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自动化专业概论论文
导读：自动化专业概论论文，“自动化”（Automatization）这样一个专业恐怕有些费解，不过要是向在读的大学生或者毕业生咨询自动化专业时，我想他们会不约而同地伸出大拇指向你推荐这个专业，自动化专业同样有着光辉的前途，二是自动化应用范围广，几乎所有的工业部门都可以同自动控制挂上钩，现代化的农业、国防也都与自动化息息相关，三是本专业对于个人发展非常有利，本专业课程设置的覆盖面广，这也与本专业的来历
自动化专业概论论文
对于一个高中生来说，“自动化”（Automatization）这样一个专业恐怕有些费解，不过要是向在读的大学生或者毕业生咨询自动化专业时，我想他们会不约而同地伸出大拇指向你推荐这个专业。为什么呢，一般来说不外乎有这样几个原因：一是属于信息产业。信息产业被人们誉为“朝阳产业”，发展快、需要人才多、待遇高，是当今科技发展的趋势所在。因此，作为信息产业中的重要一员，自动化专业同样有着光辉的前途。二是自动化应用范围广。目前，几乎所有的工业部门都可以同自动控制挂上钩，现代化的农业、国防也都与自动化息息相关。三是本专业对于个人发展非常有利。本专业课程设置的覆盖面广，所学的东西与其他学科交叉甚多。这也与本专业的来历有关。
那就首先来了解一下自动化技术与人类的发展。人的一切活动都是为了生存和发展。古代人靠人力与自然作斗争，那时人好像今天的机器一样，人类的生产和生活模式是：人――自然界。随着社会和科学技术的发展，人类制造出了自动机器，如我国的指南车、记里鼓、漏壶，以及17世纪欧洲出现的钟表、风车控制装置等。1784年瓦特在改进的蒸汽机上采用了离心式调速装置，开创了自动化装置应用的新篇章。应用自动装置把入的体力放大了千万倍，把人的四肢延长了干万倍，使人类的生活和生产模式变成了：人―机器―自然界。当然，这样的发展结果并不是一帆风顺的。但是，机械化和初级自动化却促进了生产力的大发展，使无数农民、手工业者变成了工人，出现了机器大工业。人用自己制造的机器(和技术)把自己从&出力的机器&的 地位上解脱了出来。人和机器、技术和实践交替地发展，推动着技术进步，推动着整个人类的进步。而社会的进步又促进了自动化技术的发展，社会的需要是自动化技术发展的动力。
发展现代自动化技术，用智能机器代替人的部分脑力劳动，使人的生产和生活模式变成了人――机器／智能机器――自然界。自动化水平越高；机器就越复杂，这就需要人去提高自己的素质，去创造，去研究，去发展新的设备和技术，这正是人为万物之灵的关键所在!这也是人类自身不断发展的关键所在!自动化的进展能提高人类明。
那自动化究竟是个什么样的专业呢？自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”等鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在校时一般学习半导体变流技术、自动控制系统、电力拖动与电气控制、最优控制、微型计算机控制技术、计算机通讯与网络、数字信号处理、软件工程、传感器原理、自动检测技术、系统工程概论、运筹学和情报检索等近40门课程。本专业是一门适应性强、应用面广的工程技术学科。旨在培养学生成为基础扎实、自动控制技术知识系统深入、计算机应用能力强的高级工程技术人才。所以学生在毕业后都能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作
提到自动化必须说说自动控制系统。自动控制系统是具有一定功能，可以完成某种控制任务的系统。自动控制系统的组成和工作原理与人体的构成和工作机理有很多相似之处：自动控制系统中有相当于人的感觉器官的传感器，有相当于
人的大脑和神经系统的控制装置，也有相当于人的手、腿及其肌肉的执行机构。传感器用于检测指令信息、外界变 化信息以及被控对象的状态信息，并将其变换成电信号传给控制装置。控制装置则计算出被控对象的当前状态(称为被控量，或系统的输出量)与所希望的状态(称为输入信号)之差，并根据。这一偏差(称为误差信号)按一定规律产生出控制信号，然后经过放大，送给操作执行机构。操作执行机构用于驱动被控对象运动，直到它的状态达到所希望的状态为止。这种把系统的输出或系统的另外一些受控变量和系统的输入作比较后，形成的控制称为闭环控制或反馈控制。较简单的控制系统常采用所谓的开环控制。它只是由控制装置改变被控对象的状态，这种控制中，系统的输出量对系统的控制作用没有影响，既不需要对输出量进行检测，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。有的自动控制系统包括了许多小系统(称为子系统)。这种系统规模庞大，构造复杂，目标多样，影响因素多，且常带有随机性质。这样的系统我们称为大系统。
