簡介：DELTA機械手是世界上應(yīng)用最廣泛的并聯(lián)機構(gòu)，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(chǎn)線上有著十分廣闊的應(yīng)用前景。因此，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(shè)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(nèi)容如下設(shè)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(shè)計，再對其執(zhí)行抓取放置任務(wù)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(biāo)信息通過實時以太網(wǎng)傳遞給相應(yīng)的機械手，使它們可以協(xié)同抓取物體。設(shè)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(dǎo)DELTA機械手的運動學(xué)方程，得出運動學(xué)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(biāo)，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(guān)節(jié)需轉(zhuǎn)動的角度以驅(qū)動伺服電機。設(shè)計實現(xiàn)多DELTA機械手之間的協(xié)同控制首先在服務(wù)器開辟坐標(biāo)池，通過隨機生成數(shù)據(jù)模擬傳送帶上的物體坐標(biāo)并加入坐標(biāo)池，根據(jù)輸送帶速度對坐標(biāo)池中數(shù)據(jù)進行更新。定時通過多線程將物體坐標(biāo)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(wù)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(jié)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(chǎn)。根據(jù)深圳會展中心貴金屬首飾加工設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè)計以及控制算法的應(yīng)用與拓展。其中機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計重點在于機械手末端夾持器的設(shè)計，設(shè)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(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，保證夾取范圍與夾取的平穩(wěn)性。控制系統(tǒng)設(shè)計著重點在驅(qū)動電機的控制，與系統(tǒng)軟硬件的實現(xiàn)。在驅(qū)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(zhuǎn)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(nèi)，使得整機內(nèi)嵌在目標(biāo)機床成為可能。關(guān)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(biāo)位置、裝夾次數(shù)，并實時進行限位調(diào)節(jié)控制。智能算法的仿真應(yīng)用，以推導(dǎo)步進電機的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，結(jié)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(gòu)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(shè)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(zhuǎn)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(yīng)用最為成功、最具代表性的并聯(lián)機構(gòu)，末端可獲得極高的速度和加速度，在食品、制藥、電子等領(lǐng)域的生產(chǎn)線分揀、包裝、裝配環(huán)節(jié)中具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)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(guān)鍵與核心，因此研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(gòu)進行數(shù)學(xué)建模分析，得到運動學(xué)逆解和運動學(xué)正解。針對實際應(yīng)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(jīng)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(chǔ)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(chǎn)生的振動與沖擊。根據(jù)以上軌跡規(guī)劃內(nèi)容，結(jié)合具體運行軌跡，采用虛擬樣機技術(shù)，利用PROEMECHANISM和ADAMS軟件對DELTA并聯(lián)機械手進行動力學(xué)仿真，得出驅(qū)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(xué)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(jié)構(gòu)的局限性，采用基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)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(shù)以及組件化開放式軟件結(jié)構(gòu)，為機器人開發(fā)提供了一套高性能低成本的以太網(wǎng)解決方案。最后對DELTA并聯(lián)機械手的控制器響應(yīng)時間進行了測試，然后對軌跡規(guī)劃、運動學(xué)參數(shù)、伺服參數(shù)進行了試驗，通過對比調(diào)節(jié)，達成最佳控制效果，并與相關(guān)商業(yè)機械手進行了性能對比。

簡介：在傳統(tǒng)的噴涂生產(chǎn)線上，采用目測工件特征，手動進行工件裝卸的生產(chǎn)方式。這樣，工人的勞動強度大，生產(chǎn)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(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計了一套能夠?qū)崿F(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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計。根據(jù)工件的搬運要求，設(shè)計了六自由度關(guān)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(shù)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(shè)置工作臺的轉(zhuǎn)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(xué)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(jīng)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(zhuǎn)動，將旋轉(zhuǎn)平臺上的輪轂轉(zhuǎn)動到確定的位置。最終獲得理想的識別結(jié)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(jié)合軌跡規(guī)劃曲線指標(biāo)，在關(guān)節(jié)空間內(nèi)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(zhuǎn)工作臺正確方向的旋轉(zhuǎn)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(yīng)用于工業(yè)制造，地理導(dǎo)航，物料搬運，危險探測，資源采集等多個領(lǐng)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(fù)雜多變嚴(yán)重影響了機械手的安全并制約了機械手的應(yīng)用與發(fā)展。