簡介：海底犁式挖溝機用于海底油氣管道挖溝工程石油資源的開發(fā)已由陸地已轉(zhuǎn)向海洋應(yīng)用前景十分廣闊。課題研究內(nèi)容源自中國海洋石油工程股份有限公司的“硬質(zhì)粘土挖溝技術(shù)與裝備研究”項目目的在于研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海底犁式挖溝機。本論文重點在于設(shè)計與分析試驗樣機的機械手部分機械手在挖溝過程中起著重要的作用試驗樣機的研制為下一步工程樣機的研制做好準備。論文介紹了國內(nèi)外海底挖溝機械的發(fā)展概況提出了海底犁式挖溝機的研究內(nèi)容完善了海底犁式挖溝機的總體方案在海底犁式挖溝機概念設(shè)計的基礎(chǔ)上對機械手各部分結(jié)構(gòu)進行了改進與優(yōu)化。在對海底犁式挖溝機在各種工況下對管道應(yīng)力狀態(tài)的影響進行研究的基礎(chǔ)上分析計算了機械手主要零部件的受力狀況計算了各連接件的強度并運用SOLIDWKSSIMMLATION軟件對主要零件進行了強度和剛度的分析驗證了機械手設(shè)計的合理性和可靠性。論文對機械手進行了工況分析確定了液壓系統(tǒng)主要的參數(shù)制定了液壓系統(tǒng)總體方案繪制液壓系統(tǒng)原理圖通過計算對液壓缸、電機泵組、控制閥、蓄能器等主要液壓元件進行了選型。論文提出了試驗樣機陸地試驗的試驗方法完成樣機初步的陸地試驗分析試驗結(jié)果驗證了樣機結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求各部分運動正常并針對試驗中出現(xiàn)的問題提出了改進方案為進一步的試驗做好準備。

簡介：工業(yè)機器人是現(xiàn)代制造業(yè)主要的自動化裝備。焊接從一開始就是工業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域，機器人技術(shù)的迅猛發(fā)展，有力地促進了焊接自動化的進程。焊接機器人的控制系統(tǒng)性能在很大程度上決定了焊接機器人的性能。在汽車焊接現(xiàn)場，分配給一臺機器人的焊點數(shù)量眾多，怎樣尋找一條遍歷所有焊點，并且焊接用時最少的焊接路徑即焊接路徑規(guī)劃問題，對提高焊接機器人的工作效率有非常重要的意義。首先，本文介紹了工業(yè)機械手的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，說明了研究工業(yè)焊接機器人控制系統(tǒng)的目的和意義。并且概要介紹了常用現(xiàn)場總線的特點、發(fā)展現(xiàn)狀和研究方向，詳細闡述了本系統(tǒng)中所使用的ETHERPOWERLINK實時以太網(wǎng)的通信協(xié)議、工作原理及通信的實現(xiàn)方法。其次，介紹了工業(yè)機器人的運動學(xué)分析。對機器人運動學(xué)方程的正解和逆解進行了具體的推導(dǎo)和求解，并提出了一種適合本機器人的逆運動學(xué)求解算法。另外還介紹了此焊接工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)?？刂品桨覆捎秘惣尤R高性能的PCC可編程計算機控制器作為主控制單元，本文詳細的敘述了控制系統(tǒng)需要的PCC系統(tǒng)、人機界面和伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制程序在BRAUTOMATIONSTUDIO的環(huán)境下進行開發(fā)，程序主體采用ANSIC語言編寫，軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，自上而下逐步的細化技術(shù)并分解步驟，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)劃分為若干個相互獨立的模塊，并且每個模塊根據(jù)控制的要求設(shè)置優(yōu)先級，充分體現(xiàn)“分時多任務(wù)”的優(yōu)越性，同時還能保證良好的維護性和清晰的結(jié)構(gòu)。最后，借助于智能控制理論，對工業(yè)機器人手臂的運行路徑進行了規(guī)劃，仿真結(jié)果表明，焊接工業(yè)機器人可以自動獲得最佳的規(guī)劃路徑。