系统的控制原理多种多样，如寻找某些性能为最好的最优控制系统；自动适应外界环境变化并使性能优良的自适应控制系统；能自动识别图像和自然语言，会学习，能自主地进行推理、进行规划和决策的智能控制系统，等等。
我们再了解一下自动化技术的应用。
自动化技术在机械加工、采矿冶炼、化学工业、电力系统、交通运输、农业生产、环境保护、医药卫生、军事技术、航空航天、科学研究、办公服务等领域都得到了广泛的应用。
1．工业自动化
工业自动化主要包括自动完成加工生产的设备自动化，自动完成正常生产进程的过程自动化，以及自动实现业务管理的管理自动化。工业自动化当前发展的特征是智能化和集成化，也就是，一方面制造和应用智能机器(如电脑和机器人)代替人的体力劳动和部分脑力劳动，实现高水平自动化生产；另一方面，综合运计算机、制造技术、控制技术、电子技术、通讯技术和管理科学等学科知识，采用设备集成、信息集成实现规划设计、生产制造、管理销售等功能的集成。
2．办公自动化
办公自动化最初是用文字处理机、复印机、传真机等办公设备，实现单项办公自动化，例如，代替秘书完成起草文稿、打印文件和留底存档等工作。后来，由于计算机的发展，又出现了电子银行、电子邮件等高水平的办公自动化设备和系统。电子银行是指采用电子计算机、终端设备及自动出纳机等组成的系统，用以快速地完成银行或用户之间的资金转移，或者完成自动取存款业务，即用户持信用卡，由自动出纳机办理存款祁取款的业务。电子邮件是指利用现代通讯手段，传递信件、资料等文字和语音信息的系统。办公自动化给人们带来了极大的效益和方便。现代办公自动化正朝着计算机网络化和智能化方向发展。
3．家庭自动化
家庭自动化，主要是指自动地实现生活服务或提供信息服务。例如，家里装上空调机，在炎热的夏天，就能使室内自动保持适宜的温度。一台自动洗衣机，能自动地把衣服洗干净，等等。家庭生活服务自动化把人们从繁重的家务劳动中解放出来，并创造出一个舒适的生活环境。实现家庭自动信息服务，则可以极大地改变人们的生活和工作方式。例如，利用订票系统，可以预订到世界各地任何一家航空公司的任何一条航线的机票，并为你安排好旅游日程。在家里办公，是家庭自动化的一个发展趋势。在家里通过计算机系统和通讯系统就可以掌握现场
情况和有关资料，并控制指挥生产过程，或完成某些工作任务。在家里办公，能够大大地减少社会设施，还可以提高工作效率。
4．农业自动化
农业是一个国家的经济基础，农业机械化使农业经济获得了飞速发展，西方工业发达国家用3个劳动力就能养活100个人。因此现代农业，采用自动化技术是大有作为的。我国已有了用计算机管理农田灌溉的系统。在农业自动化中引人注目的是在某些作业中采用农业机器人，如采用农业机器人移植秧苗、灌溉田地、栽培蔬菜、采摘果实、养猪养鱼、挤牛奶、剪羊毛等。
5．军事自动化
自动化技术对军事技术的变革起着重要的作用。自动化学科中的各种理论和技术，已成为军事技术的核心，并对现代战争的格局产生了极大的影响。军事自动化主要有武器装备自动化，军事指挥自动化，作 战、训练仿真模拟化等。武器装备自动化能大大提高武器的杀伤力。各种遥控武器，包括军用机器人的发展，正受到各国政府的重视。军事指挥自动化是指军队指挥员及司令部采用电子计算机、通讯设备及自动化装置，实现对所属部队进行控制与指挥。应用自动化技术，可以提供一个&作战的实验室&，对作战进行模拟。这样不仅能省去大规模军事演习和实弹军事训练，节省大量经费和许多时间，而且能很好地完成部队训练任务，提高作战能力。
