時間：2022-06-27 02:42:36
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舞臺吊標分為電動和手動兩種,它主要用于懸吊和升降各種幕布、燈具、布景等物，是上下左右頻繁移動機械,所以吊桿也是舞臺安全的主要系數(shù)。電動吊桿的作用可以降低工作人員的勞動強度，起至事半功倍的效果,如果一個舞臺的深度有14米,我們可以為他設置電動吊桿38道，其中24道景桿（含一道前沿幕）、14道備用吊桿【包括2道二維側(cè)光燈架】，一道升降電影銀幕架、1道燈光渡橋及無極均勻伸縮大幕機1套。
通過我們多年使用舞臺吊桿機械的經(jīng)驗,我們認為泰州長江影視工程設備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能最穩(wěn)定，安全最可靠，已經(jīng)被上百家劇院采用。其運用了蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)、材質(zhì)為錫青銅，磨擦系數(shù)小，傳動效率高。有防沖頂保護、上下限保護。滑輪為鍍鋅防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調(diào)整極不方便。長江影視設備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當?shù)鯒U升、降至某一位置時，ABS抱死系統(tǒng)立即斷火緊鎖馬達，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數(shù)最小,安全性達到最高。且強弱電分開控制。
所以在這里設計了舞臺機械的具體參數(shù):
A、景物吊桿技術(shù)參數(shù)如下：
電機功率：2.2KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.27m/s桿體長暫定：16米
電機轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分速比為：40：1
提升荷載為：400KG桿體為鋼管
控制方式：點控
該型吊相具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB.
吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
B、燈光吊桿技術(shù)參數(shù)如下：
電機功率：3KW吊點數(shù)：4個
升降速度：0.18m/s桿體長暫定：14米
電機轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分速比為：50：1
提升荷載為：600KG桿體為?50黑鐵管吊桿
控制方式：點控
該型吊桿具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。
吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。
舞臺機械設計原則
（節(jié)選）1、鋼結(jié)構(gòu)
a)所有承重的鋼結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)剛度大于1：1000
b)鋼結(jié)構(gòu)件應設計合理，鋼結(jié)構(gòu)及其接頭應能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷；
c)鋼結(jié)構(gòu)件所用材料應符合有關(guān)標準；
d)鋼結(jié)構(gòu)焊縫須符合有關(guān)規(guī)定，主要焊縫應進行無損探傷檢查；
2、吊物與卷揚裝置
①卷揚機卷揚機上的電動機和制動器應聯(lián)合動作，只有電動機電源接通時，才能許可制動器打開；萬一制動器打開，而電動機沒有接通電源時，只許吊桿（負載）靜止或低速下降；
②卷筒組件
卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍；
卷筒用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或厚壁無縫鋼管焊接并經(jīng)精確機械加工而成；
鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應中于2.5度；
卷筒組件應設計防止鋼絲繩在負荷或松馳狀態(tài)下跳槽的裝置。
③滑輪
滑輪的節(jié)圓直徑，不應小于鋼索直徑的28倍；
滑輪及滑輪組應采用滾動軸承支承；
滑輪及滑輪組應有防止鋼絲繩脫槽的保護裝置。
鋼絲繩與滑輪的偏角不超過2.5度。
④鋼絲繩
懸吊鋼絲繩應為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩；
預先檢驗：供貨時所有的鋼絲繩均應分批測試；
現(xiàn)場處理：鋼絲繩在安裝期間應小心處理，不能以任何方式技術(shù)打結(jié)或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應妥善處理；
安裝：鋼絲繩不應與設備的固定或移動部分磨擦，在有損壞或卡住風險的地方，應采取正確防護措施；
懸掛支承：穿過頂樓的轉(zhuǎn)向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應在滑輪上進行支承。
⑤鋼絲繩配件
鋼絲繩配件應采用表面鍍鋅的標準配件；
鋼絲繩配件規(guī)格尺寸與鋼絲繩匹配；
使用鋼絲繩夾的地方，每個接頭至少使便用3個正確安裝的繩夾。
3、吊桿
a)吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構(gòu)架應平直、無扭曲變形；
b)管桿采用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管制造；
c)桿的接頭應盡量少，接頭采用實心圓棒與管子配合；
d)懸吊鋼絲繩的端頭用單獨安裝于桿上的調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)整；
e)管端：管端應配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；
4、限位、定位、超程開關(guān)
a)限位及定位開關(guān)
i.行程終止限們開關(guān)：行程終止限位開關(guān)應能測出設備正常行程綹并使之停車；
ii.中間定位開關(guān)：在合適的地方配置中間定位開關(guān)和減速開關(guān)；
iii.直接碰撞限位開關(guān)：行程終止限位開關(guān)也可選用直接碰撞限位開關(guān)。
b)超程限位開關(guān)
超程限位開關(guān)：所有電動設備都應安裝單獨的超程限位開關(guān)，以防行程終止限位開關(guān)發(fā)生故障導致機械損傷。
4、電動機
a)工作循環(huán)：舞臺機械按斷續(xù)操作設定。每個工作循環(huán)規(guī)定為在載荷條件下6次全行程運轉(zhuǎn)并有15min停頓；
