簡(jiǎn)介：（申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文）全自動(dòng)血凝儀機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)單位自動(dòng)化學(xué)院學(xué)科專(zhuān)業(yè)電機(jī)與電器研究生周雄指導(dǎo)老師劉紅麗副教授2015年5月全自動(dòng)血凝儀機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)周雄武漢理工大學(xué)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。簽名日期學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本文授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定研究生（簽名）研究生（簽名）導(dǎo)師（簽名）導(dǎo)師（簽名）日期期

簡(jiǎn)介：具有靈巧的作業(yè)能力的機(jī)械手能應(yīng)用在眾多工業(yè)與生活領(lǐng)域中。傳統(tǒng)的機(jī)械手工作環(huán)境固定，無(wú)法適應(yīng)陌生環(huán)境。而移動(dòng)機(jī)械手的移動(dòng)能力將機(jī)械手的工作區(qū)間從單個(gè)工作臺(tái)擴(kuò)展到極大的區(qū)域，應(yīng)用范圍也擴(kuò)展到家庭服務(wù)，倉(cāng)庫(kù)，后勤，軍事，以及生產(chǎn)線(xiàn)等多個(gè)領(lǐng)域，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值更高。因此移動(dòng)機(jī)器人手眼協(xié)調(diào)問(wèn)題具有非常重要的研究意義。靜態(tài)環(huán)境下機(jī)器人的視覺(jué)空間和手臂本體感覺(jué)為非線(xiàn)性映射關(guān)系，而對(duì)于移動(dòng)機(jī)械手來(lái)說(shuō)，移動(dòng)平臺(tái)帶來(lái)新的映射協(xié)調(diào)問(wèn)題，這些都是移動(dòng)機(jī)械手研究中的重點(diǎn)。目前機(jī)器人手眼協(xié)調(diào)問(wèn)題的研究主要側(cè)重于如何將視覺(jué)刺激映射到手臂本體感覺(jué)，建立映射的方法主要有兩種一是數(shù)學(xué)建模方法，采用逆運(yùn)動(dòng)方程規(guī)劃二是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法。而本文除了將視覺(jué)刺激映射到手臂本體感覺(jué)外，還引入另一條逆向的從手臂本體感覺(jué)到視覺(jué)刺激的映射，該手眼協(xié)調(diào)系統(tǒng)能雙向轉(zhuǎn)換眼和手之間的刺激。通過(guò)使用雙向刺激傳輸通道，在機(jī)器人系統(tǒng)中建立擬人的行為模式。這種擬人的能力可提高機(jī)器人的自主適應(yīng)能力和生存能力。對(duì)于移動(dòng)機(jī)械手在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的手眼協(xié)調(diào)問(wèn)題，目前的機(jī)器人在陌生環(huán)境下的自主性還有待提高。而本文將基于限制釋放的發(fā)展型學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)械手學(xué)習(xí)過(guò)程，首先在靜態(tài)條件下建立手眼協(xié)調(diào)能力，然后轉(zhuǎn)入動(dòng)態(tài)環(huán)境下建立移動(dòng)手眼協(xié)調(diào)能力。通過(guò)制定限制釋放的順序，使機(jī)器人在每個(gè)新限制釋放的條件下學(xué)習(xí)新技能。兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別用于手眼協(xié)調(diào)和移動(dòng)視覺(jué)協(xié)調(diào)的建立。最后在兩個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中分別進(jìn)行擬人行為模式和移動(dòng)抓取行為的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)所用的學(xué)習(xí)方法可行，機(jī)器人自主探索能力和適應(yīng)能力得到提高。

簡(jiǎn)介：深達(dá)11000米的馬里亞納海溝富含多金屬結(jié)合礦區(qū)、富鈷結(jié)合礦區(qū)等多種珍貴資源，不僅如此，由于其位于海底最深處，對(duì)于探索地球的發(fā)展史也極具價(jià)值。隨著詹姆斯卡梅隆乘坐“深海探索者號(hào)”成功潛入馬里亞納海溝，人們認(rèn)識(shí)到了海底最深處。但海底最深處的環(huán)境條件遠(yuǎn)比人們想象中復(fù)雜，尤其是對(duì)液壓系統(tǒng)的影響。因此，全海深環(huán)境條件對(duì)液壓機(jī)械手控制系統(tǒng)提出了更高的要求。本論文針對(duì)全海深環(huán)境的“高壓低溫”特性，重新設(shè)計(jì)機(jī)械手所用油缸中O型密封圈對(duì)應(yīng)的溝槽尺寸根據(jù)液壓油的“粘壓關(guān)系”和“粘溫關(guān)系”，建立適用于全海深環(huán)境的機(jī)械手控制模型利用負(fù)載傳感技術(shù)提出適用于全海深液壓機(jī)械手的變?cè)鲆婵刂扑惴?。全文共分六章第一章，介紹了論文研究背景，通過(guò)分析全海深環(huán)境的“高壓低溫”特性對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的影響，并分析常用機(jī)械手控制算法，提出本論文的研究意義與研究的主要內(nèi)容。