因此，對復(fù)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(nèi)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(fù)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(nèi)容如下首先，對復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物體中凸多面體的坐標(biāo)變換，建立了樹型結(jié)構(gòu)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。基于本文樹型結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(gòu)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(fù)雜環(huán)境下機械手避碰路徑規(guī)劃方法。推導(dǎo)了機械手的運動學(xué)模型，分析了避碰路徑規(guī)劃問題中各項優(yōu)化指標(biāo)，通過對各項指標(biāo)進行加權(quán)建立了利于單目標(biāo)優(yōu)化求解的適應(yīng)度函數(shù)；然后進行了路徑編碼和路徑解碼設(shè)計，其中采用關(guān)節(jié)空間內(nèi)若干關(guān)鍵點對避碰路徑進行編碼，而路徑的解碼是對關(guān)鍵點進行線性插值；最后給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)基于遺傳算法的機械手避碰路徑規(guī)劃方法。最后，設(shè)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(fù)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(guān)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(chǎn)品之一的鑲嵌取件機械手在汽車發(fā)動機缸體生產(chǎn)過程中起到重要作用，因此市場上對該產(chǎn)品的需求也與日俱增，目前公司的設(shè)計能力已明顯不能滿足市場需求。此外，該公司目前對設(shè)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(shù)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(chǎn)品的設(shè)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(shè)計與文檔管理系統(tǒng)的開發(fā)。本文首先對參數(shù)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀展開分析，確定利用SOLIDWKS二次開發(fā)技術(shù)進行鑲嵌取件機械手的參數(shù)化設(shè)計并確定其對應(yīng)的技術(shù)路線。同時在對零部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上進行力學(xué)建模、強度剛度分析。然后再對該機械手進行結(jié)構(gòu)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(chǔ)建立最佳的三維參數(shù)化模型和相對應(yīng)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(shè)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(chǔ)上在SQLSERVER2008中進行數(shù)據(jù)表的設(shè)計，利用跨平臺的JAVA語言在ECLIPSE中編制該設(shè)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(shè)計系統(tǒng)軟件和設(shè)計文檔管理系統(tǒng)軟件經(jīng)過測試并成功得到公司的運用。

簡介：隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，如何更加高效、綠色、節(jié)能、經(jīng)濟的生產(chǎn)產(chǎn)品從而提高市場競爭力成為企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。近年來隨著機械自動化技術(shù)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(yīng)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(chǎn)環(huán)境，從長遠利益來看也降低了生產(chǎn)成本。但是目前在使用數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)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(chǎn)效率低，甚至?xí)ψ鳂I(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(shè)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(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)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(nèi)外機械手設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀與研究成果的基礎(chǔ)上，對數(shù)控車床上下料機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計了上下機械手的結(jié)構(gòu)方案與總體控制方案。其次，完成了上下料機械手旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰機構(gòu)、手爪和其他主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計了驅(qū)動上下料機械手完成抓放功能的氣動控制回路，設(shè)計了驅(qū)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(shè)計了PLC控制系統(tǒng)，完成了控制流程圖設(shè)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(jié)構(gòu)復(fù)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(guān)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(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

簡介：隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，柔性生產(chǎn)線應(yīng)用越來越廣。機械手在鑄造線以及其它工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸增多，機械手的應(yīng)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(yīng)用理論研究、虛擬樣機技術(shù)、以及有限元分析技術(shù)，研究機械手的靜態(tài)、動態(tài)等各項性能，以提高設(shè)備工作穩(wěn)定性為目標(biāo)，對機械手進行結(jié)構(gòu)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(gòu)的速度、加速度值。（2）以動力學(xué)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(gòu)進行仿真分析，輸出了速度、加速度曲線，驗證了計算的準(zhǔn)確性。