哈工大-精密和超精密加工技术-大作业
《精密和超精密加工技术》课程
大作业
院（系）英才学院
专业机械设计制造及其自动化
姓名xxx
学号612xxx
班号1236xxx
完成日期2015.7.8
哈尔滨工业大学机电工程学院
2015年
精密和超精密加工技术（大作业）
目录
1前言 (1)
2LIGA工艺[2] (2)
3UV-LIGA工艺[3] (4)
4LIGA技术的应用[5] (5)
5结论[6] (6)
参考文献 (6)
LIGA技术及其应用
摘要：微电子机械系统（MEMS）技术的兴起及其在现代信息社会中的广泛应用，推动了能实现高深宽比三维微细加工的LIGA及准LIGA技术的迅速发展。本文介绍了LIGA相关技术的发展状况并举例说明了它们在射频、光学等方面上的一些应用。
关键词：三维微细加工；LIGA技术；UV-LIGA技术
The Development and Application of LIGA Abstract: LIGA and quasi-LIGA technologies used for high aspect ratio 3-D micromachining were accelerated by the rise and wide applications in information society of MEMS (micro-electro-mechanical systems) technology. LIGA and related technologies are presented, and the applications of these technologies are illustrated for examples.
Keywords: 3-D micromachining；LIGA technology；UV-LIGA technology
1 前言
随着MEMS技术的发展和人们在微机械制造方面所取得的成就，对各种微执行器、微传感器等微结构的制造方法的研究成为MEMS 技术研究的一个热点，同时微机械制造技术也是MEMS技术向更高层次发展的推动力。微结构的广泛应用直接导致MEMS市场对三维微机械部件的需求量呈指数增长。因此，三维微细加工技术就成为MEMS技术非常重要的工艺技术之一[1]。
LIGA是德文Lithographie、Galvanoformung和Abformung三个词的缩写，是X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺的完美结合，20 世纪80 年代由德国卡尔斯鲁尔核研究中心开发而成。LIGA 技术自问世后, 发展非常迅速, 德国、美国和日本都开展了该技术领域的研究工作。LIGA 技术是一种利用同步辐射X 射线制造三维器件的先进制造技术。它由X射线掩模板制备、同步X射线光刻、微结构模具、微电铸和微复制工艺组成，用LIGA 技术可以进行微器件的大批量生产,使成本大大降低。
LIGA 技术主要有以下几个特点：
?它的产品具有很大的结构强度，因而坚固耐用，实用性强；
?LIGA 产品可以用多种材料制备，如金属、陶瓷、聚合物等；
?可以直接生产复合结构。并同时具有电路制作能力，便于制作机电一体
?可以获得亚微米级精度的微结构；
?便于批量生产和大规模复制，因而成本低廉价格便宜。
它的最大特点是能加工高深宽比的微结构。目前利用LIGA 技术加工的微结构典型参数见表1。
表 1 利用LIGA技术加工的微结构典型参数
典型参数数值
结构深度20μm～500μm （最大可达1mm）
深宽比200 最小尺寸2μm 表面最小细节0.5μm
表面粗糙度0.03μm～0.05μm （峰
谷差）
加工精度0.1μm
最大结构尺寸20mm～60mm
2 LIGA工艺[2]
图1是LIGA工艺中的主要制作步骤。它包括三个基本步骤：借助同步辐射X光实现的厚胶曝光、将样品结构浸入电解液中在凹槽处电镀金属和实现微复制的注塑成形。LIGA技术之所以能实现高深宽比的三维微结构，其关键是深层光刻技术。为了实现高深宽比、纵向尺寸达到数百微米的深度刻蚀，并且侧壁垂直、光滑，一方面需要高强度、平行性很好的光源，这样的光源只有用同步加
蚀剂必须有良好的分辨力、机械强度、低应力,同时还要与基片粘附性好。用于深层X光光刻的光刻胶一般用综合性能良好的有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯Poly (methylmethacrylate) -PMMA。PMMA是正性光刻胶，有很好的透光性。这种情况下光源的条件是能量为10 keV,波长为0.2～0.8 nm。然而PMMA有其本身的吸收性和热学特性的局限，其低灵敏度是一个尤其严重的问题,这将影响生产效率。因此需要尽可能地增大同步加速器的辐射能量。为了减小光刻过程的成本费用，主要方法是使用具有更高能量的质子,达到MeV量级。由于增加了X光的穿透能力，同样的时间内可以使更多的光刻胶曝光。另一个引起人们注意的减小光刻成本的方法就是用开发使用灵敏度更高的光刻胶。