第二章，從硬件、軟件架構(gòu)和控制算法三個(gè)方面分析了全海深環(huán)境的“高壓低溫”特性對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的要求，著重研究了海水深度與控制系統(tǒng)、壓力反饋與負(fù)載計(jì)算方法。第三章，針對(duì)全海深環(huán)境的“高壓低溫”特性，利用粘度與壓力和溫度的關(guān)系，建立萬(wàn)米深海環(huán)境對(duì)應(yīng)的壓損模型利用閥控非對(duì)稱(chēng)缸的經(jīng)典模型建立并分析機(jī)械手單關(guān)節(jié)控制模型最后，通過(guò)拉格朗曰能量法建立機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。第四章，通過(guò)建立并分析機(jī)械手的靜負(fù)載模型，設(shè)計(jì)基于固定增益的機(jī)械手控制算法通過(guò)分析機(jī)械手動(dòng)態(tài)負(fù)載，其負(fù)載變化較大但可通過(guò)機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型建立對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載模型，對(duì)此設(shè)計(jì)了基于動(dòng)態(tài)負(fù)載模型的基于變?cè)鲆娴呢?fù)載傳感液壓機(jī)械手控制算法。第五章，利用建立的機(jī)械手模型進(jìn)行仿真分析，基于實(shí)驗(yàn)室機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使用LABVIEW界面模擬上位機(jī)功能，分別獲得了機(jī)械手手爪持重負(fù)載未知和已知的對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了基于變?cè)鲆娴呢?fù)載傳感機(jī)械手控制方法的有效性。第六章，總結(jié)歸納了本論文研究的主要內(nèi)容，指出創(chuàng)新點(diǎn)的同時(shí)針對(duì)該論文中的不足提出了改進(jìn)方法。

簡(jiǎn)介：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，焊接機(jī)械手臂以其特有的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到重視，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造船、航空以及其他多種領(lǐng)域。焊接機(jī)械手臂的關(guān)鍵技術(shù)之一就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，隨著相關(guān)技術(shù)的逐漸成熟，永磁同步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、能夠?qū)崿F(xiàn)高性能控制等特點(diǎn)，已經(jīng)成為焊接機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一類(lèi)電機(jī)。本文在充分認(rèn)識(shí)焊接機(jī)械手臂及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展背景和現(xiàn)狀的前提下，查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，掌握本設(shè)計(jì)用到的相關(guān)知識(shí)。闡述了矢量控制的基本原理，以及用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的SVPWM技術(shù)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的展開(kāi)做好理論基礎(chǔ)。結(jié)合項(xiàng)目背景，在分析焊接機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體需求和技術(shù)指標(biāo)的前提下，給出了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件部分設(shè)計(jì)。出于安全以及穩(wěn)定性考慮，將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件分成三塊獨(dú)立的電路板，它們之間用導(dǎo)線(xiàn)或者電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。主控板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制算法的實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生需要的PWM波形，對(duì)各種故障信號(hào)采取保護(hù)處理措施，以及與上位機(jī)進(jìn)行通信等。驅(qū)動(dòng)板主要負(fù)責(zé)對(duì)主控板的PWM信號(hào)進(jìn)行隔離放大，并將各種檢測(cè)信號(hào)調(diào)理后送入DSP。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為永磁同步電機(jī)需要的交流電。最后結(jié)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)以及相應(yīng)的控制理論，完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，闡述了主要軟件流程。最后對(duì)焊接機(jī)械手臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件基本功能測(cè)試，做了大量的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)各部分功能，滿(mǎn)足各項(xiàng)參數(shù)要求。

