簡(jiǎn)介：自動(dòng)上下料機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的重要組成部分，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率有著重要影響。而在電芯制造行業(yè)，大多數(shù)企業(yè)依然采用手工作業(yè)，操作工人工作繁重、效率低下、工傷頻發(fā)。因此，研發(fā)一種可輔助進(jìn)行電芯自動(dòng)上下料的機(jī)械手系統(tǒng)已刻不容緩。本文全面探討了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的研究現(xiàn)狀及現(xiàn)有技術(shù)，并對(duì)自動(dòng)上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成和控制精度進(jìn)行了深入分析和研究。提出了一種電芯自動(dòng)上下料機(jī)械手方案，并對(duì)其主要結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了要求從該上下料機(jī)械手的實(shí)際工況要求出發(fā)，確定了該上下料機(jī)械手的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。分析比較機(jī)械手的布置、傳動(dòng)方案，確定了上下料機(jī)械手的總體方案設(shè)計(jì)及具體機(jī)械手結(jié)構(gòu)，運(yùn)用PROE軟件進(jìn)行了3D建模。為解決機(jī)械手的精確定位問(wèn)題，基于有限元分析理論對(duì)機(jī)械手關(guān)鍵受力部位進(jìn)行了剛度和強(qiáng)度校核。依據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行了電機(jī)選型，并選用歐姆龍可編程控制器PLCCP1HX40TDD型號(hào)作為該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制器，設(shè)計(jì)了控制電路，編寫(xiě)了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該機(jī)械手的工作流程控制。最后對(duì)該自動(dòng)上下料機(jī)械手的觸摸屏進(jìn)行了人機(jī)界面設(shè)計(jì)，并對(duì)該機(jī)械手進(jìn)行了試安裝調(diào)試，運(yùn)行過(guò)程證明該機(jī)械手是可行的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該機(jī)械手的實(shí)現(xiàn)大大減少了操作工人的工作量和工傷率，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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簡(jiǎn)介：機(jī)器人正在從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人們每天的生活環(huán)境，小到娛樂(lè)型的無(wú)人機(jī)、電動(dòng)平衡車(chē)、智能家電掃地機(jī)器人等，大到家庭服務(wù)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人等，機(jī)器人與我們的聯(lián)系將更加緊密。世界的最大經(jīng)濟(jì)體中國(guó)正面臨人口老齡化、人力成本上升、全球工人薪資上升等一系列問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始著手嘗試在工廠中使用先進(jìn)的制造型機(jī)器人，帶動(dòng)制造業(yè)行業(yè)。機(jī)器人將繼續(xù)在制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮其至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。機(jī)器人在人類(lèi)生產(chǎn)和人類(lèi)生活中的作用如此巨大，但是機(jī)器人智能技術(shù)的不完善極大限制了機(jī)器人對(duì)人類(lèi)社會(huì)的貢獻(xiàn)。因此，將機(jī)器人學(xué)相關(guān)問(wèn)題按照當(dāng)前的需求分類(lèi)為避碰規(guī)劃、碰撞檢測(cè)、遙操作、人機(jī)協(xié)同和機(jī)器人協(xié)作等研究方向，在不同研究方向上不斷改進(jìn)機(jī)器人智能技術(shù)，挖掘機(jī)器智能技術(shù)的發(fā)展空間。本文研究了人機(jī)協(xié)同下機(jī)械手避碰的多種控制模式，設(shè)計(jì)的機(jī)械手操控界面有利于機(jī)械手各種控制模式的快速切換，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的避碰規(guī)劃。利用GJK碰撞檢測(cè)算法，實(shí)時(shí)獲取機(jī)械手與已知環(huán)境的最短距離和一組最近點(diǎn)作為避碰規(guī)劃的基礎(chǔ)，并依據(jù)這些信息改進(jìn)人工勢(shì)場(chǎng)法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手避開(kāi)運(yùn)動(dòng)路徑中的障礙物。具體研究?jī)?nèi)容如下首先，避碰規(guī)劃的環(huán)境建模。針對(duì)實(shí)物機(jī)械手所處的環(huán)境，創(chuàng)建環(huán)境中各物體的模型。提出針對(duì)多剛體的一種統(tǒng)一表示方法通用樹(shù)型表示法。一個(gè)物體包含若干子物體，子物體又包含若干單剛體或凸多面體，并且當(dāng)主物體確定時(shí)各個(gè)層次之間的關(guān)系就是明確的。其次，避碰規(guī)劃與碰撞檢測(cè)。在本文中機(jī)械手的避碰規(guī)劃，主要是指在操控模式下從當(dāng)前位姿運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位姿，同時(shí)避開(kāi)路徑中的障礙物，無(wú)碰撞地完成任務(wù)。闡述避碰規(guī)劃的原理及相關(guān)碰撞檢測(cè)算法，并比較當(dāng)前主流的碰撞檢測(cè)算法，選取GJK碰撞檢測(cè)算法。