可變功能機械系統(tǒng)由不同的分功能組成，且功能間會發(fā)生耦合。筆者基于FBS概念設計模型對可變功能機械系統(tǒng)進行研究，先將各分功能獨立，分別建立自頂向下的設計模型，即先對功能進行分解，由功能-行為映射求解得到相應的行為層級結(jié)構(gòu)，分析相應的行為模型，得出映射層結(jié)構(gòu)方案。可變功能機械的FBS模型詳解如圖1所示。在研究可變功能機械系統(tǒng)時，本研究將分功能到行為和行為到結(jié)構(gòu)的映射并行研究，功能總和代表了各分功能不同模型的集合，系統(tǒng)實現(xiàn)其中一個功能時，另一個分功能處于待用模式，為加以區(qū)分，用功能符號“F”+“i”（數(shù)字）代表分功能序號，用“or”（或者）連接各分功能。之后本研究建立分功能的層級結(jié)構(gòu)及相應的功能分解模型、行為過程層級結(jié)構(gòu)及其行為過程模型，最后進行映射求解。這種并列的設計過程存在交集，即這些分功能間具有耦合性，系統(tǒng)的功能分解有部分相似，例如當農(nóng)用拖車的連接器連接不同的耕作設備可以完成不同的生產(chǎn)功能，施肥機可以進行移動施肥，灑水機完成澆灌工作等，系統(tǒng)的動力功能和傳動功能并未發(fā)生改變，改變的僅是執(zhí)行端的功能。本研究將相似的功能結(jié)構(gòu)和行為結(jié)構(gòu)以及方案層的具體實施構(gòu)件組合用虛線連接，代表它們之間存在的特殊聯(lián)系。為具體表達該設計過程中的模型聯(lián)系，基于經(jīng)典相似理論中對序結(jié)構(gòu)的定義，本研究將系統(tǒng)要素按一定組成規(guī)律、一定順序出現(xiàn)的序列結(jié)構(gòu)稱為序結(jié)構(gòu)，序結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。根據(jù)可變功能機械系統(tǒng)概念設計層次，筆者對序結(jié)構(gòu)進行特征分析，分為功能序結(jié)構(gòu)、行為序結(jié)構(gòu)以及方案序結(jié)構(gòu)。由于篇幅原因，本研究僅對功能分解和行為結(jié)構(gòu)的序結(jié)構(gòu)表達進行描述，并構(gòu)建相似模型。
2相似模型構(gòu)建
2.1功能序結(jié)構(gòu)和行為序結(jié)構(gòu)模型相似包括功能相似以及行為相似，功能具有相同的效果不代表行為也具有相似性。研究系統(tǒng)相似度時需要衡量功能相似度和行為相似度不同的權(quán)重值，建立相似模型，從系統(tǒng)的角度將不同的功能及其行為映射用序結(jié)構(gòu)表達出來，用系統(tǒng)要素的方式進行模型構(gòu)建。功能是表達系統(tǒng)特性最抽象的方式，功能的表達需滿足：（1）能根據(jù)給定要求表示設計者的意圖；（2）能準確描述滿足設計要求的設計對象；（3）能被定性或者定量地評價，并可以測定設計意圖的滿意度。功能的系統(tǒng)要素為能量、物質(zhì)和信息，每個功能要素都有其輸入和輸出，因此可以運用“輸入流-輸出流”的方法進行功能描述。功能要素在時間和空間上有一定的順序，即功能序。本研究將功能序的關(guān)系進行分類，分別有組成關(guān)系、時序關(guān)系和因果關(guān)系如圖2、圖3所示。時序關(guān)系又有順序關(guān)系，并存關(guān)系。功能序是功能序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)組成。在概念設計模型中，功能是一個模糊而粗糙的概念，而行為相對而言更為具體，能激發(fā)設計者的靈感，引導設計者保證三大流（即物質(zhì)、能量、信息）的有序流動，不違背自然規(guī)律。行為的系統(tǒng)要素包括運動學要素、力學要素和能量要素。結(jié)合目前行為結(jié)構(gòu)的表達方法，本研究統(tǒng)一用“輸入流-輸出流”的方式表達行為序結(jié)構(gòu)。行為可以分為基本行為和組合行為。基本行為對應基本結(jié)構(gòu)，較為簡單；組合行為由基本行為構(gòu)成，包括運動轉(zhuǎn)換行為、執(zhí)行行為、檢測行為、控制行為等，這些基本行為通過一定的順序連接起來形成組合行為。行為序就是指這些基本行為和組合行為間的連接，行為序結(jié)構(gòu)則表達了行為序間的連接關(guān)系。行為序結(jié)構(gòu)分類如圖4所示。行為序的關(guān)系有以下幾種：①串聯(lián)順序關(guān)系；②并聯(lián)同時關(guān)系；③選擇發(fā)生關(guān)系。
2.2基于序結(jié)構(gòu)的相似模型構(gòu)建由相似第一定律即序結(jié)構(gòu)定律可知，不同類型、不同層次系統(tǒng)存在一定的序結(jié)構(gòu)，當系統(tǒng)序結(jié)構(gòu)存在共同性時，系統(tǒng)之間出現(xiàn)相似特性，相似性大小隨序結(jié)構(gòu)的共同性程度增大而上升，反之則下降。上節(jié)已將可變功能機械系統(tǒng)概念設計中的功能層和行為層用序結(jié)構(gòu)進行表達來探索功能和行為的相似性，本節(jié)在此基礎(chǔ)之上運用數(shù)學建模對相似度進行計算。可變功能機械系統(tǒng)具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行為能通過改變一些系統(tǒng)組成就能形成新的功能系統(tǒng)，若是沒有相似性即相似度為零，那么整個分功能系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變成了多功能的單個系統(tǒng)的集合，不在本研究的研究范圍之內(nèi)。本研究將系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分進行序結(jié)構(gòu)構(gòu)建和分析之后，為每個序進行編碼，用eik表示序要素的集合，要素包含屬性和特征值，屬性由所屬功能或者行為的輸入輸出流決定，i是分功能編號，k是序的編號。相似序的概念是將分功能序結(jié)構(gòu)的要素和特征聯(lián)系形成兩兩組合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的個數(shù)和相似序?qū)ο嗨频挠绊憴?quán)重所決定，相似度以q表示，相似序個數(shù)決定的相似度為q1，影響權(quán)重決定的相似度。權(quán)重的分配也是相似度量的重要環(huán)節(jié)之一，主要包括主觀權(quán)重分配方法和客觀權(quán)重分配方法。相似序模型分析之后根據(jù)經(jīng)典相似理論進行數(shù)學建模，系統(tǒng)的總相似度由功能、行為和結(jié)構(gòu)的相似度綜合得出。本研究根據(jù)所建立的序結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)知識表達，計算可變功能間的相似性，設機械系統(tǒng)共有兩個可變分功能，特征參數(shù)取自輸入輸出流的類型和數(shù)值，如功能的能量類型和所代表的數(shù)值等，對整個系統(tǒng)進行相似模型構(gòu)建，并計算相應的相似度數(shù)值。相似求解模型如圖5所示。建模的一般步驟可表述如下：（1）分別對分功能系統(tǒng)進行層次劃分，建立基于功能或者行為結(jié)構(gòu)的模型。可用輸入流輸出流的方式按2.1節(jié)所述分別建立分功能的具體模型，對應的序結(jié)構(gòu)統(tǒng)計如表1所示。
