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有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告
隨著社會(huì)一步步向前發(fā)展，報(bào)告的適用范圍越來(lái)越廣泛，報(bào)告中涉及到專(zhuān)業(yè)性術(shù)語(yǔ)要解釋清楚。為了讓您不再為寫(xiě)報(bào)告頭疼，以下是小編為大家整理的有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告，希望能夠幫助到大家。
有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告1
掃地機(jī)器人自從出世以來(lái)就以其小巧、輕便、無(wú)需人力、噪音小等優(yōu)點(diǎn)不斷地沖擊著人們對(duì)清潔的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。預(yù)計(jì)未來(lái)亦將持續(xù)擴(kuò)增其市場(chǎng)滲透率。
那么為什么掃地機(jī)器人現(xiàn)在越來(lái)越受歡迎了呢？一來(lái)當(dāng)下的年輕人很少做家務(wù)，父母不在身旁的情況下只好求助于智能產(chǎn)品；二來(lái)現(xiàn)代人生活在忙碌的世界里回到家中也沒(méi)有時(shí)間處理清潔問(wèn)題；第三就是為了讓家里的老人能減少負(fù)擔(dān)。由此掃地機(jī)器人的市場(chǎng)就打開(kāi)了。
目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品雖然五花八門(mén)，但是國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品還算是涇渭分明的。國(guó)外產(chǎn)品雖然性能上優(yōu)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品并且不少擁有地圖識(shí)別系統(tǒng)等高度的智能化設(shè)計(jì)，但普遍價(jià)格昂貴一般消費(fèi)者只能望而卻步。同時(shí)洋品牌為了保持他們所謂的.企業(yè)文化不愿意低下他們高貴的頭顱來(lái)了解中國(guó)普通家庭的實(shí)際需要。這讓他們距離中國(guó)消費(fèi)者似乎越來(lái)越遠(yuǎn)。而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品利用他們對(duì)中國(guó)國(guó)情的充分了解占盡地利。他們依據(jù)中國(guó)家庭的實(shí)際需要開(kāi)發(fā)出適合中國(guó)家庭使用的清潔機(jī)器人。產(chǎn)品即使是性能中庸，但價(jià)格合適、外觀新穎符合中國(guó)普通家庭對(duì)情節(jié)的大部分需要成為當(dāng)下清潔機(jī)器人的主力軍。
目前，家庭清潔機(jī)器人是使用數(shù)量最多、應(yīng)用范圍最廣的一類(lèi)家務(wù)服務(wù)機(jī)器人。家庭清潔機(jī)器人種類(lèi)繁多，主要包括掃地機(jī)器人，拖地機(jī)器人、窗戶(hù)清潔機(jī)器人等等。根據(jù)場(chǎng)景不同，價(jià)格也存在一定差距，基本在幾百元到幾千元的范圍內(nèi)。掃地機(jī)器人一直是家庭清潔機(jī)器人的最主要組成部分，占比達(dá)到96%以上。
以剛剛新品上市的cicoos系列為例，價(jià)格實(shí)惠、功能強(qiáng)大、外觀新穎、小巧靈便的cicoos一上市就立即好評(píng)如潮，很多消費(fèi)者看中的正是其產(chǎn)品既有諸多優(yōu)點(diǎn)，又能滿(mǎn)足自身的情節(jié)清潔需要讓cicoos憑借著強(qiáng)大的實(shí)力瞬間成為家居清潔機(jī)器人中的新貴。
國(guó)外的產(chǎn)品幫助大家初識(shí)了掃地機(jī)器人，但真正進(jìn)入大眾生活的還是cicoos等熟知中國(guó)國(guó)情、了解中國(guó)消費(fèi)者需求的國(guó)產(chǎn)品牌。可以想象，不久的將來(lái)掃地機(jī)器人將在中國(guó)家庭中更為普及并逐漸融入到人們的生活中去。
有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告2
一．緒論
1.1機(jī)器人的發(fā)展背景與前瞻與課程設(shè)計(jì)內(nèi)容
近年來(lái)，隨著社會(huì)飛速發(fā)展，機(jī)器人的研究及應(yīng)用得到迅速發(fā)展，因其在教育，醫(yī)療，軍事，工業(yè)等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用，因此得到許多國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注。
機(jī)器人在以后社會(huì)快速發(fā)展的過(guò)程中會(huì)起著越來(lái)越重要的作用。相信在不久的將來(lái)機(jī)器人將會(huì)取代繁重的人力勞動(dòng)，使勞動(dòng)者的人身安全得到保障。同時(shí)機(jī)器人的發(fā)展也將為以后的社會(huì)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
雙足機(jī)器人不僅具有廣闊的工作空間，而且對(duì)步行環(huán)境要求很低，能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙的能力，其步行性能是其它步行結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的。研究雙足行走機(jī)器人具有重要的意義。
1、主要內(nèi)容：
1）、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與仿真；
2）、六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。
2、訓(xùn)練形式
學(xué)生以小組為單位，集體討論確定整體方案；指導(dǎo)教師給出實(shí)訓(xùn)方向，技術(shù)指標(biāo)等，協(xié)助學(xué)生完成訓(xùn)練任務(wù)。
二.實(shí)習(xí)任務(wù)
這次機(jī)電一體化綜合訓(xùn)練Ⅲ包含兩部分內(nèi)容。一是分組選題完成實(shí)習(xí)要求；二是開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。本報(bào)告書(shū)將從整體上分為兩部分對(duì)本次實(shí)習(xí)的要求進(jìn)行匯報(bào)。完成對(duì)六自由度機(jī)器人的組裝、調(diào)試以及實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。