再次，人機(jī)協(xié)同下機(jī)械手半自主避碰的實(shí)現(xiàn)。借助GJK算法，實(shí)時(shí)獲取機(jī)械手與周?chē)h(huán)境中障礙物的碰撞信息是否碰撞、最短距離以及最短距離對(duì)應(yīng)的多組點(diǎn)集。本文采用人工勢(shì)場(chǎng)法構(gòu)造機(jī)械手的避碰規(guī)劃環(huán)境，引導(dǎo)機(jī)械手沿勢(shì)能下降的方向運(yùn)動(dòng)，并且避開(kāi)障礙物，到達(dá)期望目標(biāo)位姿。最后，人機(jī)協(xié)同下機(jī)械手避碰規(guī)劃實(shí)驗(yàn)。介紹了機(jī)械手實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成，并介紹了機(jī)械手避碰規(guī)劃控制系統(tǒng)的組成及人機(jī)交互界面的功能單元，而且給出了機(jī)械手處于多種運(yùn)動(dòng)模式下避碰過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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簡(jiǎn)介：并聯(lián)機(jī)械手相對(duì)串聯(lián)機(jī)械手，在一些工作空間相對(duì)有限，而對(duì)精度和剛度以及速度要求較高的領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，本課題針對(duì)目前串聯(lián)小型機(jī)械手的靈活性、以及穩(wěn)定性不足的地方，在國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及本課題組研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，基于3RPSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型機(jī)械手，并深入研究。首先，本文對(duì)新型3RPSR并聯(lián)機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，自由度分析及數(shù)目計(jì)算；建立位置正解約束方程，采用封閉矢量環(huán)法快捷簡(jiǎn)便的求解位置反解；采用數(shù)值計(jì)算法與編程工具M(jìn)ATLAB對(duì)機(jī)構(gòu)的位置正、反解的正確性進(jìn)行了三維仿真驗(yàn)證。第二，本文研究了新型3RPSR并聯(lián)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能，包括奇異性、工作空間、靈巧度；研究得到當(dāng)并聯(lián)機(jī)械手位姿參數(shù)出現(xiàn)奇異位形時(shí)，相互滿(mǎn)足的關(guān)系式；采用數(shù)值搜索法在SIMMECHANICS模塊下，求解并聯(lián)機(jī)械手的工作空間；以雅可比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析靈巧度在工作空間的分布及結(jié)構(gòu)參數(shù)。第三，對(duì)并聯(lián)機(jī)械手建模，在ADAMS虛擬樣機(jī)中，對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行關(guān)鍵性能仿真分析；通過(guò)規(guī)劃反解的特定軌跡輸出SPLINE曲線(xiàn)函數(shù)，逆向添加到驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，仿真輸出動(dòng)平臺(tái)中心末端的正反解位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度變化曲線(xiàn)；然后對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真，得到其末端動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行器有、無(wú)載荷的功率變化曲線(xiàn)，獲得機(jī)械手的瞬時(shí)特性。結(jié)論表明該機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)高速、高加速度的運(yùn)動(dòng)性能。第四，針對(duì)3RPSR并聯(lián)機(jī)械手，進(jìn)行ADAMSSIMULINK的聯(lián)合程序控制仿真分析。以并聯(lián)機(jī)械手的動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行器作為控制對(duì)象，位置反解作為反向輸入，PID為控制器，輸出其仿真結(jié)果，并通過(guò)與ADAMS理論仿真值的擬合對(duì)比，得到基于PID控制的控制系統(tǒng)的結(jié)果誤差較小，證實(shí)了并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)的可操作性好。

簡(jiǎn)介：機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，常用于孔軸裝配等工業(yè)任務(wù)中。機(jī)械手視覺(jué)伺服融合了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)與視覺(jué)感知技術(shù)，充分利用視覺(jué)傳感器信息量大和非接觸等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)視覺(jué)信息反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，使得機(jī)械手變得智能化，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍。視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)建是在機(jī)械手視覺(jué)伺服研究中非常重要的問(wèn)題，合理地選取攝像機(jī)的配置結(jié)構(gòu)和布局方式往往能夠簡(jiǎn)化視覺(jué)伺服任務(wù)。