那么我们来看看这样一个“万金油”的专业需要哪些方面的知识和能力吧。自动控制理论、运筹学、信号与系统分析、计算机软件技术应用、算法语言及程序设计、模拟电子技术基础、电路原理等等，甚至连流体力学也要修。可以说自动化专业需要工科各方面的知识，其课程与电子工程、计算机、电机工程甚至化学工程都有交叉，一般来说先是基础课程，像高数，物理，英语等。在以后的专业学习中，高数、物理非常重要，所以进入大学的你一定要重视起这些基础课程。然后是再电路，数电，模电、电机与拖动，这些都是专业基础课，为以后的专业学习做好准备最后就是专业课程了，比如：单片机、电气与可编程技术、自动控制原理等。以上的学习特点要求学生有较强的理工科背景，不能偏科。当然，各高校自动化专业侧重点的不同也使得后期的专业课有较大的差异。所以自动化专业也是比较累的专业，课程很多，有些课还比较难，但没有付出又哪里来的收获呢？这是大家都明白的道理，世界上没有免费的午餐嘛，在大学里要想以后能找个工资高待遇好的工作，天天玩那是不可能实现的，需要我们认真听讲注重实践，把握住锻炼自己专业能力的机会，比如参加，如果能抓住机会进实验室参与专业老师主持的科研项目那就更好了。在实践中巩固专业理论基础，在实践中提升动手能力，无论是男生还是女生都能在这个专业取得卓越的成绩，在我们走向工作岗位后做出不凡的事业。
自动化专业的优势在就业时候体现得更为突出。首先，所有的行业都可以同自动化挂钩，转行非常容易，“硬”可转电子工程，“软”可转计算机，也可转通信，当然待遇也是非常不错。如果考研，还有中国科学院一些相关院所可供选择。与本专业就业领域相关联的行业在近年来借助市场经济的搞活和对外开放程度的加深，也获得了飞速发展。民航、铁路、金融、通信系统、税务、海关等部门的自动化程度越来越高，科研院所、高科技公司也借助的人才优势，发展迅猛。未来随着自动化技术应用领域的日益拓展，对这一专业人才的需求将会不断增加，自动化专业的毕业生也将借助这一技术的广泛应用而在社会生活的各个领域、经济发展的各个环节找到发挥自己专长的理想位置。 自动化专业一直以来是社会
急需的人才，包括电气、铁路、化工等诸多领域。比如 自动化工程师――从事自动化系统的维护、优化等工作； 自动化设计师――从事自动化系统的设计和开发； 软件工程师――处理自动化系统中相关的软件的设计和开发。 还可以从事教学和相关的研究工作。面对这么广阔的发展空间，是否有些动心呢？
本专业毕业生有着广阔的就业渠道，因为自动化技术的应用广泛，其就业领域也五花八门。正因为如此，有些同学在择业时容易产生“皇帝的女儿不愁嫁”的心理，认为自己的自动化专业紧俏，社会需求量大，工作单位可以随自己挑。尽管现在学生就业实行的是“双向”选择的政策，你选用人单位，但用人单位也在选你。所以千万不要表现出一种我很了不起的想法，否则这样只会引起用人单位的反感甚至最终不录用你。谦虚、踏实、稳重是本专业毕业生在择业时的第一选择。根据近几年毕业生就业的情况看，他们的工作都非常理想，收入状况也颇为乐观。我相信，经过我们四年艰苦不懈的努力，一定可以创造一个属于自己的辉煌。
2010级自动化2班
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一篇文章带您读懂工业机器人的设计过程 - 全文
来源：互联网 作者：佚名日 10:59
[导读] 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人?机器人能实现哪些功能?活动空间(有效工作范围)有多大?了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。
　　对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人？机器人能实现哪些功能？活动空间（有效工作范围）有多大？了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。
　　首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。
　　接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。
　　下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程：
　　在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。
　　六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。