三.實(shí)習(xí)要求
要使六自由度機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的一些動(dòng)作，那么六自由度機(jī)器人必須有它的獨(dú)特性。事實(shí)上，關(guān)于運(yùn)動(dòng)靈活性，人類(lèi)大約擁有四百個(gè)左右的自由度。因此，機(jī)器人的關(guān)節(jié)的選擇、自由度的確定是很必要的，步行機(jī)器人自由度的配置對(duì)其結(jié)構(gòu)有很大影響。自由度越少，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)功能越少，控制起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單；自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)功能越多，控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。
自由度的配置必須合理:首先分析一下步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程(向前)和行走步驟:重心右移(先右腿支撐)、左腿抬起、左腿放下、重心移到雙腿中間、重心左移、右腿抬起、右腿放下、重心移到雙腿間，共分8個(gè)階段。從機(jī)器人步行過(guò)程可以看出:機(jī)器人向前邁步時(shí)，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)必須各自配置有1個(gè)自由度以配合實(shí)現(xiàn)支撐腿、上軀體的移動(dòng)和實(shí)現(xiàn)重心轉(zhuǎn)移。另外膝關(guān)節(jié)處配置1個(gè)俯仰自由度能夠調(diào)整擺動(dòng)腿的著地高度，保證步行時(shí)落足平穩(wěn)。這樣最終決定髖關(guān)節(jié)配置1個(gè)自由度，膝關(guān)節(jié)配置1個(gè)俯仰自由度，踝關(guān)節(jié)配置有1個(gè)偏轉(zhuǎn)自由度。這樣，每條腿配置3個(gè)自由度，兩條腿共6個(gè)自由度。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)俯仰自由度共同協(xié)調(diào)動(dòng)作可完成機(jī)器人的在縱向平面(前進(jìn)方向)內(nèi)的直線(xiàn)行走功能；踝關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)自由度協(xié)調(diào)動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)在橫向平面內(nèi)的重心轉(zhuǎn)移功能。步行運(yùn)動(dòng)中普遍存在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性。運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性和腿機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性之間存在相互關(guān)系。在單足支撐階段，對(duì)稱(chēng)性的機(jī)身運(yùn)動(dòng)要求腿部機(jī)構(gòu)也是對(duì)稱(chēng)的。根據(jù)這點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也采用對(duì)稱(chēng)性布置。
四．工作原理
4.1六自由度機(jī)器人的工作原理
六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是由六支作動(dòng)筒，上、下各六只萬(wàn)向鉸鏈和上、下兩個(gè)平臺(tái)組成，下平臺(tái)固定在基礎(chǔ)上，借助六支作動(dòng)筒的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)�？蓮V泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機(jī)起降模擬平臺(tái)、坦克模擬器、汽車(chē)駕駛模擬器、火車(chē)駕駛模擬器、地震模擬器以及動(dòng)感電影、娛樂(lè)設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛船的對(duì)接，空中加油機(jī)的加油對(duì)接中。在加工業(yè)可制成六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床、靈巧機(jī)器人等。由于六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制，涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器，空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型、實(shí)時(shí)信號(hào)傳輸處理、圖形顯示、動(dòng)態(tài)仿真等等一系列高科技領(lǐng)域，因而六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的研制變成了高等院校、研究院所在液壓和控制領(lǐng)域水平的標(biāo)志性象征。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是傳動(dòng)及控制技術(shù)領(lǐng)域的皇冠級(jí)產(chǎn)品，掌握了它，在傳動(dòng)和控制領(lǐng)域基本上就沒(méi)有了難題。
4.2機(jī)器人的工作原理
按照目前最寬泛的定義，如果某樣?xùn)|西被許多人認(rèn)為是機(jī)器人，那么它就是機(jī)器人。許多機(jī)器人專(zhuān)家（制造機(jī)器人的人）使用的是一種更為精確的定義。他們規(guī)定，機(jī)器人應(yīng)具有可重新編程的大腦（一臺(tái)計(jì)算機(jī)），用來(lái)移動(dòng)身體。
根據(jù)這一定義，機(jī)器人與其他可移動(dòng)的機(jī)器（如汽車(chē)）的不同之處在于它們的計(jì)算機(jī)要素。許多新型汽車(chē)都有一臺(tái)車(chē)載計(jì)算機(jī)，但只是用它來(lái)做微小的調(diào)整。駕駛員通過(guò)各種機(jī)械裝置直接控制車(chē)輛的大多數(shù)部件。而機(jī)器人在物理特性方面與普通的計(jì)算機(jī)不同，它們各自連接著一個(gè)身體，而普通的計(jì)算機(jī)則不然。