根據(jù)攝像機(jī)配置方式，視覺(jué)系統(tǒng)可分為“眼在手”和“眼固定”兩種類(lèi)型；根據(jù)攝像機(jī)數(shù)目，視覺(jué)系統(tǒng)可分為單目視覺(jué)系統(tǒng)、雙目視覺(jué)系統(tǒng)和多目視覺(jué)系統(tǒng)。機(jī)械手視覺(jué)伺服可分為基于標(biāo)定的視覺(jué)伺服和無(wú)標(biāo)定的視覺(jué)伺服。與基于標(biāo)定的視覺(jué)伺服相比，無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服無(wú)需對(duì)攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，直接通過(guò)圖像上的系統(tǒng)狀態(tài)誤差設(shè)計(jì)控制器，避免了對(duì)精確標(biāo)定模型的依賴(lài)以及繁復(fù)的標(biāo)定過(guò)程，對(duì)強(qiáng)干擾、復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力?；趫D像的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服需要估計(jì)圖像雅克比矩陣，而雅克比矩陣的求取過(guò)程往往比較繁復(fù)，計(jì)算量大，在涉及雅克比矩陣求逆時(shí)常常存在奇異性等問(wèn)題。因此，無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服一直是視覺(jué)伺服領(lǐng)域中的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。本文基于仿人智能控制的理論思想，充分結(jié)合全局視覺(jué)的整體性和局部視覺(jué)的靈活性，構(gòu)建了“眼固定”和“眼在手”相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，結(jié)合實(shí)際工程中的孔軸裝配任務(wù)，針對(duì)攝像機(jī)在特殊布局下的控制方法進(jìn)行了研究，完成的主要工作如下①提出了仿人智能無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制方法。采用機(jī)械手混合雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)，針對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行特殊布局，使得固定攝像機(jī)坐標(biāo)系與手上攝像機(jī)坐標(biāo)系的一條軸線(xiàn)分別和世界坐標(biāo)系的軸線(xiàn)平行。基于該布局，建立了描述手眼關(guān)系的機(jī)械手混合雙目視覺(jué)映射關(guān)系模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了定性分析及證明?；谏鲜龆ㄐ苑治?，結(jié)合仿人智能控制思想，提出了機(jī)械手仿人智能無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的多模態(tài)分段控制。該方法避免了傳統(tǒng)意義上對(duì)圖像雅克比矩陣的繁復(fù)估計(jì)以及矩陣求逆過(guò)程中存在的奇異性問(wèn)題。②搭建了混合雙目視覺(jué)伺服仿真平臺(tái)，完成了視覺(jué)伺服仿真實(shí)驗(yàn)。搭建的平臺(tái)基于VC環(huán)境開(kāi)發(fā)，采用OPENINVENT構(gòu)建三維場(chǎng)景，OPENCV實(shí)現(xiàn)視覺(jué)映射，OCOS實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制，DIRECTINPUT實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制，MFC編寫(xiě)圖形用戶(hù)界面。該平臺(tái)具有良好的人機(jī)交互功能和三維可視化效果，可以實(shí)現(xiàn)6自由度機(jī)械手在“眼固定”和“眼在手”配置結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，并以數(shù)字、曲線(xiàn)和三維動(dòng)畫(huà)的形式實(shí)時(shí)地顯示仿真結(jié)果?；谠撈脚_(tái)，完成了機(jī)械手仿人智能無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服仿真實(shí)驗(yàn)；③基于工業(yè)機(jī)械手DENSO、工業(yè)相機(jī)及工控機(jī)等設(shè)備，搭建了機(jī)械手混合雙目視覺(jué)伺服實(shí)物平臺(tái)，并在平臺(tái)上完成了機(jī)械手無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服實(shí)驗(yàn)的研究與驗(yàn)證。本文仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在構(gòu)建“眼在手”和“眼固定”相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)系統(tǒng)下，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的特殊布局設(shè)計(jì)的仿人智能控制方法，能夠在攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)無(wú)標(biāo)定和不進(jìn)行圖像雅克比矩陣求解的情況下，較好地完成在視覺(jué)引導(dǎo)下的機(jī)械手空間定位與孔軸裝配任務(wù)。