3實例分析
筆者選取典型的可變功能機械系統(tǒng)進行研究，選取如圖6所示的機床作為研究對象，通過更換不同的刀具執(zhí)行機構(gòu)可以獲得鉆孔，擴孔和鉸孔3個不同的功能。可以看出，這是一種通過改變系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)達到改變功能的情況。本研究按上文所述的步驟進行分析，首先由系統(tǒng)的可變功能得到功能的序結(jié)構(gòu)模型，所建立的模型如圖7所示。表3所示機床的可變功能由更換執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)，在系統(tǒng)層面上達到了改變功能的要求。本研究按上文所述，根據(jù)所建立的序結(jié)構(gòu)模型，通過分析相似要素應用公式（1~3）得到系統(tǒng)功能級的相似度數(shù)值。
4結(jié)束語
機械設備是工業(yè)自動化生產(chǎn)設施，用其取代人工參與生產(chǎn)活動具有實用性特點，幫助企業(yè)解決高難度生產(chǎn)操作任務。隨著工業(yè)生產(chǎn)與制造規(guī)模擴大化，機械設備工作期間產(chǎn)生的能耗系數(shù)越來越大，這與機械傳動系統(tǒng)效能存在直接關(guān)系。對機械傳動產(chǎn)生影響的主要因素有：（1）結(jié)構(gòu)因素。當前，機械設備已廣泛應用于不同領(lǐng)域，在工業(yè)制造與生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，自動化控制系統(tǒng)是主要模式。不同機械設備對內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求不一樣，機械傳動能耗系數(shù)過大，很大一部分原因是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，機械零部件配合系數(shù)低，導致整臺設備運行速率地下。機械傳動有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動等不同方式，若傳動結(jié)合組合不科學則會影響工作效率。（2）操作因素。實際應用階段，操作人員掌控設備方法不標準，容易造成機械零部件損耗過大，傳動系統(tǒng)運行帶來的能耗量過大。例如，數(shù)控機床操作人員對主軸控制不穩(wěn)定，傳動部件啟動后出現(xiàn)磨損，整臺機床工作效能將受到很大的影響。對于手動機械來說，人工操作水平直接決定機械傳動作業(yè)效率，一旦出現(xiàn)失誤則會增大能耗系數(shù)。（3）保養(yǎng)因素。除了日常使用外，后期保養(yǎng)對機械系統(tǒng)功能也有很大的影響，也是降低系統(tǒng)能耗系數(shù)的一大原因。機械化工程普及背景下，機械設備取代人工操作是必然趨勢，長期依賴機械設備也導致荷載量大增、故障率提高、維修次數(shù)增多。而后期保養(yǎng)措施不當將增加傳動系統(tǒng)的能耗指標，對人員及設備安全構(gòu)成威脅。
2機械傳動系統(tǒng)節(jié)能設計方法
機械傳動系統(tǒng)是機械系統(tǒng)的核心構(gòu)成，傳動機構(gòu)的工作效率對整個機械設備運行有直接性影響。為了順序現(xiàn)代機械工程改造要求，必須要提出切實可行的節(jié)能設計改造方案，維持機械工程運行速率的穩(wěn)定性。結(jié)合常見的機械傳動方式，其節(jié)能設計改造方法：（1）齒輪傳動。齒輪傳動是依靠主動齒輪依次撥動從動齒輪來傳遞動力的，齒輪傳動節(jié)能設計的要點是保證齒輪瞬時角速度比始終保持穩(wěn)定。定軸齒輪系在工作時所有齒輪的回轉(zhuǎn)軸線固定不變。設計人員可根據(jù)齒輪傳動類型詳細設計，以最優(yōu)齒輪組合方式執(zhí)行傳動工作。例如，從零部件耗損率控制角度考慮，設計改造時可按照兩齒輪傳動時的相對運動為平面運動、空間運動，再將其分為平面齒輪傳動、空間齒輪傳動，選擇最高效的方式作為機械設備動力來源，減少了齒輪嚙合磨損。（2）蝸輪蝸桿傳動。渦輪蝸桿傳動效率偏低，且零部件磨損較大，長時間運行會出現(xiàn)不同程度的故障問題，阻礙了機械設備的穩(wěn)步運行。在節(jié)能改造設計中，可用專用工具安裝或拆卸，禁止用錘子敲擊減速機部件；根據(jù)公差配合要求裝配蝸輪輸出軸；嚴格采用原廠配備的齒輪和蝸輪蝸桿進行成對更換；在空心軸上涂紅丹油或防粘劑，防止配合面積垢和過度磨損產(chǎn)生的生銹。（3）帶傳動。機械設備選用帶傳動系統(tǒng)具有安裝便捷、易操控等特點，但是帶傳動長時間處于高速、高溫旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，易容易出現(xiàn)斷裂、耗損等問題。節(jié)能設計中，需對主動輪、從動輪、環(huán)形帶等進行優(yōu)化設計，進而提高傳動機構(gòu)的穩(wěn)定性。（4）鏈傳動。鏈傳動由主動鏈輪、從動鏈輪和環(huán)形鏈條組成，環(huán)形鏈條作為中間撓性件裝在平行軸上，動力和運動的傳遞依靠鏈輪輪齒與鏈條的嚙合動作完成。一般來說，鏈傳動節(jié)能設計與改造需注意鏈條、鏈輪的高效搭配。例如，鏈傳動工作時，為了便于鏈條聯(lián)成環(huán)形時內(nèi)、外鏈板正好相接，鏈接數(shù)一般取偶數(shù)；為了便于鏈接的嚙合，鏈輪軸面齒形兩側(cè)應設計成圓弧狀；鏈傳動接頭處需要用開口銷或彈簧夾夾緊。鏈傳動節(jié)能設計要考慮傳動機構(gòu)形式，合理控制小鏈齒輪數(shù)量，小鏈齒輪數(shù)盡量多一些。
3機械傳動系統(tǒng)防護設計
機械工程快速發(fā)展趨勢下，人們對機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合形式展開深入研究，如何在滿足機械系統(tǒng)工作性能前提下，通過優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)節(jié)能化控制，這是現(xiàn)代機械科技改造的先進趨勢。機械傳動系統(tǒng)防護也是節(jié)能改造設計的一部分內(nèi)容，可綜合防范機械故障發(fā)生帶來的異常損耗。（1）齒輪傳動。傳動系統(tǒng)是機械設備的核心部分，能夠為整臺裝備提供足夠的動力來源，維持內(nèi)部元器件持續(xù)運轉(zhuǎn)。為了保證傳動系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免傳動系統(tǒng)零部件產(chǎn)生異常工況造成的危險事故，齒輪傳動機構(gòu)必須安裝全封閉的防護裝置。（2）皮帶傳動。動力是維持一切機器設備運行的基本條件，傳動系統(tǒng)是機械設備創(chuàng)造動力的根源。皮帶傳動裝置可以采用全封閉型防護裝置或帶有金屬骨架的防護網(wǎng)，也可以采用防護欄桿，從而保證皮帶傳動的耐用性和連續(xù)性。（3）聯(lián)軸器。除了對機械設備直接性的改造設計，還要注重設備使用后期的綜合養(yǎng)護，才可不斷延長設備的使用壽命。聯(lián)軸器需要加裝防護罩，確保其在工作時不被破壞，從而延長使用壽命，比如Ω型防護罩；安全聯(lián)軸器可以保證其在工作時沒有突出的部分，確保聯(lián)軸器的工作安全。