大多數(shù)機(jī)器人確實(shí)擁有一些共同的特性。首先，幾乎所有機(jī)器人都有一個(gè)可以移動(dòng)的身體。有些擁有的只是機(jī)動(dòng)化的輪子，而有些則擁有大量可移動(dòng)的部件，這些部件一般是由金屬或塑料制成的。與人體骨骼類(lèi)似，這些獨(dú)立的部件是用關(guān)節(jié)連接起來(lái)的。
工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)門(mén)用來(lái)在受控環(huán)境下反復(fù)執(zhí)行完全相同的工作。例如，某部機(jī)器人可能會(huì)負(fù)責(zé)給裝配線(xiàn)上傳送的花生醬罐子擰上蓋子。為了教機(jī)器人如何做這項(xiàng)工作，程序員會(huì)用一只手持控制器來(lái)引導(dǎo)機(jī)器臂完成整套動(dòng)作。機(jī)器人將動(dòng)作序列準(zhǔn)確地存儲(chǔ)在內(nèi)存中，此后每當(dāng)裝配線(xiàn)上有新的罐子傳送過(guò)來(lái)時(shí)，它就會(huì)反復(fù)地做這套動(dòng)作。
大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)裝配線(xiàn)上工作，負(fù)責(zé)組裝汽車(chē)。在進(jìn)行大量的此類(lèi)工作時(shí)，機(jī)器人的效率比人類(lèi)高得多，因?yàn)樗鼈兎浅＞_。無(wú)論它們已經(jīng)工作了多少小時(shí)，它們?nèi)阅茉谙嗤奈恢勉@孔，用相同的力度擰螺釘。制造類(lèi)機(jī)器人在計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)中也發(fā)揮著十分重要的作用。它們無(wú)比精確的巧手可以將一塊極小的微型芯片組裝起來(lái)。
4.3舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理
舵機(jī)的工作原理。舵機(jī)常用的控制信號(hào)是一個(gè)周期為20毫秒左右，寬度為1毫秒到2毫秒的脈沖信號(hào)。當(dāng)舵機(jī)收到該信號(hào)后，會(huì)馬上激發(fā)出一個(gè)與之相同的，寬度為1.5毫秒的負(fù)向標(biāo)準(zhǔn)的中位脈沖。之后二個(gè)脈沖在一個(gè)加法器中進(jìn)行相加得到了所謂的差值脈沖。輸入信號(hào)脈沖如果寬于負(fù)向的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，得到的就是正的差值脈沖。如果輸入脈沖比標(biāo)準(zhǔn)脈沖窄，相加后得到的肯定是負(fù)的脈沖。此差值脈沖放大后就是驅(qū)動(dòng)舵機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力信號(hào)。舵機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪組減速后，同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)和標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)。直到標(biāo)準(zhǔn)脈沖與輸入脈沖寬度完全相同時(shí)，差值脈沖消失時(shí)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)！，這就是舵機(jī)的工作原理。
五．機(jī)器人行走的實(shí)現(xiàn)
雙足機(jī)器人的行走要取決于步態(tài)規(guī)劃，步態(tài)規(guī)劃的好壞將直接影響到機(jī)器人行走過(guò)程中的`穩(wěn)定性、所需驅(qū)動(dòng)力矩的大小以及姿態(tài)的美觀性等多個(gè)方面，同時(shí)它也直接影響到控制方法及其實(shí)現(xiàn)的難易程度。
5.1步態(tài)規(guī)劃的概念
雙足步行機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃，是指機(jī)器人行走過(guò)程中其各組成部分運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，比如說(shuō)，腳掌何時(shí)離開(kāi)地面、擺動(dòng)中整個(gè)腳掌在空中的軌跡、何時(shí)落地等。步態(tài)規(guī)劃要解決的問(wèn)題主要是保證機(jī)器人的穩(wěn)定性。
5.2步態(tài)規(guī)劃的方法
現(xiàn)在使用的步態(tài)規(guī)劃方法主要有如下幾種：
1、基于實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃方法
這種規(guī)劃方法基于力學(xué)的相似原理，基本過(guò)程如下：讓人模仿機(jī)器人行走(如果機(jī)器人有幾個(gè)自由度，那么人在模仿行走的時(shí)候也盡量只動(dòng)相應(yīng)的關(guān)節(jié))，同時(shí)對(duì)此人的行走過(guò)程進(jìn)行正面和側(cè)面的錄像，然后對(duì)這些錄像進(jìn)行分析，得到此人在步行過(guò)程各個(gè)主要關(guān)節(jié)的角度變化，然后根據(jù)力學(xué)相似原理把這些角度相似地推廣到機(jī)器人的關(guān)節(jié)變化上。
2、基于能量原理的規(guī)劃方法
這種方法來(lái)源于一個(gè)生物學(xué)假設(shè)：人經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年的進(jìn)化，其行走方式是能量消耗最低的，而且還能保持步行的穩(wěn)定性。如果機(jī)器人也能滿(mǎn)足這個(gè)假設(shè)，則其行走方式將與人一樣或很接近。根據(jù)能耗最小原則可以建立一個(gè)變分方程，并最終得到機(jī)器人的軌跡方程。
3、基于力學(xué)穩(wěn)定性的規(guī)劃方法
在機(jī)器人行走過(guò)程中，其ZMP點(diǎn)必須落在某個(gè)區(qū)域范圍之內(nèi)，只有這樣才能保證步行機(jī)器人穩(wěn)定地行走。實(shí)現(xiàn)方法有兩種：
a．計(jì)算出理想的ZMP軌跡，然后推導(dǎo)出各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)以實(shí)現(xiàn)理想行走。
b．先大致規(guī)劃出雙足和軀干的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后進(jìn)行ZMP計(jì)算，最后選出穩(wěn)定性最好的結(jié)果作為控制方程。
相比后兩種方法，第一種方法更易于理解及掌握。所以本文將采用第一種方法，結(jié)合人體行走過(guò)程規(guī)劃?rùn)C(jī)器人步態(tài)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