簡(jiǎn)介：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，國(guó)民享有的醫(yī)藥服務(wù)條件也是突飛猛進(jìn)，為人們的健康提供了有力的保障。同時(shí)醫(yī)藥技術(shù)的快速發(fā)展，使得藥品的種類(lèi)更加豐富，這樣就對(duì)醫(yī)院或者門(mén)診的藥品管理提出了新的要求。傳統(tǒng)的儲(chǔ)藥架儲(chǔ)藥方式存在浪費(fèi)空間、儲(chǔ)藥效率低等問(wèn)題。對(duì)于患者而言，由于排隊(duì)取藥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)降其對(duì)醫(yī)藥服務(wù)行業(yè)的滿(mǎn)意度。為了更好的處理上述存在的問(wèn)題，對(duì)數(shù)字藥房進(jìn)行了研究。研究的目的在于設(shè)計(jì)出一套數(shù)字藥房的控制系統(tǒng)，其中包括上藥機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件編程等。數(shù)字藥房要求其控制系統(tǒng)具有安全可靠和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，保證藥房運(yùn)行的穩(wěn)定性。針對(duì)上述要求，文中采用觸摸屏工控機(jī)作為上位機(jī)硬件控制核心，歐姆龍PLC代替原有的單片機(jī)作為下位機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)核心，這2種控制器具有獨(dú)立存儲(chǔ)、運(yùn)行穩(wěn)定、簡(jiǎn)單實(shí)用、性?xún)r(jià)比高等的特點(diǎn)。將觸摸屏工控機(jī)、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、交流電機(jī)和電磁鐵等部件按照控制原理相連接，從而構(gòu)建出一套完整的控制系統(tǒng)。闡述了上位機(jī)和下位機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)上藥機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。著重對(duì)下位機(jī)機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)相應(yīng)控制原理和動(dòng)作要求編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)程序，使的數(shù)字藥房的控制系統(tǒng)滿(mǎn)足安安全性、穩(wěn)定性和智能化等的性能要求。

簡(jiǎn)介：（申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文）脫硝催化劑浸液碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)與研究培養(yǎng)單位培養(yǎng)單位機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院學(xué)科專(zhuān)業(yè)學(xué)科專(zhuān)業(yè)機(jī)械工程機(jī)械工程研究生李學(xué)勤李學(xué)勤指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師黎水平黎水平教授教授2017年5月脫硝催化劑浸液碼垛機(jī)械手設(shè)計(jì)與研究李學(xué)勤武漢理工大學(xué)

簡(jiǎn)介：本文以五自由度柑橘收獲機(jī)械手為研究對(duì)象分別采用DH法和拉格朗日歐拉方法對(duì)該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析建立了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS上建立機(jī)械手的仿真模型按照已經(jīng)規(guī)劃的末端工具運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真并研究了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變化情況同時(shí)在仿真中也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)理論解的驗(yàn)證。為柑橘收獲機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究提供了有效的校驗(yàn)數(shù)據(jù)?；跈C(jī)器人有足夠的剛度這樣一個(gè)假設(shè)即不考慮桿件彈性變形對(duì)機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)性能的影響。首先利用PROE繪圖工具建立各主要部件的模型并加以組合裝配；然后通過(guò)MECHANISMPRO接口將虛擬樣機(jī)模型導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行仿真分析；最后通過(guò)從理論上對(duì)機(jī)械手進(jìn)行的仿真分析由此確定力、質(zhì)量和加速度以及力矩、慣量和角速度之間的關(guān)系。根據(jù)末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)情況調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)使它們能以期望的方式運(yùn)動(dòng)保證良好的位置精度。

簡(jiǎn)介：服務(wù)機(jī)器人作為一類(lèi)新興的機(jī)器人類(lèi)型市場(chǎng)潛力巨大，與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人相比服務(wù)機(jī)器人面臨更多的挑戰(zhàn)。服務(wù)機(jī)器人工作環(huán)境變化頻繁，服務(wù)對(duì)象為缺少使用經(jīng)驗(yàn)的普通消費(fèi)者甚至可能是行動(dòng)能力有限的老人或殘疾人，因此服務(wù)機(jī)器人需要具有感知能力，任務(wù)規(guī)劃能力和任務(wù)學(xué)習(xí)能力才能更好的向人提供服務(wù)。目前相關(guān)研究雖然很多，但是還缺少一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)機(jī)器人上的能夠綜合這三種能力向人提供服務(wù)的框架。本文針對(duì)目前存在的問(wèn)題以機(jī)器人的一種形式機(jī)械手臂為例提出了面向感知增強(qiáng)機(jī)械手臂的任務(wù)學(xué)習(xí)與規(guī)劃框架，能夠通過(guò)學(xué)習(xí)人的演示學(xué)會(huì)一個(gè)新的任務(wù)，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境信息自動(dòng)規(guī)劃執(zhí)行學(xué)會(huì)的任務(wù)。