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簡介：分類號TP241UDC6815密級公開編號2011147工學碩士學位論文基于ARM板的水下主從伺服機械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及控制算法研究碩士研究生王清梅指導教師王秀蓮、田孝軍學科、專業(yè)控制理論與控制工程沈陽理工大學2013年12月CLASSIFICATIONINDEXTP241UDC6815ATHESISFORTHEMASTERDEGREEOFENGINEERINGCONTROLSYSTEMSOFTWAREDESIGNANDCONTROLALGORITHMRESEARCHOFUNDERWATERMSSERVOMANIPULATORBASEDONARMCANDIDATEWANGQINGMEISUPERVISORWANGXIULIAN＼TIANXIAOIUNACADEMICDEGREEAPPLIEDFORMASTEROFENGINEERINGSPECIALITYSHENYANGLIGONGUNIVERSITYDATEOFSUBMISSIONDECEMBER2013DATEOFEXAMINATIONMARCH2014UNIVERSITYSHENYANGLIGONGUNIVERSITY

簡介：注塑機機械手是工業(yè)機械手的一個重要分支，隨著注塑工業(yè)自動化的快速發(fā)展，注塑機機械手取得了越來越廣泛的應(yīng)用。機械手常用的驅(qū)動方式有氣動、液壓和伺服電機驅(qū)動。伺服電機驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、動作快、精度高等優(yōu)點。本文結(jié)合具體科研項目，完成基于DSP芯片TMS320F28035的伺服控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。TMS320F28035是針對實時控制應(yīng)用而設(shè)計的32位高性能處理器，具有豐富的外設(shè)模塊和快速運算能力。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)各個組成部分的連接方式，完成了伺服系統(tǒng)控制器的硬件設(shè)計。定位運行是伺服控制系統(tǒng)重要的功能。為了保證機械手位置的精確性，需要建立一個原點固定不變的機械手坐標系。機械手各軸上電后，首先要執(zhí)行原點回歸找到機械手的原點。本文根據(jù)常用的機械手歸零方式，設(shè)計出五軸注塑機機械手歸零過程。加減速控制是工業(yè)機械手系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)中十分重要的控制功能，它對系統(tǒng)的控制精度和性能有重要的影響。本文分析和比較了常用的梯形、S形和三角函數(shù)加減速控制算法，提出了伺服系統(tǒng)控制器中三角函數(shù)加減速控制算法的實現(xiàn)方式。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計伺服系統(tǒng)控制器軟件的各個功能模塊，完成軟件代碼的編寫和調(diào)試。完成了伺服控制系統(tǒng)的實驗室驗證和工廠驗證。驗證結(jié)果表明所設(shè)計的伺服控制系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計需求。

簡介：近年來，隨著工業(yè)自動化的推進和用工荒的日益嚴重，工廠對機械手的需求會越來越大。這必將促成機械手的不斷研究與開發(fā)，其中機械手的靈活度越高，能完成的工序越多，那它必將會節(jié)省大量人力，同時提高機械手伺服程度，有利于提升機械手精度，進而提高企業(yè)核心競爭力。為了提高機械手在工作過程中的精度和速度，本次機械手系統(tǒng)設(shè)計采用的是三軸機械手，且每個關(guān)節(jié)都采用伺服驅(qū)動。本文在分析國內(nèi)外機械手控制系統(tǒng)的研究重點后，根據(jù)實際需求，針對三軸機械手控制系統(tǒng)中伺服系統(tǒng)建模、軌跡跟蹤算法、人機交互界面設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)以及算法試驗等問題進行了細致的研究，取得的成果如下1介紹機電伺服系統(tǒng)建模方法，分析三軸伺服機械手機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立機械手控制系統(tǒng)模型。2研究軌跡跟蹤算法，分析H∞控制和迭代學習控制方法，提出一種兼具H∞反饋和迭代學習前饋的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計方法，并通過仿真驗證算法的有效性。3設(shè)計三軸機械手控制系統(tǒng)的硬件電路，主要包括電源模塊、通信模塊、信號檢測模塊、脈沖輸出模塊和SPI存儲模塊。最后，通過硬件實物的調(diào)試，驗證本次硬件設(shè)計的合理性。4設(shè)計三軸機械手控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，主要包括系統(tǒng)初始化、示教和軌跡規(guī)劃。此外，針對實際需要，采用迪文HMI設(shè)計方法，設(shè)計機械手示教控制界面，并對該系統(tǒng)進行實驗。5采用LABVIEW設(shè)計串口數(shù)據(jù)提取界面，采集并分析跟蹤誤差信號，驗證第三章所提算法的有效性。6對研究工作總結(jié)，提出有待改進的內(nèi)容。