5.3步態(tài)設(shè)計(jì)
進(jìn)行雙足機(jī)器人行走動(dòng)作設(shè)計(jì)。首先分析一下步行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和行走步驟：
�。�1）行走前進(jìn)：重心右移（右腿支撐）、左腿抬起、邁步左腿放下、重心左移、右腿抬起、邁步右腿放下。依次循環(huán)。
（2）停止：將重心移到雙腿之間，雙腿放下。
從機(jī)器人步行過(guò)程分析得出：機(jī)器人向前邁步時(shí)，髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)必須各自配置有1個(gè)自由度以配合實(shí)現(xiàn)支撐腿、上軀體的移動(dòng)和重心轉(zhuǎn)移。膝關(guān)節(jié)處配置一個(gè)自由度能夠調(diào)整擺動(dòng)腿的著地高度，保證步行時(shí)落足平穩(wěn)。這樣，最終確定每條腿配置3個(gè)自由度，踝關(guān)節(jié)配置1個(gè)偏轉(zhuǎn)自由度、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)各配置1個(gè)俯仰自由度。步行運(yùn)動(dòng)中存在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性。運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性和腿機(jī)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性之間存在相互關(guān)系。步行前進(jìn)時(shí)，對(duì)稱(chēng)的機(jī)身運(yùn)動(dòng)要求腿部機(jī)構(gòu)也是對(duì)稱(chēng)的，兩條腿共6個(gè)自由度。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)俯仰自由度共同協(xié)調(diào)動(dòng)作可完成機(jī)器人在縱向平面（前進(jìn)方向）的直線(xiàn)行走功能，踝關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)自由度協(xié)調(diào)動(dòng)作可實(shí)現(xiàn)在橫向平面內(nèi)的重心轉(zhuǎn)移功能。
機(jī)器人的前翻跟頭過(guò)程和步驟分析：低頭（髖關(guān)節(jié)）、俯身（膝關(guān)節(jié)）使頭腳面板同時(shí)著地、左腿離地、右腿離地使倒立、兩腿同時(shí)彎膝（膝關(guān)節(jié)）、兩腳同時(shí)著地（髖關(guān)節(jié)），頭離地使重新直立。
小組在調(diào)試動(dòng)作中，最后一步機(jī)器人頭離地使重新直立這一步，經(jīng)過(guò)小組組員間協(xié)商，找出了解決方法。使一只腳稍微向內(nèi)側(cè)傾斜一點(diǎn)角度，施力幫助機(jī)器人的頭部離地，配合兩個(gè)髖關(guān)節(jié)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，最終使得機(jī)器人重新站立。
有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告3
服務(wù)機(jī)器人是智能制造的重要組成部分。近年來(lái)，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，20xx年，全球服務(wù)機(jī)器人銷(xiāo)量再創(chuàng)新高。日本、歐洲等地區(qū)的廠(chǎng)商加速規(guī)模擴(kuò)張和技術(shù)創(chuàng)新。20xx年，中國(guó)成為全球第一大服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)持續(xù)升溫，領(lǐng)軍企業(yè)積極開(kāi)展核心技術(shù)的攻關(guān)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但是，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)仍存在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、自主品牌市場(chǎng)占有率低等問(wèn)題。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、突破核心關(guān)鍵技術(shù)、強(qiáng)化配套支撐、推動(dòng)自主品牌機(jī)器人的市場(chǎng)化應(yīng)用。
服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)概況
(一)服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介
1.服務(wù)機(jī)器人的定義
服務(wù)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的自動(dòng)化裝備。自20世紀(jì)60年代美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)服務(wù)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)品迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、電子電氣制造業(yè)和金屬制品業(yè)等領(lǐng)域。不同的組織和機(jī)構(gòu)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的'定義不完全相同，但均體現(xiàn)了服務(wù)機(jī)器人可編程、仿人功能、通用性的特點(diǎn)。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)將服務(wù)機(jī)器人定義為一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)。ISO8373進(jìn)一步解釋?zhuān)⻊?wù)機(jī)器人具有自動(dòng)控制、再編程和多用途功能，有多個(gè)可編程軸，在服務(wù)自動(dòng)化應(yīng)用中可以固定或移動(dòng)。
美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)(RIA)認(rèn)為，服務(wù)機(jī)器人是搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手，通過(guò)調(diào)用不同程序來(lái)完成各種工作任務(wù)的特種裝置。