本文的主要貢獻(xiàn)有1提出了一種任務(wù)學(xué)習(xí)范式，基于范式提出了感知增強(qiáng)的任務(wù)學(xué)習(xí)與規(guī)劃模型2定義了包含實(shí)體與環(huán)境，動(dòng)作與行為的任務(wù)模型，基于確定有窮自動(dòng)機(jī)DFA實(shí)現(xiàn)了任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行流程3提出了基于演示的任務(wù)學(xué)習(xí)方法，通過(guò)人的演示即可以讓機(jī)械手臂學(xué)會(huì)一個(gè)新的任務(wù)4基于感知增強(qiáng)的任務(wù)學(xué)習(xí)與規(guī)劃模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向感知增強(qiáng)機(jī)械手臂的任務(wù)學(xué)習(xí)與規(guī)劃框架5將框架部署到了真實(shí)環(huán)境中，對(duì)框架的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了評(píng)估，將部署了框架的機(jī)械手臂系統(tǒng)作為“我的家庭服務(wù)臺(tái)”，能夠通過(guò)學(xué)習(xí)演示動(dòng)作學(xué)會(huì)向人提供“拿蘋(píng)果”以及“倒水”等服務(wù)。

簡(jiǎn)介：立柱栽培栽苗點(diǎn)水平位置和高度位置的離散分布決定了該栽培模式的人工作業(yè)強(qiáng)度大，且自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)難度大大超過(guò)地面栽培。作為設(shè)施果蔬生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)立柱栽培的自動(dòng)化移栽具有重要的意義。本文以自行開(kāi)發(fā)的螺旋栽培立柱配套移栽機(jī)械手為研究對(duì)象，對(duì)螺旋栽培立柱與配套移栽機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)仿真、完成了取苗栽苗苗序規(guī)劃、末端路徑規(guī)劃及時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，為立柱栽培全自動(dòng)移栽的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。本文的主要研究工作及相關(guān)結(jié)論如下1對(duì)移栽機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，利用MATLAB的ROBOTICSTOOLBOX建立了移栽機(jī)械手模型，并進(jìn)行了移栽機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，并得到了各關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)。2對(duì)螺旋栽培立柱與配套移栽機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行PROENGINEER實(shí)體建模，通過(guò)仿真對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了工作空間分析與系統(tǒng)布局優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的PROENGINEER協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)仿真，為移栽作業(yè)的末端路徑規(guī)劃提供了依據(jù)。3分別計(jì)算了16種不同苗序的取苗栽苗方案機(jī)械手移栽路徑，并與最近相鄰法計(jì)算所得路徑進(jìn)行了比較，確定了按C→D蛇形取苗、按從下至上栽苗的苗序方案及最短路徑方案，達(dá)到了總路徑最短、無(wú)需避讓苗、控制簡(jiǎn)單的目標(biāo)。4利用三次樣條曲線(xiàn)對(duì)所選機(jī)械手移栽路徑進(jìn)行樣條插值，以時(shí)間最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，以關(guān)節(jié)電機(jī)的速度和加速度為約束條件，利用遺傳算法進(jìn)行了時(shí)間最優(yōu)軌跡規(guī)劃，建立了軌跡庫(kù)，并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，移栽效率達(dá)457秒株，移栽時(shí)間誤差為030秒，對(duì)取苗點(diǎn)關(guān)節(jié)位移值進(jìn)行校正后取苗點(diǎn)的水平定位誤差為224MM，栽苗點(diǎn)的水平定位誤差為276MM，取苗點(diǎn)和栽苗點(diǎn)的高度定位誤差分別為151MM和063MM，能夠滿(mǎn)足移栽作業(yè)的要求。本文圍繞螺旋立柱新型栽培模式的機(jī)械手移栽作業(yè)問(wèn)題，完成了取苗栽苗方案的優(yōu)選、移栽路徑的規(guī)劃及時(shí)間最優(yōu)的軌跡規(guī)劃，對(duì)于提高移栽作業(yè)效率有重要意義。

簡(jiǎn)介：分類(lèi)號(hào)學(xué)號(hào)M201170369學(xué)校代碼10487密級(jí)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文圖書(shū)館圖書(shū)館ATM機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)及隔書(shū)板變形誤差的研究及隔書(shū)板變形誤差的研究學(xué)位申請(qǐng)人周占明學(xué)科專(zhuān)業(yè)機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師吳昌林教授答辯日期2014年1月15日