簡(jiǎn)介：機(jī)械手臂可以幫助人們完成危險(xiǎn)的、單調(diào)的和乏味的工作，因此在工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是機(jī)械手臂是一個(gè)高度非線(xiàn)性的復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)它進(jìn)行精確控制是不容易的。針對(duì)機(jī)械手臂的非線(xiàn)性，提出基于隸屬度函數(shù)的多模型預(yù)測(cè)控制方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下1研究單變量機(jī)械手臂系統(tǒng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單桿機(jī)械手臂的多模型預(yù)測(cè)控制。首先，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度作為調(diào)度變量，將系統(tǒng)的工作空間分為兩個(gè)子空間，在每個(gè)子空間內(nèi)建立線(xiàn)性子模型并基于它們?cè)O(shè)計(jì)局部預(yù)測(cè)控制器；然后，使用梯形函數(shù)對(duì)局部預(yù)測(cè)控制器進(jìn)行加權(quán)求和得到多模型控制器，這樣就利用了梯形函數(shù)對(duì)局部控制器進(jìn)行切換，避免控制器切換時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)；最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，將多模型預(yù)測(cè)控制與多模型PID控制進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)定值在大范圍內(nèi)變化時(shí)，多模型預(yù)測(cè)控制能使系統(tǒng)的輸出快速準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)定值的變化，超調(diào)很小，控制精度較高。而多模型PID控制器卻不能使系統(tǒng)的輸出迅速準(zhǔn)確地跟蹤設(shè)定值，超調(diào)較大，控制精度低。這就體現(xiàn)了多模型預(yù)測(cè)控制要比多模型PID控制器優(yōu)越。2研究多變量機(jī)械手臂系統(tǒng)PENDUBOT系統(tǒng)的多模型預(yù)測(cè)控制。由于系統(tǒng)的平衡控制實(shí)現(xiàn)范圍較窄，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，提出基于隸屬度函數(shù)的多模型預(yù)測(cè)控制。該控制突破了原有控制范圍窄的局限，實(shí)現(xiàn)了大范圍控制的目的。首先，選擇欠驅(qū)動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)弧度作為調(diào)度變量，將系統(tǒng)的工作空間分為5個(gè)子空間，在每個(gè)子空間內(nèi)的平衡點(diǎn)附近對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行線(xiàn)性化，得到相應(yīng)的局部模型，從而得到系統(tǒng)的多模型表示；其次，基于各個(gè)局部模型設(shè)計(jì)局部預(yù)測(cè)控制器；最后，選擇梯形函數(shù)作為權(quán)重函數(shù)，對(duì)局部控制器進(jìn)行加權(quán)求和獲得總的控制器，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。為了驗(yàn)證多模型預(yù)測(cè)控制的有效性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，同時(shí)為了體現(xiàn)多模型預(yù)測(cè)控制的優(yōu)越性，還為系統(tǒng)設(shè)計(jì)多模型PID控制器。仿真結(jié)果表明，多模型預(yù)測(cè)控制能使系統(tǒng)的輸出快速準(zhǔn)確地跟蹤期望值，實(shí)現(xiàn)大范圍控制的目標(biāo)。而多模型PID控制器的控制效果較差，甚至不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到控制要求。

簡(jiǎn)介：壓鑄機(jī)送料機(jī)械手是將熔融的金屬溶液舀取并運(yùn)送到指定位置的設(shè)備。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了各種用于輸送液料的裝置，但具體到壓鑄機(jī)設(shè)備，要么運(yùn)行不暢，可靠性不足；要么系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高，無(wú)法滿(mǎn)足工廠經(jīng)濟(jì)耐用的要求。本文在調(diào)研現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外金屬溶液送料設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化程度高，可適用于不同壓鑄環(huán)境條件下的金屬溶液送料機(jī)械手。本文首先分析了壓鑄機(jī)送料機(jī)械手的需求和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，深入工廠實(shí)地調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用情況，提出了整體設(shè)計(jì)方案。包括傳動(dòng)形式選擇、運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃和電氣控制系統(tǒng)等。然后，以PROE為工具，設(shè)計(jì)平面五桿機(jī)構(gòu)。裝配完成后檢查全局干涉，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)使用環(huán)境和要求，考慮加工經(jīng)濟(jì)性等實(shí)際情況，利用AUTOCAD完成工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。