4結(jié)束語
課程設計是對課程內(nèi)容的應用性訓練環(huán)節(jié)，是學生應用所學知識進行階段性的專業(yè)訓練過程，也是對理論教學效果的檢驗。通過這一環(huán)節(jié)使學生在查閱資料、理論計算、數(shù)據(jù)處理等方面得到基本訓練，培養(yǎng)學生綜合運用理論知識分析、解決實際問題的能力和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，樹立正確的規(guī)劃、設計思想。
課程設計論文準備
（1）課程設計（論文）開始前應準備好教學大綱、任務書和指導書等必要
的教學文件，以及教學參考資料、范例等。
（2）在滿足教學大綱和教學基本要求的前提下，課程設計選題應使學生得
到較全面的能力訓練，達到培養(yǎng)學生實踐技能的目的。題目的深度、廣度和難度要適當，使學生能在規(guī)定時間內(nèi)完成任務。必須明確每個學生獨立完成的部分，做到參數(shù)、指標或側(cè)重點不同，避免因工作任務雷同而出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。
2、課程設計（論文）指導教師的配備和職責
（1）指導教師應在課程設計（論文）開始時向?qū)W生下達任務書并公布具體
考核方式。
（2）指導教師應檢查和監(jiān)督學生的出勤、工作進度，保證足夠的指導時間，
對學生遇到的問題要及時指導，注重啟發(fā)、引導、鼓勵學生提出獨立見解，適當組織討論，充分發(fā)揮學生的主體作用，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。
（3）指導教師應認真審查學生完成的設計論文，客觀公正地評價學生成績；
將課程設計論文資料整理齊全，按要求存檔，并填寫有關(guān)報表。
3、課程設計論文的任務書和指導書
（1）課程設計（論文）任務書和指導書由指導教師擬訂、撰寫，經(jīng)系主任
審查后，在布置課程設計（論文）任務時印發(fā)給學生。
（2）課程設計（論文）任務書的內(nèi)容應包括：設計（論文）題目、已知技
術(shù)參數(shù)（題目背景）、設計（論證、調(diào)研）要求、設計（分析）方法、指導教師與系主任簽字。
（3）課程設計（論文）指導書應包括設計步驟、設計要點、主要技術(shù)步驟
和關(guān)鍵分析、方案比較內(nèi)容等。
4、成績評定與資料歸檔
（1）學生課程設計論文完成后，由學生按要求裝訂成冊，指導教師應組織
評審。課程設計論文成績根據(jù)學生的考勤、課程設計論文完成質(zhì)量綜合評定，其權(quán)重由教學基層單位確定。成績采用五級分制評定。
（2）指導教師在課程設計論文工作結(jié)束后填寫《內(nèi)蒙古科技大學課程設計
（課程論文）工作總結(jié)表》。
（3）課程設計（論文）成果及相關(guān)材料由學院保留四年。對于優(yōu)秀課程設
計（論文），保管期限可適當延長或移交學校檔案室存檔。
課程設計論文要求
課程設計論文的內(nèi)容應包括：
1．封面
2．任務書
3．目錄
4．正文
（1）．論文題目；
（2）．技術(shù)參數(shù)、設計步驟；
（3）．設計理論分析方法
（4）．設計結(jié)論及其分析
5．參考文獻
注意：絕不允許課程設計論文雷同，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)全部計為零分！ （即便課程設計的內(nèi)容相同或相近，在文字敘述中也要有自己獨有的文字表達出 來，所有的圖都要自己畫，一旦發(fā)現(xiàn)報告中出現(xiàn)網(wǎng)絡下載的圖片取消成績） 課程設計論文的格式要求：
論文使用A4紙打印，中文字符一律使用宋體，西文字符一律使用Times New Roman字體
一級標題采用小三號字加粗，兩端對齊，段后空一行；二級標題采用四號字加粗，兩端對齊；三級標題采用小四號字加粗，兩端對齊；正文采用小四號字，兩端對齊，1.5倍行距，首行縮進2字符。題目、目錄、附錄、參考文獻等標題采用小三號字加粗，居中對齊，段后空一行。
圖標題應在一級編號下順序編號，如圖1.1、圖1.2、圖2.1、圖2.2??，居中置于圖的正下方，段后空一行。
表標題應在一級編號下順序編號，如表1.1、表1.2、表2.1、表2.2??，居中置于表的正上方，段前空一行。
頁眉采用五號字居中注明“內(nèi)蒙古科技大學課程設計論文”字樣，頁腳采用五號字居中標注頁碼（摘要和目錄采用羅馬數(shù)字，其它采用阿拉伯數(shù)字）。
（1）篇幅
課程設計論文的篇幅為3--4千字左右。
（2）裝訂
論文按封面、任務書、目錄、正文、附錄、參考文獻的順序裝訂成冊。
題目：
關(guān)鍵詞：角色協(xié)同；工作流；畢業(yè)論文；管理系統(tǒng)
中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A
1 引言（Introduction）
本科畢業(yè)論文是本科生的一門重要實踐課程，也是大部分教師和教學管理人員每年都要面臨的一項煩瑣工作。從出題、選題，再到寫作與指導、評審與答辯等，整個過程都需要教學管理人員、教師、學生投入大量的精力。傳統(tǒng)的本科畢業(yè)論文指導與管理工作存在以下主要問題：
（1）師生協(xié)同不足：學生離校實習、教師無固定辦公地點等，導致學生與教師見面不易，信息溝通不暢，師生交流不充分。由于教師工作比較繁忙，每個教師要同時指導多名學生，導致學生和教師很難在工作時段內(nèi)同時有空閑時間來進行面對面地指導，難以實現(xiàn)老師與學生之間的互動，教師對學生論文評閱效率低下。
（2）工作壓力大：本科畢業(yè)論文整個工作流程的工作環(huán)節(jié)多，參與人員多，時間跨度長，業(yè)務流程繁雜，工作量龐大，工作煩瑣、易重復。
（3）信息化程度低：本科畢業(yè)論文各個工作環(huán)節(jié)會產(chǎn)生階段文檔，而且前后各階段文檔之間有著密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系；大量的打印文檔不利于師生對文檔的查閱、保存，且不環(huán)保。即使使用電子文檔，但未建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，不利于收集、查詢和統(tǒng)計。
（4）監(jiān)管力度不足：傳統(tǒng)畢業(yè)論文寫作與指導過程缺乏有效的監(jiān)管力度，難以保證師生按時完成各項工作。缺少第三方監(jiān)管本科畢業(yè)論文寫作與指導過程的完整記錄，難以解決導師與學生之間就論文完成情況及論文質(zhì)量相互推卸責任的問題。