簡(jiǎn)介：近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和制造業(yè)迅速發(fā)展，從事建筑業(yè)和制造業(yè)的工人群體不斷擴(kuò)大。大型機(jī)械設(shè)備的使用帶來(lái)較高產(chǎn)能的同時(shí)，也帶來(lái)較多不安全因素，工傷事故導(dǎo)致手部殘疾的案例屢見(jiàn)不鮮。然而，現(xiàn)代商業(yè)仿生機(jī)械手雖然具備自然手相應(yīng)功能，但是大多價(jià)格昂貴，普通工人家庭寧可保持?jǐn)嘀钢?，也不愿?gòu)買(mǎi)。因此，開(kāi)發(fā)一種價(jià)格低廉、滿(mǎn)足斷指群體日常生活需求、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械手，對(duì)于改變國(guó)內(nèi)的肢體殘疾群體現(xiàn)狀具有重大意義。通過(guò)研究機(jī)械手的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)械手的優(yōu)缺點(diǎn)。在研究剛性機(jī)械手和柔性機(jī)械手的基礎(chǔ)上，提出了剛性連桿機(jī)械手指和管狀柔性鉸鏈機(jī)械手指兩種設(shè)計(jì)方法。剛性連桿機(jī)械手指由一系列剛性零件組成而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，僅有一個(gè)自由度。通過(guò)UG軟件對(duì)手指零件建立模型，進(jìn)行裝配，導(dǎo)入ADAMS軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可以得到手指的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度曲線(xiàn)，而且可以根據(jù)需要不斷修改模型。通過(guò)解析計(jì)算，得到了手指運(yùn)動(dòng)時(shí)各零件需滿(mǎn)足的幾何位置關(guān)系，經(jīng)過(guò)軟件分析和實(shí)物制作，證明該手指能完成屈伸動(dòng)作，可以滿(mǎn)足一般斷指群體需求。管狀柔性鉸鏈機(jī)械手指是一種新型柔性機(jī)械手指。本文對(duì)管狀柔性鉸鏈進(jìn)行了力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得到管狀柔性鉸鏈?zhǔn)芰托巫兊姆蔷€(xiàn)性關(guān)系。提出不同形狀雙開(kāi)口管狀柔性鉸鏈并通過(guò)ANSYS軟件模擬柔性鉸鏈?zhǔn)芰澢臓顟B(tài)，發(fā)現(xiàn)雙開(kāi)口柔性鉸鏈的開(kāi)口形狀和開(kāi)口深度對(duì)手指的彎曲狀態(tài)有很大影響。

簡(jiǎn)介：本文主要對(duì)自治水下運(yùn)載器機(jī)械手系統(tǒng)UNDERWATERVEHICLEMANIPULATSYSTEMS，UVMS協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃技術(shù)和關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制技術(shù)這兩方面內(nèi)容。針對(duì)自治UVMS運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余、各子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性不一致的特點(diǎn)，本文提出了一種基于模糊算法的多任務(wù)加權(quán)投影梯度法，有效解決了UVMS的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題。而針對(duì)存在強(qiáng)非線(xiàn)性耦合、較復(fù)雜參數(shù)不確定性及未知外干擾的自治UVMS關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制難題，提出了基于時(shí)延估計(jì)TIMEDELAYESTIMATION，TDE的非線(xiàn)性魯棒控制策略，解決了UVMS關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤的非線(xiàn)性魯棒控制難題。最終，將所提運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃算法和非線(xiàn)性魯棒控制算法結(jié)合在一起，有效地實(shí)現(xiàn)了存在較大綜合不確定性狀態(tài)下的自治UVMS協(xié)調(diào)控制。本文共分為八章，各章內(nèi)容概括如下第一章，介紹了UVMS發(fā)展的歷史和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，并對(duì)構(gòu)成UVMS協(xié)調(diào)控制技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃技術(shù)和關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的回顧和介紹。最后簡(jiǎn)述了本課題的研究意義、研究難點(diǎn)和研究?jī)?nèi)容。第二章，介紹了本課題所研究UVMS的開(kāi)發(fā)背景、總體結(jié)構(gòu)和各子系統(tǒng)的組成，并通過(guò)試驗(yàn)給出了執(zhí)行器廣義輸出力和輸入信號(hào)之間的擬合關(guān)系式。第三章，簡(jiǎn)述了水下運(yùn)載器和水下電驅(qū)機(jī)械手各自的運(yùn)動(dòng)情況，建立了兩者獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。而后將其融合得到相應(yīng)的UVMS關(guān)節(jié)空間和任務(wù)空間的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。而對(duì)于動(dòng)力學(xué)模型，考慮到UVMS的高維數(shù)及水動(dòng)力參數(shù)的復(fù)雜性，一般很難通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)準(zhǔn)確得到。因此，本章主要利用MATLABSIMULINK下的SIMMECHANICS工具箱和三維建模軟件SOLIDWKS建立了UVMS的動(dòng)力學(xué)模型。最終，在MATLABSIMULINK環(huán)境下建立了完整的UVMS仿真模型。