日本機(jī)器人協(xié)會(huì)(JARA)認(rèn)為，服務(wù)機(jī)器人是一種具有記憶裝置和末端執(zhí)行器的、能轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)自動(dòng)完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類(lèi)勞動(dòng)的通用機(jī)器。
2.服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品分類(lèi)
服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品分類(lèi)方式多種多樣。按臂部運(yùn)動(dòng)形式的不同，服務(wù)機(jī)器人可以分為四種：直角坐標(biāo)型只有移動(dòng)關(guān)節(jié);圓柱坐標(biāo)型有移動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可做升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型有移動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，可以回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。按應(yīng)用領(lǐng)域的不同，服務(wù)機(jī)器人可以分為：弧焊機(jī)器人、電焊機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人、檢測(cè)機(jī)器人和其他機(jī)器人等。此外，按受控方式的不同，還可以分為點(diǎn)位控制型和連續(xù)控制型等。
目前，我國(guó)企業(yè)主要銷(xiāo)售坐標(biāo)型機(jī)器人，屬于低端服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品，占國(guó)內(nèi)企業(yè)銷(xiāo)售量的40%以上。國(guó)外企業(yè)在我國(guó)市場(chǎng)主要銷(xiāo)售多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，屬于當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，占外國(guó)企業(yè)在我國(guó)銷(xiāo)售量的80%以上。
(二)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈
服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要包括研發(fā)設(shè)計(jì)、核心零部件制造、本體制造、系統(tǒng)集成和行業(yè)應(yīng)用等部分。上游的核心零部件制造是服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)，包括減速器、伺服電機(jī)、控制器三部分。
我國(guó)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，而核心零部件制造是相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。以精密減速器為例，歐洲和日本均已實(shí)現(xiàn)了減速器的自主化生產(chǎn)，減速器僅占國(guó)際品牌服務(wù)機(jī)器人單體成本的1/6。而國(guó)產(chǎn)減速器技術(shù)工藝相對(duì)落后，高價(jià)進(jìn)口減速器約占成本的1/3，大幅高于國(guó)際品牌。
有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告4
一．設(shè)計(jì)目的及意義
隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械電子、信息、自動(dòng)化以及人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。同時(shí)，太空資源、海洋資源的開(kāi)發(fā)與利用為移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展提供了廣闊的空間。目前，智能移動(dòng)機(jī)器人，無(wú)人自主車(chē)等領(lǐng)域的研究進(jìn)入了應(yīng)用的階段，隨著研究的深入，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航能力，動(dòng)態(tài)避障策略，壁障時(shí)間等方面提出了更高的要求。地面智能機(jī)器人路徑規(guī)劃，是行駛在復(fù)雜動(dòng)態(tài)自然環(huán)境中的全自主機(jī)器人系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，而地面智能機(jī)器人全地域全自主技術(shù)的研究，是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界面臨的挑戰(zhàn)性問(wèn)題。
移動(dòng)機(jī)器人是一類(lèi)能夠通過(guò)傳感器感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運(yùn)動(dòng)，從而完成一定功能的機(jī)器人系統(tǒng)。理想的自主移動(dòng)機(jī)器人可以不需人的干預(yù)在各種環(huán)境中自主完成規(guī)定任務(wù)，具有較高的智能水平，但目前全自主的移動(dòng)機(jī)器人還大多處于實(shí)驗(yàn)階段，進(jìn)入實(shí)用的多為自主移動(dòng)機(jī)器人，通過(guò)人的干預(yù)在特定環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)，而遙控機(jī)器人則完全離不開(kāi)人的干預(yù)。