對X向運動、Z向運動機構(gòu)齒輪齒條嚙合力、轉(zhuǎn)矩進行了仿真分析，分析發(fā)現(xiàn)，齒輪齒條嚙合產(chǎn)生較大沖擊振動，使設(shè)備運動的穩(wěn)定性變差，為靜態(tài)、動態(tài)分析做準(zhǔn)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(guān)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(jié)構(gòu)不穩(wěn)定姿態(tài)，結(jié)構(gòu)在該姿態(tài)下，對機械手關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及整機進行了模態(tài)分析，通過振型結(jié)果分析，找出機械手剛度差的部件，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，基于ANSYSWKBENCH中的DESIGNEXPLATION來實現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，運用試驗設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，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(zhì)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(jié)果。本文對機械手靜動態(tài)性能的分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進，可為實際工程設(shè)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(shè)計了可對艙蓋完成抓取和搬運任務(wù)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(shè)計了一種由步進電機驅(qū)動，絲杠傳動的回轉(zhuǎn)型末端執(zhí)行器，通過抓取預(yù)先安裝在艙蓋上的輔助肋板完成對艙蓋的抓取任務(wù)，根據(jù)計算出的絲杠驅(qū)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(biāo)系求出了運動學(xué)的正解，然后用反變換法求出了運動學(xué)的逆解，并用ROBOTICS工具箱驗證了運動學(xué)模型的正確性。采用拉格朗日法建立了機械手的動力學(xué)模型，將ADAMS的仿真結(jié)果與在MATLAB中的數(shù)學(xué)計算結(jié)果進行對比驗證了動力學(xué)模型的正確性。運動學(xué)和動力學(xué)分析是軌跡規(guī)劃和控制算法研究的基礎(chǔ)。然后基于機械手的運動學(xué)模型在關(guān)節(jié)空間內(nèi)進行軌跡規(guī)劃，在B樣條曲線的基礎(chǔ)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(xué)模型，分析了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)的機械手軌跡跟蹤控制方法，仿真實驗結(jié)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(guān)注。開發(fā)海洋資源需要先進的裝備和技術(shù)，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(diào)作業(yè)技術(shù)是水下機器人領(lǐng)域研究的主要內(nèi)容之一，研究水下雙手運動控制及雙手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)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(shù)，主要研究以下內(nèi)容（1）分析國內(nèi)外水下雙手作業(yè)系統(tǒng)及水下雙手協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)出水下雙手作業(yè)系統(tǒng)需要研究和解決的問題，結(jié)合本文課題的要求，引出本文要研究的內(nèi)容水下雙機械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式、運動學(xué)和雙手協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)劃與控制技術(shù)。（2）針對水下雙手協(xié)調(diào)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(guān)節(jié)液壓驅(qū)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(qū)動關(guān)節(jié)；從模塊化設(shè)計的角度出發(fā)，設(shè)計各級手臂及驅(qū)動關(guān)節(jié)；針對水下作業(yè)環(huán)境中機械手關(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動方式，研究水下雙手作業(yè)系統(tǒng)的運動學(xué)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(xué)方程，利用反變換法建立機械手逆向運動學(xué)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(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度及轉(zhuǎn)動角速度信息，為此本文推導(dǎo)雙機械手的雅可比矩陣。（4）研究水下雙手協(xié)調(diào)作業(yè)規(guī)劃問題。首先進行頂層任務(wù)規(guī)劃；結(jié)合本文研制的水下機械手關(guān)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(guān)節(jié)運動進行PD控制器設(shè)計及參數(shù)調(diào)試，為了獲得更好的控制效果，進行了模糊PD控制器的設(shè)計；針對角度傳感器反饋信號跳動大的問題，對關(guān)節(jié)反饋信息進行FIR濾波器設(shè)計，并進行了實驗驗證；為了驗證關(guān)節(jié)制動器的制動效果，進行了機械手關(guān)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(shè)計與軟件編寫，并進行實驗研究；為了改善閉式液壓傳動關(guān)節(jié)響應(yīng)性能，進行閉式液壓驅(qū)動關(guān)節(jié)控制響應(yīng)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(guān)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(diào)剪纜實驗。

簡介：磨機是礦山選礦中使用的重要設(shè)備，內(nèi)部襯板由于長期經(jīng)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(nèi)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(nèi)某礦企48138M型球磨機及相應(yīng)襯板為對象，針對全新的換襯板機械手本體，以開發(fā)設(shè)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(nèi)容包括（1）運用DH參數(shù)法構(gòu)建各關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，推導(dǎo)機械手的正運動學(xué)計算公式，然后對機械手逆運動學(xué)進行求解。由于結(jié)構(gòu)不滿足PIEPER準(zhǔn)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(xué)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(biāo)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(dāng)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?jīng)_擊力作用，需保證各關(guān)節(jié)加速度連續(xù)。在通用型機器人研究方法基礎(chǔ)上，針對磨機換襯板機械手的具體設(shè)計進行部分優(yōu)化，關(guān)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(jié)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(dǎo)磨機換襯板機械手的動力學(xué)方程，并對動力學(xué)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(jié)論重力矩占據(jù)動力學(xué)特性的主導(dǎo)地位，慣量項及關(guān)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(shè)計。