a)L IGA工艺中的主要制作步骤
b) 典型LIGA工艺流程图
图 1 LIGA技术的典型工艺流程
该技术使用紫外光源对光刻胶曝光，光源来自于汞灯，所用的掩膜板是简单的铬掩膜板。其原理步骤如图2所示。该工艺分为两个主要的部分：厚胶的深层UV光刻和图形中结构材料的电镀。其主要困难在于稳定、陡壁、高精度的厚胶模的形成。对于UV-LIGA适用光刻胶的研究，做得较多的是SU-8胶[4]。SU-8胶是一种负性胶,即曝光时，胶中含有的少量光催化剂(PAG)发生化学反应，产生一种强酸，能使SU-8胶发生热交联。SU-8胶具有高的热稳定性、化学稳定性和良好的力学性能，在近紫外光范围内光吸收度低,整个光刻胶层可获得均匀一致的曝光量。因此，将SU-8胶用于UV-LIGA中，可以形成图形结构复杂、深宽比大、侧壁陡峭的微结构。其不足之处是存在张应力,以及烘烤量大时在工艺的后段难以除去。值得指出的是，SU-8胶在X光辐照下无膨胀、龟裂等现象,且对X光的灵敏度比PMMA高几百倍,因此有人[4]研究将它用于标准LIGA技术中替代PMMA,以降低光刻过程的成本费用。
UV-LIGA技术也可以采用了商品化的AZ4562光刻胶[5]。该光刻胶粘性大、
透过性好，涂胶厚度可以达到100μm。厚胶的烘烤工艺要求很严格,它将决定结构图形的最小特征尺寸和最大深宽比。烘烤温度和时间取决于光刻胶的厚度。但是为了获得无龟裂的光刻胶，其温度一般不能超过120℃。一般情况下,用紫外光对光刻胶进行大剂量曝光时,光刻胶不宜太厚。用紫外线作光源和多层光刻胶技术来代替同步辐射X光深层光刻的多层光刻胶LIGA工艺,可以看作是改进型的UV-LIGA技术。此技术是先对最上层胶用紫外光刻蚀的方法加工图形,然后以此作掩膜用RIE刻蚀下面部分，实现光刻图形向下层的转移。
图 2 UV-LIGA工艺技术
4.1 在射频技术上的应用
半导体技术的进步推动了平面型单片微波集成电路(MMICs)的发展，使得在一块芯片上设计小型化、多功能化、高性能化的RF电路成为可能。然而，随着通信系统中频率的使用达到Ka波段(25～40GHz)以及宽带性能的需要，传统电路技术受到了技术上的局限。对于微波传输带，由于高频段上的损耗大，宽频带性能很难实现。为了克服传统传输线的缺点，提出了采用新的RF MEMS传输线结构。由于LIGA技术可以形成厚度大(10μm～1mm)、侧壁陡(垂直度优于89.9°)的导体，相比于传统集成传输线,这将增大电路的传导界面和耦合性。这些优点使得LIGA技术在微波、毫米波器件上的应用受到了重视。LIGA结构可以用于发射机、宽带滤波器的单片电路，而用传统的薄膜工艺技术难以实现。图3是用准LIGA技术制作的用于Ka波段的宽带滤波器。图中的金属导体侧壁陡峭，厚度为104μm，接近设计值100μm。
图 3 LIGA带通滤波器的SEM照片
4.2 发展趋势
由于LIGA技术需要昂贵的同步辐射X射线光源和X射线掩模板，加工周期较长, 这大大限制了LIGA技术的普及和推广。近几年来开发出了多种替代工艺，统称为准LIGA 技术。虽然准LIGA 技术达到的技术指标低于同步辐射LIGA 技术，但由于其成本低廉，加工周期短，大大扩展了LIGA 技术的应用范围。
LIGA技术相对于其它微制造技术存在一些优势，且具有柔性。采用X射线深层光刻制造具有大结构高度，高深宽比的组件、系统或模具仍然是目前最为精确的批量生产技术。LIGA 技术最令人感兴趣的是它可以通过复制技术提供各种材料的微结构，尤其是金属和聚合物。这种技术的实用性和加工的柔性正通过更先进的工艺、牺牲层技术、多层和倾斜曝光技术与其它微制造工艺通过多道加工或装配形成复合工艺等得以进一步加强和扩展。
LIGA 技术所胜任的几何结构不受材料特性和结构方向的限制，可以制造出各种金属、合金、塑料、玻璃、陶瓷等材料的微机械。因此，它是微机械制造技术的一个飞跃。LIGA 技术作为微机械三维立体结构的首选制造工艺，已在各国得到更多、更广泛的重视。当前的主要应用领域为微机械器件、微光学、尤其是传感、光通信和数据通信网络。未来具有较大影响的领域可能包括大面积、高精度图形化以及应用于各种应用的铸造工具的制造。
参考文献
[1] 张永华. LIGA相关技术及应用[J]. 传感器技术, 2003,(22): 60-64.
[2] 李永海. LIGA/准LIGA技术微电铸工艺研究进展[J]. 电子工艺技术, 2005, (26):1-6.
[3] 孔祥东, 张玉林. LIGA工艺的发展及应用[J]. MEMS器件与技术, 2004, (5): 13-18.
[4] 吴广峰, 胡鸿胜, 朱文坚. LIGA工艺基础及其发展趋势[J]. 机电工程技术,2007,(36):
89-95.
[5] 杜立群, 莫顺培. UV-LIGA和微细电火花加工技术组合制作三维金属微结构[J]. 光
学精密工程,2010,(18): 363-368.
[6] 刘刚, 田扬超. 国家同步辐射实验室的LIGA技术研究及应用[J]. 机械工程学报,
2008,(44): 47-52.