智能移動(dòng)機(jī)器人是一類(lèi)能夠通過(guò)傳感器、感知環(huán)境和自身狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運(yùn)動(dòng)，從而完成一定功能的機(jī)器人系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究綜合了路徑規(guī)劃、導(dǎo)航定位、路徑跟蹤與運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)。涉及包括距離探測(cè)、視頻采集、溫濕度以及聲光等多種外部傳感器，作為移動(dòng)機(jī)器人的輸入信息。移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制主要是完成移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，提供一種移動(dòng)機(jī)器人的控制方式。性能良好的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行的基礎(chǔ)，能夠服務(wù)于移動(dòng)機(jī)器人研究的通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
隨著移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)軍事等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，有關(guān)移動(dòng)機(jī)器人的理論設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用的新的技術(shù)學(xué)科――機(jī)器人學(xué)，已經(jīng)逐漸形成，并越來(lái)越引起人們廣泛的關(guān)注。機(jī)器人學(xué)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，它涉及現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和人工智能等多門(mén)學(xué)科．但是它又有自身的系統(tǒng)性和專(zhuān)業(yè)性。內(nèi)容極為豐富、廣泛，其中專(zhuān)業(yè)性比較強(qiáng)的有機(jī)器人動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人的傳感技術(shù)、機(jī)器人的編程語(yǔ)言、機(jī)器人的智能和任務(wù)規(guī)劃等。其中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人航跡控制的關(guān)鍵。
運(yùn)動(dòng)控制是移動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)機(jī)器人的平穩(wěn)運(yùn)行起著重要作用。隨著新的智能控制算法的不斷涌現(xiàn)，移動(dòng)機(jī)器人正向著智能化方向發(fā)展，這就對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)性能提出了更高的要求。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，能夠熟悉移動(dòng)機(jī)器人硬件和軟件的開(kāi)發(fā)，掌握移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制特性，為后續(xù)的移動(dòng)機(jī)器人的功能擴(kuò)展搭建一個(gè)可行、穩(wěn)定的平臺(tái)，而這個(gè)平臺(tái)則可以成為多種機(jī)器人開(kāi)發(fā)的公共基礎(chǔ)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，將為以后的移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
二．國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
移動(dòng)機(jī)器人的研究始于60年代末期斯坦福研究院（SRI）的Nils Nilssen和Charles Roesn等人，在1966年至1972年中研制出了自主移動(dòng)機(jī)器人Shakey。
70年代末，移動(dòng)機(jī)器人研究又出現(xiàn)了新的高潮，特別是80年代中期以來(lái)，設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮席卷全世界。一大批世界著名的公司，如美國(guó)通用電氣、日本本田、索尼等開(kāi)始研制移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，這些促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。例如，輪式移動(dòng)機(jī)器人的代表作有：Smart Robots公司推出的新型基于Linux的移動(dòng)機(jī)器人SR4；美國(guó)Activmedia Boties公司用于教學(xué)的P3-Dx輪式移動(dòng)機(jī)器人；卡內(nèi)基梅隆研發(fā)的Nomad移動(dòng)機(jī)器人；美國(guó)國(guó)家航天航空局聞名遐邇的火星登陸車(chē)“勇氣號(hào)”等。
我國(guó)的機(jī)器人學(xué)研究起步較晚，但進(jìn)步較快，已在工業(yè)機(jī)器人特種機(jī)器人和智能機(jī)器人各個(gè)方面都取得了顯著成績(jī)。在“七五“期間，完成了示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器聲成套技術(shù)。為了跟蹤國(guó)外搞技術(shù)，80年代國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃中安排了智能機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)，包括水下無(wú)纜機(jī)器人高功能裝配機(jī)器人和多種特種機(jī)器人。進(jìn)行了智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、控制、人工智能、機(jī)器視覺(jué)，高性能傳感器及新材料的應(yīng)用研究，取得了大量成果。其中，輪式移動(dòng)機(jī)器人的研究也碩果累累。
國(guó)內(nèi)研究輪式移動(dòng)機(jī)器人的科研單位及公司主要有研制能力風(fēng)暴的as-r機(jī)器人的上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司；研制的casia-i自主移動(dòng)機(jī)器人的中科院自動(dòng)化所；研制“青青”輪式移動(dòng)機(jī)器人的哈爾濱工業(yè)大學(xué)，研制“小蜘蛛”輪式移動(dòng)機(jī)器人登月車(chē)的上海交大等。
當(dāng)前，移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的研究與發(fā)展的趨勢(shì)包括有：機(jī)器人機(jī)構(gòu)導(dǎo)航定位路徑規(guī)劃傳感器信息融合技術(shù)智能技術(shù)移動(dòng)機(jī)器人傳感器技術(shù)等研究。