簡介：微創(chuàng)手術(shù)相比于傳統(tǒng)手術(shù)具有創(chuàng)傷小恢復(fù)時間短等優(yōu)點以至于近年來得到了快速的發(fā)展。特別是將機器人技術(shù)運用于微創(chuàng)手術(shù)中使得手術(shù)的精確性得到了顯著的提高而且降低了醫(yī)生的疲勞強度。末端執(zhí)行機構(gòu)是手術(shù)機器人最重要的部分其性能好壞將直接影響手術(shù)的質(zhì)量。柔性機械手由于其體積小靈活度高等特點在近幾年被廣泛應(yīng)用于設(shè)計手術(shù)機器人。本文針對于一種新型的剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)的機械手設(shè)計了一個低成本的運動學(xué)仿真平臺。對執(zhí)行機構(gòu)的運動仿真不僅可以進行結(jié)構(gòu)和算法的優(yōu)化而且能夠模擬手術(shù)過程給初次使用手術(shù)機器人的人提供實際的操作指導(dǎo)。該運動學(xué)仿真平臺采用主從控制方式主動端采用一個低成本的光學(xué)跟蹤器從動端是用開源OPENGL繪制的剛?cè)峄旌蠙C械手。從動端以一節(jié)和多節(jié)剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)機械手的運動學(xué)模型為基礎(chǔ)根據(jù)主動端反饋的機械手末端的位置信息反解機械手的關(guān)節(jié)變量而每一組關(guān)節(jié)變量又對應(yīng)一個機械手的姿態(tài)。當(dāng)末端位置信息不斷更新的時候機械手的姿態(tài)就能隨之不斷變化。從動端機械手的結(jié)構(gòu)參數(shù)是可設(shè)置的。用戶可以通過設(shè)置不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)來觀察不同結(jié)構(gòu)機械手的運動能力。主動端的設(shè)計采用一個低成本的光學(xué)跟蹤器該光學(xué)跟蹤器配備兩個指揮棒分別控制從動端兩個機械手的運動。現(xiàn)存的主動端的解決方案大部分采用昂貴的高精度的機械和光學(xué)跟蹤器對于低精度的應(yīng)用是一種浪費。所以本文設(shè)計了一種非常低成本的光學(xué)跟蹤器。該跟蹤器能夠?qū)崟r的識別兩個指揮棒的位置并傳遞給從動端讓其控制機械手的運動。該仿真平臺的有效性和正確性通過一個實驗平臺得到了驗證。該實驗平臺包括主動端跟蹤器從動端2節(jié)剛?cè)峄旌辖Y(jié)構(gòu)機械手和運動控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的運動學(xué)仿真平臺能夠給初次使用手術(shù)機器人的人提供一種低成本且可靠的熟悉及訓(xùn)練工具。

簡介：摩擦是大多數(shù)機械系統(tǒng)中不可避免的一種現(xiàn)象由于摩擦?xí)矸€(wěn)態(tài)誤差影響系統(tǒng)的動態(tài)特性以及系統(tǒng)精度的提高摩擦問題已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點。在機械手臂系統(tǒng)中關(guān)節(jié)摩擦嚴重影響了機械手臂系統(tǒng)性能的提高使得手臂在運動過程中產(chǎn)生誤差。低速時摩擦的非線性環(huán)節(jié)對機械手臂系統(tǒng)的影響尤為突出因此必須采取合理的措施消除關(guān)節(jié)摩擦帶來的影響。本文將減小關(guān)節(jié)摩擦對機械系統(tǒng)的影響作為主要目的首先對摩擦模型進行了討論并選定LUGRE摩擦模型為研究重點接著對磨削機械手臂的運動學(xué)工作空間以及動力學(xué)進行了研究分析了關(guān)節(jié)摩擦在機械系統(tǒng)中的影響并采用自適應(yīng)控制對關(guān)節(jié)摩擦進行補償。并將該理論應(yīng)用于機械手臂系統(tǒng)中針對磨削機械手臂運動過程中的關(guān)節(jié)摩擦現(xiàn)象進行了自適應(yīng)補償研究建立了機械手臂摩擦控制原型系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容如下1結(jié)合摩擦學(xué)領(lǐng)域的最新成果對幾種重要的摩擦模型進行研究。對比分析不同摩擦模型的優(yōu)點和缺點選取LUGRE摩擦模型作為文章的研究對象并實現(xiàn)了LUGRE摩擦模型在預(yù)滑階段和滑動階段的仿真。2推導(dǎo)了六自由度磨削機械手臂的運動學(xué)模型并對其工作空間進行了求解采用拉格朗日方法建立了磨削機械手臂的動力學(xué)模型并重點分析了關(guān)節(jié)摩擦對磨削機械手臂的影響情況。3從理論上證明了LUGRE摩擦的自適應(yīng)摩擦補償方法能夠消除關(guān)節(jié)摩擦對機械手臂系統(tǒng)的影響通過仿真實驗對比分析了采用PID控制、采用自適應(yīng)庫侖摩擦補償和采用自適應(yīng)LUGRE摩擦補償?shù)确椒▽C械手臂的影響情況驗證了使用LUGRE自適應(yīng)摩擦補償方法的實用性。4借助VISUALC、MATLAB、UG等軟件完成了磨削機械手臂仿真原型系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)了自動化建模裝配和仿真等功能為機械手臂的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