学科专业代码：0810 学科专业代码：信息与通信工程 类型：学术研究型 一、研究方向 1. 宽带通信理论与技术 2. 信息传输理论与编码技术 3. 移动通信与卫星通信技术 4. 新体制雷达理论与技术 5. 现代信号处理理论与技术 6. 雷达成像与目标识别技术 7. 数字图象处理理论与技术 8. 信息对抗理论与技术 9. 数据采集理论与应用 10.遥感信息处理与应用技术
说明： 1. 学术研究型硕士研究生必须修满35学分。其中公共学位课(GXW)9学分，学科基础课(XW)8学分，学科专业课(XW)6学分，选修课(X)6.5学分，专题课(ZT)2学分，实践课(ZX)3.5学分，学术活动1学分，外语学术论文1学分。 2. 学生选课应在教师指导下进行，并经过院系主管负责人确认，对于选课人数不超过10人的选修课原则上不允许开设。 3. 学术活动要求在导师的指导下，在课题组范围内进行一次学术报告，或者在研究生论坛活动中进行一次学术报告。 4. 外语学术论文的要求毕业前发表或投稿一篇外文学术论文。
学科专业代码：0810 学科专业代码：信息与通信工程 类型：应用研究型 一、研究方向 1.通信系统设计与优化 2.数字信号传输技术 3.移动通信系统 4.雷达信号处理技术 5.信号处理技术及应用 6.软件无线电技术及应用 7.数字图象处理与应用 8.信息安全与对抗技术 9.高速数据采集与大容量存储技术 10.遥感信息处理与应用技术 二、课程设置
说明： 1. 应用研究型硕士研究生必须修满31学分。其中公共学位课(GXW)9学分，学科基础课(XW) 4学分，学科专业课(XW)4学分，选修课(X)7学分，专题课(ZT)2学分，实践课(ZX)3学分，人文管理课2学分。 2. 学生选课应在教师指导下进行，并经过院系主管负责人确认，对于选课人数不超过10 人的选修课原则上不允许开设。 3. 人文管理类课程由研究生院统一设置，供学生选修。 4. 实践课可以是软件或硬件设计类课程（也可以通过在校外企业及研究所参加实习或论文工作获得实践课学分）。
哈工大机械设计大作业V带传动设计完美版
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Ｈarbin Insｔiｔutｅof Ｔｅchnoｌogｙ 机械设计大作业说明书 大作业名称：机械设计大作业 设计题目：V带传动设计 班级: 设计者: 学号: 指导教师: 设计时间: 2014.1０.25 哈尔滨工业大学
目录 一、大作业任务书 ........................................................................................................................... 1 二、电动机的选择 ........................................................................................................................... 1 三、确定设计功率d P ..................................................................................................................... 2 四、选择带的型号 ........................................................................................................................... 2 五、确定带轮的基准直径1d d 和2d d ............................................................................................. 2 六、验算带的速度 ........................................................................................................................... 2 七、确定中心距a 和V 带基准长度d L ......................................................................................... 2 八、计算小轮包角 ........................................................................................................................... 3 九、确定V 带根数Z ........................................................................................................................ 3 十、确定初拉力0F ......................................................................................................................... 3 十一、计算作用在轴上的压力 ....................................................................................................... 4 十二、小V 带轮设计 .. (4) 1、带轮材料选择 ............................................................................................................. 4 2、带轮结构形式 . (4) 十二、参考文献 ............................................................................................................................... 6 ?