其次，通過(guò)PLC控制變頻器來(lái)調(diào)節(jié)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度，利用編碼器獲得位置信號(hào)反饋給PLC從而獲得不同位置電機(jī)速度平滑過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的平滑運(yùn)行。最后，將本設(shè)備單獨(dú)調(diào)試完成后與其他設(shè)備聯(lián)合調(diào)試。根據(jù)工廠實(shí)際情況和需要，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備不斷優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)壓鑄產(chǎn)品的全自動(dòng)化生產(chǎn)。經(jīng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)本設(shè)備成功與取件噴霧機(jī)械手和壓鑄機(jī)模架信號(hào)交互并實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。本裝置可分為幾個(gè)獨(dú)立的部分，裝拆維修方便。所有配件均采用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查的標(biāo)準(zhǔn)件。加工的零件多采用機(jī)械加工常見(jiàn)的工藝如銑，車(chē)，焊接等。本裝置能適應(yīng)現(xiàn)有的絕大部分型號(hào)的壓鑄機(jī)，具有很大的推廣應(yīng)用前景。

簡(jiǎn)介：隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)物流效率方面的要求變得越來(lái)越高，而在各個(gè)物流環(huán)節(jié)中，裝卸搬運(yùn)是最重要的環(huán)節(jié)之一。要提高物流效率，提高裝卸搬運(yùn)這一環(huán)節(jié)的效率變得尤其重要，本文探討的搬物機(jī)械手它的作用就是用來(lái)裝卸和搬運(yùn)，提高物流裝卸環(huán)節(jié)的效率，但是跟所有的承載構(gòu)件一樣，搬物機(jī)械手也是處在高強(qiáng)度的交變載荷作用下，因此它也是會(huì)發(fā)生疲勞破壞的，所以對(duì)于搬物機(jī)械手在設(shè)計(jì)上強(qiáng)度、剛度都要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而且還應(yīng)滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，以防止疲勞斷裂事故的發(fā)生。搬物機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度直接決定整套設(shè)備使用效率和壽命，并且是安全性保障的重要一環(huán)，因此，對(duì)搬物機(jī)械手進(jìn)行靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析以及疲勞壽命研究是非常有必要的。以前傳統(tǒng)的對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究方法，一般是必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化和估算部分參數(shù)的，很顯然這樣做的結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此，本文采用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)搬物機(jī)械手相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，希望這種方法能夠?yàn)橐院箢?lèi)似搬物機(jī)械手結(jié)構(gòu)的構(gòu)件提供一些有價(jià)值的參考。通過(guò)對(duì)搬物機(jī)械手靜態(tài)分析，其結(jié)果表明采用拆分部件來(lái)分別計(jì)算每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度是一種行之有效的方法，并且其每個(gè)部件的分析結(jié)果也是在允許范圍之內(nèi)的。插取機(jī)構(gòu)的靜態(tài)分析表明應(yīng)力最大的位置為插桿的根部，但應(yīng)變最大的位置確是插桿的尖端，但是都是在強(qiáng)度和剛度的允許范圍之內(nèi)。X軸行走梁的靜態(tài)分析表明，雖然行走梁中間為應(yīng)力、位移較大位置，但是也是符合其基本強(qiáng)度和剛度要求的。本文在ABAQUS中利用模態(tài)分析模塊分別對(duì)機(jī)械手抓手插取機(jī)構(gòu)以及X軸行走梁進(jìn)行前6階的模態(tài)分析，模態(tài)分析的結(jié)果讓我們看到了插取機(jī)構(gòu)和X軸行走梁在不同類(lèi)型或者不同方向上的載荷對(duì)其所產(chǎn)生的影響作用，其實(shí)我們進(jìn)行模態(tài)分析的作用無(wú)外乎就是為了避免發(fā)生共振或出現(xiàn)有害振型，同時(shí)還可以依據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)。本文利用ABAQUS中顯式動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)該搬物機(jī)械手行走梁進(jìn)行了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，其分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的位移、速度、加速度響應(yīng)趨勢(shì)和結(jié)構(gòu)所受的起升沖擊載荷的作用方式基本相符，符合搬物機(jī)械手實(shí)際工作情況。由于阻尼的作用所造成的能量消耗，隨著時(shí)間的推移，整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為振幅不斷遞減的衰減振動(dòng)，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。本文采用損傷容限設(shè)計(jì)來(lái)計(jì)算搬物機(jī)械手的疲勞壽命，此方法其實(shí)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種計(jì)算疲勞壽命的方法，因?yàn)樗粌H可以計(jì)算構(gòu)件的疲勞壽命，還可以計(jì)算正在使用結(jié)構(gòu)的剩余壽命

