簡介：西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文五自由度液壓機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計與動態(tài)分析專業(yè)機(jī)械電子工程碩士生王光磊指導(dǎo)教師同志學(xué)副教授摘要隨著機(jī)械手在工業(yè)領(lǐng)域越來越廣泛的普及，人們對機(jī)械手的要求也越來越高，包括機(jī)械手的動力大小、靈活程度以及自動化程度等等。液壓機(jī)械手是典型的機(jī)電液一體化設(shè)備，集成了機(jī)械設(shè)計、液壓傳動、計算機(jī)、自動控制與傳感技術(shù)等許多學(xué)科的科研成果。本文設(shè)計了一臺用于實(shí)驗(yàn)研究的機(jī)械手，并重點(diǎn)對液壓負(fù)載敏感系統(tǒng)以及電液比例位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入地研究。首先，對液壓機(jī)械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向進(jìn)行了深入地調(diào)查研究。通過對各種機(jī)械手對比發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)型機(jī)械手運(yùn)動靈活性大、慣性小、占有空間小、工作范圍大；液壓驅(qū)動機(jī)械手抓舉力大、動作平穩(wěn)、耐沖擊、耐震動。所以，本課題定位為五自由度關(guān)節(jié)型液壓機(jī)械手。同時發(fā)現(xiàn)，多路負(fù)載敏感系統(tǒng)和電液比例位置控制應(yīng)用于機(jī)械手可使其可控性更好、控制精度更高、工作效率更高，是一個發(fā)展趨勢，故將其作為本課題開發(fā)的液壓機(jī)械手的核心部分，并利用仿真技術(shù)重點(diǎn)加以研究。本文在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，同時也結(jié)合實(shí)驗(yàn)室里的具體條件，提出了一個液壓機(jī)械手的總體設(shè)計方案，并利用SOLIDWKS進(jìn)行三維建模，完成了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。并重點(diǎn)對機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，對液壓系統(tǒng)中的元件參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計計算，并根據(jù)計算結(jié)果對液壓元件進(jìn)行了選型設(shè)計。其次，本文對機(jī)械手的電液比例位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。從閥控制缸的基本原理入手，建立了比例閥控制液壓缸的數(shù)學(xué)模型，并在些基礎(chǔ)上得出了液壓機(jī)械手電液比例位置控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用仿真軟件對它的動態(tài)特性進(jìn)行分析。同時，引入PID控制，利用MATLABSIMULINK對所建模型進(jìn)行仿真分析，得出PID控制的三個合適的參數(shù)，為后面建立整個液壓系統(tǒng)仿真模型和控制系統(tǒng)提供了依據(jù)。另外，利用液壓仿真軟件AMESIM對液壓系統(tǒng)負(fù)載敏感元件、液壓缸以及多

簡介：本文提出了分析機(jī)械手運(yùn)動學(xué)問題的遞推算法。這種方法由矩陣法演變而來，一個坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸載另一個坐標(biāo)系內(nèi)的方向用一組遞推公式求得。在使用遞推算法以前，先對在機(jī)械手桿件上建立坐標(biāo)系進(jìn)行了約定，把關(guān)節(jié)軸夾角的結(jié)構(gòu)參數(shù)由常用的三種變成兩種，使遞推關(guān)系得到簡單的形式。在此基礎(chǔ)上我們分析了7R機(jī)械手位置解，統(tǒng)一形式的間接位置解。在討論間接位置的樹狀解時，本文提出一種確定樹狀解解新方法，使計算時不因確定樹狀解而增加計算量。通過本文的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)遞推算法直觀、明確，而且很容易把運(yùn)動學(xué)方程寫成數(shù)學(xué)計算量最少的形式。最后用遞推算法分析了7R機(jī)械手的速度和加速度。

簡介：在石油化工企業(yè)迫切需要機(jī)器人對危險品儲罐及其管道進(jìn)行快速巡檢。本文結(jié)合巡檢機(jī)器人的特殊工作要求以末端執(zhí)行器精確定位為目標(biāo)以輪式懸架移動機(jī)械手為研究對象考慮移動平臺的彈性阻尼懸架的柔性和機(jī)械手的彈性變形深入研究其動力學(xué)特性建立動力學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值仿真為后續(xù)控制方法研究奠定基礎(chǔ)。本文的創(chuàng)新性工作如下1以末端執(zhí)行器精確定位為目標(biāo)基于輪式懸架移動機(jī)械手的運(yùn)動約束方程和廣義坐標(biāo)分離法提取了系統(tǒng)獨(dú)立坐標(biāo)變量和關(guān)聯(lián)坐標(biāo)變量并建立了二者相互關(guān)系。