，技术性是很强的。如何使教师技术精湛，使精湛技术与优质教育紧密结合，培养适应知识经济时代需要的人才，是一个值得认真探讨的问题。本课题希望在这方面能作出一点贡献。
4、实践问题：网络是一个新环境，如何在这个平台上，创造出符合自己实际的教育教学模式，需要从实践中不断总结，不切实际地模仿别人，拷贝别人，是不可取的。本课题倡导教师努力进行实践。
四、本课题研究的目标、内容和创新之处
1、本课题研究的目标是：建立一个基于网络平台的符合当代教育理念、具有现代教育特色、综合教育效益很高的新型教育教学模式。
2、本课题研究的内容是：
（1）21世纪的教师应该思考自己的角色定位问题：
①在网络环境中教师应该采用什么样的教育教学模式实施教育教学。
②在网络环境中，教师应该采取什么样的再教育模式接受终身教育以保持新鲜活力，促成教育教学可持续发展。
③适应现代教育的新趋势——网络教育，对教师素质到底有哪些新的要求。
（2）21世纪的学生应该
思考自己的学习问题：
①在网络环境中，如何变更传统学习模式，建立新的学习方式。
②在网络环境中，如何学会学习。
③在网络环境中，如何培养创新精神和创新能力。
（3）21世纪的学校应该思考建设新型师资队伍，培养新型学生的关键途径；加强资源库的建设，为网络教育提供坚实保障等问题：
①如何进行资源库结构的建设。
②如何强化教师和学生的网络意识。
③合理地充分地使用资源库，实现新的教育教学目标。
3、本课题研究的创新之处是：
（1）选题富有挑战性。本选题基于信息化大发展，传统教育与新型教育大更替的阶段，具有承上启下的作用。
（2）大胆打破传统的教学模式。课题研究中，必须以全新的教育教学理念为指导，采用生动活泼的网络课堂教学与丰富多彩的课外教育相结合的形式进行教育教学实践。
（3）手段先进。利用校园网络和个人主页资料，给学生一个充分自主的学习空间和积极思维的素材，强化培养学生“自我”意识的目的性。
五、本课题的前期准备工作
20xx年3月至20xx年2月，对全校教师进行了12轮培训，从计算机的基本操作，到简单课件制作、网络课件制作，以及网络环境下教学的基本方式，进行了一系列的系统培训，组织课题组成员参加国家、市、区各级的技能竞赛，多人获奖，从而推动了教师个人素质的进一步提高。
六、本课题的研究方法
本课题研究的理论基础是建构主义理论、多元智力论、现代教育学、现代心理学和科学研究方法论等。
本课题的主要研究方法为文献索引法、行动研究法。以网络技术、人工智能、多媒体技术为基础的信息技术作为研究手段，采用观察、文卷调查、经验总结、实验、对比分析等方法和手段，进行多个轮回的研究。
七、本课题研究的成果
1、论文集：本课题研究的报告、总结、论文、案例、教案精编（内部印行，争取正式出版）。
2、专著：《扣开未来之门——在网络环境下的教育模式研究》（正式出版）
3、电子出版物：《求精中学优秀网络课件选》（若干辑）
八、本课题研究的进度计划
（一）研究周期
三年，即20xx年2月至20xx年1月
（二）研究步骤分三个阶段
1、20xx年2月——5月为准备阶段
宣传发动，组成课题组，酝酿课题实施方案及相关措施等。
2、20xx年6月——20xx年8月为实施阶段
第一轮（20xx年6月——8月），主要工作：课题组统一认识；申报课题；确定子课题，各分课题组分别开展研究工作；积累资料；统计分析，写出可行性研究报告。
第二轮（20xx年9月——20xx年8月），主要工作：完善方案措施；继续开展研究；争取有一定的成果，并写出第二期研究报告，接受中期检查。
第三轮（20xx年9月——20xx年8月），主要工作：继续开展研究，并争取在某些学科实现质的跨越；争取每人有一篇论文；写出第三期研究报告并接受中期检查。
第四轮（20xx年9月——20xx年12月），主要工作：继续开展研究；出论文集；写出高质量的研究报告；申请结题。
为了使课题研究顺利进行，我们将本课题分为四个研究小组，分别在信息技术、文科类、理科类、艺术类四个方面开展研究，逐步互相渗透、融合，最终形成一个开放的、立体的学生自主学习的空间。
3、20xx年12月——20xx年1月，结题验收，主要工作：接受专家组审查鉴定；根据成果奖励优秀参研人员。
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