我國(guó)自“八五”期間開(kāi)始進(jìn)入這一研究領(lǐng)域，并在國(guó)家863計(jì)劃中予以重點(diǎn)支持。較為全面對(duì)路徑規(guī)劃、視覺(jué)導(dǎo)航、信息融合、自動(dòng)駕駛等一些基本的智能機(jī)器人技術(shù)做了探索，所形成的一些關(guān)鍵技術(shù)成果也在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備等方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，縮短了同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，但是在機(jī)器人的核心及關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng)性研究、高性能關(guān)鍵工藝裝備的自主設(shè)計(jì)和制造能力、高可靠性基礎(chǔ)功能部件的批量生產(chǎn)應(yīng)用方面，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)仍存在較大差距。
三．課題任務(wù)、重點(diǎn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
通過(guò)對(duì)各項(xiàng)機(jī)器人技術(shù)的研究與分析，設(shè)計(jì)了滿(mǎn)足教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的智能移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，完成機(jī)器人車(chē)體結(jié)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和模塊化實(shí)現(xiàn)，以及機(jī)器人系統(tǒng)工程的整體設(shè)計(jì)，并著重研究嵌入式控制系統(tǒng)的'軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。需完成移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖紙1份、智能移動(dòng)機(jī)器人原理分析、硬件設(shè)計(jì)并編寫(xiě)相關(guān)程序。
本課題采用通用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輪式移動(dòng)機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)和閉環(huán)調(diào)速。實(shí)現(xiàn)基于渡越時(shí)間法的超聲波測(cè)距模塊設(shè)計(jì)，為機(jī)器人提供簡(jiǎn)單方便的障礙物距離檢驗(yàn)。ＤＳＰ實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正交編碼脈沖實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)定位，作為機(jī)器人一種比較粗略的定位方式，可以作為后續(xù)高精度定位方式的補(bǔ)充。使用模糊控制實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人路徑跟蹤控制，利用MATLAB的模糊控制工具箱實(shí)現(xiàn)路徑跟蹤控制決策，完成移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤。最后，論文設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)，控制簡(jiǎn)單。路徑跟蹤控制規(guī)則能夠使機(jī)器人較好的跟蹤已知路徑。可以作為簡(jiǎn)單的移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用。
本課題的重點(diǎn)內(nèi)容是嵌入式操作系統(tǒng)，智能輪式移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)典型的實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，傳統(tǒng)單任務(wù)順序執(zhí)行機(jī)制不能滿(mǎn)足該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性要求，而且對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可靠性不高，因此選用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ。它是一個(gè)源碼公開(kāi)，可移植，可固化，可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)，具有代碼尺寸小，可占用實(shí)時(shí)內(nèi)核，任務(wù)多，可確定執(zhí)行時(shí)間，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。將μC／OS-Ⅱ移植到S3C44B0X上，并對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪，以節(jié)省存儲(chǔ)空間。
基于實(shí)時(shí)內(nèi)核的多任務(wù)系統(tǒng)可劃分為系統(tǒng)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)層由內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)組成；應(yīng)用層包括用于達(dá)成機(jī)器人任務(wù)目標(biāo)的全部代碼。在該系統(tǒng)軟件應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)中，將機(jī)器人的任務(wù)分解成通信、信息采集、電機(jī)控制等多個(gè)用戶(hù)任務(wù)。嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ?qū)θ蝿?wù)模塊進(jìn)行管理調(diào)度，協(xié)調(diào)機(jī)器人各項(xiàng)任務(wù)運(yùn)行，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容有底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：