簡介：近年來，隨著國內(nèi)汽車需求量的增加，汽車工業(yè)高速發(fā)展，汽車板簧的應(yīng)用及需求量也日益增多。板簧的生產(chǎn)要經(jīng)過很多道工序，國內(nèi)汽車板簧生產(chǎn)過程當(dāng)中，用來搬運板簧的多是人力搬運或者是橫梁式的平面搬運機械手。由于汽車板簧一般質(zhì)量都比較大，而且生產(chǎn)環(huán)境也相對比較惡劣，人工搬運不僅增大了工人勞動強度，還無法保障工人的人身安全；而平面機械手在一定程度上又顯得不夠靈活。在“用工荒”的今天，勞動力的需求遠大于供給，在板簧生產(chǎn)過程中利用一種五軸驅(qū)動的關(guān)節(jié)型板簧搬運機械手來完成各工序之間板簧的搬運，不僅可以解放勞動力，增強生產(chǎn)的安全性，還增加了作業(yè)空間中搬運的靈活性，這將為板簧生產(chǎn)帶來很大的突破。本文的主要內(nèi)容包括一、針對目前板簧生產(chǎn)過程的現(xiàn)狀，采用一種五軸驅(qū)動的關(guān)節(jié)型板簧搬運機械手來完成生產(chǎn)過程中的搬運任務(wù)，并對其系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)形式及機械本體設(shè)計進行分析，在對氣壓、液壓、電力三種驅(qū)動方式進行比較的基礎(chǔ)上，確定了機械手的驅(qū)動方式為電力驅(qū)動，并為機械手配備了末端執(zhí)行器。二、對位姿及空間坐標變換進行描述，建立板簧搬運機械手的坐標系，確定機械手的DH參數(shù)，最終建立機械手的運動學(xué)模型；對板簧搬運機械手進行運動學(xué)分析，并對機械手的運動學(xué)正解、逆解分別進行校驗。三、針對搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，分析控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，確定控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，闡述控制系統(tǒng)中的傳感器、伺服電機以及伺服控制中位置控制的結(jié)構(gòu)，并給出了基于STC12C5A60S2系列單片機控制的部分硬件電路設(shè)計。四、闡述了笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間兩種軌跡規(guī)劃方法，及關(guān)節(jié)空間里常用的兩種插值方法。采用分段式五次多項式插值法，利用MATLB軟件中ROBOTICS工具箱對板簧搬運機械手進行關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃仿真，并對仿真結(jié)果進行分析。實驗仿真結(jié)果表明，采用關(guān)節(jié)空間分段式五次多項式插補生成軌跡的方法進行軌跡規(guī)劃，得到的關(guān)節(jié)角位移、角速度、角加速度曲線平滑、連續(xù)，可確保機械手運動軌跡平滑，并且機械手末端不會產(chǎn)生振動，保證了機械手工作的平穩(wěn)性。由此可見，對機械手軌跡規(guī)劃進行研究具有重要的實際意義。

簡介：本文以水下平臺為載體設(shè)計了一水下作業(yè)型機械手建立了其運動學(xué)和動力學(xué)方程在此基礎(chǔ)上對機械手的軌跡規(guī)劃進行了研究給出了實時生成軌跡的方法利用機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件ADAMS對機械手的運動學(xué)、動力學(xué)分析和仿真技術(shù)進行了較深入、系統(tǒng)的研究優(yōu)化了其結(jié)構(gòu)并利用仿真數(shù)據(jù)計算出電機的主要參數(shù)在機械手的仿真分析方面闡述了如何利用SOLIDWKS建立ADAMS需要的仿真模型并對模型進行了參數(shù)化的建立和敏感性研究本文從水下機械手的運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)設(shè)計角度出發(fā)利用機械系統(tǒng)仿真軟件ADAMS建立了一套設(shè)計和分析水下機械手的方法解決了水下機械手本體設(shè)計中參數(shù)無法精確確定的難題提高了水下機械手的設(shè)計精度對快速、準確地開發(fā)水下作業(yè)型機械手提高水下機械手性能具有重要意義

簡介：本文密切結(jié)合食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流、電子信息等領(lǐng)域自動化生產(chǎn)線高速輕載搬運作業(yè)需求在國家“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項研究發(fā)展計劃的資助下研究一類由外轉(zhuǎn)動副驅(qū)動、含平行四邊形支鏈的2、3、4自由度高速抓放并聯(lián)機械手的設(shè)計理論與方法包括運動學(xué)和剛體動力學(xué)分析、動力尺度綜合、伺服電機參數(shù)選配等并結(jié)合兩臺工程化樣機的開發(fā)開展性能試驗研究。