簡介：本文以基于虛擬現(xiàn)實遙操作焊接機械手系統(tǒng)的實現(xiàn)為最終研究目標，探討了如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)連同遙操作技術(shù)應(yīng)用到焊接機械手系統(tǒng)之中。論文研究了交互式虛擬場景的創(chuàng)建方法，以O(shè)PENGL和QT為開發(fā)工具在計算機中構(gòu)造出一個交互式虛擬作業(yè)場景，使操作者可以通過操作桿實時的控制虛擬場景中的機械手模型，受控的機械手模型幫助操作者更加直觀地了解機械手在操作過程中的位姿信息。采用DH法為實物機械手建立了坐標系，建立了齊次變換矩陣，最終推導出機械手正、逆運動學方程。并通過特殊點位置參數(shù)的設(shè)置，對運動學方程進行了驗證。采用圖解法描述了機械手工作空間的大小，從而可以直觀的看出工作空間的邊界，從幾何角度描述了機械手的工作能力。研究了下位機實物機械手的控制理論及實現(xiàn)方法，并為系統(tǒng)開發(fā)了視頻監(jiān)控的功能。通過圖形化界面所搭建的軟件平臺，給操作者提供了一個人機交互的接口，把系統(tǒng)所具有的功能模塊都集成到這個軟件平臺下，為用戶的操作提供了友好的交互環(huán)境。最終，本系統(tǒng)開發(fā)出操作人員通過虛擬模型來遙操作實物機械手的功能。同時，機械手可以重復之前由操作人員所示教的動作，實現(xiàn)了示教再現(xiàn)的功能。

簡介：鑄件清理是鑄造生產(chǎn)中的一項重要工序。由于鑄件清理一般由人工操作完成，使其具有噪聲大、粉塵多、勞動強度大等缺點，因此在“機器人”時代，實現(xiàn)“機器人鑄造”勢在必行。目前，鑄件在落砂后至清理線的轉(zhuǎn)運，小鑄件一般由人工實現(xiàn)轉(zhuǎn)運，大鑄件則由人工借助機械手轉(zhuǎn)運，因此鑄件從造型線上到清理線上的轉(zhuǎn)運以及各清理工序之間的轉(zhuǎn)運是實現(xiàn)鑄造車間無人化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?，F(xiàn)今，機械手的自動化操作已是十分成熟的技術(shù)，但在轉(zhuǎn)運過程仍需人的參與，其關(guān)鍵問題是鑄件的夾持位置不能被機械手自動識別，因此，研制一種能夠快速精確的識別出鑄件并把鑄件運送到清理位置的自動識別系統(tǒng)具有十分重要的實際意義和應(yīng)用價值。本文分析了自動識別系統(tǒng)應(yīng)用的機器視覺技術(shù)及其發(fā)展狀況。論文以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計了鑄件清理機械手夾點自動識別系統(tǒng)。自動識別系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要包括攝像機、圖像采集卡、計算機及運動控制卡。攝像機和圖像采集卡主要完成鑄件圖像的采集以及鑄件圖像信號向圖像數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，計算機主要作用是要運行采用DELPHI語言編程的專用視頻采集與處理軟件，運動控制卡主要完成對機械手運動的控制。自動識別系統(tǒng)的軟件主要包括鑄件圖像預處理及鑄件夾點的提取程序。圖像處理程序的功能有圖像灰度化、圖像對比度增強、圖像平滑濾波等。鑄件夾點提取程序可實現(xiàn)對預處理后的圖像進行邊緣提取以及鑄件夾點的提取。最后介紹了整個鑄件清理機械手夾點自動識別系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)思想以及各個控制模塊的工作過程。圖像處理軟件的編程采用的是DELPHI編程語言，該編程語言支持模塊化的方法，編程的代碼具有可讀和可修改的優(yōu)點。