針對上述問題，國內(nèi)研究者們提出了不同的畢業(yè)論文管理系統(tǒng)，文獻[1―4]建立了基于WEB方式的論文管理系統(tǒng)，文獻[5]提出了基于本體的論文管理系統(tǒng)，文獻[6]提出了基于工作流的論文管理系統(tǒng)，但是這些研究在師生協(xié)同、提高工作效率、加強監(jiān)督方面仍存在不足。因此，本文提出一種角色協(xié)同的工作流模型；根據(jù)模型中的系統(tǒng)工作流狀態(tài)，利用時間和事件觸發(fā)機制，對用戶指派角色、對角色指派權(quán)限，再通過各個角色之間的協(xié)同，完成畢業(yè)論文各項工作，解決傳統(tǒng)人工方式的論文管理工作中存在的問題，提高工作效率、減輕工作壓力、增強監(jiān)管力度、提高論文管理工作的信息化水平。
2 相關(guān)知識（Related work）
角色：是相關(guān)權(quán)限命令的集合，使用角色的主要目的是簡化權(quán)限管理，角色主要由權(quán)限和用戶構(gòu)成[7]。
協(xié)同：就是打破資源（如人、財、物、信息和流程等）之間的各種壁壘和邊界，使它們?yōu)楣餐哪繕硕M行協(xié)調(diào)的運作，通過對各種資源最大的開發(fā)、利用和增值以充分達成共同的目標[8]。
工作流：是指一類能夠完全自動執(zhí)行的經(jīng)營過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，將文檔、信息或任務在不同的執(zhí)行者之間進行傳遞與執(zhí)行[9]。作為計算機支持的協(xié)同工作研究的一個重要方向，工作流管理的主要目標是通過調(diào)用有關(guān)的信息資源與人力資源來協(xié)調(diào)業(yè)務過程中的各個環(huán)節(jié)，使之按照一定的順序依次進行，從而實現(xiàn)業(yè)務過程的自動化。工作流技術(shù)通過將工作分解成為良好的任務、角色，按照一定的規(guī)則和流程來執(zhí)行這些任務并對它們進行監(jiān)控，以達到提高辦事效率、降低工作成本的目的[10]。
時間觸發(fā)機制[11，13]是指將時間域分成離散的時間間隔，將消息的傳輸分配在一定的時間間隔內(nèi)完成。
事件觸發(fā)機制[12，13]是指在工作流程中，根據(jù)其他事件的發(fā)生而產(chǎn)生相應動作（稱為觸發(fā)動作）干預工作進程。
3 角色協(xié)同的工作流模型（The role-collaborative
workflow model）
本節(jié)首先對角色協(xié)同的工作流模型（Role-collaborative Workflow Model，RcW）進行描述，然后基于該模型進行建模。
3.1 模型的組成元素
角色協(xié)同的工作流模型由用戶主體、角色主體、任務主體、系統(tǒng)工作流狀態(tài)、訪問權(quán)限、角色指派、權(quán)限指派和角色協(xié)同這八個元素組成。下面將分別對這八個元素進行描述。
用戶主體：是指提出指派角色請求的實體，使用符號u表示，用戶主體的集合使用符號U表示。
角色主體：是指提出指派權(quán)限請求的實體，使用符號r表示，角色主體的集合使用符號R表示。在本科畢業(yè)論文的整個工作當中，存在著教學管理人員（教學院長、系主任、教學秘書）、教師（指導老師，交叉評閱老師，答辯老師）以及學生這些不同的角色，所以論文管理系統(tǒng)中的角色主體集合表示為：
（1）
公式（1）中，M表示管理員，T表示教師，S表示學生。
任務主體：是指接受r訪問的實體，也是工作流各個環(huán)節(jié)的核心，使用符號t表示，任務主體的集合使用T表示。論文管理系統(tǒng)中的任務主體集合圍繞著論文展開，表示為：
系統(tǒng)工作流狀態(tài)：是指RcW模型在整個論文工作流程（如圖1所示）中，r訪問t時的快照，使用符號s表示，系統(tǒng)工作流狀態(tài)集合使用符號S表示，包含r訪問的對象t和訪問時間time兩個元素。論文管理系統(tǒng)中的系統(tǒng)工作流狀態(tài)集合表示為：
訪問權(quán)限：是指r訪問工作流中任務主體的方式，使用符號p表示，訪問權(quán)限的集合使用符號P表示。論文管理系統(tǒng)中的訪問權(quán)限集合表示為：
角色指派：是指在系統(tǒng)工作流狀態(tài)下對u指派r的方式，使用符號UA表示。RcW模型中，同一個u能夠被指派多個r，但是在同一s狀態(tài)下，一個u只能被指派一個r，因此角色指派由s決定。角色指派函數(shù)表示為：
權(quán)限指派：是指在系統(tǒng)工作流狀態(tài)下對r指派p的方式，使用符號PA表示。RcW模型中，不同的r訪問的t不一樣，對t的訪問權(quán)限也不同，且同一r在不同的s狀態(tài)下，對t的訪問權(quán)限也不同，因此，權(quán)限指派由s決定。權(quán)限指派函數(shù)表示為：
角色指派和權(quán)限指派都由s決定，s的狀態(tài)由s中的兩個元素t和time決定，s中的元素time是被分成離散的時間間隔，t的觸發(fā)被分配在一定的時間間隔內(nèi)完成，這樣就應用到了時間觸發(fā)機制的原理。例如在開題報告提交時間結(jié)束時，則激活論文寫作與指導階段的工作流程中的t，開始初稿的提交；在論文定稿提交時間結(jié)束時，則凍結(jié)論文寫作與指導階段的工作流程中的t。
同時在RcW模型中，部分流程的ti的觸發(fā)等待著ti-1事件的完成來激活自身狀態(tài)。不同的用戶角色訪問不同t，則被指派不同權(quán)限，這樣就應用到了事件觸發(fā)機制的原理。例如學生在論文初稿tk提交完成后，觸發(fā)導師指導評閱論文初稿tk+1的工作進程；導師在論文初稿的評閱tk+1提交完成后，激活學生提交修改稿tk+2的工作進程。
因此角色指派和權(quán)限指派都考慮到了時間和事件觸發(fā)機制。
角色協(xié)同，是指在RcW模型中，各個角色主體之間打破時間、空間、物質(zhì)等資源之間的各種壁壘和邊界，使他們?yōu)橥瓿晒餐繕硕M行協(xié)調(diào)的運作，通過對各種資源最大的開發(fā)、利用和增值以充分達成共同目標，使用符號RC表示。角色協(xié)同函數(shù)表示為：
在畢業(yè)論文管理系統(tǒng)中，大部分工作需要教學院長、系主任、教學秘書、教師和學生等這些角色之間的協(xié)同RC來完成。例如，導師與學生之間協(xié)同完成論文的指導與寫作，最終完成共同目標――論文定稿的完成。
這樣，RcW模型可以表示為八元組：
RcW模型運行的充分必要條件為：不存在u無法被指派r，不存在r無法被指派p，不存在t無法被訪問。
3.2 角色協(xié)同的工作流模型
基于RcW模型的組成元素，根據(jù)RBAC96[14]的框架對RcW模型進行建模，在RcW模型中添加了會話集和約束集，如圖1所示。
圖1 RcW模型
Fig.1 RcW model
RcW Model：
U：用戶主體集合；R：角色主體集合；
T：任務主體集合；P：訪問權(quán)限集合；
Sessions：會話集――各主體之間的會話；
Constrains：約束集――約束各主體之間的指派關(guān)系。
OP={execute}，操作集合
P=OP×T～Constrains（S）
UAU×R，用戶與角色的指派關(guān)系