第一章绪论 1. 机器人学（Robotics）它包括有基础研究和应用研究两个方面，主要研究内容有：(1) 机械手设计；(2) 机器人运动学、动力学和控制；(3) 轨迹设计和路径规划；(4) 传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5) 机器人视觉；(6) 机器人语言；(7) 装置与系统结构；(8) 机器人智能等。 2. 机器人学三原则：（1）机器人不得伤害人（2）机器人应执行人们的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾（3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一第二原则相矛盾。 3. 6种型式的机器人： (1) 手动操纵器：人操纵的机械手，缺乏独立性； (2) 固定程序机器人：缺乏通用性； (3) 可编程机器人：非伺服控制； (4) 示教再现机器人：通用工业机器人； (5) 数控机器人：由计算机控制的机器人； (6) 智能机器人：具有智能行为的自律型机器人。 4. 按以下特征来描述机器人： （1）机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官 ( 如肢体、感官等 ) 的功能； （2）机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变，是柔性加工主要组成部分； （3）机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；（4）机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。 5. 机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器和控制器四大部分构成 6. 控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。 7. 示教－再现即分为示教－存储－再现-操作四步进行。 8. 控制信息顺序信息：位置信息：时间信息： 9. 位置控制点位控制－PTP（Point to Point）： 连续路径控制－CP（Continuous Path）： 10. 操纵机器人可分为两种类型：能力扩大式机器人：遥控机器人： 11. 第三代智能机器人应具备以下四种机能：运动机能感知机能： 思维能力：人－机对话机能： 智能机器人是一种“认知－适应"的工作方式。 12.目前我国机器人的发展正朝着实用化、智能化和特种机器人的方向发展。
DSP-F2812的最小系统设计 姓名 学号 班级 时间
一、设计目的： TMS320F2812DSP是TI公司一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP。它整合了DSP和微控制器的最佳特性，集成了事件管理器，A/D转换模块、SCI通信接口、SPI外设接口、eCAN 总线通信模块、看门狗电路、通用数字I/O口、多通道缓冲串口、外部中断接口等多个功能模块，为功能复杂的控制系统设计提供了方便，同时由于其性价比高，越来越多地被应用于数字马达控制、工业自动化、电力转换系统、医疗器械及通信设备中。 通过本课程的学习，我对DSP的各个模块有了较为深入的了解，希望可以通过对最小系统的设计，进一步加深对DSP的学习，能在实践中运用DSP，提高自己的动手实践能力。 二、设计思路 所谓最小系统就是由主控芯片加上一些电容、电阻等外围器件构成，其能够独立运行，实现最基本的功能。为了验证DSP的最基本的功能，我设计了如下单元：有源电路的设计、复位电路及JATG下载口电路的设计、外扩RAM的设计、串口电路的设计、外扩A/D模块电路的设计。 三、详细设计步骤和原理 1、电源电路的设计 TMS320F2812工作时所要求的电压分为两部分：3.3V的Flash电压和1.8V的内核电压。TMS320F2812对电源很敏感，所以在此推荐
选择电压精度较高的电源芯片TPS767D318。TPS767D318芯片输入电压为+5V，芯片起振，正常工作之后，能够产生3.3V和1.8V两种电压电压供DSP使用。如下图所示： 2、复位电路及JATG下载口电路的设计 考虑到TPS767D301芯片自身能够产生复位信号，此复位信号可以直接供DSP芯片使用，所以不用为DSP设置专门的复位芯片。 在实际设计过程中，考虑到JATG下载口的抗干扰性，在与DSP 相连接的接口均需要采用上拉设计。
HａrｂｉｎI n s t i tｕt e o fＴeｃh n o lｏｇy 机械设计大作业说明书大作业名称：轴系设计 设计题目: 5.1.5 班级：１2０８105 设计者: 学号： 指导教师: 张锋 设计时间：２０14．12.03 哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书 题目___轴系部件设计＿_＿_ 设计原始数据: 方案电动机 工作功 率P/k Ｗ 电动机满 载转速n ｍ /(r／miｎ) 工作机的 转速ｎ w /(r/min） 第一级 传动比 ｉ1 轴承座 中心高 度 H/mm 最短工 作年限 工作环 境 5.1．５ 3 710 80 2 170 3年３ 班 室内清 洁 目录 一、选择轴的材料 (1) 二、初算轴径 (1) 三、轴承部件结构设计 (1) 3.1轴向固定方式 (2) ３.2选择滚动轴承类型 (2) 3.3键连接设计 (2) ３.4阶梯轴各部分直径确定 (2) 3．5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 (2) 四、轴的受力分析 (3) 4.１画轴的受力简图 (3) 4.２计算支反力 (3) 4.３画弯矩图 (3) 4.4画转矩图 (5) 五、校核轴的弯扭合成强度 (5)
六、轴的安全系数校核计算………………………………………………６ 七、键的强度校核 (7) 八、校核轴承寿命 (8) 九、轴上其他零件设计 (9) 十、轴承座结构设计 (9) 十一、轴承端盖（透盖）.........................................................９参考文献 (10)
一、选择轴的材料 该传动机所传递的功率属于中小型功率，因此轴所承受的扭矩不大。故选45号钢，并进行调质处理。 二、初算轴径 对于转轴,按扭转强度初算直径 3min m P d C n ≥ 式中: P ————轴传递的功率,KW ； m n ————轴的转速,r/mi ｎ; Ｃ————由许用扭转剪应力确定的系数，查各种机械设计教材或机械设计手册。 根据参考文献1表9.４查得Ｃ=118~106,取C=118, 所以, mm n P C d 6.23355 85.211833==≥ 本方案中,轴颈上有一个键槽,应将轴径增大５%，即 ????d ≥23.6×（1+5％)＝24.675mm 按照ＧB ２８2２-2０05的a R ２0系列圆整，取d=２5ｍｍ。 根据GB/Ｔ10９6—2００３，键的公称尺寸78?=?h b ，轮毂上键槽的尺寸 b=8m ｍ，mm t 2.0013.3+= 三、轴承部件结构设计 由于本设计中的轴需要安装带轮、齿轮、轴承等不同的零件，并且各处受力不同,因此，设计成阶梯轴形式，共分为七段。以下是轴段的草图: ３.1及轴向固定方式 因传递功率小,齿轮减速器效率高、发热小,估计轴不会长,故轴承部件的固定方式可采用两端固定方式。因此，所涉及的轴承部件的结构型式如图2所示。然后，可按轴上零件的安装顺序，从min d 处开始设计。 3.2选择滚动轴承类型 因轴承所受轴向力很小,选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度,齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于该减速器的工作环境清 洁,脂润滑,密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。 3．３ 键连接设计 轴段⑦ 轴段⑥ 轴段⑤ 轴段④ 轴段③ 轴段② 轴段① L1 L2 L3 图1