全文取得如下成果在拓撲結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面發(fā)明了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型四自由度高速并聯(lián)機械手以下簡稱CROSSIV。其雙動平臺通過四根導(dǎo)軌實現(xiàn)相對錯動進而利用螺旋副轉(zhuǎn)化為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動而且采用封閉框架結(jié)構(gòu)和過約束設(shè)計在實現(xiàn)輕量化設(shè)計的同時保證了機構(gòu)剛度和運動精度。在動力學(xué)建模方面結(jié)合高速并聯(lián)機械手的特點建立了完備和簡化剛體動力學(xué)模型。簡化剛體動力學(xué)模型不僅表達式簡潔、具有較好的精度和較高的計算效率而且為構(gòu)造動力尺度綜合中的動力學(xué)性能指標奠定了基礎(chǔ)。在參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方面利用簡化剛體動力學(xué)模型提出了一種基于運動學(xué)性能約束的動力尺度綜合方法并在以下三方面形成特色1針對慣性項和速度項對單支鏈關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩的貢獻定義了兩類無量綱動力學(xué)性能評價指標得出了無論發(fā)生直接奇異還是間接奇異慣性項力矩性能指標均趨于無窮的重要結(jié)論。2利用直接和間接雅可比矩陣的行列式構(gòu)造出兩類可完整揭示機構(gòu)奇異狀態(tài)的空間壓力角其可定量描述機構(gòu)鏈內(nèi)與鏈間的力傳遞特性。3以上述動力學(xué)性能指標為目標函數(shù)以空間壓力角為約束條件將一類由外轉(zhuǎn)動副驅(qū)動、含平行四邊形支鏈的高速并聯(lián)機械手的動力尺度綜合問題歸結(jié)為一類有約束的多目標優(yōu)化問題并采用多目標優(yōu)化方法最終得到了一組指導(dǎo)工程樣機設(shè)計的尺度參數(shù)。利用上述研究成果開發(fā)出了DELTA和CROSSIV兩款高速并聯(lián)機械手工程化樣機并開展了性能試驗。試驗結(jié)果表明樣機的運動學(xué)和剛體動力學(xué)性能與設(shè)計值具有良好的一致性進而驗證了本文所述理論和方法的正確性和有效性。本文研究成果對豐富和發(fā)展高速并聯(lián)機器人設(shè)計理論推廣其在實際工程中的應(yīng)用具有重要的理論和實用價值。

簡介：本文結(jié)合國家863項目“高速包裝機器人及其成套裝備”，對該系統(tǒng)的視覺控制系統(tǒng)進行研究與開發(fā)，設(shè)計了控制系統(tǒng)的硬件方案和軟件流程，并解決了若干關(guān)鍵技術(shù)難題。整個控制系統(tǒng)由視覺單元和運動控制單元兩大模塊組成，其中視覺單元基于“CCD相機圖像采集卡”開發(fā)，運動控制單元基于“運動控制卡伺服驅(qū)動器伺服電機”開發(fā)，軟件系統(tǒng)基于圖形化編程語言LABVIEW開發(fā)。全文工作和取得的成果概括如下□完成了高速包裝機械手視覺控制系統(tǒng)的功能需求分析，據(jù)此制定了控制系統(tǒng)硬件方案，并對系統(tǒng)總體布局進行了規(guī)劃。同時，依據(jù)系統(tǒng)的性能指標完成了硬件選型工作，確定了各關(guān)鍵設(shè)備的型號，并完成了接口設(shè)計工作。□完成了圖像處理流程和運動目標識別跟蹤過程的設(shè)計工作。其中圖像處理流程包括圖像預(yù)處理、圖像分割和圖像后處理三部分內(nèi)容，該流程可以從所拍攝的圖像中獲得每個物體的準確位置。運動目標識別跟蹤過程設(shè)計中提出了“避免多個運動目標重復(fù)識別的決策分析算法”，該算法可以對長序列圖像中的運動物體進行準確的統(tǒng)計?！跬瓿闪丝刂葡到y(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和代碼編寫工作。整個控制軟件采用模塊化設(shè)計，為以后系統(tǒng)升級和維護工作帶來了便利。對軟件中的若干關(guān)鍵技術(shù)問題給出了解決方案，提高了控制系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。這些關(guān)鍵技術(shù)包括傳送帶的速度控制、物體抓取位置計算、分揀路徑的優(yōu)化和軟件工作流程設(shè)計?！醮罱藢嶒炂脚_，對所述的視覺控制系統(tǒng)軟硬件方案進行了實驗驗證并確定了控制系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。通過實驗，證明了本課題所選方案的可行性，并為以后整個控制系統(tǒng)的改進工作提供了依據(jù)。