簡(jiǎn)介：在當(dāng)今世界日新月異的今天，工業(yè)化水平越來(lái)越高，作為工業(yè)制造業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)床制造行業(yè)突飛猛進(jìn)，這就要求對(duì)加工中心中與其配套的刀庫(kù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足當(dāng)今高速化、大型化生產(chǎn)。本文主要研究通過(guò)改進(jìn)大型鏈?zhǔn)降稁?kù)機(jī)械手換刀方式，以解決在實(shí)際使用過(guò)程中因原機(jī)械手采用葉片式回轉(zhuǎn)油缸通過(guò)反轉(zhuǎn)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)間的換刀，而經(jīng)常出現(xiàn)漏油、卡刀、換刀不平穩(wěn)等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，確定用齒輪齒條式回轉(zhuǎn)液壓油缸來(lái)代替原有回轉(zhuǎn)裝置。以機(jī)械手最大抓刀重量30KG為已知條件為已知條件，根據(jù)受力分析得到機(jī)械手回轉(zhuǎn)需要的最大力矩100NM。然后設(shè)計(jì)計(jì)算該齒輪齒條式回轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)并對(duì)其強(qiáng)度校核，得出改進(jìn)設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。最后通過(guò)SOLIDWKS建模并進(jìn)行關(guān)鍵零部件的有限元分析，得出齒輪軸的最大彎曲應(yīng)力及齒條單齒的齒面接觸強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可行性。通過(guò)本文的探討，解決了原有機(jī)械手存在的問(wèn)題，從而滿(mǎn)足了大型鏈?zhǔn)降稁?kù)換刀的要求。

簡(jiǎn)介：將多自由度串聯(lián)機(jī)械手安裝到移動(dòng)載體上就組成了移動(dòng)機(jī)械手。較之一般的固定機(jī)械手，其工作空間大大擴(kuò)大了。阻尼懸架系統(tǒng)的存在可以緩解、削弱不規(guī)則路面對(duì)機(jī)械手力與位移方面的影響。但是，移動(dòng)載體與阻尼懸架的引入均大大增加了機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型的建立難度。本文在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)五自由度輪式懸架移動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)做了系統(tǒng)而全面的分析。本文的研究?jī)?nèi)容主要如下1五自由度輪式懸架移動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。從機(jī)械手的完整、非完整約束方程以及末端軌跡出發(fā)，分離了機(jī)械手系統(tǒng)獨(dú)立坐標(biāo)變量與關(guān)聯(lián)坐標(biāo)變量，建立了五自由度輪式懸架移動(dòng)機(jī)械手的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。2五自由度輪式懸架移動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)分析及其仿真。結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，以拉格朗日方程為核心，分析推導(dǎo)了機(jī)械手系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、廣義力以及驅(qū)動(dòng)力等動(dòng)力學(xué)因素，然后將各動(dòng)力學(xué)因素整合代入拉格朗日方程從而建立了機(jī)械手系統(tǒng)的完整正、逆動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了數(shù)值仿真。通過(guò)仿真結(jié)果的分析比對(duì)，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的正確性。3基于機(jī)械手系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果的參數(shù)設(shè)計(jì)。基于動(dòng)力學(xué)模型仿真結(jié)果，進(jìn)行了機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化。從力矩結(jié)果出發(fā)，推算出電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率從而選擇合適的電機(jī)型號(hào)，并校核危險(xiǎn)構(gòu)件的彎曲強(qiáng)度。