2基于EULERBERNOULLI梁單元理論、REYLIEGHRIZE法、有限元法和NEWTONEULER方程考慮機(jī)械手各構(gòu)件彈性變形、系統(tǒng)剛性運(yùn)動的獨(dú)立坐標(biāo)變量、輸入扭矩、懸架參數(shù)和路面擾動等因素對載體驅(qū)動力的影響提出并建立了包含柔性機(jī)械手各構(gòu)件彈性變量的輪式懸架移動機(jī)械手移動載體驅(qū)動力模型。3基于EULERBERNOULLI梁單元理論和REYLIEGHRIZE法描述機(jī)械手桿件彈性變形提出并建立了考慮機(jī)械手彈性變形、移動載體的線彈性阻尼懸架、路面擾動和電機(jī)集中質(zhì)量等因素的多重柔性下輪式懸架移動機(jī)械手系統(tǒng)的動力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了對物理模型的精確描述。4為驗(yàn)證不同動力學(xué)模型對末端執(zhí)行器定位的影響采用數(shù)值仿真方法進(jìn)行分析。仿真結(jié)果表明考慮構(gòu)件彈性變形是提高末端執(zhí)行器定位精度的必要條件機(jī)械手構(gòu)件彈性變形與輪式移動機(jī)械手整體剛性運(yùn)動間存在的動力學(xué)耦合是引起剛性運(yùn)動變量高頻振動的主要因素進(jìn)而影響末端執(zhí)行器的定位精度。

簡介：近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正朝著規(guī)?；?、多樣化、精確化方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞動力的成本迅速上升，勞動力不足的現(xiàn)象日趨明顯，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)越來越受到關(guān)注。但是，由于采摘對象的復(fù)雜性和工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化，目前國內(nèi)的采摘自動化程度仍然很低，尤其是采摘機(jī)器人的關(guān)鍵部位機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣等因素，造成工作效率低，生產(chǎn)成本較高，故不能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到普遍的適用。所以對采摘機(jī)械手的設(shè)計及控制研究對于今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)意義。本文在國家“863”高技術(shù)項目“移動采摘機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，主要對蘋果采摘機(jī)械手的設(shè)計及其控制進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)，主要工作如下1針對以往機(jī)械手出現(xiàn)的一些問題，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)較為簡單的兩指蘋果采摘機(jī)械手，手指上附著的彈性材料在保證不損壞果實(shí)的前提下，機(jī)械手完成從抓取到采摘的動作。采摘范圍是直徑在7090MM之間的蘋果。2用單片機(jī)作為主控制芯片，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)和要完成的動作設(shè)計了控制電路。3針對所抓果實(shí)是非剛體，分析果實(shí)在采摘過程中的一些特性。主要包括在穩(wěn)定抓持中的形封閉特性、力矩和魯棒性分析；手腕上升過程中的力學(xué)特性研究；旋轉(zhuǎn)擰斷時的運(yùn)動學(xué)特性等。4運(yùn)用機(jī)器視覺的方法，識別果實(shí)，判斷果實(shí)的生長位姿，從而使機(jī)械臂帶動機(jī)械手以最優(yōu)路徑和最佳角度準(zhǔn)確到達(dá)指定位置，觸發(fā)傳感器動作進(jìn)行采摘。完成采摘動作后仍用機(jī)器視覺方法來判斷是否采下。如果沒采下，作為新果實(shí)重復(fù)采摘動作直至采下。通過實(shí)驗(yàn)測量了相關(guān)特性參數(shù)，驗(yàn)證了整套采摘動作的可行性、采摘時間大大降低和成功率明顯提高，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。5在現(xiàn)有機(jī)械手的基礎(chǔ)上，針對可能存在一些問題，一方面在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)使其有自適應(yīng)功能。另一方面又展望了一種新型四指機(jī)械手，該機(jī)械手具有很好的自適應(yīng)能力，在采摘的過程中能自行決定握緊水果的力度。分析了柔性抓取過程中，果實(shí)作為彈性體的特性變化，對控制算法進(jìn)行了研究，用仿真驗(yàn)證了理論上的可行性。