簡介：隨著注塑工業(yè)的迅速發(fā)展注塑機的普及度已經(jīng)變的越來越高同時帶動了與注塑機相配套的專用機械手的發(fā)展機械手控制系統(tǒng)也逐漸得到完善。注塑機械手可以代替人工體力勞動與注塑機配合完成取物、放嵌件等動作這樣可以大幅度提高生產(chǎn)效率有效減少安全事故的發(fā)生增加企業(yè)競爭能力因此注塑機機械手變的日益重要。本文結(jié)合具體科研項目完成基于DSP芯片TMS320F28035的單軸注塑機機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計采用的編程語言為TMS320F28035C語言編程調(diào)試燒寫的軟件工具為TICCS4其目的是為了滿足單軸注塑機機械手各項功能指標。首先介紹控制系統(tǒng)設(shè)計需求。然后介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計簡要介紹其控制系統(tǒng)系統(tǒng)總體設(shè)計主控制器是控制系統(tǒng)的核心因此詳細介紹主控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)及具體設(shè)計。最后對單軸注塑機機械手控制系統(tǒng)進行測試完成進行測試準備分功能性測試和安全性測試兩部分。測試結(jié)果表明所設(shè)計的控制系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計需求。

簡介：通過三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機器人與棋友對弈是一種新型的娛樂下棋方式，棋手們足不出門就可以遠距離對弈，又沿襲了傳統(tǒng)下棋方式的一些特點。棋手的動作包括提子、落子和移動棋子，這些運動參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給圍棋機器人，由下棋機器人進行動作的模擬。在設(shè)計中如何選擇機械手，降低成本，提高可靠性如何控制機械手的動作，從而保證棋子的精確移位如何與計算機網(wǎng)絡(luò)通訊，傳輸運動參數(shù)顯得尤為關(guān)鍵。為了滿足上述要求，本設(shè)計對機械手的總體結(jié)構(gòu)進行了方案設(shè)計，著重研究了三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機器人機械手的單片機控制方法，改進后也能運用于其它棋種（包括國際象棋、中國象棋、跳棋等）。本設(shè)計三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機器人采用平面關(guān)節(jié)型機械手，其中大臂和小臂關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它的作用是控制電磁閥水平移動棋子Z軸關(guān)節(jié)為移動關(guān)節(jié)，用于控制電磁閥上下移動（提子、落子）。設(shè)計中控制系統(tǒng)選擇二級CPU結(jié)構(gòu)，以下位機ARM微處理器LM3S615為核心，與PC機通訊，按照位置參數(shù)控制平面關(guān)節(jié)直流電機，滿足下棋機器人機械手的運動控制要求。本設(shè)計下棋動作模擬過程中為了保證棋子的精確移位，必須準確控制平面關(guān)節(jié)電機啟停、轉(zhuǎn)動方向，精確控制它的轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動時間。為了解決這一技術(shù)難題，采用了標準DH參數(shù)法，通過運動學分析給出了棋子移動時大小臂轉(zhuǎn)動角度的計算公式，為轉(zhuǎn)動速度的設(shè)置和轉(zhuǎn)動時間的計算提供了依據(jù)設(shè)計中通過安裝在大臂和小臂電機上的紅外光電開關(guān)，對大臂和小臂的光電脈沖計數(shù)，控制大臂和小臂的轉(zhuǎn)動時間，由脈沖的周期計算電機的實際轉(zhuǎn)速，再由單片機采用增量式PID算法計算PWM脈沖占空比，調(diào)整PWM輸出脈寬，對電機精確調(diào)速，保證了機械手末端執(zhí)行器（電磁閥）的精確移位。硬件設(shè)計單片機采用了ARM單片機LM3S615，它功耗小、成本低、執(zhí)行速度非常快，擁有豐富的驅(qū)動庫。程序設(shè)計時采用了有限狀態(tài)機FSM技術(shù)，將機械手復雜的運動過程，描述為幾個典型狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，大大降低了編程的難度，減小了程序容量，提高了程序運行的可靠性。