roles（u）：U2R～Constrains（S），對用戶指派角色的函數(shù)映射。
roles（u）={（ri）|（[（ri，u）∈UA}
PAR×P，角色與權(quán)限的指派關(guān)系
per： R2P～Constrains（S），對角色指派權(quán)限的函數(shù)映射。
per（ri）={（p，ti）|[（ri，p，ti）∈PA]}
RC（RiTk）×（RjTl） i≠j 角色之間的協(xié)同
在RcW模型中，為確保用戶角色指派的正確性，根據(jù)用戶與角色的指派關(guān)系和用戶指派角色的函數(shù)映射，設計了用戶角色指派算法。如下所示。
用戶角色指派算法（Algorithm of User-Role Assignment）：
{
Initialize： R；//可指派角色集合
R =GetRofUA（u）；
If R is Null
Return NULL；
For each r in R
if r match current S//如果角色r與當前狀態(tài)相匹配
Assign r to u；
exit for；
Else Next r；
End for
If OutofMaxR（u，R）//如果超出可指派角色集合
Return NULL；
}
在RcW模型中，為確保角色權(quán)限指派的正確性，根據(jù)角色與權(quán)限的指派關(guān)系和角色指派權(quán)限的函數(shù)映射，設計了角色權(quán)限指派算法。如下所示。
角色權(quán)限指派算法（Algorithm of Role-Permission Assignment）：
{
If （r，t）（R，T，PA） is NULL
//如果當前（r，t）無法與角色權(quán)限集合相匹配
Return NO PREMISSION；
Else
If Activate（t）//如果當前任務被激活
Return READ & WRITE；
ElseReturn READ ONLY；
}
根據(jù)RcW模型，實現(xiàn)基于RcW模型的畢業(yè)論文管理系統(tǒng)。下一節(jié)對該系統(tǒng)和傳統(tǒng)人工方式進行應用研究比較與結(jié)果分析。
4 應用研究與結(jié)果分析（Application studies and
results analyzes）
為了驗證基于RcW模型的本科畢業(yè)論文管理系統(tǒng)在解決傳統(tǒng)人工論文管理方式中存在的問題的實用性，基于角色協(xié)同的工作流模型的本科畢業(yè)論文管理系統(tǒng)已在西南大學外國語學院試運行，網(wǎng)址：http：//202.202.121.101/pdms。
對于傳統(tǒng)的人工論文管理的方式，通過外國語學院教務管理人員提供的信息，收集整理了2011―2013年這三屆西南大學外語學院本科畢業(yè)論文管理工作的數(shù)據(jù)。
對于系統(tǒng)進行論文管理的方式，通過系統(tǒng)對論文管理工作整個流程的完整記錄，收集整理了2014屆外語學院畢業(yè)生通過本系統(tǒng)完成畢業(yè)論文的數(shù)據(jù)。
對于傳統(tǒng)人工方式和系統(tǒng)方式的各項數(shù)據(jù)，主要從以下幾個方面進行比較與分析。首先，在完成各個相同階段的管理工作耗時進行了比較，結(jié)果如表1所示。
表1 各階段工作的耗時對比
Tab.1 Time for each management stage
工作階段 傳統(tǒng)人工方式耗時 系統(tǒng)方式耗時
2011 2012 2013 2014 2015
給學生安排導師 2.5days 3days 3days 3.2min 2.8min
統(tǒng)計提交任務書人數(shù) 20―30
min/time 20―30
min/time 20―30
min/time 0.13
sec/time 0.12
sec/time
統(tǒng)計提交開題報告人數(shù) 20―30
min/time 20―30
min/time 20―30
min/time 0.11
sec/time 0.13
sec/time
統(tǒng)計提交論文定稿人數(shù) 20―30
min/time 20―30
min/time 20―30
min/time 0.14
sec/time ――
安排答辯分組 2days 2days 2days 3.7min ――
統(tǒng)計學生成績 1day 1day 1day 0.54sec ――
查找 10―20
min/time 10―20
min/time 10―20
min/time 0.12
sec/time ――
說明：在統(tǒng)計提交任務書、開題報告和論文定稿人數(shù)的時候，如果有未提交的，還需要列出未按時提交論文稿件的學生名單。目前為止，2015屆畢業(yè)生的論文工作完成了一部分，只有部分數(shù)據(jù)。2011―2013的數(shù)據(jù)是由外國語學院的教務管理人員提供的，2014―2015的數(shù)據(jù)是通過系統(tǒng)操作20次的平均值。
然后，在各個階段論文稿件的按時提交比例方面進行了比較，結(jié)果如表2所示。
表2 每階段學生教師完成情況的數(shù)量對比
Tab.2 The number of submission on time
工作
階段 傳統(tǒng)人工方式 系統(tǒng)方式
總?cè)藬?shù) 2011
按時完成人數(shù) 比例 總?cè)藬?shù) 2012
按時完成人數(shù) 比例 總?cè)藬?shù) 2013
按時完成人數(shù) 比例 總?cè)藬?shù) 2014
按時完成人數(shù) 比例
指導
方向 141 120 85.1% 145 114 78.6% 146 117 80.1% 143 139 97.2%
論文
方向 571 472 82.7% 563 501 89.0% 579 498 86.0% 541 524 96.9%
任務書 571 469 82.1% 563 468 83.1% 579 472 81.5% 541 540 99.8%
開題
報告 571 473 82.8% 563 439 78.0% 579 472 81.5% 541 537 99.3%
定稿 571 483 84.6% 563 453 80.5% 579 463 80.0% 541 531 98.2%
論文
評閱 571 476 83.4% 563 468 83.1% 579 501 86.5% 541 529 97.8%
交叉
評閱 571 483 84.6% 563 455 80.8% 579 510 88.1% 541 535 98.9%
說明：由于傳統(tǒng)人工方式無法對論文指導過程進行記錄，傳統(tǒng)人工方式在論文指導過程中無數(shù)據(jù)。修改稿在論文指導過程中，論文稿件有多次提交的情況，在表中使用的數(shù)據(jù)是修改稿第一次提交和第一次評閱的數(shù)據(jù)。2011―2013的數(shù)據(jù)是由外國語學院的教務管理人員提供的，2014的數(shù)據(jù)是系統(tǒng)記錄的。
