簡介：DELTA機械手是世界上應用最廣泛的并聯(lián)機構，末端能夠獲得很高的速度和加速度，多DELTA機械手協(xié)同控制在生產線上有著十分廣闊的應用前景。因此，研發(fā)具有自主知識產權的多機械手協(xié)同控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本論文主要設計了基于RTX實時操作系統(tǒng)下的DELTA型機械手協(xié)同控制系統(tǒng)。具體研究內容如下設計了基于WINDOWSRTX的多個DELTA型機械手協(xié)同控制系統(tǒng)方案利用“PC運動控制卡”方式進行控制系統(tǒng)設計，再對其執(zhí)行抓取放置任務的動作進行動態(tài)軌跡規(guī)劃。選取WINDOWSRTX平臺，將待抓取物體的坐標信息通過實時以太網傳遞給相應的機械手，使它們可以協(xié)同抓取物體。設計單臺DELTA機械手的控制方案首先確定單個機械手的控制方案，給定硬件參數(shù)和選擇硬件型號，搭建硬件平臺，然后推導DELTA機械手的運動學方程，得出運動學正解和逆解。將機械手末端路徑在笛卡爾空間中分為六段直線，每段采用修正正弦方式計算末端軌跡。采用牛頓迭代法來跟蹤輸送線上的目標，進而規(guī)劃出完整的軌跡，并依據(jù)末端位置逆解出各個關節(jié)需轉動的角度以驅動伺服電機。設計實現(xiàn)多DELTA機械手之間的協(xié)同控制首先在服務器開辟坐標池，通過隨機生成數(shù)據(jù)模擬傳送帶上的物體坐標并加入坐標池，根據(jù)輸送帶速度對坐標池中數(shù)據(jù)進行更新。定時通過多線程將物體坐標數(shù)據(jù)循環(huán)發(fā)送至所有連接的客戶端，并開啟新的線程監(jiān)聽客戶端反饋?？蛻舳藢κ盏降臄?shù)據(jù)進行分析，進行動態(tài)軌跡規(guī)劃并向服務器反饋已完成抓取物體信息。對控制系統(tǒng)軟件進行測試在RTX操作系統(tǒng)下，對基于RTTCP協(xié)議的本套控制系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)收發(fā)測試，測試結果實現(xiàn)了45組數(shù)據(jù)每組的平均收發(fā)時間為40微秒，滿足了DELTA機器手協(xié)同控制的作業(yè)要求。

簡介：在貴金屬首飾加工市場上，我國與歐美等其他國家手工定制的加工方式不一樣，依然依靠機械批量化生產。根據(jù)深圳會展中心貴金屬首飾加工設備展，以及深圳某珠寶加工企業(yè)的實地考察，貴金屬首飾加工設備都不具備自動上下料環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)人工上下料操作，一方面使得工人直接與貴金屬粉塵接觸，引起呼吸道感染和其他法律糾紛；另一方面也制約了貴金屬首飾加工行業(yè)自動化的發(fā)展。針對上述情況，本論文設計了一種針對貴金屬首飾加工行業(yè)的自動上下料機械手。上下料機械手研制的主要工作分為機械結構系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計以及控制算法的應用與拓展。其中機械結構的設計重點在于機械手末端夾持器的設計，設計中采用偏置曲柄滑塊配合平行四邊形搖桿方案，運用ADAMS仿真技術優(yōu)化結構尺寸，保證夾取范圍與夾取的平穩(wěn)性?？刂葡到y(tǒng)設計著重點在驅動電機的控制，與系統(tǒng)軟硬件的實現(xiàn)。在驅動元件選擇上，回避了伺服電機、諧波減速器等體積大、價格昂貴機械手部件，轉而使用步進電機，降低成本的同時也使得整機體積控制在400MM400MM280MM范圍內，使得整機內嵌在目標機床成為可能。關于步進電機失步不穩(wěn)定情況，方案中進行了步進電機開環(huán)加減速以及配合容柵傳感器實現(xiàn)的全閉環(huán)控制，使得機械手的夾取平面定位精度可達003MM，整機上下料抓取精度達到05MM。上層軟件的制作可實時顯示機械手坐標位置、裝夾次數(shù)，并實時進行限位調節(jié)控制。智能算法的仿真應用，以推導步進電機的數(shù)學模型為基礎，結合項目中具體工況參數(shù)，編寫了增量PID控制算法，實現(xiàn)較好的控制效果。針對步進電機控制非線性特性，構建了基于MATLABSIMULINK仿真工具的模糊自整定算法模型，為后續(xù)控制系統(tǒng)升級做了理論鋪墊。最后，論文中設計的自動上下料機械手，能夠平穩(wěn)、高精度實現(xiàn)戒指毛坯的夾取、定位、旋轉動作。后續(xù)實驗中，配合數(shù)控機床的加工流程，對機械手的運行軌跡進行規(guī)劃，成功實現(xiàn)自動上下料功能。