簡介：注塑機(jī)機(jī)械手是在注塑生產(chǎn)自動化上專門配備的機(jī)械設(shè)各，它能夠很大程度上提高注塑產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時還能避免由于人為操作失誤而造成的損失。而對于我國中小型注塑企業(yè)來說，尋求一種成本低、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、體積小、容易操作、經(jīng)濟(jì)效益高的機(jī)械手成為提高市場競爭力的必要手段?；谶@種情況，設(shè)計開發(fā)這種機(jī)械手就成為我們研究的重點(diǎn)。本課題以180T～350T注塑機(jī)上配備的專用機(jī)械手為研究對象，主要的研究工作如下在要求的技術(shù)指標(biāo)下，設(shè)計出五軸伺服機(jī)械手的本體結(jié)構(gòu)。采用PRO／E中的TOPDOWN設(shè)計理念，避免了各零部件之間發(fā)生干涉。不僅有效的掌握了設(shè)計意圖，而且使得組織結(jié)構(gòu)更加明確。將PRO／E中簡化后的模型剛體化并添加運(yùn)動副，通過PRO／E與ADAMS的無縫連接接口將約束好的模型導(dǎo)入到ADAMS中，添加驅(qū)動并進(jìn)行仿真，對機(jī)械手進(jìn)行動態(tài)干涉檢驗(yàn)，得出了機(jī)械手的運(yùn)動仿真曲線，驗(yàn)證設(shè)計完成的機(jī)械手能夠滿足要求的運(yùn)動軌跡，證明了設(shè)計的臺理性。為了保證傳動的精確性，關(guān)鍵零部件必須具各足夠的剛度要求。通過對懸臂、橫梁組件的有限元分析，得出了其產(chǎn)生的最大位移，從而驗(yàn)證了設(shè)計同樣滿足了剛度要求。對機(jī)械手關(guān)鍵零部件懸臂進(jìn)行了模態(tài)分析，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行了懸臂的頻域和時域分析，避免了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。以手冊中要求的位移為約束條件，對橫梁組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，得到各參數(shù)最優(yōu)解，將機(jī)械手的質(zhì)量減小到最低值。在優(yōu)化分析中，考慮到了橫粱組件各零部件的變形情況，使得優(yōu)化設(shè)計更加符合實(shí)際情況。本文通過理論上對機(jī)械手模型的仿真和分析，為其國產(chǎn)化、知識產(chǎn)權(quán)自主化提供了可靠的科學(xué)參數(shù)。

簡介：本文研究了基于無線射頻識別技術(shù)（RADIOFREQUENCYIDENTIFICATION，RFID）的單件生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的機(jī)械手運(yùn)動控制，及該系統(tǒng)的運(yùn)行過程中的死鎖避免方法。在這一系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對單件生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控，從而可以對系統(tǒng)內(nèi)每個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進(jìn)行精確控制，使得每個產(chǎn)品的生產(chǎn)盡可能按照預(yù)先制定的生產(chǎn)調(diào)度方案在交付期之前完成。該系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、個人計算機(jī)、基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備和GRB3014四自由度機(jī)械手組成。首先研究在單件生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，機(jī)械手的運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)。在該系統(tǒng)中，機(jī)械手的作用就是按照上位機(jī)的生產(chǎn)調(diào)度指令完成零件在各機(jī)器、讀寫器與緩沖區(qū)之間的搬運(yùn)工作。本文設(shè)計了機(jī)械手的運(yùn)動函數(shù)，并把這些運(yùn)動函數(shù)生成一個動態(tài)鏈接庫，然后在機(jī)械手控制程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的運(yùn)動函數(shù)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動控制，首先建立了本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的PETRI網(wǎng)模型，獲得正確的控制邏輯；然后設(shè)計了機(jī)械手控制函數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的進(jìn)程間異步通信，從而逐條解析并執(zhí)行調(diào)度指令。其次研究單件生產(chǎn)系統(tǒng)死鎖避免方法及系統(tǒng)參數(shù)對死鎖產(chǎn)生次數(shù)的影響。由于單件生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)物部分規(guī)模有限，所以通過建立仿真模型來擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模，從而形成由多個加工單元構(gòu)成的單件生產(chǎn)系統(tǒng)。為此，首先建立單件生產(chǎn)系統(tǒng)仿真部分的PETRI網(wǎng)模型，然后根據(jù)PETRI網(wǎng)模型來設(shè)計仿真程序。在本系統(tǒng)中，采用了面向?qū)ο蟮碾x散事件仿真方法及基于事件掃描法的狀態(tài)更新策略。利用了“向前看（LOOKAHEAD）”的方法進(jìn)行死鎖預(yù)報及預(yù)防，這種方法可以減少死鎖發(fā)生次數(shù)。在這一死鎖避免策略的基礎(chǔ)上，通過仿真研究了死鎖產(chǎn)生次數(shù)與生產(chǎn)規(guī)模、最大允許在制品數(shù)量和緩沖區(qū)容量及其分配的定性關(guān)系。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明增加機(jī)械手的數(shù)量或增加緩沖區(qū)的容量能有效地減少死鎖次數(shù)；緩沖區(qū)容量及其分配應(yīng)隨機(jī)器的加工時間不同而調(diào)整，加工時間短的機(jī)器的緩沖區(qū)容量應(yīng)稍小，加工時間長的機(jī)器的緩沖區(qū)容量應(yīng)稍大；并且系統(tǒng)最大允許在制品數(shù)量為所有機(jī)器的緩沖區(qū)的容量之和的80％左右時，死鎖產(chǎn)生的次數(shù)比較少。