簡介：武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文桁架片搬運機械手優(yōu)化設(shè)計及計算機仿真姓名胡正義申請學(xué)位級別碩士專業(yè)機械制造及自動化指導(dǎo)教師郭柏林20070601ABSTRACTPERLITEBOARDHASMANYADVANTAGESSUCHASLIGHT，F(xiàn)IREPROOFSAVINGENERGYETCITBECOMESTHEMAINSTREAMANDSUBSTITUTESTHETRADITIONALWALLMATERIALBUTINTHESTATEOFARTTHEFACTORYISINSMALLSCALE1ITTLEBATCHANDLOWAUTOMATIZATIONMODEAUAROUNDCHINAINORDERTOSATISFYTHEFUTUREMARKETREQUIREMENTS，THEPRODUCEMODEWILLBELARGESCALE，GREATBATCHANDHIGHAUTOMATIZATIONTHEPAPERISABOUTTHEMAINPARTOFTHEAUTOMATICEQUIPMENTTRUSSTRANSITIONMANIPULATORTHEFORMERPARTSELECTEDTHEBLUEPRINTOFTRUSSTRANSITIONMANIPULATORDESIGNEDTHEFRAMEWORKANDTHEDRIVESYSTEMBASEDONTHECHARACTERISTICSANDANALYSISOFMANIPULATORSIMULTANEOUSLYTHISPARTESTABLISHEDTHEMATHEMATICALMODELOFMANIPULATORDERIVEDTHEMINIMUMENERGYANDCORRESPONDINGSIZEOFMANIPULATORTHROUGHNONLINEARPROGRAMMINGANDITBUILDEDTHEDHCOORDINATEACCORDINGTODENAVITHARTENBERGTHEORYTHENGOTTHEEQUATIONOFPOSITIVERETRORSEKINEMATICSWHICHFORMEDTHEBASETHEORYFORMANIPULATORTHELATTERPARTSIMULATEDANDANALYZEDTHESIMPLIFIEDMODELOFMANIPULATORBYADAMS，ASCERTAINEDTHEFEASIBILITYBYCOMPARINGTHEPROGRAMMEDROUTEATTHESAMETIME，ITSIMULATEDTHEVELOCITYACEELERATIONOFTHEPAWOFMANIPULATORWHICHPROVIDESTHEPOSSIBILITYFORITSPRACTICALCONTROLSYSTEM’KEYWORDSTRUSS，TRANSITION，MANIPULATOR，OPTIMIZE，SIMULATE，TRAJECTORYPLANNINGⅡ

簡介：本文研究的對象是應(yīng)用于氧化鋁冶煉過程中的扒渣機械手結(jié)合實際工況環(huán)境分析了原有扒渣機工作中的不足提出了改進的方案將虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)經(jīng)驗理論設(shè)計相結(jié)合利用三維工程設(shè)計軟件PROENGINEER、運動仿真軟件ADAMS及ANSYS有限元分析軟件對改進的扒渣機械手進行了虛擬設(shè)計和仿真分析模擬了機構(gòu)的實際運動狀態(tài)驗證了設(shè)計的合理性進而優(yōu)化了結(jié)構(gòu)重量降低了生產(chǎn)成本本課題以應(yīng)用研究為側(cè)重點重點預(yù)知和掌握已設(shè)計完成的機械手結(jié)構(gòu)的可行性、合理性主要做了如下幾方面工作一、闡述了虛擬開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用以及相關(guān)技術(shù)據(jù)此提出了實現(xiàn)本課題的技術(shù)途徑二、分析了原始扒渣機的工作原理和運動機理指出了導(dǎo)致目前存在缺陷的原因根據(jù)原有機構(gòu)的實際運動參數(shù)進行行程計算確定了扒渣機械手的總體改進方案和結(jié)構(gòu)三、利用PROE工程軟件建立扒渣機械手各零部件的3D模型分析運動部件之間的相對關(guān)系合理制訂裝配順序生成扒渣機械手的實體模型四、利用PROE和ADAMS的接口程序MECHPRO在ADAMS中生成新的樣機模型進行運動學(xué)仿真分析驗證方案的可行性和合理性五、分析扒渣機械手的機構(gòu)特性運用有限元分析軟件ANSYS進行強度校核和結(jié)構(gòu)優(yōu)化確定最終的虛擬設(shè)計模型