簡介：DELTA并聯(lián)機械手是世界上應用最為成功、最具代表性的并聯(lián)機構，末端可獲得極高的速度和加速度，在食品、制藥、電子等領域的生產線分揀、包裝、裝配環(huán)節(jié)中具有廣闊的應用前景，但目前國內研發(fā)生產的DELTA并聯(lián)機械手與國外相比還有較大的差距，而控制系統(tǒng)是提高機械手性能的關鍵與核心，因此研發(fā)具有自主知識產權的DELTA并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)具有重要意義。首先，對DELTA機構進行數(shù)學建模分析，得到運動學逆解和運動學正解。針對實際應用中DELTA并聯(lián)機械手運動過程，對門字型運動軌跡進行了系統(tǒng)的規(guī)劃和整理。對常用的經典S曲線加減速控制方法進行了系統(tǒng)的研究，并在此基礎上提出加減速更為柔順的改進型修正梯形曲線來抑制DELTA機械手高速運動時產生的振動與沖擊。根據(jù)以上軌跡規(guī)劃內容，結合具體運行軌跡，采用虛擬樣機技術，利用PROEMECHANISM和ADAMS軟件對DELTA并聯(lián)機械手進行動力學仿真，得出驅動軸運動參數(shù)，提出了一種伺服電機精確選型的新方法，所建立的虛擬樣機模型也為DELTA機械手的研究提供了一個運動學分析和控制的平臺。其次，針對傳統(tǒng)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)封閉式結構的局限性，采用基于標準以太網的實時同步運動控制平臺ETHERMACETHERFMANUFACTUREAUTOMATIONCONTROL，利用獨特的從節(jié)點同步與時鐘校正技術以及組件化開放式軟件結構，為機器人開發(fā)提供了一套高性能低成本的以太網解決方案。最后對DELTA并聯(lián)機械手的控制器響應時間進行了測試，然后對軌跡規(guī)劃、運動學參數(shù)、伺服參數(shù)進行了試驗，通過對比調節(jié)，達成最佳控制效果，并與相關商業(yè)機械手進行了性能對比。

簡介：在傳統(tǒng)的噴涂生產線上，采用目測工件特征，手動進行工件裝卸的生產方式。這樣，工人的勞動強度大，生產效率低，由機械手代替人工裝卸工件的需求日益增長。本文針對輪轂氣門孔定位，以及輪轂懸掛在懸鏈線吊鉤上的應用現(xiàn)狀，設計了一套能夠實現(xiàn)氣門孔測量與定位的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還可以完成裝卸輪轂的自動裝卸。該系統(tǒng)工作過程輪轂隨著工作臺轉動，線陣CCD相機固定在某一位置，沿輪轂徑向方向采集輪轂的圓周圖像。進行圖像處理、特征提取和測量，確定輪轂氣門孔的位置后，計算出伺服電機轉動的圈數(shù)，從而實現(xiàn)氣門孔的自動定位，再由機械手完成輪轂的抓取并將輪轂懸掛到懸鏈吊桿上的動作，該動作完成后可以確保氣門孔位于輪轂的頂部。具體工作如下1機械手和視覺工作臺的設計。根據(jù)工件的搬運要求，設計了六自由度關節(jié)機械手，實現(xiàn)工件的裝卸作業(yè)基于輪轂氣門孔識別與定位技術特點，在實驗室建立了視覺測量與定位硬件系統(tǒng)。根據(jù)搬運一次所用時間，設置工作臺的轉速和線陣CCD相機的參數(shù)，從而進行輪轂圓周圖像的采集。2根據(jù)采集的輪轂圓周圖像，通過理論分析與實驗確定了機器視覺測量與定位系統(tǒng)的圖像處理方案。該方案包括圖像灰度變換、形態(tài)學處理、邊緣檢測和氣門孔特征識別與定位，并根據(jù)實驗分析，確定每一步圖像處理算法。在VISUALC環(huán)境下，采用INTEL開源的圖像處理庫OPENCV，編寫了輪轂氣門孔測量與定位軟件。