IRB1600型机器人的运动学分析及仿真
目录 1.引言................................................................................................................ - 2 - 1.1 ABB公司简介.................................................................................... - 3 - 1.2ABB发展历史 .................................................................................... - 4 - 2. IRB1600 ........................................................................................................ - 5 - 2.1 IRB1600的资料................................................................................. - 6 - 2.2建立基于D-H方法的连杆坐标系 ................................................... - 8 - 2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程....................................... - 10 - 3. 虚拟样机的建立........................................................................................ - 12 - 3.1 导入.................................................................................................. - 12 - 3.2 添加约束副...................................................................................... - 13 - 3.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真 ............................................. - 14 - 4. 结语............................................................................................................ - 18 - 5. 参考资料.................................................................................................... - 19 -
题目： 根据已知位移曲线，求速度曲线 要求： ? 由数据文件画出位移曲线（ Δt=0.0005s ）； ? 对位移数据不作处理，算出速度并画出速度曲线； ? 对位移数据进行处理，画出位移曲线，并与原位移曲线对比； ? 画出由处理后的位移数据算出的速度曲线； ? 写出相应的处理过程及分析。 1. 由数据文件画出位移曲线（ Δt=0.0005s ）； MATLAB 程序： data=importdata('dat2.dat'); x=(0.0005:0.0005:55); y=data'; plot(x,y); xlabel('时间/s'); ylabel('位移/mm'); title('原始位移曲线'); 曲线如图： 图1 原始位移曲线 2. 对位移数据不作处理，算出速度并画出速度曲线； MATLAB 程序： clear; data=importdata('dat2.dat'); t X V ??=
x=(0.0005:0.0005:55); y=data'; dt=0.0005; for i=1:109999 dx=y(i+1)-y(i); v(i)=dx/dt; end v(110000)=0; plot(x,v); 速度曲线： 图2 原始速度曲线 3.对位移数据进行处理，画出位移曲线，并与原位移曲线对比； 先对位移信号进行快速傅里叶变换： MATLAB程序：fft(y) 结果如图： 图3 原始位移曲线FFT变换
可以得知：频率在0附近为有用的位移信号，而频率大于0HZ的信号则为干扰信号，被滤去。 MATLAB程序： data=importdata('dat2.dat'); x=0.0005:0.0005:55; y=data'; wp=1/1000;ws=4/1000; [n,Wn]=buttord(wp,ws,0.7,20); %使用buttord函数求出阶数n，截止频率Wn。 [b,a]=butter(n,Wn); %使用butter函数求出滤波系数。 y2=filter(b,a,y); plot(x,y2); 曲线如图： 图4 滤波后位移曲线 与原位移曲线对比如下图： 图5 滤波后位移曲线与原曲线对比
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 上机电算说明书 课程名称：机械设计 电算题目：普通V带传动 院系：机电工程学院 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2015.11.11-2015.12.1 哈尔滨工业大学
目录 一、普通V带传动的内容 (1) 二、变量标识符 (1) 三、程序框图 (2) 四、V带设计C程序 (3) 五、程序运行截图 (10) 参考文献 (11)
一、普通V带传动的内容 给定原始数据：传递的功率P，小带轮转速n1 传动比i及工作条件 设计内容：带型号，基准长度Ld，根数Z，传动中心距a，带轮基准直径dd1、dd2，带轮轮缘宽度B，初拉力F0和压轴力Q。 二、变量标识符 为了使程序具有较好的可读性易用性，应采用统一的变量标识符，如表1所示。表1变量标识符表。 表1 变量标识符表
三、程序框图
四、V带设计c程序 #include
机器人视觉论文 论文题目：基于opencv的手势识别院系：信息科学与工程学院 专业：信号与信息处理 姓名：孙竟豪 学号：21160211123