第四章，針對(duì)具有運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余特性的UVMS運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，提出了一種基于模糊算法的多任務(wù)加權(quán)投影梯度法。該方法利用模糊算法有效地解決了次要約束之間的優(yōu)先級(jí)問(wèn)題，然后采用加權(quán)投影梯度法在保證主任務(wù)的同時(shí)，較好的協(xié)調(diào)多個(gè)約束條件。最后，通過(guò)多組對(duì)比仿真研究驗(yàn)證了所提算法的有效性。第五章，針對(duì)存在強(qiáng)非線(xiàn)性耦合、較復(fù)雜參數(shù)不確定性及未知外干擾的UVMS關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制難題，提出了一種基于連續(xù)性TDE技術(shù)的非線(xiàn)性魯棒控制策略。該策略的核心思想是利用TDE技術(shù)構(gòu)建控制器主體架構(gòu)，然后采用其他控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制效果的調(diào)節(jié)。而TDE技術(shù)的核心思想是利用系統(tǒng)前一段時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)量來(lái)估算當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)集總動(dòng)態(tài)模型，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。故基于TDE技術(shù)的控制器一般對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型依賴(lài)較小。在此基礎(chǔ)上，作者首先提出了一種基于TDE技術(shù)的PD控制器。該算法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于應(yīng)用的特點(diǎn)。而后，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的控制品質(zhì)，作者將終端滑?？刂品椒ㄅcTDE技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，提出了一種基于TDE技術(shù)的終端滑模控制器。使用LYAPUNOV穩(wěn)定性理論，證明了當(dāng)存在集總不確定項(xiàng)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并給出了系統(tǒng)跟蹤誤差的范圍。為驗(yàn)證所提算法的有效性，本章將兩種基于TDE技術(shù)的控制方法與傳統(tǒng)PD控制器進(jìn)行了對(duì)比仿真和水池試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，相對(duì)傳統(tǒng)PD控制器兩種所提算法均可保證較好的控制性能和較強(qiáng)的魯棒性，且具有對(duì)系統(tǒng)模型依賴(lài)程度低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，基于TDE技術(shù)的終端滑?？刂破骺色@取比基于TDE技術(shù)PD控制器更優(yōu)的控制品質(zhì)和魯棒性。第六章，針對(duì)存在較大綜合不確定性的UVMS關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制難題，在前文所提基于連續(xù)性TDE技術(shù)的非線(xiàn)性魯棒控制策略的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)控制品質(zhì)、減弱測(cè)量噪聲的影響，提出了一種基于離散TDE技術(shù)的非線(xiàn)性魯棒控制方法。一般來(lái)說(shuō)，UVMS不會(huì)配備加速度測(cè)量傳感器。而為了滿(mǎn)足連續(xù)性TDE技術(shù)對(duì)加速度信息的需求，大多會(huì)對(duì)位置或速度信息微分以獲取加速度信息。雖然可以通過(guò)降低控制器參數(shù)或增加濾波器來(lái)抑制測(cè)量噪聲對(duì)系統(tǒng)控制效果的影響，但是這樣可能會(huì)限制內(nèi)環(huán)控制量對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的調(diào)節(jié)作用。并且微分操作及額外的濾波器都會(huì)增加控制器的復(fù)雜性，加重計(jì)算負(fù)擔(dān)，不利于控制器的工程實(shí)際應(yīng)用。而與基于連續(xù)性TDE技術(shù)的控制方法相比，基于離散TDE技術(shù)的算法無(wú)需加速度信息，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，更加適用于實(shí)際工程應(yīng)用。使用LYAPUNOV穩(wěn)定性理論，深入分析了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由理論分析知，系統(tǒng)軌跡的跟蹤誤差將收斂到一個(gè)小球域內(nèi)。為驗(yàn)證所提算法的有效性，開(kāi)展了仿真與水池試驗(yàn)研究。相關(guān)結(jié)果表明所提算法可以較好地保證系統(tǒng)跟蹤控制品質(zhì)，同時(shí)具有相對(duì)基于連續(xù)性TDE技術(shù)的非線(xiàn)性魯棒控制算法更簡(jiǎn)單、更易于實(shí)際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。第七章，針對(duì)存在較大綜合不確定性的UVMS協(xié)調(diào)控制難題，將上文所提UVMS運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)劃算法和非線(xiàn)性魯棒控制算法有機(jī)地整合在一起，提出了一種UVMS協(xié)調(diào)控制策略，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。第八章，對(duì)本文的主要研究工作、結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和歸納，針對(duì)UVMS協(xié)調(diào)控制的研究作出展望，并簡(jiǎn)單介紹了本課題未來(lái)所需繼續(xù)開(kāi)展的研究工作。