　　既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了？从业人员还不能成群体？虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。
　　即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！
　　六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢？工作范围又怎样去确定？动作怎样去编排呢？位姿怎样去控制呢？各部位的关节又是有怎么样的要求呢？等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！
　　首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。
　　好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。
　　首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。
　　机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。
　　搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。
　　焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
　　焊枪在焊接过程中要进行各种焊接姿态调整，那么机械手腕就要很灵活，在各个方位角度上都可调节。
　　有了上面的基本要求和设定条件，方案推理也有了条理，接下来我们就把设计要求明确下来，设计方向就不会有太大的偏离了。
　　设计任务
　　设计要求：机器人适用于焊接领域，可以完成各种焊接动作;为了机器人能适应各种焊接工艺，在线调整工艺快速，编制控制程序时采用柔性控制程序，自适应在线、离线示教程序;焊缝、焊池、焊道成像跟踪，自动调节焊机的各项参数。
　　机器人采用全伺服驱动，地面固定安装。六轴控制，各关节运动灵活，按工艺描述表设计各轴动作范围，尽量使机构紧凑，整体外形美观。
　　设计内容
　　机械设计：根据设计要求及工艺描述设计各关节的机械机构，确定各部件的材料和加工工艺;制作计算书，验算机械强度、驱动功率和给出最大抓（举）重量，各运动路径的惯量计算，位姿的控制计算。验算机器人各关键部件使用寿命。结合控制程序及电路制作机器人维修保养说明书。
　　程序控制设计：根据设计要求与机械工程师最后制定的工艺路线设计控制流程;结合机械结构与驱动、信号反馈方式，设计机器人运动程序;程序要具有自适应功能，自动定点跟踪，对焊机电流、电压实时监测，并自动调节;焊道、焊池用成像监测判别技术。
　　设计电路图
　　有了这样一个文件，我们就好设计了;那么我们首先就要做的是：绘制机器人动运简图，规划机器人运动轨迹，做好这些我们就可以进行机械机构的设计，同时可以考虑程序的线路图了。
　　先做一个简图，来研究一下运动规迹。
　　机器人运动简图：
　　当我们把机械运动简图画好后，一般的情况下是先对简图进行分析;虽然简图不能全部反映机械结构的组成，但是它却表现出了要设计的物体的总体轮廓。
　　那么对于我们这个机器人的简图，我们从哪里着手分析才合理呢？
　　首先，我们看一下设计任务书的内容。从任务书中知道，六个轴中有三个轴是做旋转运动的，其余作摆角运动。
　　结合任务书，我们看一下简图，是不是第1轴、第4轴和第六轴是做转动的，也就是说我们要检查一下我们所画的简图是不是与任务书中的要求相符合，符合了也就代表我们的设计思路与要求（客户要求）相同，可以进行下一步工作，如果不同，就得重新画简图。
　　从简图知道，机器人的手臂伸缩范围较大;如果把手臂全部伸直，而且我们假设地把它们看成同一钢体，这样就形成一端固定的悬臂梁。
　　应用力学知识体系中的有关梁的分析我们知道，要搞清悬臂梁的变形量，首先要知道梁的重量和截面惯量。
　　由简图知道，由于有多个关节连接，要知道截面形状和惯量不太容易，只有把所有的机构都设计完成后才会知道想求的参数。
　　由简图看出，第二轴担负着手臂的上下运动，而且手臂又比较长，在运动的过程中必然存在着惯性冲量，也就是说，当大臂的运动速度很慢时，惯性就很小;如果速度加快，惯性就加大，这个惯性冲量是与速度有着线性关系;怎样保持一定的速度，又不让惯性随着变化呢？大家都知道，增加阻尼，可有效消除这种关系。这样，大家就可以理解简图上两个弹簧的用意了。