摘要 文中介绍了一种易于实现的快速实时手势识别算法。研究借助计算机视觉库OpenCV和微软Visual Studio 2008 搭建开发平台，通过视频方式实时提取人的手势信息，进而经二值化、膨胀腐蚀、轮廓提取、区域分割等图像处理流程甄别出当前手势中张开的手指，识别手势特征，提取出人手所包含的特定信息，并最终将手势信息作为控制仪器设备的操作指令，控制相关设备仪器。 0、引言 随着现代科技的高速发展及生活方式的转变，人们越发追求生活、工作中的智能化，希望享有简便、高效、人性化的智能操作控制方式。而伴随计算机的微型化，人机交互需求越来越高，人机友好交互也日益成为研发的热点。目前，人们已不仅仅满足按键式的操作控制，其目光已转向利用人体动作、表情变化等更加方便、友好、直观地应用智能化交互控制体系方面。近年来，国内外科学家在手势识别领域有了突破性进展。1993 年B．Thamas等人最先提出借助数据手套或在人手粘贴特殊颜色的辅助标记来进行手势动作的识别，由此开启了人们对手势识别领域的探索。随后，手势识别研究成果和各种方式的识别方法也纷然出现。从基于方向直方图的手势识别到复杂背景手势目标的捕获与识别，再到基于立体视觉的自然手势识别，每次探索都是手势识别领域内的重大突破。 1 手势识别流程及关键技术 本文将介绍一种基于 OpenCV 的实时手势识别算法，该算法是在现有手势识别技术基础上通过解决手心追踪定位问题来实现手势识别的实时性和高效性。 基于 OpenCV 的手势识别流程如图 1 所示。首先通过视频流采集实时手势图像，而后进行包括图像增强、图像锐化在内的图像预处理，目的是提高图像清晰度并明晰轮廓边缘。根据肤色在 YCrCb 色彩空间中的自适应阈值对图像进行二值化处理，提取图像中所有的肤色以及类肤色像素点，而后经过膨胀、腐蚀、图像平滑处理后，祛除小块的类肤色区域干扰，得到若干块面积较大的肤色区域; 此时根据各个肤色区域的轮廓特征进行甄选，获取目标手势区域，而后根据目标区域的特征进行识别，确定当前手势，获取手势信息。
Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学 机械设计作业设计计算说明书 题目：设计螺旋起重器（千斤顶） 系别： 班号： 姓名： 日期：
Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书 题目：设计螺旋起重器 设计原始数据：题号3.1.1 起重量Fq=30 kN 最大起重高度H=180mm
一 选择螺杆、螺母的材料 螺杆采用45#调制钢，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度b 600 MPa σ=，s 355 MPa σ=。 螺母材料用铝黄铜ZCuAl10Fe3。 二 耐磨性计算 螺杆选用45# 钢，螺母选用铸造铝黄铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表 5.8 查得[]p =18~25MPa 从表 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时[]p 值可以加大20%，则[]p =21.6~30MPa 取[]25MPa p = 。 按耐磨性条件设计螺纹中径2d ，选用梯形螺纹，则 2d ≥ 由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数2ψ==1.2—2.5，取2ψ=。 则 式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ； 2d －－－－－螺纹中径，mm ； []p －－－－－许用压强，MPa ； 查参考文献[2]表11.5取公称直径28d =mm ，螺距3P =mm ，中径226.5d =mm ，小径 324.5d =mm ，内螺纹大径428.5D =mm 。 三 螺杆强度校核 螺杆危险截面的强度条件为： 219.6d mm ≥==
e []σσ=≤ (2) 式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ； 3d －－－－－螺纹小径，mm ； 1T －－－－－螺纹副摩擦力矩，2 1tan(') 2Q d T F ψρ=+ (3) ψ为螺纹升角，ψ ； []σ－－－－－螺杆材料的许用应力，MPa 。 查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f =，螺纹副当量摩擦角 'arctan 'arctan 0.08~arctan 0.10 4.5739~5.7106f ρ===，取'5.7106ρ=（由表5.10的注 释知，大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值）。把数据代入(3)式中，得 把数据代入(2)式中，得 由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力 s []4σ σ= （4） 其中s 355 MPa σ=，则 []88.75a MP σ= 显然，e []σσ<，螺杆满足强度条件。 四 螺母螺牙强度校核 螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为 4[]Q F Z D b ττπ= ≤ （5） 式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ； 4D －－－－－螺母螺纹大径，mm ； 126.5 30000tan(2.0637 5.1427)502612T N mm =??+?= ?70.4e MPa σ==
一、运动学正解程序及结果 1、程序： syms x1x2x3x4x5x6d1d2d4a2a3x d a Rx=[1 0 0 0;0 cos(x) -sin(x) 0;0 sin(x) cos(x) 0;0 0 0 1]; Rz=[cos(x) -sin(x) 0 0;sin(x) cos(x) 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1]; Tx=[1 0 0 a;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1]; Tz=[1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 d;0 0 0 