簡介：隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，并聯(lián)機械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，已成為當(dāng)今機器人領(lǐng)域新的研究熱點。針對并聯(lián)機械手機構(gòu)比傳統(tǒng)串聯(lián)機械手更復(fù)雜的問題，在電子科技大學(xué)學(xué)生機器人研究基金的支持下，本文以一種輕型高速的三自由度DELTA并聯(lián)機械手為例，在完成其運動學(xué)與奇異性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聯(lián)合仿真技術(shù)對并聯(lián)機械手進行了靜動態(tài)特性的有限元分析以及控制策略的研究與分析。首先，本文分析了三自由度并聯(lián)機械手機構(gòu)的工作原理，并對其進行了運動學(xué)分析。其中，通過解析法獲得了機械手運動學(xué)逆解，并由幾何法求得了其運動學(xué)正解。另外，還討論了該并聯(lián)機械手可能發(fā)生的奇異位形。其次，本文完成了該并聯(lián)機械手靜動態(tài)特性的有限元分析。采用聯(lián)合仿真技術(shù)，實現(xiàn)了PROE與ANSYS之間的數(shù)據(jù)交換接口，建立了并聯(lián)機械手的有限元分析模型，并對其分別進行了靜剛度與模態(tài)分析。通過靜剛度分析，研究輕型高速并聯(lián)機械手不同位姿與機構(gòu)性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)末端執(zhí)行器越偏離中心而靠近工作空間邊界，其機構(gòu)的各項性能也越差；通過模態(tài)分析，研究了輕型高速并聯(lián)機械手的前6階振型，觀察發(fā)現(xiàn)其振型集中表現(xiàn)在從動臂上。接著，提出了增加從動臂上的虛約束、適當(dāng)增大從動臂的截面尺寸、選擇低密度高強度的復(fù)合材料等方法來優(yōu)化從動臂結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免并聯(lián)機械手高速運動過程中發(fā)生振動與變形。然后，本文在充分研究SIMMECHANICS工具箱中的基本模塊及機械系統(tǒng)框圖模型構(gòu)造方法的基礎(chǔ)上，聯(lián)合PROE軟件，并借助SIMMECHANICSLINK接口工具，建立了并聯(lián)機械手的SIMMECHANICS框圖模型，并基于此模型對該并聯(lián)機械手進行了運動學(xué)以及動力學(xué)仿真分析。最后，本文基于不同控制策略對該并聯(lián)機械手進行了研究，實現(xiàn)了形象直觀的虛擬現(xiàn)實聯(lián)合仿真平臺。在確定并聯(lián)機械手的控制任務(wù)進后，設(shè)計了PID控制器與模糊PID控制器，并分別采用這兩種控制策略，實現(xiàn)了并聯(lián)機械手的空間螺旋曲線軌跡的跟蹤仿真。同時，根據(jù)軌跡跟蹤誤差的均方根值，對比分析了這兩個控制器的性能，表明基于模糊PID的自適應(yīng)控制方法更能滿足并聯(lián)機械手這種多輸入多輸出強耦合非線性系統(tǒng)的控制需求。

簡介：氣動人工肌肉是一種類似生物肌肉的柔性驅(qū)動器，由其驅(qū)動的機械手具有良好的柔順性，因此，氣動人工肌肉在擬人機械手領(lǐng)域具有廣泛的使用前景。氣動人工肌肉驅(qū)動的機械手系統(tǒng)雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、安全柔順、功率重量比大等優(yōu)點，但普遍存在驅(qū)動速度不高、控制精度較低的問題。為此，深入展開氣動人工肌肉的驅(qū)動特性研究、創(chuàng)新設(shè)計機械手關(guān)節(jié)機構(gòu)及其控制系統(tǒng)是解決該類問題的關(guān)鍵途徑。本文旨在研究開發(fā)一種以氣動人工肌肉作為驅(qū)動器的機械手，實現(xiàn)機械手關(guān)節(jié)的多自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制。同時，設(shè)計搭建氣動肌肉機械手實測系統(tǒng)，以獲得氣動肌肉的驅(qū)動特性和機械手性能。主要研究內(nèi)容包括1設(shè)計搭建一種由氣動肌肉驅(qū)動的機械手關(guān)節(jié)。其中，機械手的腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)均采用四根氣動肌肉驅(qū)動的并聯(lián)機構(gòu)；設(shè)計開發(fā)由數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、輔助控制電路、單片機及計算機等構(gòu)成的反饋控制系統(tǒng)。并通過界面、紅外兩種控制方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。2運用機器人運動學(xué)理論分析并聯(lián)機構(gòu)關(guān)節(jié)和機械手末端機構(gòu)的運動特性，推導(dǎo)出氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度、機械手末端機構(gòu)空間位置的數(shù)學(xué)關(guān)系。