　　即然是这样，那我们就从手腕开始设计。也说是大家所说的从上到下的设计方法。
　　设计手腕要考虑哪些问题呢？可以知道的是有一把焊枪，焊枪的重量不是很重，同时要有夹持焊枪的手爪。也就是说手腕在转动时的负载是不大的，选择驱动功率不大的元件就行了。
　　要让手腕在360度范围内转动，而且后面紧跟着又有一个上下摆动的关节;手腕又是在机器人手臂的最前端，当然总体质量不能太重。用什么样的机构最好呢？下面我们考虑几个方案：
　　1.如简图所示，采用行星齿轮传动。电机驱动太阳轮，行星轮绕太阳轮转动，内齿轮经行星轮减速与太阳轮反向运动，电机与太阳轮同轴安装。
　　2.多级齿轮减速传，电机安装于手腕一侧。
　　3.摆线针轮减速传动，电机与偏心轴同轴安装。
　　4.蜗轮蜗杆减速传动，电机有两种安装方式;一种与输出轴成90度安装，另一种与输出轴同轴线反向错位安装。
　　如上所述，还有很多种方式方法，到底选哪一种最好呢？这样我们就要做比较了。从上面的方案里看，第2种方法是不行的;第4种方法如果采用，手腕的结构就会很大，不利于机器人在运动时做精密定位。这样我们去除了两种方法，我们再比较一下第1种和第3种方法;
　　行星齿轮传动，传动比大，结构复杂，齿轮副配合有间隙，不能自锁。如果采用就得提高齿轮精度，由于是精密传动，齿轮材料也不能按常规齿轮选用材料，加工工艺相对常规齿轮相复杂的多。
　　摆线针轮传动，传动比大，结构复杂，传动间隙小，可以自锁。如果采用，手腕的尺寸不会太小，并且零件加工困难，精度不易保证。
　　比较各方面后，决定采用行星齿轮传动机械结构。行星齿轮在传动的过程中有装配间隙和机械磨损所造成的间隙;要消除这些机械间隙首先就要让齿轮副的配合间隙要小，齿轮材料经热处理后表面要耐磨，因此行星齿轮副的设计计算不能按常规行星齿轮的设计方法去计算。机器人的手腕是很灵活的关节，而且是要做正反两个方向的回转。怎么样安装电机是一个问题;行星齿轮传动机构与手腕俯仰关节连接是一个问题。
　　还有，手腕的运动速可能是非等速的;怎么样去控制电机？又怎么样去采集反馈信号？发出的控制信号到执行单元的过程中有没外部干扰？它来自哪里？
　　再有，就是手腕在运动过程中的精度;手腕在空间做相对运动，怎样去实现运动精度？影响运动精度的因素有哪些？
　　在设计手腕这前一定要搞清楚影响手腕的各方面的因素及内容，问题得到解答后再真正开始手腕的设计。
　　下面给出伺服电机的的技术参数：
　　型号：MSMD04ZS1V
　　额定输出功率：400W
　　额定转矩：1.3N.m最大转矩：3.8N.m
　　额定转速/最高转速：rpm
　　电机惯量（有制动器）：1.7&10-4Kg.m2
　　变压器容量：0.9KVA
　　编码器：17位（分辨率：131072）.7线制增量式/绝对式。
　　适配驱动器型号：MBDDT2210
　　位置控制接线图：
　　17位增量式/绝对式编码器接线图：
　　即然我们选用了行星齿轮传动，那么我们就要进行行星齿轮的相关计算。
　　首先选定模数，由于机器人手腕部分结构要求尽量的小，输出的转矩也相应不是很大，但是，它却会在正反两个方向上存在着高速换向的可能，也就是说在换向时齿轮要克服很大的惯性力，因此，模数的选择计算要按输出转矩的数倍来计算，也就是说：在按强度计算模数时，安全系数选大些。同时由于结构的限制，尽量选用小模数。有关齿轮的计算公式大家可以查阅《齿轮设计手册》。这里我选用模数为：1m选定了模数，下面就要计算传动比，有关行星齿轮传动的计算大家可查阅《齿轮设计手册》或《机械设计手册》内的《齿轮传动部分》，里面有详细的介绍和计算范例。在此不作介绍和引用。
　　行星齿轮传动，必定有一个结构是浮动的，在机器人手腕部分是不是也适用呢？哪一部分做输了出？哪一部分浮动？
　　首先，机器人手腕做360度转动，结构又比较小，再者就是它的输出部分是要有一个法兰，用来安装夹持执行部件的。
　　如果让行星架浮动，行星齿轮分布在太阳轮圆周上，让它浮动时，在运转过程中它不是绕定轴转动，也就是说它不满足输出法兰的转动条件。
　　现在我们考虑一下让内齿转动，法兰固定在内齿轮上，这样就可以保证法兰的转动条件。
　　下面给出手腕的结构图，无浮动部件，内齿轮转动。
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