1]; t=pi/180; y1=90;y2=-90;y3=-90; T01=subs(Rz,x,x1)*subs(Tz,d,d1)*subs(Rx,x,y1*t); T12=subs(Rz,x,x2)*subs(Tz,d,d2)*subs(Tx,a,a2); T23=subs(Rz,x,x3)*subs(Tx,a,a3)*subs(Rx,x,y3*t); T34=subs(Rz,x,x4)*subs(Tz,d,d4)*subs(Rx,x,y4*t); T45=subs(Rz,x,x5)*subs(Rx,x,90); T=T01*T12*T23*T34*T45; t=subs(T,{y1,y3,y4,y5},[pi/2,-pi/2,-pi/2,pi/2]); t= simplify(t); nx=t(1,1);ny=t(2,1);nz=t(3,1); ox=t(1,2);oy=t(2,2);oz=t(3,2); ax=t(1,3);ay=t(2,3);az=t(3,3); px=t(1,4);py=t(2,4);pz=t(3,4); 结果： Nx=sin(x2 + x3)*cos(x1)*sin(x5) - cos(x5)*sin(x1)*sin(x4)+cos(x1)*cos(x2)*cos(x3)*cos(x4)*cos(x5) - cos(x1)*cos(x4)*cos(x5)*sin(x2)*sin(x3) Ny=cos(x1)*cos(x5)*sin(x4) + sin(x2 + x3)*sin(x1)*sin(x5)+cos(x2)*cos(x3)*cos(x4)*cos(x5)*sin(x1) - cos(x4)*cos(x5)*sin(x1)*sin(x2)*sin(x3) Nz=sin(x2 + x3)*cos(x4)*cos(x5) - cos(x2 + x3)*sin(x5) Ox=sin(x4)*(cos(x1)*sin(x2)*sin(x3) - cos(x1)*cos(x2)*cos(x3)) - cos(x4)*sin(x1) Oy=cos(x1)*cos(x4) - sin(x4)*(cos(x2)*cos(x3)*sin(x1) - sin(x1)*sin(x2)*sin(x3)) Oz=-sin(x2 + x3)*sin(x4) Ax=cos(x1)*cos(x2)*cos(x3)*cos(x4)*sin(x5) - sin(x2 + x3)*cos(x1)*cos(x5) - sin(x1)*sin(x4)*sin(x5) - cos(x1)*cos(x4)*sin(x2)*sin(x3)*sin(x5) Ay=cos(x1)*sin(x4)*sin(x5) - sin(x2 + x3)*cos(x5)*sin(x1) + cos(x2)*cos(x3)*cos(x4)*sin(x1)*sin(x5) - cos(x4)*sin(x1)*sin(x2)*sin(x3)*sin(x5)
实验一： 用FFT 作谱分析 实验目的： (1) 进一步加深DFT 算法原理和基本性质的理解(因为FFT 只是DFT 的一种快速算法， 所以FFT 的运算结果必然满足DFT 的基本性质)。 (2) 熟悉FFT 算法原理和FFT 子程序的应用。 (3) 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT 。 实验原理： DFT 的运算量： 一次完整的DFT 运算总共需要2N 次复数乘法和(1)N N -复数加法运算，因而 直接计算DFT 时，乘法次数和加法次数都和2N 成正比，当N 很大时，运算量很客观的。例如，当N=8时，DFT 运算需64位复数乘法，当N=1024时，DFT 运算需1048576次复数乘法。而N 的取值可能会很大，因而寻找运算量的途径是很必要的。 FFT 算法原理： 大多数减少离散傅里叶变换运算次数的方法都是基于nk N W 的对称性和周期 性。 （1）对称性 ()*()k N n kn kn N N N W W W --==
（2）周期性 ()(mod`)()()kn N kn n N k n k N N N N N W W W W ++=== 由此可得 ()()/2 (/2)1 n N k N n k nk N N N N N k N k N N W W W W W W ---+?==?=-??=-? 这样： 1.利用第三个方程的这些特性，DFT 运算中有些项可以合并； 2.利用nk N W 的对称性和周期性，可以将长序列的DFT 分解为短序列的DFT 。 前面已经说过，DFT 的运算量是与2N 成正比的，所以N 越小对计算越有利， 因而小点数序列的DFT 比大点数序列的DFT 运算量要小。 快速傅里叶变换算法正是基于这样的基本思路而发展起来的，她的算法基本 上可分成两大类，即按时间抽取法和按频率抽取法。 我们最常用的是2M N =的情况，该情况下的变换成为基2快速傅里叶变换。 完成一次完整的FFT 计算总共需要 2log 2 N N 次复数乘法运算和2log N N 次复数加法运算。很明显，N 越大，FFT 的优点就越突出。 实验步骤 (1) 复习DFT 的定义、 性质和用DFT 作谱分析的有关内容。 (2) 复习FFT 算法原理与编程思想， 并对照DIT-FFT 运算流图和程序框图， 读懂本实验提供的FFT 子程序。 (3) 编制信号产生子程序， 产生以下典型信号供谱分析用：
哈尔滨工业大学 机械设计作业设计计算说明书 题目: 轴系部件设计 系别: 英才学院 班号: 1436005 姓名: 刘璐 日期: 2016.11.12
哈尔滨工业大学机械设计作业任务书 题目：轴系部件设计 设计原始数据： 图1 表 1 带式运输机中V带传动的已知数据 方案d P （KW） (/min) m n r(/min) w n r 1 i轴承座中 心高H（mm） 最短工作 年限L 工作 环境 5.1. 2 4 960 100 2 180 3年3班 室外 有尘 机器工作平稳、单向回转、成批生产
目录 一、带轮及齿轮数据 (1) 二、选择轴的材料 (1) 三、初算轴径d min (1) 四、结构设计 (2) 1. 确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸 (2) 2. 确定轴的轴向固定方式....................................... 错误!未定义书签。 3. 选择滚动轴承类型，并确定润滑、密封方式 .................. 错误!未定义书签。 4. 轴的结构设计................................................ 错误!未定义书签。 五、轴的受力分析 (4) 1. 画轴的受力简图 (4) 2. 计算支承反力 (4) 3. 画弯矩图 (5) 4. 画扭矩图 (5) 六、校核轴的强度 (5) 七、校核键连接的强度 (7) 八、校核轴承寿命 (8) 1. 计算轴承的轴向力 (8) 2. 计算当量动载荷 (8) 3. 校核轴承寿命 (8) 九、绘制轴系部件装配图（图纸） (9) 十、参考文献 (9)
《机器人技术》大作业 （2015年秋季学期） 题目消防机器人发展与应用 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015.12.04 哈尔滨工业大学