首先將機械手的各個關(guān)節(jié)看做是獨立關(guān)節(jié)，利用基于平均重力補償?shù)腜D控制設(shè)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(xué)逆運算及運用歐拉積分得到機械手的動力學(xué)子模塊。從軌跡跟蹤響應(yīng)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(xué)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(jié)果表明，各關(guān)節(jié)的軌跡跟蹤精度控制在1％以內(nèi)，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(lǐng)域，沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn)與應(yīng)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(shù)已經(jīng)十分完善，但現(xiàn)實生產(chǎn)中基于成本考慮，生產(chǎn)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(chǎn)方式，提高生產(chǎn)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(biāo)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(zhǔn)確的控制，本文主要研究內(nèi)容如下首先，對沖壓加工及機器視覺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行綜合分析，明確在該領(lǐng)域生產(chǎn)中存在的相關(guān)問題，針對問題并結(jié)合當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展要求，提出相應(yīng)的改進方案，引入機器視覺技術(shù)，對方案的構(gòu)成和實施方法進行概述，明確研究的內(nèi)容和方向。其次，對機器視覺處理中圖像處理與相關(guān)信息提取的方法進行設(shè)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(guān)鍵處理內(nèi)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(shè)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(shè)計，通過相機標(biāo)定和上料輔助裝置、相機、板材、機械手、沖床工作臺間的坐標(biāo)變換，建立了以機械手基座為世界坐標(biāo)系原點的統(tǒng)一坐標(biāo)系，將圖像處理及標(biāo)定后的結(jié)果和統(tǒng)一坐標(biāo)結(jié)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(diào)試，通過完成了功能和性能測試，并對相關(guān)設(shè)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(xué)科的先進技術(shù)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(chǎn)權(quán)的產(chǎn)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(chǎn)線要求設(shè)計了一種新型串并混聯(lián)送料機械手，主體結(jié)構(gòu)由大臂（6PSS并聯(lián)機構(gòu)、小臂（延長臂）和端拾器組成。機械手具有承載能力大，結(jié)構(gòu)緊湊，橫向移動速度快，工作空間可調(diào)范圍大等特點，能滿足企業(yè)生產(chǎn)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(jié)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(xué)和靜力學(xué)局部各向同性與全域內(nèi)各向同性性能評價指標(biāo)，分析了大臂各向同性性能在工作空間內(nèi)的分布情況，繪制了機械手幾何參數(shù)對評價指標(biāo)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(xué)方程，結(jié)合MATLAB軟件編程得到動力學(xué)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(xué)仿真曲線，為該機械手的研發(fā)和實用奠定了理論基礎(chǔ)。

簡介：現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的進步，促進了沖壓生產(chǎn)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(chǎn)多采用專機操作和人工上下料，而這種生產(chǎn)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(chǎn)中引進自動化生產(chǎn)單元和建立柔性自動化生產(chǎn)線，不僅可以實現(xiàn)沖壓設(shè)備的高效、高速化，還可以提高產(chǎn)品加工的質(zhì)量和精度，同時也開辟了沖壓生產(chǎn)技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。沖床機械手是在自動化設(shè)備的基礎(chǔ)上，專門為實現(xiàn)沖壓自動化無人生產(chǎn)而研發(fā)的智能設(shè)備，它能夠間接或直接地代替人工在相關(guān)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(chǎn)效率和質(zhì)量。本文結(jié)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(shè)計方案和技術(shù)參數(shù)需求。根據(jù)總體設(shè)計要求，對各種機械系統(tǒng)的驅(qū)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(jié)構(gòu)的機構(gòu)設(shè)計，并應(yīng)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(guān)鍵部件進行了選型和計算。通過對機器人學(xué)基礎(chǔ)理論的分析與研究，利用DH法建立本機械手連桿坐標(biāo)系，對本機械手的正逆運動學(xué)方程進行了計算和研究，然后應(yīng)用MATLAB軟件對機械手進行正逆運動學(xué)驗算和點到點運動軌跡的規(guī)劃，從相關(guān)仿真曲線和運行計算結(jié)果中，證明了本機械手動作的穩(wěn)定性。最后設(shè)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(qū)動部件，加入QD75MH4定位模塊，通過SSC通訊總線連接伺服驅(qū)動器組裝成閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，并設(shè)計了控制系統(tǒng)原理圖和電氣接線圖。另外，結(jié)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(yīng)的PLC程序，通過調(diào)試和運行程序，機械手能夠達到較高的速度和位置精度。應(yīng)用DOPSOFT軟件編寫和組態(tài)人機界面，通過模擬和調(diào)試，完成了對機械手的監(jiān)控和通信。

簡介：隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)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(chǎn)線中工業(yè)機械手與機床的結(jié)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(qū)動機構(gòu)并驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)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?；跀?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(nèi)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(diào)試機械手的局限性，增強機床廠家的技術(shù)實力和獨自設(shè)計、制造機床加工生產(chǎn)線的能力，并在日益嚴(yán)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。