簡介：近幾年，我國注塑制品行業(yè)迅速發(fā)展，企業(yè)對注塑機械手的需求逐漸增大，帶動國內(nèi)生產(chǎn)注塑機械手的企業(yè)也越來越多，主要是生產(chǎn)針對臥式注塑機的氣動類型機械手和三軸伺服及以下類型機械手。立式注塑機由于自身重心較高，人工取件操作不方便，更加需要有專門配備的機械手用以輔助取件，同時企業(yè)也需要不斷研發(fā)新機型、新技術(shù)，提高自身在注塑機械手市場的競爭力。本次課題任務(wù)就是針對性的設(shè)計開發(fā)一種應(yīng)用在立式注塑機上的側(cè)取機械手。課題在結(jié)合企業(yè)多年設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)方案，確定了設(shè)計要求的性能參數(shù)，利用SOLIDWKS軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計并完成側(cè)取機械手模型，對設(shè)備上用到的主要外購件分別進行了選型計算。運用ANSYS軟件對側(cè)取機械手簡化模型進行靜力學分析，得到側(cè)取機械手應(yīng)力圖與變形圖。從圖中可知節(jié)點最大應(yīng)力為465MPA，最大位移變形量為044MM，兩個值均滿足設(shè)計參數(shù)要求。對側(cè)取機械手簡化模型再進行動力學分析，得到側(cè)取機械手低階固有頻率與振型圖。分析其前6階模態(tài)振型圖?？芍直壅駝诱穹拇笮?cè)取機械手振動影響最大。利用拓撲優(yōu)化的方法對手臂結(jié)構(gòu)梁進行優(yōu)化，再根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改進模型，對改進后的模型進行靜力學分析與動力學分析，優(yōu)化后其所受應(yīng)力與最大變形基本保持不變，固有頻率值與優(yōu)化前相比均有所提高，優(yōu)化結(jié)果一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最后將不同優(yōu)化方式的效果進行比較，選擇最佳的優(yōu)化方式。論文后期進行了振動測試驗證，手臂振動振幅在要求精度范圍以內(nèi)。運用ADAMS軟件對側(cè)取機械手模型進行運動學分析。選擇手臂末端一點作為參考點，通過仿真分析得到手臂各方向運動的位移速度曲線圖與角速度角加速度曲線圖。分析曲線圖中的數(shù)據(jù)，側(cè)取機械手運動規(guī)律與實際情況基本一致，運行平穩(wěn)。最后，經(jīng)過反復仿真分析，提出了側(cè)取機械手最快的全循環(huán)時間，明顯提高側(cè)取機械手工作中的生產(chǎn)效率。同時為企業(yè)設(shè)計開發(fā)新系列提供數(shù)據(jù)依據(jù)，縮短開發(fā)周期。

簡介：近年來，隨著勞動力成本的增加，傳統(tǒng)的中國制造業(yè)勞動密集型生產(chǎn)模式難以跟上社會發(fā)展的腳步，采用機器人機械手代替人力生產(chǎn)是發(fā)展的必然趨勢，而基于工業(yè)總線的機器人機械手控制器又是發(fā)展的新方向。相對于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，基于總線的機器人機械手控制器具有抗干擾能力強、維護簡單、易于擴展、成本較低等諸多優(yōu)點，對機器人機械手的推廣具有決定性作用。本文以三軸直角坐標機械手為控制對象，設(shè)計開發(fā)了一種基于CANOPEN總線協(xié)議的機械手運動控制系統(tǒng)，主要工作和成果如下。1、采用兩塊STM32系列芯片分別設(shè)計開發(fā)了人機交互手持器和運動控制器，實現(xiàn)了人機交互功能和機械手運動控制功能。2、研究了插補算法和速度、加速度規(guī)劃方法，采用時間分割插補法實現(xiàn)了對小線段的軌跡插補提出了一種實時速度規(guī)劃方法，有效消除機械手多軸同步時產(chǎn)生的位置誤差。3、采用CANOPEN總線構(gòu)建了機械手運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了CANOPEN總線協(xié)議下的機械手回原點模式控制、位置模式控制和插補模式控制。