以動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)，以最小耗能為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)件長(zhǎng)度為優(yōu)化變量，對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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簡(jiǎn)介：褲襪檢測(cè)、定型過(guò)程中，目前多采用人工完成褲襪的套裝，存在著工作重復(fù)、單調(diào)、效率不高的問(wèn)題，人工套裝將會(huì)被自動(dòng)套裝機(jī)械取代。論文的主要任務(wù)是完成對(duì)褲襪套裝機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以下是本文的主要研究?jī)?nèi)容通過(guò)分析褲襪的定型工藝，制定機(jī)械手的總體方案確定機(jī)械手坐標(biāo)形式、自由度、工作過(guò)程、工步時(shí)間分配；用模塊化思想設(shè)計(jì)機(jī)械手回轉(zhuǎn)模塊、水平伸縮模塊、豎直升降模塊；氣缸、電機(jī)的選型和計(jì)算，連接件的設(shè)計(jì)；以及氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，將在SOLIDWKS里建立的機(jī)械手模型導(dǎo)入到ANSYSWKBENCH中，對(duì)機(jī)械手的整體剛度進(jìn)行分析，結(jié)果表明機(jī)械手的剛度符合要求。運(yùn)用有限元法對(duì)機(jī)械手主要連接部件進(jìn)行了模態(tài)分析，確定其低階頻率，為元器件間避免共振提供理論依據(jù)，在DH坐標(biāo)系下確定機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，確定機(jī)械手質(zhì)心速度和加速度運(yùn)動(dòng)方程。使用ADAMS仿真機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，并利用模擬結(jié)果驗(yàn)證機(jī)械手設(shè)計(jì)的正確性，指導(dǎo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

簡(jiǎn)介：機(jī)器人視覺(jué)伺服是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要部分，其主要核心是對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的反饋信息進(jìn)行處理，以此驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，完成機(jī)器人的定位、跟蹤等控制任務(wù)。機(jī)器人是一個(gè)高度非線(xiàn)性的系統(tǒng)，并且視覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)部也存在非線(xiàn)性的映射關(guān)系。因此，機(jī)器人視覺(jué)伺服控制的一個(gè)的難點(diǎn)在于建立機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)之間的映射關(guān)系。本文以圖像雅可比矩陣描述上述兩者間的映射關(guān)系，采用了“眼固定”和“眼在手”相結(jié)合的布局方式，分別以點(diǎn)和角度為圖像特征，組成圖像雅可比矩陣。采用最小二乘法估計(jì)圖像雅可比矩陣的初值，作為在線(xiàn)更新的基礎(chǔ)，以卡爾曼濾波遞推估計(jì)算法來(lái)進(jìn)行圖像雅可比矩陣的在線(xiàn)辨識(shí)更新，主要工作如下①提出了基于圖像的無(wú)標(biāo)定混合雙目機(jī)械手六自由度視覺(jué)伺服控制方法。對(duì)于機(jī)械手在任務(wù)空間中的位姿定位任務(wù)，采用基于圖像的視覺(jué)伺服閉環(huán)控制方法，用卡爾曼濾波方法在線(xiàn)估計(jì)圖像雅可比，通過(guò)圖像雅可比提供的手眼映射關(guān)系，在圖像平面設(shè)計(jì)期望的圖像特征位置，通過(guò)圖像特征偏差驅(qū)動(dòng)、引導(dǎo)機(jī)械手在任務(wù)空間實(shí)現(xiàn)位姿定位的任務(wù)。設(shè)計(jì)了PID機(jī)械手視覺(jué)伺服控制器，并對(duì)控制器的穩(wěn)定性條件進(jìn)行了分析。②采用澳大利亞科學(xué)家PETERCKE開(kāi)發(fā)的免費(fèi)開(kāi)源的機(jī)器人工具箱（99版本），結(jié)合機(jī)器視覺(jué)工具箱（33版本），在MATLAB2014A環(huán)境下搭建了視覺(jué)伺服仿真平臺(tái)。以“眼在手”和“眼固定”相結(jié)合的形式布局?jǐn)z像頭，并設(shè)計(jì)了基于圖像的無(wú)標(biāo)定機(jī)械手六自由度視覺(jué)伺服仿真對(duì)比試驗(yàn)。③利用參與搭建的由DENSOVS6556GM六自由度工業(yè)機(jī)械手，RC7M控制器和大恒水星系列工業(yè)相機(jī)等設(shè)備組成的平臺(tái)，以點(diǎn)和角度作為圖像特征，用常值圖像雅可比結(jié)合關(guān)節(jié)角限制，進(jìn)行了實(shí)物試驗(yàn)。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的基于圖像的無(wú)標(biāo)定混合雙目機(jī)械手六自由度視覺(jué)伺服控制方法，能夠有效、準(zhǔn)確的完成機(jī)械手六自由度的位姿定位任務(wù)，驗(yàn)證了方法的可行性和有效性。同時(shí)，實(shí)物實(shí)驗(yàn)采用的方法也較好的實(shí)現(xiàn)了基于圖像的無(wú)標(biāo)定混合雙目機(jī)械手視覺(jué)伺服位姿定位任務(wù)。