由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，通過本系統(tǒng)進行本科畢業(yè)論文相關(guān)工作，極大地減少了工作時間，提高工作效率，同時減輕了教學管理人員的工作量。由表2的數(shù)據(jù)分析可以明顯看出，在通過使用進行本科畢業(yè)論文相關(guān)工作時，本科論文過程中各項工作的完成率相較于傳統(tǒng)模式平均提升了15%，各個階段完成工作比大幅提升。通過在線提交，在線指導，在線監(jiān)控論文進程，方便了師生之間論文的寫作與指導，同時實現(xiàn)了對論文指導過程的全程記錄，對論文指導工作的評價與衡量提供可靠的依據(jù)。
論文存儲：2011屆紙質(zhì)任務書、開題報告和論文各571份，2012屆紙質(zhì)任務書、開題報告和論文各563份，2013屆紙質(zhì)任務書、開題報告和論文各541份，總占地1.14m3；2014屆各種電子版的論文稿件共計9514份，占5.15GB的硬盤容量。紙質(zhì)論文需要大量的打印，不環(huán)保，電子格式的論文稿件存儲占地空間小，不需要打印大量的紙質(zhì)文檔，十分環(huán)保，且在系統(tǒng)中查找論文稿件十分方便。
在2011―2013年的本科畢業(yè)論文工作中，發(fā)生學生稿件遺失、需要學生重新提交的情況平均17例；給導師發(fā)送論文出錯情況平均發(fā)生8例；在2014屆，由于使用了本系統(tǒng)，未發(fā)生上述兩種情況。在2011―2013年，學生未按時完成論文，與導師相互推卸責任的情況平均有5例，同時由于無依據(jù)可尋，處理此種情況很麻煩；在2014屆中發(fā)生此種情況三例，直接查看整個工作過程的記錄，根據(jù)記錄處理，十分方便且具有說服力。
5 結(jié)論（Conclusion）
基于角色協(xié)同工作流模型的本科畢業(yè)論文管理系統(tǒng)已初次在西南大學外國語學院使用，運用角色協(xié)同和工作流的技術(shù)，采用時間觸發(fā)機制和事件觸發(fā)機制的原理，較好地解決了傳統(tǒng)人工管理方式存在的四大問題，有效地減輕了教學管理人員、教師、學生完成本科畢業(yè)論文工作的工作量，提高了本科畢業(yè)論文工作的工作效率，取得了較好的教學成果；且系統(tǒng)全程保留了本科畢業(yè)論文工作在各個階段產(chǎn)生的文檔和數(shù)據(jù)，記錄了論文指導的整個過程，可以為教師進行論文工作的績效評估提供依據(jù)。
在RcW模型中，考慮優(yōu)化算法的設計，優(yōu)化用戶角色指派算法和角色權(quán)限指派算法；在系統(tǒng)工作流狀態(tài)中加入短信實體，實時通知用戶關(guān)于工作流的狀態(tài)，是今后的研究發(fā)展方向。
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作者簡介：
戴慶輝1958年生于河北省棗強縣，1982年以所學專業(yè)課全優(yōu)的成績畢業(yè)于華北電力大學，留校任教。1990年任設計專業(yè)教研室主任。1999年受聘大學教授和研究生導師。2000年至今任現(xiàn)代工業(yè)工程研究所主任。他是長年辛勤工作在我國高等教育第一線的教師。
恪守職責行勝于言
戴慶輝已從事高校教學工作30年，恪守職責是他在教學工作中的首要信條。執(zhí)教以來，他主講過研究生課程5門，《現(xiàn)代設計理論與方法》、《技術(shù)戰(zhàn)略與創(chuàng)新》、《現(xiàn)代工業(yè)工程》、《數(shù)值分析》和《創(chuàng)新設計》。主講過本科生課程12門，現(xiàn)主講《機械系統(tǒng)設計》、《電力機械》和《工業(yè)工程概論》等。
課堂教學追求卓越。2000年他負責并主研的“機械系統(tǒng)設計現(xiàn)代化教學的研究與實踐”榮獲“河北省教學成果三等獎”；2002年他獨立完成的“專業(yè)課教學的創(chuàng)新與實踐”榮獲“河北省高教科研成果二等獎”。同年他主講的專業(yè)主干課《機械系統(tǒng)設計》被評為“河北省優(yōu)秀課程”，2003年轉(zhuǎn)為首批“省級精品課程”。這是全校最早獲此榮譽的專業(yè)課。2007年該課程在河北省第二輪精品課程建設評估中再次斬獲“省級精品課程”殊榮。
實踐教學力爭一流。截至目前，他已指導過27屆畢業(yè)設計和23屆校外生產(chǎn)實習，還指導了大量的課程設計和上機實習。他非常重視對學生能力的培養(yǎng)。1990年他指導的畢業(yè)設計“火電廠大型泵與風機節(jié)能調(diào)速裝置”，被原能源部評為一等獎，并在全國電力高校優(yōu)秀畢業(yè)設計中名列第一。近年來，他領(lǐng)導教學團隊創(chuàng)建了工業(yè)工程專業(yè)實驗室，建成了適于專業(yè)教學的現(xiàn)代化“微型工廠”，使實驗開出率達到教學大綱要求的100%；還全力配合校工程訓練中心，成功獲得了“國家級實驗教學示范中心”。他潛心指導創(chuàng)新實踐，于2012年帶領(lǐng)學生獲國家發(fā)明專利2項：“多能源聯(lián)合發(fā)電裝置”；“一種車流碾壓發(fā)電裝置”。
愛崗敬業(yè)業(yè)精于勤
戴慶輝早在1991年就榮獲全校首屆青年教師講課比賽一等獎；1996年榮獲“河北省‘三育人’標兵”；1997年榮獲“河北省優(yōu)秀教師”；2008年榮獲大學“教學優(yōu)秀特等獎”，2009年榮獲“河北省高等學校教學名師”。
計算機理論雙目立體視覺運動平臺的動力學仿真分析
一、引言
隨著信息、處理、計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術(shù)，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術(shù)、視覺傳感器技術(shù)、攝像技術(shù)以及立體視覺理論的發(fā)展，利用視覺傳感器來獲取環(huán)境圖像，并用計算機實現(xiàn)對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現(xiàn)實[1-4]。本文采用了目前國內(nèi)外進行機電一體化系統(tǒng)設計時最常用的虛擬樣機技術(shù)，基于3D數(shù)字化設計平臺UG，采用赫爾姆霍茨模型作為參考設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。
二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍
運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍（±60o）、“頭部”俯仰運動空間范圍（±45o）。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產(chǎn)生運動碰撞干涉。本文采用機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件ADAMS對運動平臺進行運動仿真分析[5]。
經(jīng)過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：