圖像經過軟件處理，識別出氣門孔中心在圖像上的位置，計算并將控制信息傳輸給控制系統(tǒng)，控制伺服電機的轉動，將旋轉平臺上的輪轂轉動到確定的位置。最終獲得理想的識別結果，實現(xiàn)了氣門孔的定位。3對機械手和工作臺進行了運動規(guī)劃。根據(jù)裝卸工件作業(yè)的要求，確定了抓取和懸掛輪轂時機械手的位姿。結合軌跡規(guī)劃曲線指標，在關節(jié)空間內對機械手進行了幾種插值法的軌跡規(guī)劃。得出在機械手運動過程中，加速度函數(shù)為分段正弦函數(shù)時，運行相對較平穩(wěn)。最后通過實驗，對輪轂圓周進行圖像采集、圖像處理、特征識別和氣門孔測量與定位，得到了旋轉工作臺正確方向的旋轉角度。對該視覺測量與定位系統(tǒng)的可行性進行了驗證。

簡介：機械手如今廣泛的應用于工業(yè)制造，地理導航，物料搬運，危險探測，資源采集等多個領域，給人們的工作和生活帶來了極大的便利。然而機械手及其工作環(huán)境的復雜多變嚴重影響了機械手的安全并制約了機械手的應用與發(fā)展。因此，對復雜環(huán)境下機械手的避碰路徑規(guī)劃問題進行研究具有重要意義。避碰路徑規(guī)劃問題主要內容涉及環(huán)境建模、碰撞檢測、規(guī)劃方法等，現(xiàn)階段的探索和研究取得了一些成果，但仍存在許多問題有待深入研究。本文以實驗室已有的六自由度機械手為研究對象，對復雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃問題進行研究，具體研究內容如下首先，對復雜環(huán)境下機械手及環(huán)境物體進行建模。針對機械手工作環(huán)境的復雜性，提出了一種基于樹型凸多面體集的物體描述方法，該方法將多個凸多面體組合近似為單個剛體，然后利用多個剛體組合成單個子物體，再利用多個子物體遞歸組合成為樹型結構物體，并且支持各級之間的自由度連接，基于該方法實現(xiàn)了樹型結構物體中凸多面體的坐標變換，建立了樹型結構物體的層次包圍盒。其次，研究機械手與環(huán)境及自身的碰撞檢測算法?；诒疚臉湫徒Y構物體的層次包圍盒，提出一種新的基于棱線投影分離的凸多面體碰撞檢測算法，實驗證明了其有效性；針對機械手離散時間碰撞檢測容易導致檢測遺漏等不精確問題，提出對機械手的連續(xù)路徑進行采樣，并在相鄰采樣點之間構造近似軌跡包圍盒，最終通過上述方法最終實現(xiàn)了連續(xù)運動狀態(tài)下機械手與環(huán)境及自身的碰撞檢測。然后，研究復雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃方法。推導了機械手的運動學模型，分析了避碰路徑規(guī)劃問題中各項優(yōu)化指標，通過對各項指標進行加權建立了利于單目標優(yōu)化求解的適應度函數(shù)；然后進行了路徑編碼和路徑解碼設計，其中采用關節(jié)空間內若干關鍵點對避碰路徑進行編碼，而路徑的解碼是對關鍵點進行線性插值；最后給出了關節(jié)空間內基于遺傳算法的機械手避碰路徑規(guī)劃方法。最后，設計機械手避障作業(yè)系統(tǒng)并進行實驗驗證。建立了機械手避障作業(yè)綜合控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)進行了各種復雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃仿真和實物實驗，證明了本文相關算法及避障作業(yè)系統(tǒng)的有效性和實用性。

簡介：隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車發(fā)動機的缸體需求量不斷增加，同時作為YUTAKA公司產品之一的鑲嵌取件機械手在汽車發(fā)動機缸體生產過程中起到重要作用，因此市場上對該產品的需求也與日俱增，目前公司的設計能力已明顯不能滿足市場需求。此外，該公司目前對設計文檔的管理方式采用的是文件夾形式的管理，不僅不能保證技術信息的安全性與保密性，而且容易出現(xiàn)管理混亂，效率低下的現(xiàn)象。為了提高該產品的設計效率及項目文檔管理效率，進行了壓鑄機器人鑲嵌取件機械手的參數(shù)化設計與文檔管理系統(tǒng)的開發(fā)。