3通過實測獲得氣動肌肉的驅(qū)動特性，氣動肌肉內(nèi)部壓力和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度、氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的關(guān)系曲線。4通過對氣動肌肉輸出位移與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度之間的理論曲線與實測曲線的對比分析，得出機構(gòu)尺寸限制、測量誤差等是引起實測曲線和理論曲線出現(xiàn)奇異的可能原因。并提出氣動肌肉最佳壓力控制范圍、氣動肌肉機械手關(guān)節(jié)的控制方法和轉(zhuǎn)動角度范圍。本文的研究結(jié)果表明氣動肌肉在擬人機器人領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

簡介：該文在有限元模型的建立、載荷計算、邊界條件確定、網(wǎng)格劃分等方面作了深入的探討該文完成的主要工作如下1對門架結(jié)構(gòu)進行了分析在建模過程中充分利用門架結(jié)構(gòu)的對稱性反復(fù)利用草圖鏡像、特征鏡像等工具簡化了造型過程2對門架的載荷進行了分析通過在SOLIDWKS軟件中造型準確檢測了小車的質(zhì)量及其重心位置根據(jù)達朗伯原理分析計算了小車起、制動時的加速度引起的對橫梁的動載荷利用能量法近似估算了氣缸活塞運動到行程終端時的沖擊載荷3對門架進行了線性靜態(tài)有限元分析輸出了應(yīng)力、變形云圖檢測了有關(guān)數(shù)值并分析計算了機械手安裝工件時的定心誤差采用材料力學(xué)方法對個別工況進行了解析計算將分析結(jié)果與有限元分析結(jié)果進行了比較驗證了有限地模型的正確性和有限元分析結(jié)果的可靠性4對門架立柱進行了穩(wěn)定性分析分析結(jié)果表明立柱穩(wěn)定失效的形式是薄鋼板的局部折皺且立柱是穩(wěn)定的5分別在不考慮小車質(zhì)量和考慮小車質(zhì)量的情況下對門架進行了模態(tài)分析分析結(jié)果表明門架前幾階固有頻率均遠大于門架激勵力的頻率門架不會引起共振6對門架各部分的尺寸進行了改變并對改變后的門架進行了有限元分析

簡介：仿人型乒乓球機械手是模擬人手臂結(jié)構(gòu)設(shè)計制造、用來擊打乒乓球的機械手臂具有6個以上自由度可以靈活地實現(xiàn)絕大部分人手臂可以實現(xiàn)的動作。這類手臂是鏈式旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機械手與傳統(tǒng)機械手臂相比具有結(jié)構(gòu)小巧、重量輕、速度快、控制靈活等特點。除了在手臂終端安裝乒乓球拍完成擊打乒乓球的任務(wù)以外還可以安裝各種夾具、靈巧手指等機構(gòu)完成各種演示、抓取等任務(wù)。其控制方法具有可擴展性容易應(yīng)用于焊接噴涂、教學(xué)等機械手臂的控制中。該控制方法的研究也為家庭服務(wù)型機器人領(lǐng)域的機械手臂應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。本實驗室設(shè)計制造的仿人型乒乓球機械手臂為7自由度手臂三個版本的機械手臂都可以在位置、速度和電流三種控制模式下運行。位置模式對應(yīng)的控制指令為各關(guān)節(jié)角度轉(zhuǎn)換成的碼盤讀數(shù)電機控制中的速度和力矩環(huán)由電機控制盒實現(xiàn)。速度模式也被稱為運動學(xué)控制對應(yīng)的控制指令為各關(guān)節(jié)角速度力矩控制環(huán)由控制盒實現(xiàn)。由于直流伺服電機電流與力矩成正比關(guān)系因此電流模式也稱為力矩模式對應(yīng)手臂動力學(xué)控制。該模式對應(yīng)的控制指令為電機電流控制盒使實際電機電流跟蹤指令電流。本文的研究包含參數(shù)識別、運動學(xué)和動力學(xué)控制方法主要研究內(nèi)容包括1針對機械手臂加工、組裝等環(huán)節(jié)的不精確導(dǎo)致的手臂DH模型參數(shù)也稱為運動學(xué)參數(shù)、幾何參數(shù)不準問題提出了一種使用LEICA三維激光測量裝置、基于大量測量數(shù)據(jù)的參數(shù)標定方法通過標定得到DH模型參數(shù)的修正值大幅提高了手臂終端的三維空間定位精度。對于動力學(xué)模型參數(shù)的識別提出了一種基于二次優(yōu)化的動力學(xué)參數(shù)識別方法。并針對識別參數(shù)構(gòu)成的慣性矩陣非正定的問題提出一種特征值調(diào)整使慣性矩陣正定化的方法使得最終獲得的動力學(xué)參數(shù)滿足慣性矩陣正定化的條件。同時本文給出了基SOLIDWKS三維建模的動力學(xué)參數(shù)估計方法。2提出一種針對點到點任務(wù)的冗余化方法將傳統(tǒng)的非冗余6維點到點任務(wù)投影到低維空間實現(xiàn)使障礙避免等次任務(wù)可以通過冗余控制方法實現(xiàn)。