�。�1）移動(dòng)機(jī)器人底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)：移動(dòng)機(jī)器人的底層系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括移動(dòng)機(jī)器人的控制電路設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和超聲波測(cè)距電路設(shè)計(jì)。底層設(shè)計(jì)涉及到的軟件算法包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和速度閉環(huán)、電機(jī)碼盤(pán)的機(jī)器人定位、超聲波測(cè)距等。
�。�2）移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)：移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容是生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制信息，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。軌跡跟蹤是移動(dòng)機(jī)器人需要完成的任務(wù)之一，其典型工作過(guò)程為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。軌跡跟蹤是移動(dòng)機(jī)器人需要完成的任務(wù)之一，其典型工作過(guò)程為機(jī)器人完成相應(yīng)的移動(dòng)，完成規(guī)劃路徑的跟蹤。運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中用到的輸入信息包括底層超聲波測(cè)距模塊提供的障礙物距離信息，電機(jī)碼盤(pán)提供的機(jī)器人的位置、速度信息，以及全景攝像機(jī)、單目視覺(jué)攝像機(jī)采集并經(jīng)過(guò)處理后的視頻信息等。
四．完成本課題所需工作條件（如工具書(shū)、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)研等）及解決辦法
智能移動(dòng)機(jī)器人集成了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科的研究成果，在當(dāng)前機(jī)器人研究領(lǐng)域具有突出地位�？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的核心部分，所以完成本課題的條件之一就是對(duì)控制系統(tǒng)方面有很好的知識(shí)并且能受到指導(dǎo)老師的指導(dǎo)。
需要我們的計(jì)算機(jī)安裝ＭＡＴＬＡＢ仿真軟件、ＰＲＯＴＥＬ、ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ等軟件。需要用到的參考書(shū)有：
[1] 王耀南.機(jī)器人智能控制工程[M].北京：科學(xué)出版社，20xx
[2] 郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20xx
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有關(guān)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)報(bào)告5
機(jī)器人是未來(lái)制造業(yè)創(chuàng)新的核心技術(shù)之一。相比于此前在汽車(chē)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，今后機(jī)器人將廣泛應(yīng)用于電子、零售、醫(yī)療、物流、服務(wù)、教育以及政府部門(mén)等諸多行業(yè)。而用工成本不斷增加、熟練勞動(dòng)力相對(duì)短缺、機(jī)器人系統(tǒng)成本下降和可靠性提升以及國(guó)家層面的政策扶持是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人普及的重要推手。
隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力人口增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是勞動(dòng)力確是在逐漸的下降。為了防止未來(lái)將面臨勞動(dòng)力短缺的狀況，最有效的方法就是進(jìn)行制造業(yè)的自動(dòng)化升級(jí)改造。因此，機(jī)器人概念或?qū)⒊掷m(xù)火爆，市場(chǎng)參與的熱度將繼續(xù)上升。
與國(guó)外相比較國(guó)內(nèi)工業(yè)的機(jī)器人起步相對(duì)于比較晚的�？傮w研發(fā)與技術(shù)水平都落后于世界先進(jìn)水平，與國(guó)際水準(zhǔn)還是有差別的。無(wú)論是在產(chǎn)品還是人才的隊(duì)伍建設(shè)中都是需要投入更多的研發(fā)力和時(shí)間精力。
當(dāng)下人口老齡化加劇和勞動(dòng)力成本飆升，其他社會(huì)剛性需求增多，在這樣的`背景驅(qū)動(dòng)下，服務(wù)機(jī)器人的普及成為必然。另外，在此新興行業(yè)，中國(guó)發(fā)展程度與外國(guó)差距較小，結(jié)合本土文化開(kāi)發(fā)特色需求場(chǎng)景，可獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有更大的機(jī)遇與空間，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)機(jī)器人制造業(yè)主力軍，市場(chǎng)份額不可估量。
國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)因政府利好政策和極具潛力的市場(chǎng)空間引來(lái)大量跟風(fēng)資本，存在過(guò)熱隱患，為緩解機(jī)器人行業(yè)盲目擴(kuò)張和“高端產(chǎn)業(yè)低端化”的趨勢(shì)，政府將進(jìn)一步規(guī)范完善鼓勵(lì)扶持體系，助力市場(chǎng)有序化形成，促進(jìn)機(jī)器人行業(yè)良性穩(wěn)健發(fā)展。
由于現(xiàn)有的智能機(jī)器人的智能水平還不夠高，因此在今后的發(fā)展中，努力提高各方面的技術(shù)及其綜合應(yīng)用，大力提高智能機(jī)器人的智能程度，提高智能機(jī)器人的自主性和適應(yīng)性，是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵。
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