本文首先對參數(shù)化設計的研究現(xiàn)狀展開分析，確定利用SOLIDWKS二次開發(fā)技術進行鑲嵌取件機械手的參數(shù)化設計并確定其對應的技術路線。同時在對零部件進行結構優(yōu)化的基礎上進行力學建模、強度剛度分析。然后再對該機械手進行結構與約束分析，確定需要參數(shù)化的零部件及尺寸并以此為基礎建立最佳的三維參數(shù)化模型和相對應的二維工程圖模板。最后利用高效的C語言在MICROSOFTVISUALC60中編制基于上述參數(shù)化模型及模板的參數(shù)化程序控制軟件。在設計文檔管理方面，本文是在進行用戶需求分析后確定其所需的功能及數(shù)據(jù)的基礎上在SQLSERVER2008中進行數(shù)據(jù)表的設計，利用跨平臺的JAVA語言在ECLIPSE中編制該設計文檔管理系統(tǒng)軟件。最后開發(fā)的壓鑄機器人鑲嵌取件機械手參數(shù)化設計系統(tǒng)軟件和設計文檔管理系統(tǒng)軟件經過測試并成功得到公司的運用。

簡介：隨著全球經濟的高速發(fā)展，如何更加高效、綠色、節(jié)能、經濟的生產產品從而提高市場競爭力成為企業(yè)發(fā)展的目標。近年來隨著機械自動化技術的發(fā)展，工業(yè)機器人、機械手等自動化裝備在機械制造業(yè)中得到廣泛應用。在機械制造工藝過程中使用自動化裝備不僅改善了生產環(huán)境，從長遠利益來看也降低了生產成本。但是目前在使用數(shù)控車床加工回轉體料件時，仍然存在人工裝卸工件的情況。人工裝卸不僅勞動強度大，而且生產效率低，甚至會對作業(yè)人員的人身安全造成威脅。因此，在本論文中針對數(shù)控車床的裝卸料作業(yè)設計了專用機械手，從而可以替代繁重的人工作業(yè)，提高生產效率，穩(wěn)定產品質量，也符合現(xiàn)代化工業(yè)對數(shù)控車床自動化加工的要求。本論文在充分了解國內外機械手設計的發(fā)展現(xiàn)狀與研究成果的基礎上，對數(shù)控車床上下料機械手的結構設計與仿真分析進行了系統(tǒng)研究。首先，基于功能性需求，對數(shù)控車床上下料機械手的工作原理進行了深入分析，設計了上下機械手的結構方案與總體控制方案。其次，完成了上下料機械手旋轉機構、俯仰機構、手爪和其他主要零部件的結構設計，并在PROE三維軟件中完成了機械手的實體建模與裝配分析。再次，根據(jù)上下料機械手控制方案，設計了驅動上下料機械手完成抓放功能的氣動控制回路，設計了驅動上下料機械手完成取料功能的液壓控制回路，基于機械手的動作原理，設計了PLC控制系統(tǒng)，完成了控制流程圖設計、硬件選型與控制程序編制。第四，考慮到上下機械手的手爪結構復雜且工作中受載較大，采用ANSYSWKBENCH對手爪在極限工況下進行了有限元強度分析，另外還對齒輪副和傳動軸這些傳動系統(tǒng)中的關鍵零部件進行有限元強度分析。最后，對上下料機械手的手臂進行了有限元模態(tài)分析，研究了其固有頻率與振型，為機械手的振動穩(wěn)定性分析與結構優(yōu)化奠定了基礎。

簡介：隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，柔性生產線應用越來越廣。機械手在鑄造線以及其它工業(yè)領域的應用逐漸增多，機械手的應用，不僅提高了工作效率，減少了人工，節(jié)省了成本，同時也提高了工作中的定位精度和使用可靠性。本文是以濟南圣元機械工程有限公司研發(fā)的汽車發(fā)動機缸蓋清洗上料機械手為研究對象，綜合應用理論研究、虛擬樣機技術、以及有限元分析技術，研究機械手的靜態(tài)、動態(tài)等各項性能，以提高設備工作穩(wěn)定性為目標，對機械手進行結構的優(yōu)化。本文主要作了如下方面的工作（1）通過SOLIDWKS軟件建立起汽車發(fā)動機缸蓋清洗上料機械手各部件及整機的三維模型，對各部件的組成及功能進行了分析，確定了機械手的動作運動方式，求解計算了X向運動、Z向運動機構的速度、加速度值。（2）以動力學分析軟件ADAMS為工具，建立了機械手的虛擬樣機模型，根據(jù)實際運動特點，對X向運動、Z向運動機構進行仿真分析，輸出了速度、加速度曲線，驗證了計算的準確性。