内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机 器人；仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等)为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考： 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)； 2) 机器人的运动学及动力学分析； 3) 机器人的控制及轨迹规划； 4) 驱动及伺服系统设计； 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟，拒绝雷同和抄袭； 3.参考文献不少于7篇，其中至少有2篇外文文献； 4.报告统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 5.正文为小四号宋体，1.25倍行距；图表规范，标注为五号宋体； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.提交打印稿及03版word电子文档，由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 年月日
消防机器人发展与应用 一、我国消防机器人的市场需求 近年来，我国石油化工等行业有了飞速的发展和进步，生产过程中的易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长，由于设备以及管理等方面的原因，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸的事故隐患越来越多。一旦事故发生，假如没有有效的方法、装备及设施，救援人员将无法进入事故现场要冒然采取行动，往往只会造成无辜生命的牺牲出惨重代价，结果仍不能达到预期目的，这方面各地消防及救援部门已有许多次血的教训。深圳清水河大爆炸、南京金陵石化火灾、北京东方化工厂罐区火灾等事件发生后，全国各地要求配备消防机器人的呼声愈来愈高。尤其是在明确公安消防部队作为处置各类化学危险品泄漏事故的主力军之后，在我国消防部门配备消防机器人的问题就显得更为迫切了。 二、国外消防机器人发展现状 国际上较早开展消防机器人研究的是美国和苏联，稍后，英国、日本、法国、德国等国家也纷纷开始研究该类技术。目前已有很多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人，分别配备于大阪、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮，能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为100m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。 美国已研制出能依靠感觉信息控制的救灾智能化机器人，如1994年用于探测阿拉斯加州斯拍活火山的“但丁2号”，抓获杀人犯的RM 1一9型遥控消防机器人等。亚利桑那州消防部门研制的消防机器人，装有破拆工具和消防水枪，能一边破拆，一边喷射灭火。 英国智能化保安公司生产的RO一VEH遥控消防车已装备于中部和西部消防部门，配置为履带式或轮式行驶机构，能爬楼梯，通过电缆供电或自携蓄电池供电。装有消防水炮、摄像机或热像仪。采用有线控制方式。1985年英国中西部消防部门和Firma SAS公司联合研制的机器人消防车，用HunterIII汽车改装而成，装有双臂、水枪、探测器(温度、化学物质、辐射等)、工业电视摄像机、红外线装置。机械手用来启闭阀门、搬移物品或开门等。 国际上对消防机器人的研究可分为三个阶段(三代)，第一代是程序控制消防
哈尔滨工业大学航天学院 控制科学与工程系 生产实习报告 班级： 学号： 108041XXX 姓名： 实习地点：哈工大及航天科技 实习时间： 2011.7.4 —— 2011.7.15 带队教师：周乃馨林玉荣 2011年8 月4日
生产实习报告 在大三下学期期末我们航天学院四系组织了为期两周的生产实习，参观了哈工大的控制与仿真中心，控制理论与制导技术研究中心，惯导中心，汽车电子联合实验室以及航天科技风华股份有限公司，并听了各位专家的报告和系学科科研介绍。 第一周的实习主要在校内进行，上午听报告，下午参观，可以说每一天都过的很充实。前两天安排的是控制与仿真中心的实习，在这里我们了解了系统仿真的概念和分类，并对仿真的作用有了更直观的认识。专家们还对气浮台做了具体的介绍，并在中心里让我们近距离接触，给我们留下了深刻的印象。老师们还介绍了现在仿真中存在的问题和研究方向，比如功能拦截器的制导问题，BBT导弹的制导控制问题等。在最后给我们介绍了仿真中心的概况及研究方向，并且展示了部分研究成果，还对研究团队的成员做了大致的介绍。接下来，我们又参观了控制理论与制导技术研究中心，首先分别由黄显林教授，段广仁教授，宋申民副教授给我们介绍了中心的概况与团队简介，并着重介绍了中心的研究领域，如：复杂系统控制与滤波，飞行器导航与控制，惯性技术，计算机网络控制等。中心不仅在科研方面有着杰出贡献，对本科及硕士生教学也有着不小的功劳，主要体现在航天器飞行控制与GPS应用与原理方面。 在这周的最后两天，我们参观了学校的空间控制与惯性技术研究中心。中心创立于1990年，是“211”，“985”工程重点建设部门之一，曾获多个国家科技进步奖，并发表学术论文300多篇，科研队伍由主任王常虹率领，其中高会军教授使我们学校新一代科学技术人才。中心在国际上交流也颇多，并参加了不少重要国际学术会议。中心主要研究的是转台，在实习中专家对转台做了详细的介绍，并对转台研究的发展进行了阐述，当然我们现在的技术与美国还落后很多，所以需要我们更加努力地去学习。接着老师们又对转台系统的研究主要控制技术问题进行了剖析，如：角位置和角速度测量精度，带宽的扩展，低速性能问题，各框架间的动力学耦合，元件的死区、饱和非线性问题，系统的可能性和电测兼容性等。最后屈桢深老师又介绍了视觉技术，并对此技术给了一个很艺术的解释：从梦想到现实。这是一门新兴学科，主要应用于生产线自动检测与装配，空间探测，医学化验、检测与治疗，视觉信息压缩与传输，天文学，地理学等，应用广泛。目前我们学校实验室主要研究方向为：智能交通监控，为了解决改善路况和道路安全与事件监测问题。 第二周我们开始了为期两天的校外实习，实习地点在航天科技风华股份有限公公司。刚开始，先由王老师对公司进行了系统的介绍。公司总部迁于北京，主要法人股东是三院，总资产3.2亿元，净产2.37亿元。主营业务是汽车电子产品，精密加工产品。有员工744人，技术人员121人。主要产品：汽车电子式组合仪表，汽车行驶记录仪，汽车网络系统，汽车保护断路器，铝合金组件，叶轮等。 在研产品：电动汽车电机控制系统，汽车信息服务产业链，各种雷达座体等。 在经营业绩方面也有着不错的成绩，仪表供应方面是一汽汽车最大的客户。主要硬件资源为SMT生产线，组合仪表U形生产线，五轴五联动磨加工中心，实验设备为电波暗室。王老师还特意介绍了一下2010年经营情况介绍，收入22，820万元，并成为一汽集团首批核心供应商。 同时我们对风华公司汽车电子十二五发展规划有了了解，如：主要产品产量