簡介：植物生長過程中與外界信息的交互是生命得以完成的保證。因此，準確、穩(wěn)定、無損地獲取植物的生命信息，對于揭示植物生長發(fā)育機理和評價植物生長狀態(tài)具有重大意義。其中，離子流的動態(tài)運輸在植物的生長發(fā)育、新陳代謝、營養(yǎng)吸收、感知刺激等過程具有關(guān)鍵作用。因此，植物離子流的動態(tài)檢測研究越來越受重視。離子流檢測是設(shè)計在數(shù)字顯微鏡成像基礎(chǔ)上，通過控制玻璃微電極的精細運動，使電極以最佳狀態(tài)接近植物組織、器官，獲取不同測量點離子流動態(tài)信號。夾持控制玻璃微電極的設(shè)備是三維機械手，電極的運動精度取決于三維機械手的控制精度。本研究針對三維機械手各個手臂的運動模式、速度、方向等控制需求，提出具體解決方案并完成了運動控制系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計。論文研究主要內(nèi)容如下1歸納了離子流檢測設(shè)備的應(yīng)用背景及意義、分析了離子流檢測設(shè)備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和精密儀器研究現(xiàn)狀，并闡述了離子流檢測設(shè)備的工作原理，提出本文主要研究內(nèi)容和目標。2針對便攜式需求以及選定的小型三維機械手的結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計了三維機械手運動控制系統(tǒng)的整體方案，即根據(jù)三維機械手的調(diào)節(jié)螺紋結(jié)構(gòu)，利用步進電機的細分技術(shù)，實現(xiàn)對三個運動方向精細控制通過上位機控制界面，實現(xiàn)量化、直觀、簡便的控制操作。3按照系統(tǒng)整體設(shè)計方案，設(shè)計、搭建三維機械手運動控制硬件系統(tǒng)1對控制模塊和驅(qū)動模塊進行芯片對比及選型2設(shè)計了控制系統(tǒng)的原理圖并完成PCB板的設(shè)計制作3完成了控制電路的焊接和調(diào)試。4根據(jù)離子流檢測精度需求和已搭建的硬件系統(tǒng)，編寫下位機嵌入式控制代碼，實現(xiàn)對三維機械手各個手臂的運動控制1為了完成玻璃微電極的精準定位，根據(jù)調(diào)節(jié)螺紋的螺距和電極位移精度要求，在控制程序中設(shè)定了8個細分檔次，最大細分數(shù)為128。2制定了與上位機通信的規(guī)則和控制命令。5對上位機軟件進行設(shè)計與編寫。針對實際操作的需求，既要具有長距離位移的快速運動，又要具備在電極接近樣本時的精細微調(diào)，還要實現(xiàn)采集期間的定時往復運動，對三維機械手各個手臂的運動設(shè)計了三種控制模式連續(xù)、單步以及采集。同時還可以選擇設(shè)置采集期間電極往復運動頻率以及采集總體時間。試驗表明，本控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對三維機械手各個手臂運動模式、速度、位移及方向的選擇控制等，能夠?qū)⑷S機械手夾持的玻璃微電極高、精、準地送到指定位置，使玻璃微電極能以最佳狀態(tài)與生物細胞進行良好封接，滿足了離子流信號采集需求。

簡介：刀庫及機械手自動換刀裝置是加工中心的關(guān)鍵功能部件，提高其可靠性對加工中心整體可靠性的提高有重要意義。課題源于國家科技重大專項“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”，以QY011型盤式刀庫及機械手自動換刀裝置為對象展開研究，通過搭建可靠性測試系統(tǒng)，進行可靠性性能測試試驗及分析，找出影響盤式刀庫及機械手可靠性的主要因素，為國產(chǎn)盤式刀庫及機械手可靠性的改進與提高提供依據(jù)。在深入分析了解盤式刀庫及機械手自動換刀裝置結(jié)構(gòu)組成及功能的基礎(chǔ)上，依據(jù)電氣設(shè)計規(guī)范，設(shè)計了盤式刀庫的電氣系統(tǒng)根據(jù)盤式刀庫自動換刀流程和功能需求，設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)，使盤式刀庫及機械手自動換刀裝置能夠可靠運行。設(shè)計了盤式刀庫及機械手性能測試系統(tǒng)。依據(jù)試驗目的，選擇液壓壓力、氣壓壓力、電機電流、立式機械手和刀盤振動為測試內(nèi)容，并完成了相應(yīng)測試硬件的選型和安裝?；赩B開發(fā)了測試系統(tǒng)軟件，具有參數(shù)設(shè)置、傳感器調(diào)試、動態(tài)測量與顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和試驗報表打印等功能。設(shè)計了刀盤振動、立式機械手振動和電機電流測試方案。通過對測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，研究了刀盤振動、立式機械手插拔刀振動和電機電流隨相應(yīng)工況的變化規(guī)律，得到了刀庫可靠性最高時的工況。采用小波包頻帶能量技術(shù)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不同工況下的刀盤振動信號進行分析，判斷刀盤的定位精度，從定位精度的角度分析不同工況下刀盤運行可靠性的變化。