對X向運動、Z向運動機構齒輪齒條嚙合力、轉矩進行了仿真分析，分析發(fā)現(xiàn)，齒輪齒條嚙合產生較大沖擊振動，使設備運動的穩(wěn)定性變差，為靜態(tài)、動態(tài)分析做準備。（3）運用有限元軟件ANSYSWKBENCH建立了機械手各部件及整機的有限元模型，對關鍵部件及整機進行了靜力分析，找出薄弱環(huán)節(jié)。并對整機在兩種工況條件下進行滿載荷靜力分析，找到了結構不穩(wěn)定姿態(tài)，結構在該姿態(tài)下，對機械手關鍵結構及整機進行了模態(tài)分析，通過振型結果分析，找出機械手剛度差的部件，為后續(xù)的結構優(yōu)化指明了方向。（4）對立柱、橫梁及其機械手的整機進行了結構優(yōu)化設計，基于ANSYSWKBENCH中的DESIGNEXPLATION來實現(xiàn)產品的結構優(yōu)化，運用試驗設計優(yōu)化技術，對立柱參數(shù)化建模，并進行優(yōu)化分析。對立柱、橫梁和機械手整機優(yōu)化前后靜態(tài)性能和動態(tài)性能相比較，雖機械手整機的質量較改進前略有增加，但立柱、橫梁以及機械手整機的靜動態(tài)性能有了顯著提高，表明優(yōu)化取得了良好的結果。本文對機械手靜動態(tài)性能的分析與結構優(yōu)化改進，可為實際工程設計提供有效參考，具有一定的理論和工程實踐意義。

簡介：工業(yè)機械手是一個具有多輸入與多輸出的非線性系統(tǒng)，隨著工藝要求的提升，對機械手的精度、工作效率、末端平穩(wěn)等性能的要求也逐漸增高。本課題針對航空飛行器艙蓋的裝配進行自動化改造，設計了可對艙蓋完成抓取和搬運任務的末端執(zhí)行器，并對機械手的軌跡規(guī)劃和軌跡跟蹤控制算法進行了研究。首先根據(jù)艙蓋的形狀特點及抓取的工作要求，設計了一種由步進電機驅動，絲杠傳動的回轉型末端執(zhí)行器，通過抓取預先安裝在艙蓋上的輔助肋板完成對艙蓋的抓取任務，根據(jù)計算出的絲杠驅動力矩的值，選擇了合適的電機型號。其次選擇IRB6640為機械臂，采用DH法建立了機械手的連桿坐標系求出了運動學的正解，然后用反變換法求出了運動學的逆解，并用ROBOTICS工具箱驗證了運動學模型的正確性。采用拉格朗日法建立了機械手的動力學模型，將ADAMS的仿真結果與在MATLAB中的數(shù)學計算結果進行對比驗證了動力學模型的正確性。運動學和動力學分析是軌跡規(guī)劃和控制算法研究的基礎。然后基于機械手的運動學模型在關節(jié)空間內進行軌跡規(guī)劃，在B樣條曲線的基礎上提出將3次與5次B樣條曲線組合成535軌跡規(guī)劃法，在保證軌跡的連續(xù)性條件下可對軌跡的起始點和終止點的速度、加速度同時添加約束條件，使機械手的運行軌跡平穩(wěn)光滑。采用遺傳算法進行了最優(yōu)時間的軌跡優(yōu)化，提高了工作效率。最后基于機械手的動力學模型，分析了基于RBF神經網絡自適應的機械手軌跡跟蹤控制方法，仿真實驗結果表明該算法具有較高的控制精度，驗證了算法的正確性和有效性。

簡介：陸地上不可再生資源的減少，海洋資源開發(fā)引起人們的關注。開發(fā)海洋資源需要先進的裝備和技術，水下機器人是目前唯一能夠達到深海的裝備，海洋資源勘探開發(fā)需要水下機器人作業(yè)功能不同，水下機器人雙機械手協(xié)調作業(yè)技術是水下機器人領域研究的主要內容之一，研究水下雙手運動控制及雙手協(xié)調作業(yè)技術具有重要的研究意義和實用價值。本文研究搭載在無人無纜自主式水下機器人上的雙機械手技術，主要研究以下內容（1）分析國內外水下雙手作業(yè)系統(tǒng)及水下雙手協(xié)調作業(yè)技術的研究現(xiàn)狀，總結出水下雙手作業(yè)系統(tǒng)需要研究和解決的問題，結合本文課題的要求，引出本文要研究的內容水下雙機械手系統(tǒng)結構、驅動方式、運動學和雙手協(xié)調作業(yè)規(guī)劃與控制技術。（2）針對水下雙手協(xié)調作業(yè)實現(xiàn)剪纜等功能要求，分析論證水下雙手作業(yè)系統(tǒng)總體方案和水下機械手關節(jié)液壓驅動方案；針對本文研究的機械手展臂較長、重量較輕、易受海流干擾的問題，研制帶有制動器的液壓驅動關節(jié)；從模塊化設計的角度出發(fā)，設計各級手臂及驅動關節(jié)；針對水下作業(yè)環(huán)境中機械手關節(jié)角度檢測問題，完成傳感器選型并研究以精密線性電阻檢測關節(jié)角度方法及其密封方式；完成水下雙機械手用材料選擇及強度校核；為模擬水下雙機械手搭載載體自主式水下機器人，研制兩自由度水下雙機械手安裝平臺。