簡(jiǎn)介：在目前智能坐便器的檢測(cè)過(guò)程中，針對(duì)傳統(tǒng)智能坐便器檢測(cè)裝置夾具的靈活性不夠、檢驗(yàn)過(guò)程人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等的不足，并為了提高壽命檢測(cè)機(jī)的工作可靠性，提出了一種采用移動(dòng)式機(jī)械手檢測(cè)的智能坐便器檢測(cè)裝置。本文介紹了機(jī)械手的工作原理，硬件實(shí)現(xiàn)及軟件開(kāi)發(fā)。本文所做的研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面對(duì)原按壓檢測(cè)狀況做出分析，根據(jù)設(shè)備的工況條件設(shè)計(jì)出一種運(yùn)用移動(dòng)式機(jī)械手的新檢測(cè)方案，并通過(guò)對(duì)機(jī)械手的自由度的數(shù)目、精度（正確性）、重復(fù)精度（變化性）、運(yùn)動(dòng)范圍、最大工作速度、負(fù)荷能力等方面的研究，設(shè)計(jì)出了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以及氣路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)械手以及部分零件，尤其是連接部件進(jìn)行靜力學(xué)分析，確認(rèn)了機(jī)械手設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。最后對(duì)機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行疲勞分析，保證了機(jī)械手的安全和穩(wěn)固。從總體上講，機(jī)械手的控制方式分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。對(duì)系統(tǒng)的控制方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，其中包括總體構(gòu)造、控制流程和各個(gè)子模塊的功能。對(duì)驅(qū)動(dòng)方案的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊、傳感器模塊五大模塊進(jìn)行研究分析，確定了機(jī)械手的控制方案以及完整的工作流程，并加入了具體的電氣安裝模塊，通過(guò)選型將以上幾個(gè)模塊組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的智能控制?；赑LC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依據(jù)本機(jī)械手的工況條件和工作要求，從可編程控制系統(tǒng)組成的相關(guān)控制理論方面，對(duì)機(jī)械手的控制方式進(jìn)行分析，從而對(duì)PLC的輸入輸出、控制系統(tǒng)前后端電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)械手的實(shí)際操作情況設(shè)計(jì)具體的流程，并采用SCL語(yǔ)言分別設(shè)計(jì)了手動(dòng)和自動(dòng)操作程序及完整的PLC程序，最后描述了各部分的連接方式以及相應(yīng)的控制接線(xiàn)等。根據(jù)上述各部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)，運(yùn)用SOLIDWKS三維建模仿真軟件，將機(jī)械手各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)并繪制出來(lái)，最后裝配成三維模型。將前面設(shè)計(jì)的機(jī)械手的整體工作流程拆分成各任務(wù)步驟，然后運(yùn)用SOLIDWKSMOTION插件，將每一步的任務(wù)按照時(shí)間先后的順序?qū)隨OLIDWKSMOTION中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的虛擬運(yùn)動(dòng)仿真，生成動(dòng)畫(huà)。最后對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果進(jìn)行每個(gè)方向上的速度、運(yùn)動(dòng)軌跡分析，做到了實(shí)時(shí)反映本設(shè)計(jì)方案以及各部分的參數(shù)的不足，為未來(lái)檢測(cè)方案的改進(jìn)提供了直觀的理論依據(jù)。通過(guò)以上幾項(xiàng)工作內(nèi)容，可使機(jī)械手達(dá)到預(yù)期的工作情況，改進(jìn)后的檢測(cè)裝置具有自動(dòng)化程度高、檢測(cè)范圍大、檢測(cè)精度好、易于維修維護(hù)的特點(diǎn)。也達(dá)到了本論文的設(shè)計(jì)目的和要求。

簡(jiǎn)介：自主式水下機(jī)器人AUVAUTONOMOUSUNDERWATERVEHICLE具有運(yùn)動(dòng)靈活、工作范圍大等優(yōu)點(diǎn)，成為了海洋環(huán)境調(diào)查與資源探測(cè)的重要裝備。AUV一般搭載小型電動(dòng)機(jī)械手，其作業(yè)范圍及負(fù)載能力都遠(yuǎn)不及ROV搭載的液壓機(jī)械手，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際作業(yè)的需要，特別是針對(duì)復(fù)雜、狹小空間，危險(xiǎn)、極限環(huán)境下的水下高精度作業(yè)任務(wù)，不但要保證機(jī)械手較小的收納體積來(lái)減小AUV航行阻力，還要滿(mǎn)足其較大的作業(yè)范圍和更高的作業(yè)精度以保障作業(yè)的安全性與可靠性。因此，研究具有大作業(yè)范圍、小型化、高靈活性、高精度的AUV用水下液壓機(jī)械手系統(tǒng)具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以高精度五自由度水下水液壓機(jī)械手系統(tǒng)為主線(xiàn)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了水下水液壓機(jī)械手系統(tǒng)及機(jī)械手末端精度測(cè)量裝置。