（一）左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置，如圖2所示
（三）沒有發(fā)生偏航運動，仰視極限負45度位置，如圖4所示
偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產(chǎn)生運動碰撞干涉現(xiàn)象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結(jié)果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結(jié)構(gòu)設計提供實用的改進和參考依據(jù)。
三、驅(qū)動電機的輸入扭矩分析
要驗證選擇的驅(qū)動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)動頭和攝像機等運動部件的負載轉(zhuǎn)矩。運動部件的負載扭矩在ADAMS中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。
通過圖8和圖9，可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續(xù)曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅(qū)動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發(fā)生變化而出現(xiàn)突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結(jié)果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
四、結(jié)論
仿真的結(jié)果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據(jù)仿真結(jié)果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構(gòu)設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計提供實用的改進和參考依據(jù)。
并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結(jié)果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
參考文獻：
[2]賈云得.機器視覺[M].北京:科學出版社,2000,(4):1-10.
關(guān)鍵詞：立體視覺；運動平臺；ADAMS
一、引言
隨著信息、處理、計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術(shù)，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術(shù)、視覺傳感器技術(shù)、攝像技術(shù)以及立體視覺理論的發(fā)展，利用視覺傳感器來獲取環(huán)境圖像，并用計算機實現(xiàn)對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現(xiàn)實[1-4]。本文采用了目前國內(nèi)外進行機電一體化系統(tǒng)設計時最常用的虛擬樣機技術(shù)，基于3D數(shù)字化設計平臺UG，采用赫爾姆霍茨模型作為參考設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。
二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍
運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍（±60o）、“頭部”俯仰運動空間范圍（±45o）。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產(chǎn)生運動碰撞干涉。本文采用機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件ADAMS對運動平臺進行運動仿真分析[5]。
經(jīng)過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：
（一）左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置，如圖2所示
（三）沒有發(fā)生偏航運動，仰視極限負45度位置，如圖4所示
偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產(chǎn)生運動碰撞干涉現(xiàn)象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結(jié)果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結(jié)構(gòu)設計提供實用的改進和參考依據(jù)。
三、驅(qū)動電機的輸入扭矩分析
要驗證選擇的驅(qū)動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)動頭和攝像機等運動部件的負載轉(zhuǎn)矩。運動部件的負載扭矩在ADAMS中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。
通過圖8和圖9，可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續(xù)曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅(qū)動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發(fā)生變化而出現(xiàn)突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結(jié)果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
四、結(jié)論
仿真的結(jié)果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據(jù)仿真結(jié)果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構(gòu)設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計提供實用的改進和參考依據(jù)。
并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結(jié)果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統(tǒng)的性能定性分析提供了一種評價手段。
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