簡介：機(jī)械手的設(shè)計和控制是近年來國內(nèi)外非常活躍的研究課題。它的設(shè)計可以劃分為假肢用機(jī)械手的設(shè)計和工業(yè)用機(jī)械手的設(shè)計。前者的作用在于替代上肢肢殘者的缺損部分，除了要考慮機(jī)能問題外，還要考慮其仿生性，即其形狀和人類的肢體形狀的相似性。而后者的作用在于代替工業(yè)生產(chǎn)中作業(yè)人員，著重于機(jī)能的設(shè)計。由于戰(zhàn)爭、交通事故等原因，全世界的斷臂、斷手患者的數(shù)量日益增加，因此對假肢、假手的需求也不斷的擴(kuò)大。2006年4月1日起至5月31日我國進(jìn)行了第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查在各級政府直接領(lǐng)導(dǎo)下，組織了738個調(diào)查隊逐戶進(jìn)行詢問登記、篩查和殘疾評定，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)推算，全國各類殘疾人的總數(shù)為8296萬人，占全國總?cè)丝诘谋壤秊?34％。其中肢體殘疾2412萬人，占?xì)埣踩丝側(cè)藬?shù)的比重是297％與1987年第一次全國殘疾人抽樣調(diào)查比較，我國殘疾人口總量增加，殘疾人比例上升，所以有大量的人需要安裝假肢。制造出外形與人手相仿、功能與人手接近、能對抓取動作進(jìn)行實(shí)時控制的仿人手假肢對于殘疾人來說是非常必要的。本研究旨在設(shè)計一種性能穩(wěn)定、驅(qū)動方案簡單易行的欠驅(qū)動仿生機(jī)械手。全文分為四個部分，第一部分緒論，分析了研究的背景及意義，對欠驅(qū)動仿生機(jī)械手的國內(nèi)、外研究現(xiàn)狀做了闡述，對本研究的主要內(nèi)容與研究方法進(jìn)行了闡述，介紹了本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)。第二部分欠驅(qū)動仿生機(jī)械手的工作特性分析對欠驅(qū)動仿生機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理進(jìn)行了闡述，并對欠驅(qū)動仿生機(jī)械手抓取的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，同時對手指進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析。第三部分欠驅(qū)動仿生機(jī)械手設(shè)計方案對欠仿生機(jī)械手進(jìn)行了設(shè)計，給出了欠驅(qū)動手腕方案一和欠驅(qū)動手腕方案二，進(jìn)而篩選出符合條件的最佳欠驅(qū)動手腕方案。第四部分欠驅(qū)動仿生機(jī)械手的動力學(xué)仿真通過建立坐標(biāo)系和矩陣變換，對剛體的空間表示進(jìn)行了闡述，然后采用通用的DH法則，將機(jī)械手關(guān)節(jié)角度參數(shù)化，推導(dǎo)出其正運(yùn)動學(xué)方程和逆運(yùn)動關(guān)節(jié)角，并計算出機(jī)械手手部的初始坐標(biāo)。其次采用ADAMS軟件，詳細(xì)介紹了機(jī)械手三維建模過程，對機(jī)械手關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。最后從機(jī)械手軌跡規(guī)劃的基本原理和方法出發(fā)，采用三次多項式和五次多項式對機(jī)械手進(jìn)行了軌跡規(guī)劃，利用ADAMS軟件中內(nèi)嵌的STEP函數(shù)對運(yùn)動軌跡進(jìn)行了仿真分析。然后在WINDOWSXPPROFESSIONAL的系統(tǒng)環(huán)境下，以VISUALLC60為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了仿真系統(tǒng)對MATLAB控制模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)的讀取和利用。

簡介：公路護(hù)欄對保障道路交通安全有著極其重要的作用。隨著我國高速公路的飛速發(fā)展，公路護(hù)欄的應(yīng)用量急劇攀升。本文主要針對公路護(hù)欄板生產(chǎn)過程中搬運(yùn)工作依然依靠人工進(jìn)行，搬運(yùn)效率低，極易發(fā)生工傷事故等缺點(diǎn)，研制了搬運(yùn)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)碼垛工作，代替人工完成公路護(hù)欄板的搬運(yùn)工作，能大幅度提高工作效率。根據(jù)加工工況，對濰坊東方鋼管廠的公路護(hù)欄板現(xiàn)有的自動化生產(chǎn)線進(jìn)行了分析，確定了以鋼絲繩作為傳動裝置，圓柱導(dǎo)軌作為導(dǎo)向裝置，氣缸為搬運(yùn)升降驅(qū)動裝置的龍門架式搬運(yùn)機(jī)械手，設(shè)計了搬運(yùn)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)。