簡介：機器人的控制問題無論在理論界還是工程界多年來一直倍受人們的關(guān)注。當機器人系統(tǒng)模型精確可知時，利用反饋線性化技術(shù)可以很好地實現(xiàn)機器人的控制，然而現(xiàn)實的操作過程中機器人動力學模型的各個參數(shù)是變化的，同時還受到環(huán)境干擾和負載變化等許多不確定因素的影響，這就要求機器人控制系統(tǒng)具有較強的自適應(yīng)性和較好的魯棒性，因此有必要提出其它的控制方法。本文以模型未知的分鋼機械手系統(tǒng)為研究對象，在現(xiàn)有文獻的基礎(chǔ)上，重點探討了基于智能算法的力和位置控制。首先，本文介紹了課題研究的背景、目的、意義以及機器人軌跡跟蹤控制和機器人力控制的發(fā)展現(xiàn)狀機器人的數(shù)學模型建立方法，并在此基礎(chǔ)上，建立了分鋼機械手在自由空間和約束空間的方程，并分析了其特性。其次，介紹了基于ADAMS與MATLAB的分鋼機械手聯(lián)合仿真。利用虛擬樣機軟件ADAMS建立了分鋼機械手的虛擬樣機模型，并進行了動力學分析，得出分鋼機械手在分鋼過程中會出現(xiàn)嚴重的沖擊震蕩現(xiàn)象在MATLABSIMULINK中建立了聯(lián)合仿真系統(tǒng)的控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真技術(shù)的設(shè)計過程。然后，介紹了PID控制理論的知識，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)分鋼機械手分鋼過程中出現(xiàn)的軌跡跟蹤問題，提出了基于魯棒自適應(yīng)PD軌跡跟蹤控制方法，并通過聯(lián)合仿真技術(shù)驗證所設(shè)計的軌跡跟蹤控制器的正確性和有效性。最后，研究了阻抗控制的原理、分鋼機械手分鋼過程中沖擊震蕩和不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原理以及機械手末端與環(huán)境接觸等效模型，在此基礎(chǔ)上，提出了基于位置阻抗的控制方法，并通過聯(lián)合仿真技術(shù)驗證所涉及的機器人力控制算法的有效性和正確性。