針對(duì)水下作業(yè)機(jī)械手的主要功能特點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)方式角度，分析國(guó)內(nèi)外AUV用水下機(jī)械手及水液壓機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀，明確適用于小型AUV的水下水液壓機(jī)械手結(jié)構(gòu)研究工作的方向。同時(shí)分析精度測(cè)量方法及水下機(jī)械手控制方法研究現(xiàn)狀，為本文設(shè)計(jì)的空間測(cè)量裝置及提高水液壓機(jī)械手精度提供了技術(shù)基礎(chǔ)。針對(duì)輕量化、模塊化、大展開(kāi)長(zhǎng)度、小收回體積的設(shè)計(jì)要求，本文分析研究水下機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)機(jī)械手本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊劃分和設(shè)計(jì)。為了提高機(jī)械手結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，減小振動(dòng)頻率，增加機(jī)械手結(jié)構(gòu)的可靠性，本文對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真優(yōu)化，并對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行模態(tài)分析。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手高精度控制精度，針對(duì)機(jī)械手驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的小流量控制需要，本文設(shè)計(jì)了一套小流量水液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并分析液壓系統(tǒng)壓力損失、摩擦特性及水介質(zhì)與液壓軟管的等效體積模量。研究機(jī)械手的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)，基于DH法建立其正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，基于反變換法建立逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。針對(duì)水液壓介質(zhì)及軟管的可壓縮性，導(dǎo)致機(jī)械手對(duì)液壓控制系統(tǒng)命令響應(yīng)慢動(dòng)作滯后、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、控制誤差大等問(wèn)題，本文提出一種分段PID控制方法，通過(guò)對(duì)機(jī)械手腕擺動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行分段PID控制及普通PID控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)比驗(yàn)證本文所提方法的有效性。對(duì)機(jī)械手末端位置誤差進(jìn)行仿真分析，分析計(jì)算機(jī)械手各種誤差因素對(duì)末端位置的影響；為了檢測(cè)機(jī)械手實(shí)際作業(yè)精度，研制了一套空間空間測(cè)量裝置；針對(duì)位置檢測(cè)傳感器行程與精度的矛盾，本文對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)測(cè)量裝置自身精度進(jìn)行了誤差分析。使用改進(jìn)的空間測(cè)量裝置對(duì)機(jī)械手末端靜態(tài)、動(dòng)態(tài)精度進(jìn)行檢測(cè)。在分析機(jī)械手末端誤差的基礎(chǔ)上，為了提高機(jī)械手末端精度，本文提出機(jī)械手末端位置補(bǔ)償方法。對(duì)自行研制的五自由度水液壓機(jī)械手和空間測(cè)量裝置進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)機(jī)械手手爪剪切力的技術(shù)要求，通過(guò)對(duì)手爪液壓缸手動(dòng)打壓、控制機(jī)械手手爪進(jìn)行真實(shí)作業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在單關(guān)節(jié)分段PID控制的基礎(chǔ)上，將分段PID應(yīng)用到機(jī)械手前四個(gè)關(guān)節(jié)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分段PID控制方法對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)的有效性。為驗(yàn)證本文研究的水下機(jī)械手末端靜態(tài)精度是否滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)，使用本文研制的空間位置測(cè)量裝置對(duì)機(jī)械手末端靜態(tài)精度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。為提高機(jī)械手末端靜態(tài)精度，驗(yàn)證本文提出誤差補(bǔ)償方法的有效性，本文在實(shí)驗(yàn)中使用機(jī)械手肘關(guān)節(jié)、腕擺動(dòng)關(guān)節(jié)對(duì)機(jī)械手末端誤差進(jìn)行補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

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