同時本文給出了低維投影的示例以及投影函數(shù)需滿足的數(shù)學(xué)條件。3針對冗余機械手臂多任務(wù)控制問題提出一種擴展最小二乘方法將關(guān)節(jié)限制以外的其他次任務(wù)轉(zhuǎn)化為虛擬關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)限制問題再應(yīng)用加權(quán)最小二乘方法解決。并通過直接設(shè)定權(quán)重矩陣的逆矩陣和一步預(yù)測的方法設(shè)定其中加權(quán)矩陣的權(quán)值實現(xiàn)冗余機械手臂在較多次任務(wù)約束情形下的控制問題。只要同時到達限制閩值的次任務(wù)數(shù)目不多于手臂的冗余自由度數(shù)目該方法可同時保證主任務(wù)跟蹤精度和多于手臂自由度數(shù)目的次任務(wù)的實現(xiàn)。4給出了仿人型機械手臂的動力學(xué)控制方法。針對動態(tài)LUGRE摩擦力補償問題提出一種使用簡化觀測器觀測鬃毛偏折狀態(tài)的方法并結(jié)合自適應(yīng)控制律使用LYAPUNOV方法分析了使用簡化觀測器的自適應(yīng)控制的穩(wěn)定性。單關(guān)節(jié)和多關(guān)節(jié)情形下的實驗結(jié)果證明了該方法在動態(tài)摩擦力補償中的優(yōu)越性。5提出了一種適用于動力學(xué)參數(shù)中含有一定不確定性的機械手臂的碰撞檢測算法。該算法基于動量守恒推導(dǎo)而出構(gòu)造一個擾動觀測器觀測手臂受到外部作用力的大小并根據(jù)該觀測器的結(jié)果判斷是否與外部物體發(fā)生碰撞。在是否發(fā)生碰撞的判定中使用了觀測器結(jié)果和其相鄰周期變化量作為共同指標并使用一個高通濾波器濾除觀測結(jié)果中的低頻分量以減少不確定動力學(xué)參數(shù)帶來的影響。該方法可有效的檢測到外部碰撞的發(fā)生并控制機械手臂遠離碰撞區(qū)域保證機械手臂與人的安全。

簡介：介電型EAP（ELECTROACTIVEPOLYMER）作為一種新興的智能材料，性能類似于自然肌肉，具有高能量密度、響應(yīng)速度較快、變形大、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，在康復(fù)訓(xùn)練、力反饋等機器人技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在對介電型EAP變形原理及驅(qū)動器工作過程分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制作了圓柱形介電型EAP驅(qū)動器。設(shè)計、實現(xiàn)了EAP膜雙向拉伸平臺以及用于圓柱形驅(qū)動器制作的半自動卷繞裝置，提高了驅(qū)動器制作質(zhì)量與效率。基于生物關(guān)節(jié)主動肌對抗肌工作原理，設(shè)計了介電型EAP驅(qū)動的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。對介電型EAP進行了有限元仿真，根據(jù)仿真結(jié)果確定驅(qū)動器的參數(shù)組合。對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的輸出轉(zhuǎn)角、負載特性以及堵轉(zhuǎn)力矩進行試驗測試，關(guān)節(jié)最大輸出轉(zhuǎn)角約為105°，堵轉(zhuǎn)力矩為1833MNM。根據(jù)彈性大變形理論建立驅(qū)動器EAP膜的機電耦合模型，通過微分方程組求解可獲得關(guān)節(jié)輸入電壓與輸出角度的關(guān)系，但計算耗時。將CMACCEREBELLARMODELARTICULATIONCONTROLLER神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PD控制器相結(jié)合實現(xiàn)關(guān)節(jié)輸出角度與輸入電壓之間的非線性映射，避免了復(fù)雜計算過程。對階躍與正弦參考信號進行跟蹤試驗，針對跟蹤過程的響應(yīng)時間與誤差進行分析。結(jié)合轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)工作原理，設(shè)計實現(xiàn)了一種介電型EAP驅(qū)動的二自由度轉(zhuǎn)動機械手。根據(jù)機械手的工作要求，完成控制電路的構(gòu)建及控制程序的編寫，實現(xiàn)對機械手動作的控制與狀態(tài)監(jiān)測，對機械手末端進行圓軌跡跟蹤控制。通過試驗測量得到驅(qū)動器在不同長度、不同電壓下的機電特性，根據(jù)轉(zhuǎn)動機械手在工作空間內(nèi)的位置與輸出力推算出相應(yīng)驅(qū)動器的工作電壓，并與測量結(jié)果比較。對該介電型EAP驅(qū)動機械手性能進一步提高，可將其用于康復(fù)訓(xùn)練、微操作力反饋等場合。