（3）針對本文水下雙手作業(yè)系統(tǒng)的具體結構形式和驅動方式，研究水下雙手作業(yè)系統(tǒng)的運動學性能。針對自由度冗余的雙機械手系統(tǒng)，利用DH法建立機械手正向運動學方程，利用反變換法建立機械手逆向運動學方程；為了剪纜等功能要求，在作業(yè)規(guī)劃時需要機械手各關節(jié)的轉動角度及轉動角速度信息，為此本文推導雙機械手的雅可比矩陣。（4）研究水下雙手協(xié)調作業(yè)規(guī)劃問題。首先進行頂層任務規(guī)劃；結合本文研制的水下機械手關節(jié)帶有制動器的特點，進行剪纜作業(yè)策略分析，進行主、副手剪纜作業(yè)過程規(guī)劃。針對關節(jié)運動進行PD控制器設計及參數(shù)調試，為了獲得更好的控制效果，進行了模糊PD控制器的設計；針對角度傳感器反饋信號跳動大的問題，對關節(jié)反饋信息進行FIR濾波器設計，并進行了實驗驗證；為了驗證關節(jié)制動器的制動效果，進行了機械手關節(jié)制動器制動實驗。（5）針對本文的水下雙機械手作業(yè)系統(tǒng)，搭建其控制系統(tǒng)，完成硬件設計與軟件編寫，并進行實驗研究；為了改善閉式液壓傳動關節(jié)響應性能，進行閉式液壓驅動關節(jié)控制響應影響因素實驗；為驗證水環(huán)境對控制性能的影響，在陸上、水池進行了單關節(jié)運動控制實驗；對PD控制器和模糊PD控制器的控制效果進行了對比實驗驗證；為了驗證雙手作業(yè)的性能，進行了雙手協(xié)調剪纜實驗。

簡介：磨機是礦山選礦中使用的重要設備，內部襯板由于長期經受磨體和物料的沖擊，極易被磨損破壞，實際工程中，礦企會視襯板磨損破壞情況定期更換襯板。國內礦企普遍采用吊裝作業(yè)方式進行襯板更換，這種落后的換襯板方式十分耗時，延長磨機停機時間，且工人勞動強度大，人身安全得不到保障。本文以國內某礦企48138M型球磨機及相應襯板為對象，針對全新的換襯板機械手本體，以開發(fā)設計出一套多自由度磨機更換襯板機械手運動控制系統(tǒng)為目的，主要進行的研究內容包括（1）運用DH參數(shù)法構建各關節(jié)坐標系，推導機械手的正運動學計算公式，然后對機械手逆運動學進行求解。由于結構不滿足PIEPER準則而難以運用齊次逆變換法求出封閉解，于是文中詳細闡述了基于正運動學的雅克比矩陣迭代求解法，但該方法求解較為繁瑣，耗時很長，所求解為唯一解，因此不適合工程運用。在觀察各目標點的逆解，發(fā)現(xiàn)機械手6軸相對于5軸基本都保持在92°左右，于是將6軸當作一個外軸，再次運用齊次逆變換法對機械手進行求解，成功求出其封閉解。（2）研究機械手的軌跡生成，為使機械手在運行過程中不會受到沖擊力作用，需保證各關節(jié)加速度連續(xù)。在通用型機器人研究方法基礎上，針對磨機換襯板機械手的具體設計進行部分優(yōu)化，關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃采用5次多項式插值法，笛卡爾空間下的直線位置規(guī)劃采用多項式擬合的梯形加速度控制曲線，直線姿態(tài)規(guī)劃采用基于四元數(shù)的球面線性插值法。最后在MATLAB和SOLIDWKSMTION環(huán)境下分別做了機械手PTP和CP運動控制仿真，從仿真結果來看，能夠保證機械手整個工作過程中軌跡平滑、運行平穩(wěn)。（3）采用牛頓歐拉法推導磨機換襯板機械手的動力學方程，并對動力學方程中的重力、慣量和哥氏力與離心力項分別進行了詳細分析，得出結論重力矩占據(jù)動力學特性的主導地位，慣量項及關節(jié)1的哥氏力與離心力項也是影響機械手軌跡精度的主要因素。（4）對磨機換襯板機械手的控制器進行設計。首先將機械手的各個關節(jié)看做是獨立關節(jié)，利用基于平均重力補償?shù)腜D控制設計其控制律，在MATLABSIMULINK中建立控制系統(tǒng)仿真模型，并通過動力學逆運算及運用歐拉積分得到機械手的動力學子模塊。從軌跡跟蹤響應來看，簡單的線性控制對于磨機換襯板機械手而言具有較高的穩(wěn)態(tài)精度，但軌跡跟蹤存在一定誤差。為進一步提高磨機換襯板機械手的軌跡控制精度，采用一種基于模型的計算力矩法，在控制律中計算動力學參數(shù)以“抵消”系統(tǒng)的非線性因素，得到一個解耦的、線性的系統(tǒng)，并建立仿真模型。仿真結果表明，各關節(jié)的軌跡跟蹤精度控制在1％以內，且穩(wěn)態(tài)誤差也遠低于1，表明該方法對于提高機械手的控制精度具有明顯效果。