通過分析機(jī)械手的工作原理以及工件形狀，利用SOLIDWKS三維建模軟件對搬運(yùn)機(jī)械手的手爪部分、升降部分、橫梁部分以及支撐部分進(jìn)行了實(shí)體建模，同時在實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，利用COSMOSWKS對建立的實(shí)體模型中主要受力部分搬運(yùn)手爪進(jìn)行了靜力學(xué)分析。本文詳細(xì)分析計算并選擇了搬運(yùn)機(jī)械手的柔性傳動部件參數(shù)，構(gòu)建了以單片機(jī)為控制核心，以變頻器控制的三相異步電動機(jī)作為水平運(yùn)動動力源，以氣缸作為升降搬運(yùn)動力元件的控制系統(tǒng)；給出了實(shí)際應(yīng)用中變頻器的設(shè)置參數(shù)列表，設(shè)計了搬運(yùn)機(jī)械手的相應(yīng)控制軟件；構(gòu)建了公路護(hù)欄搬運(yùn)機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對搬運(yùn)機(jī)械手帶載運(yùn)動過程中各個柔性部分的動作過程進(jìn)行了分析，得到了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，實(shí)驗(yàn)表明了系統(tǒng)的可行性。通過本文的分析研究，研制了搬運(yùn)機(jī)械手并調(diào)試了控制系統(tǒng)的軟硬件，進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了公路護(hù)欄板生產(chǎn)搬運(yùn)碼垛過程的自動化。

簡介：在現(xiàn)今的工業(yè)領(lǐng)域，諸如搬運(yùn)、裝配這些工作已經(jīng)越來越多的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人來完成，機(jī)械手運(yùn)動的控制方式也越來越多，本論文針對小型的搬運(yùn)和裝配用機(jī)械手專門設(shè)計嵌入式運(yùn)動控制系統(tǒng)。設(shè)計中選用F2812芯片作為人機(jī)交互部分和運(yùn)動控制部分的主控芯片，選用兩個MCX314運(yùn)動控制芯片，共可以驅(qū)動八個步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，可以控制兩個四自由度或一個六自由度的機(jī)械手。本設(shè)計的系統(tǒng)的成本低、功耗小、效率高，經(jīng)測試該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。課題的硬件電路設(shè)計包括運(yùn)動控制電路的設(shè)計和人機(jī)交互界面的設(shè)計，運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計包括主控芯片的選擇和外圍電路的設(shè)計以及運(yùn)動控制芯片的選擇和外圍電路的設(shè)計，人機(jī)交互界面的電路設(shè)計包括主處理器的選擇及外圍電路的設(shè)計和各種接口電路的設(shè)計。軟件的設(shè)計包括機(jī)械手運(yùn)動學(xué)的正反解計算、直線和圓弧插補(bǔ)計算、系統(tǒng)的離線編程，控制系統(tǒng)和人機(jī)交互部分的系統(tǒng)初始化和應(yīng)用程序的設(shè)計，運(yùn)動控制芯片的初始化的設(shè)計。最后對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了調(diào)試和運(yùn)行。本論文完成了機(jī)械手嵌入式運(yùn)動控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計，系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計，系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計，運(yùn)動函數(shù)庫的設(shè)計，為后續(xù)嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用奠定了理論和實(shí)際的基礎(chǔ)。

簡介：自上世紀(jì)四十年代，貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖特萊等人制造了人類第一個晶體管。半個世紀(jì)以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，預(yù)計到2030年，將會成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。硅片傳輸機(jī)械手是半導(dǎo)體工藝鏈中硅片傳輸和定位的核心設(shè)備，直接影響工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。然而在先進(jìn)自動化裝備研制方面，市場主要依賴國外進(jìn)口。因此半導(dǎo)體全自圓片傳輸機(jī)械手的研究對我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本課題旨在研制一種能夠做到穩(wěn)定、高速、高精度定位的硅片傳輸機(jī)械手。在對比了國內(nèi)外各種類型硅片傳系統(tǒng)機(jī)械、控制方案后，最終確定機(jī)械系統(tǒng)采用R型機(jī)械手，控制系統(tǒng)采嵌入式運(yùn)動控制器。