簡介：鑒于國內(nèi)用工環(huán)境和政策的變換以及企業(yè)競爭壓力的需求，迫切需要用自動化生產(chǎn)設(shè)備代替人工作業(yè)，目前，在一些大型汽車企業(yè)中，使用機器人的沖壓生產(chǎn)線已經(jīng)使用得十分廣泛，但是一些小型的企業(yè)依然采用人工上下料的加工方式。本課題設(shè)計出一種成本低廉的用于小型鈑金沖壓的自動上下料機械手，可以實現(xiàn)鈑金等物料自動上下料的功能。論文依據(jù)課題的任務(wù)要求以及技術(shù)指標，定下機械手臂的各項基本的技術(shù)參數(shù)，為整個機械手系統(tǒng)提供設(shè)計依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，通過分析比較的方法提出機械手的四自由度關(guān)節(jié)的總體的結(jié)構(gòu)布局，利用DH法建立所設(shè)計機械手的模型，并對機械手運動學的正逆解進行求取，并且求解出機械手的雅克比矩陣，運用MATLAB數(shù)值仿真軟件分析所設(shè)計機械手臂的工作空間。基于SOLIDWKS對機械手總體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，通過對機械手關(guān)節(jié)工作狀況進行分析，選擇了機械手各運動關(guān)節(jié)電機以及減速器的型號并且對各運動關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)進行了詳細的設(shè)計，完成部分關(guān)鍵零部件的校核，在論文中給出了典型關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的詳細裝配圖結(jié)合實際的工作情況，編寫各關(guān)節(jié)的運動邏輯時序圖。基于ADAMS對機械手臂實際的工作狀況進行仿真，繪制出在運動過程中，各關(guān)節(jié)的扭力扭矩曲線變化圖。利用ANSYA對機械手進行動靜態(tài)分析，分別求出機械手的水平部件在小臂伸出和縮回時前六階的振動模態(tài)，以及機械手末端在自身重力的作用下的位移和吸取物料時末端的位移變化。基于坐標系廣義位姿誤差的矢量定義，提出機械手的廣義誤差模型，引入MDH法，推導求出采用連桿坐標系的廣義幾何誤差，從而建立廣義幾何誤差模型，利用MATLAB建立所設(shè)計機械手的誤差模型，繪制出在給定的誤差下，機械手臂末端誤差隨關(guān)節(jié)運動的變化曲線，通過改變角度誤差和長度誤差的大小，對比二者的變化對機械手末端位姿誤差的影響。

簡介：在國家自然科學基金“基于電機性能參數(shù)的高速并聯(lián)機構(gòu)集成優(yōu)化設(shè)計”支持下，本文以三自由度的DELTA并聯(lián)機械手為例，從機械手剛體動力學建模、軌跡規(guī)劃方法、和運動控制方法三個角度入手，系統(tǒng)地研究了在考慮機械手動力學模型的基礎(chǔ)上提高機械手運行速度和抓放動作精度的控制方法。并進一步在實時控制系統(tǒng)實驗樣機上進行了驗證。全文取得成果如下首先，在剛體動力學模型方面，基于虛功原理建立了完備的機械手剛體動力學模型，得到矩陣形式表達的動力學方程。針對動力學模型的簡化方法進行了深入的研究，從機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動軌跡參數(shù)兩方面出發(fā)，分析了各因素對簡化模型準確性的影響，以簡化動力學模型與完備模型逼近程度作為優(yōu)化指標，提出了一種新的基于組合質(zhì)量分配系數(shù)的剛體動力學簡化方法，為實時動力學控制方法的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。其次，在軌跡規(guī)劃方面，為保證機器人高速作業(yè)的柔順性，提出一種新的關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃方法。該方法首先通過運動學逆解模型將運動學參數(shù)映射至關(guān)節(jié)空間，隨后基于五次非均勻有理B樣條曲線構(gòu)造關(guān)節(jié)軌跡，進行運動插補，與原有的操作空間內(nèi)多項式軌跡規(guī)劃方法進行對比，表明該方法有效地提升了機械手高速運行下的末端定位精度與平順性。隨后，在運動控制方面，首先分析了電機驅(qū)動單支鏈模型，基于MATLAB建立PID控制模型，提出了基于遺傳算法的自整定方法并對伺服參數(shù)進行了整定。隨后基于簡化的剛體動力學模型設(shè)計了一種動力學前饋控制器，通過在SIMULINKSIMMECHANICS中構(gòu)建控制系統(tǒng)和機械手模型，對機械手單條支鏈進行動態(tài)仿真，表明了該控制方法與運動學閉環(huán)控制相比具有良好的動態(tài)響應(yīng)特性，同時該方法可以有效地減少高速作業(yè)下機械手動態(tài)特性造成的軌跡跟蹤誤差，提高作業(yè)精度。最后，在樣機實驗方面，采用純軟件實時控制系統(tǒng)TWINCAT搭建實驗軟件平臺，完成了相關(guān)控制算法的設(shè)計與控制軟件的編寫。通過實驗，一方面驗證了上文簡化剛體動力學模型和軌跡規(guī)劃的有效性，另一方面驗證了單支鏈力矩前饋可以顯著的改善并聯(lián)機械手在實際高速運動中的軌跡跟蹤精度與動態(tài)特性。