簡介：在制造領域，沖壓產品的生產與應用變得日益廣泛，現(xiàn)有的數(shù)控沖床對規(guī)整板材的加工操作技術已經十分完善，但現(xiàn)實生產中基于成本考慮，生產如墊片、合頁等小型五金件仍大量使用人工操作普通沖床加工板材下腳料的方式來實現(xiàn)，因為所操作的下腳料板材的形狀是不確定的，這對于傳統(tǒng)數(shù)控沖床的自動夾持提出挑戰(zhàn)。為改善上述落后的生產方式，提高生產的安全性和自動化水平，提出了對沖床上料過程進行視覺處理與控制的研究。前期通過剪板機將板材下腳料簡單切割成普通的四邊形，通過圖像處理獲得待加工的下腳料板材的尺寸參數(shù)、空間中的位置坐標和空間中擺放姿態(tài)等基本信息，并將其輸入機械手運動控制器中從而實現(xiàn)對上料過程的自動的、準確的控制，本文主要研究內容如下首先，對沖壓加工及機器視覺技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜合分析，明確在該領域生產中存在的相關問題，針對問題并結合當前制造業(yè)發(fā)展要求，提出相應的改進方案，引入機器視覺技術，對方案的構成和實施方法進行概述，明確研究的內容和方向。其次，對機器視覺處理中圖像處理與相關信息提取的方法進行設計與研究，針對本課題研究對像確定具體的處理方案和處理流程，包括了圖像采集、圖像處理、圖像特征提取、尺寸測量等關鍵處理內容，對各處理階段所選用的算法進行選擇和優(yōu)化。對視覺處理與控制系統(tǒng)中不可缺少的上料輔助裝置進行了設計，完善視覺檢測的重要輔助硬件。對機器視覺控制系統(tǒng)進行了設計，通過相機標定和上料輔助裝置、相機、板材、機械手、沖床工作臺間的坐標變換，建立了以機械手基座為世界坐標系原點的統(tǒng)一坐標系，將圖像處理及標定后的結果和統(tǒng)一坐標結合，確定最終的運動控制程序，并將程序生成、輸出、保存。最后，對沖床上料機械手視覺處理與控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件兩個方面的調試，通過完成了功能和性能測試，并對相關設計進行優(yōu)化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低執(zhí)行周期。

簡介：工業(yè)機械手是綜合機械、電子、控制、人工智能等學科的先進技術于一體的重要現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。目前，我國機械手的發(fā)展主要是購買國外零部件的拼裝模式，擁有自主知識產權的產品并不多見，開發(fā)新型送料機械手意義重大。本文針對某企業(yè)沖壓生產線要求設計了一種新型串并混聯(lián)送料機械手，主體結構由大臂（6PSS并聯(lián)機構、小臂（延長臂）和端拾器組成。機械手具有承載能力大，結構緊湊，橫向移動速度快，工作空間可調范圍大等特點，能滿足企業(yè)生產線送料要求。首先，采用矢量法求出了機械手大臂的速度雅克比矩陣和位置反解基于速度雅克比矩陣進行了位置正解的數(shù)值求解；繪制了機械手工作空間，分析了主要幾何參數(shù)對工作空間的影響，根據(jù)分析結果選取了機械手的幾何參數(shù)。其次，分別定義了評價大臂運動學和靜力學局部各向同性與全域內各向同性性能評價指標，分析了大臂各向同性性能在工作空間內的分布情況，繪制了機械手幾何參數(shù)對評價指標的影響曲線。利用矢量微分法建立了機械手大臂的誤差模型，分析了各個誤差源對大臂末端誤差的影響和大臂幾何參數(shù)對末端誤差的影響；運用ANSYS軟件分析了延長臂受力位移變形。采用拉格朗日方法和NEWTONEULER法對大臂建立動力學方程，結合MATLAB軟件編程得到動力學方程仿真曲線。最后，運用SOLIDWKS軟件建立了機械手樣機模型，并在ADAMS軟件中進行仿真，得到了機械手末端運動學仿真曲線，為該機械手的研發(fā)和實用奠定了理論基礎。