課題對機(jī)械手結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并對其運(yùn)動學(xué)建模，并推導(dǎo)其位置逆解，并分析每個關(guān)節(jié)運(yùn)動誤差對末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的影響。設(shè)計了預(yù)對準(zhǔn)系統(tǒng)，通過線陣圖像傳感器獲取晶圓片輪廓坐標(biāo)信息，然后采用最小二乘法，定位其圓心位置。給出了切口定位算法，并驗(yàn)證了其可行性。基于以上方案對控制系統(tǒng)要求，課題設(shè)計了以ARMCPLD為主控核心，以FPGA采集編碼器信號實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)反饋的嵌入式運(yùn)動控制器，并完成包括原理圖、PCB設(shè)計、下位機(jī)軟件編寫，完成硬件調(diào)試，做出機(jī)械手實(shí)物。最后對機(jī)械手各功能進(jìn)行驗(yàn)證，分析誤差，并聯(lián)機(jī)驗(yàn)證其最終性能滿足設(shè)計要求。

簡介：本文密切結(jié)合新能源、食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域自動化生產(chǎn)線高速輕載搬運(yùn)作業(yè)需求，在國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃的資助下，研究基于動力學(xué)指標(biāo)體系的DELTA高速并聯(lián)機(jī)械手集成優(yōu)化設(shè)計方法，包括剛體動力學(xué)建模與動力尺度綜合，彈性動力學(xué)建模與動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，運(yùn)動規(guī)律優(yōu)選等，并結(jié)合一臺物理原型樣機(jī)開發(fā)，開展相關(guān)試驗(yàn)研究，驗(yàn)證所提出設(shè)計理論與方法的正確性和有效性。全文取得如下創(chuàng)造性成果在集成優(yōu)化設(shè)計流程方面，提出一套按動態(tài)尺度綜合、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計和最優(yōu)軌跡規(guī)劃分層遞階格式實(shí)現(xiàn)多個變量的集成優(yōu)化設(shè)計方法，可同時保證系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)、剛體動力學(xué)和彈性動力學(xué)性能。在動力尺度綜合方面，建立機(jī)械手運(yùn)動學(xué)和剛體動力學(xué)模型，提出一種兼顧運(yùn)動學(xué)和剛體動力學(xué)特性的動力尺度綜合方法，并在動力學(xué)評價指標(biāo)、性能約束兩方面形成特色1動力評價指標(biāo)。構(gòu)造具有簡約格式的混合動力學(xué)模型，定義了作用在單支鏈驅(qū)動關(guān)節(jié)上慣性項和速度項負(fù)載力矩的動力學(xué)評價指標(biāo)，具有形式簡潔，物理意義明確，可完整地揭示機(jī)構(gòu)產(chǎn)生奇異位形的條件的特點(diǎn)。2性能約束。基于運(yùn)動學(xué)雅可比及其逆矩陣，定義了兩類空間傳動角，具有幾何意義直觀，物理意義明確，可定量地描述機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與力傳遞特性的優(yōu)點(diǎn)。鑒于傳動角與機(jī)器人性能代數(shù)特征緊密聯(lián)系，可利用傳動角直觀描述機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)性能。在動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方面，提出一種以子結(jié)構(gòu)位移法為基礎(chǔ)的線彈性動力學(xué)建模方法，在保證模型精度的前提下，可大幅度提高求解效率。在此基礎(chǔ)上，提出兩種兼顧低能耗和高動態(tài)特性的動態(tài)設(shè)計方法，通過揭示結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能指標(biāo)和約束條件之間的影響規(guī)律，綜合出一組最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。在運(yùn)動規(guī)律優(yōu)選方面，提出一種以降低機(jī)械手殘余振動為目標(biāo)的運(yùn)動規(guī)律優(yōu)選方法，為機(jī)械手高速、高精度運(yùn)行提供了重要保障。在綜合性能試驗(yàn)方面，開展DELTA機(jī)械手負(fù)載特性和動態(tài)特性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明該機(jī)械手負(fù)載特性和動態(tài)特性試驗(yàn)值與理論計算值具有良好的一致性，進(jìn)而驗(yàn)證了剛體動力學(xué)和彈性動力學(xué)模型的有效性。本文研究成果對豐富和發(fā)展機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)設(shè)計理論，并推進(jìn)工程應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)用價值。

簡介：在電子、食品和醫(yī)藥等輕工業(yè)領(lǐng)域，需要機(jī)械手對輕小物料進(jìn)行高速中、短距離抓取、搬運(yùn)和放置等操作。如何實(shí)現(xiàn)這類機(jī)器手的高速、高精度運(yùn)動控制一直是機(jī)器人技術(shù)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，具有重要的意義。該文研究了一種三自由度混聯(lián)機(jī)械手及其手爪的運(yùn)動學(xué)理論、控制策略、控制器參數(shù)整定、控制算法、電路設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計了用于對體積小、質(zhì)量輕物品進(jìn)行高速自動抓取的并聯(lián)機(jī)械手DIAMOND600的控制系統(tǒng)和氣動手爪控制子系統(tǒng)，特點(diǎn)是對機(jī)械臂的整體控制采用先進(jìn)的并聯(lián)控制架構(gòu)，氣動機(jī)械爪則在閥控系統(tǒng)的系統(tǒng)上增加一個回路，變?yōu)楸瞄y雙重閉環(huán)控制系統(tǒng)在此基本思路上對每個PID控制參數(shù)進(jìn)行整定，改進(jìn)了電路，構(gòu)建了合適的控制系統(tǒng)軟硬件平臺，以及引入DEVICE現(xiàn)場總線以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。文章首先介紹了并聯(lián)機(jī)械手控制方法的分類和難點(diǎn)，分析了DIAMOND600機(jī)械手控制軟硬件系統(tǒng)及手爪分類、功能。其次在參考原NI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上研究了該二平動自由度高速輕型并聯(lián)機(jī)械手的控制技術(shù)，即以三軸運(yùn)動控制卡PC構(gòu)筑了系統(tǒng)硬件平臺；探索進(jìn)一步引入DEVICE現(xiàn)場總線用以遠(yuǎn)程遙感操作的可行性；并選擇了控制策略，采用位置、速度和電流三個反饋閉環(huán)，選擇合適的方法對每個PID控制參數(shù)進(jìn)行整定。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性，并采用前饋控制來計算系統(tǒng)的前饋傳遞函數(shù)。本文重點(diǎn)設(shè)計了整個機(jī)械手控制系統(tǒng)和手爪控制子系統(tǒng)的軟硬件，特別選擇了泵閥雙重閉環(huán)的手爪控制子控制系統(tǒng)，同時改進(jìn)了電路，設(shè)計LABVIEW與機(jī)械手接口的軟件及控制系統(tǒng)主函數(shù)后并用DELPHI語言編寫了全套手臂、手爪控制程序，并用FLASH編寫了系統(tǒng)操作學(xué)習(xí)子程序。最后，通過實(shí)驗(yàn)獲得了機(jī)械手末端執(zhí)行器和手爪的各項運(yùn)動參數(shù)曲線，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。結(jié)果證明控制效果良好。

簡介：隨著人力資源成本的逐步增加，中小型制造企業(yè)沖壓車間一人一機(jī)的手工操作生產(chǎn)方式，已成為制約企業(yè)人均勞動生產(chǎn)率提高的瓶頸，還給行業(yè)勞動安全生產(chǎn)帶來隱患。為了幫助企業(yè)轉(zhuǎn)變當(dāng)前落后的沖壓生產(chǎn)方式，本文根據(jù)沖壓產(chǎn)品要求和企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)狀態(tài)，設(shè)計了基于聯(lián)線交換式機(jī)械手的自動化沖壓生產(chǎn)線。本文先分析了自動化沖壓生產(chǎn)線和送料機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀，然后根據(jù)沖壓生產(chǎn)線的工藝流程和壓力機(jī)的整體布局情況，給出了整條自動化生產(chǎn)線的設(shè)計方案，并提出了組建生產(chǎn)線所需要的設(shè)備。根據(jù)沖壓生產(chǎn)需要的功能設(shè)計了沖壓生產(chǎn)線各組件設(shè)備。分析常見板料分離方式的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了合理的拆垛方式，并設(shè)計了拆垛機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和檢測控制方案。從橫向機(jī)構(gòu)、縱向機(jī)構(gòu)、端拾器結(jié)構(gòu)、檢測設(shè)計四個方面說明了交換式送料機(jī)械手的設(shè)計方案。從對中成本、對中效率、對中柔性三個方面分析了常見對中方式的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合三種方式設(shè)計了通用型對中臺。對整個沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，總結(jié)出生產(chǎn)線的調(diào)試方案，詳細(xì)規(guī)劃了生產(chǎn)線的調(diào)試步驟?？紤]板料定位方式、排料方式等方面對生產(chǎn)線的模具進(jìn)行了自動化適應(yīng)性改造。針對聯(lián)機(jī)調(diào)試情況，發(fā)現(xiàn)氣動系統(tǒng)存在不穩(wěn)定因素。運(yùn)用FLUIDSIM軟件對氣動系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對氣動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

簡介：伴隨著人類社會的發(fā)展和物質(zhì)文明的進(jìn)步陸地上的資源正日益枯竭而為了滿足人類社會發(fā)展對自然資源的需求對蘊(yùn)含豐富資源的海洋的開發(fā)顯得愈發(fā)重要。在對海洋環(huán)境和資源進(jìn)行考察和勘探作業(yè)中帶有機(jī)械手的水下機(jī)器人系統(tǒng)能夠完成除觀察監(jiān)測任務(wù)外的更為復(fù)雜的操作任務(wù)因此對水下機(jī)器人一機(jī)械手系統(tǒng)UNDERWATERVEHICLEMANIPULATSYSTEM簡稱UVMS動力學(xué)建模、運(yùn)動控制及運(yùn)動穩(wěn)定性的研究具有重要的意義。對于基座處于自由浮動狀態(tài)的UVMS本文采用指數(shù)積公式PRODUCTEXPONENTIALSFMULA分析其運(yùn)動學(xué)問題計算出了UVMS各個構(gòu)件的速度及加速度表達(dá)式。在運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)之上得到了UVMS運(yùn)動過程中的慣性力并結(jié)合UVMS運(yùn)動過程中所受到的水作用力和驅(qū)動力本文運(yùn)用KANE方程建立了UVMS的動力學(xué)模型。在UVMS的運(yùn)動過程中機(jī)械手和水下機(jī)器人存在著動力學(xué)耦合機(jī)械手的運(yùn)動會導(dǎo)致水下機(jī)器人的運(yùn)動。為了使得機(jī)械手展開過程中對處于浮游狀態(tài)的水下機(jī)器人影響最小應(yīng)合理地規(guī)劃機(jī)械手的展開軌跡本文基于動平衡理論研究機(jī)械手展開運(yùn)動對水下機(jī)器人的擺動力和擺動力矩的變化。并以此為目標(biāo)函數(shù)采用遺傳算法對機(jī)械手展開運(yùn)動的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化最終獲得了機(jī)械手展開過程中對水下機(jī)器人產(chǎn)生的擺動力和擺動力矩最小的運(yùn)動規(guī)律并用基于動力學(xué)模型的數(shù)值仿真驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。為了研究UVMS的運(yùn)動穩(wěn)定性問題本文參照小擾動理論對UVMS的非線性運(yùn)動方程進(jìn)行了線性化處理獲得了UVMS的線性化運(yùn)動方程并用李雅普諾夫第一方法對線性化運(yùn)動方程的特征根進(jìn)行了穩(wěn)定性判定。在對UVMS運(yùn)動學(xué)冗余的處理過程中本文采用基于模糊邏輯的任務(wù)優(yōu)先級方法合理地規(guī)劃了水下機(jī)器人和機(jī)械手的運(yùn)動并考慮了UVMS運(yùn)動過程中奇異位形和關(guān)節(jié)極限問題的處理最后用數(shù)值仿真驗(yàn)證了此方法的有效性。

簡介：深海機(jī)械手關(guān)節(jié)是海洋資源探測和開采的重要工具在海洋資源利用越來越廣泛的今天深海機(jī)械手關(guān)節(jié)有著很廣闊的應(yīng)用前景。但海洋環(huán)境復(fù)雜對于深海機(jī)械手關(guān)節(jié)的設(shè)計有很多條件要求。目前大部分深海機(jī)械手關(guān)節(jié)將驅(qū)動控制系統(tǒng)和直流無刷電機(jī)分開設(shè)計驅(qū)動控制系統(tǒng)裝在耐壓倉中這樣導(dǎo)致整個系統(tǒng)體積和重量都比較大增加了水下作業(yè)的難度?；诖吮疚难芯康闹饕獌?nèi)容是在電機(jī)和驅(qū)動控制電路一體化設(shè)計的情況下并解決電機(jī)的驅(qū)動控制和電機(jī)啟動及堵轉(zhuǎn)問題。本文所做的工作主要包括以下幾個方面1機(jī)電一體化設(shè)計將直流無刷電機(jī)與驅(qū)動控制系統(tǒng)做成一體大大縮小設(shè)備尺寸使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊提高穩(wěn)定性降低成本使用方便。使用集成度很高的驅(qū)動芯片LB1975及片上資源豐富的單片機(jī)MSP430F149使驅(qū)動控制電路板減小選用適合深海作業(yè)并符合機(jī)電一體化設(shè)計要求的直流無刷電機(jī)。2驅(qū)動控制電路硬件及軟件設(shè)計整個系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計硬件電路包含通信模塊、控制模塊和驅(qū)動模塊三個模塊硬件電路模塊化設(shè)計可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性軟件設(shè)計也是采用的模塊化設(shè)計降低程序的復(fù)雜度使程序的設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)等操作簡單方便。3深海機(jī)械手關(guān)節(jié)整體聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證驅(qū)動控制系統(tǒng)滿足機(jī)電一體化設(shè)計要求并且深海機(jī)械手關(guān)節(jié)工作性能可靠穩(wěn)定對關(guān)節(jié)速度、位置控制準(zhǔn)確并實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動及堵轉(zhuǎn)情況下對電機(jī)的保護(hù)。論文所做的工作為深海機(jī)械手關(guān)節(jié)小型機(jī)電一體化設(shè)計提出了一個可行的方案。