簡(jiǎn)介：機(jī)器視覺(jué)作為獲得環(huán)境信息的主要手段之一可以增加工業(yè)機(jī)器人的自主能力提高其靈活性。工業(yè)機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)如何根據(jù)所獲取的圖像信息正確地、實(shí)時(shí)地提取出工件特征參數(shù)、識(shí)別出工件類(lèi)型并判斷出工件所處的位置姿態(tài)是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以機(jī)械手目標(biāo)識(shí)別和定位算法為研究目標(biāo)主要針對(duì)工件的實(shí)時(shí)匹配識(shí)別技術(shù)和空間定位技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。主要工作如下1為了解決亮度不均勻等復(fù)雜環(huán)境下的圖像匹配問(wèn)題改進(jìn)了一種基于邊緣匹配的工件識(shí)別算法。該算法對(duì)原始圖和模板圖采用樣條小波進(jìn)行增強(qiáng)用CANNY算子提取的邊緣信息作為匹配特征將改進(jìn)的HAUSDFF距離作為圖像匹配的相似性度量在搜索過(guò)程中采用了基于種群代溝信息的自適應(yīng)遺傳算法在不損失解的質(zhì)量的情況下使遺傳算法求解效率得到明顯的改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法不僅加快了匹配過(guò)程對(duì)于光照條件的變化具有很好的抵抗能力而且能有效解決不易提取邊緣信息等情況下的圖像匹配識(shí)別問(wèn)題。2為了解決平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和部分遮擋等復(fù)雜環(huán)境下的工件圖像匹配問(wèn)題給出了一種基于SIFT特征匹配的工件識(shí)別算法。該算法采用SIFT尺度不變特征變換特征作為匹配特征引入歐氏距離作為圖像匹配的相似性度量最后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行錯(cuò)配消除大大提高了匹配的速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該算法能有效解決具有平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和部分遮擋等情況下的工件匹配識(shí)別問(wèn)題。3小波變換具有數(shù)據(jù)壓縮和檢測(cè)信號(hào)局部突變的能力而SIFT尺度不變特征變換對(duì)于平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和部分遮擋具有不變性。結(jié)合小波變換與SIFT特征提出了一種有效的工件圖像匹配方法。該方法將原始圖和模板圖做小波分解以獲得粗尺度的平滑圖像；利用DOG算子對(duì)工件圖像進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)進(jìn)而用歐氏距離對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行特征匹配最后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行錯(cuò)配消除。因此兩者優(yōu)勢(shì)的結(jié)合不但可以有效減少工件圖像匹配的計(jì)算量而且還可以減弱對(duì)于圖像采集平臺(tái)拍攝方位、拍攝距離、角度、光照條件等的依賴(lài)性提高算法的實(shí)用性。4結(jié)合生產(chǎn)制造過(guò)程中工件的自動(dòng)定位、識(shí)別、計(jì)數(shù)、分類(lèi)等問(wèn)題為滿(mǎn)足硬件及實(shí)時(shí)性要求針對(duì)DSP6000系列VC4016嵌入式智能相機(jī)以下簡(jiǎn)稱(chēng)VC4016提出一種基于視覺(jué)的工件特征向量匹配識(shí)別方法對(duì)每個(gè)工件進(jìn)行特征提取并建立向量對(duì)應(yīng)關(guān)系采用特征向量匹配方法與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工件的識(shí)別。然后應(yīng)用VC4016采用色彩轉(zhuǎn)換RLCRUNLENGTHCODE圖像處理技術(shù)和SOCKET通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)定位識(shí)別系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。5對(duì)目標(biāo)的三維重建工作進(jìn)行了研究主要從視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)建入手通過(guò)對(duì)常用的攝像機(jī)模型及其標(biāo)定方法的分析建立了同時(shí)對(duì)兩攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定來(lái)推導(dǎo)兩攝像機(jī)位姿關(guān)系的方法。鑒于棋盤(pán)格圖像應(yīng)用在本文的攝像機(jī)標(biāo)定中因此為了對(duì)邊緣模糊的棋盤(pán)格圖像進(jìn)行在線(xiàn)標(biāo)定提出了一種改進(jìn)棋盤(pán)格圖像角點(diǎn)檢測(cè)效果的方法該方法是對(duì)標(biāo)定板圖像采用小波增強(qiáng)以提高標(biāo)定板圖像的清晰度。利用圖像點(diǎn)及攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)求解空間點(diǎn)的位置根據(jù)兩攝像機(jī)之間的位姿關(guān)系把圖像點(diǎn)在某一攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為另一攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值從而簡(jiǎn)化了空間點(diǎn)的求解問(wèn)題。