簡介：現(xiàn)代制造業(yè)技術的進步，促進了沖壓生產向高速化、自動化和智能化方向的發(fā)展。傳統(tǒng)的沖壓生產多采用專機操作和人工上下料，而這種生產方式已不能滿足日益快速發(fā)展的工業(yè)要求。如今，在沖壓生產中引進自動化生產單元和建立柔性自動化生產線，不僅可以實現(xiàn)沖壓設備的高效、高速化，還可以提高產品加工的質量和精度，同時也開辟了沖壓生產技術的一個重要發(fā)展方向。沖床機械手是在自動化設備的基礎上，專門為實現(xiàn)沖壓自動化無人生產而研發(fā)的智能設備，它能夠間接或直接地代替人工在相關沖壓工位上進行物料的取放、搬運和沖壓上下料等工作，從而極大地提高生產效率和質量。本文結合鈑金機箱沖壓工藝和壓力機工作特性，完成了對整個系統(tǒng)的前期需求分析，確定了機械手的總體設計方案和技術參數(shù)需求。根據(jù)總體設計要求，對各種機械系統(tǒng)的驅動和傳動方案進行對比選優(yōu)，從而完成了機械手各自由度結構的機構設計，并應用SOLIDWKS軟件建立機械手的三維模型，對伺服電機、滾珠絲杠、同步帶和吸盤端拾器等機械手關鍵部件進行了選型和計算。通過對機器人學基礎理論的分析與研究，利用DH法建立本機械手連桿坐標系，對本機械手的正逆運動學方程進行了計算和研究，然后應用MATLAB軟件對機械手進行正逆運動學驗算和點到點運動軌跡的規(guī)劃，從相關仿真曲線和運行計算結果中，證明了本機械手動作的穩(wěn)定性。最后設計了沖床機械手的控制系統(tǒng)。以三菱Q系列PLC作為核心控制器，交流伺服電機作為機械手的驅動部件，加入QD75MH4定位模塊，通過SSC通訊總線連接伺服驅動器組裝成閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，并設計了控制系統(tǒng)原理圖和電氣接線圖。另外，結合機械手的工作流程和控制要求，分配了系統(tǒng)輸入輸出端口。用GXWKS2軟件編寫相應的PLC程序，通過調試和運行程序，機械手能夠達到較高的速度和位置精度。應用DOPSOFT軟件編寫和組態(tài)人機界面，通過模擬和調試，完成了對機械手的監(jiān)控和通信。

簡介：隨著數(shù)控技術的廣泛應用，以及工業(yè)自動化的高速發(fā)展，工業(yè)機械手已成為柔性制造單元FMC的重要組成部分，在工業(yè)生產線中工業(yè)機械手與機床的結合，提高了工件的加工效率、減輕了勞動強度，改善了工作環(huán)境。桁架機械手作為數(shù)控機床自動上下料系統(tǒng)的一個重要分支，多數(shù)都是以PLC或運動控制器為控制單元的。這些控制單元控制著驅動機構并驅動執(zhí)行機構來完成工件的位置移動，同時這些控制單元通過系統(tǒng)總線或者規(guī)定好意義的PLCIO信號與機床的控制系統(tǒng)進行信息交換，進而完成上料和下料動作。PLC和CNC各自獨立的控制自己的機械部分。基于數(shù)控系統(tǒng)的雙刀架車床與機械手一體化控制突破了這種工作模式，利用CNC同時控制數(shù)控車床的工件加工工作和機械手上下料工作，因此也就實現(xiàn)了工件的自動化加工?；跀?shù)控系統(tǒng)的雙刀架車床與機械手一體化控制的研究選用FANUC31I數(shù)控系統(tǒng)為控制單元，控制數(shù)控車床的工件加工以及輔助功能，利用該系統(tǒng)的PMC軸功能將NC軸脫離CNC，通過數(shù)控系統(tǒng)內置PMC（PLC）程序來控制機械手的運動和工件抓取工作?；跀?shù)控車床與機械手一體化控制方案的使用，可以擺脫通過第三方機械手廠家調試機械手的局限性，增強機床廠家的技術實力和獨自設計、制造機床加工生產線的能力，并在日益嚴峻的競爭環(huán)境中處于有利地位?；跀?shù)控系統(tǒng)的一體化控制也是數(shù)控制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢。