簡介：機械手是制造業(yè)的重要組成部分之一。它不僅可以輕易的將較為沉重的貨物拎起，而且能夠使貨物的搬運和分揀變得簡便，從而降低工人的勞動強度，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化。本文在了解機械手發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過其設(shè)計原理和技術(shù)應(yīng)用狀態(tài)進行分析，將氣動驅(qū)動與PLC控制相結(jié)合，提出機械手整體設(shè)計方案。首先確定機械手的自由度，并通過理論分析求解得到了機械手各軸的關(guān)鍵參數(shù)，然后利用軟件對各軸的虛擬樣機進行仿真，驗證了理論分析求解的正確性。再次，結(jié)合驅(qū)動和控制系統(tǒng)的特點，在驅(qū)動過程中將PLC的控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)的初始化，并根據(jù)其在操作過程中所產(chǎn)生的移動和故障報備功能進行分析和使用，得出相應(yīng)的策略進行簡單的理念控制，通過進行上述工作，將機械手的各個形態(tài)和性質(zhì)的方案一一列舉，并得出相應(yīng)的結(jié)論。實驗結(jié)果表明通過對PLC進行整體控制，能夠提高設(shè)備的準確性和靈活性，而且在操作過程中，可以將其方式進行不同的調(diào)整和更改，完成了對生產(chǎn)和設(shè)計的要求，具有較高的應(yīng)用價值。

簡介：隨著工業(yè)40時代的到來，越來越多的機器人出現(xiàn)在各種領(lǐng)域，如有焊接機器人，搬運機器人，噴涂機器人，采摘機器人和服務(wù)機器人等。其中不乏需要在特殊工況下工作的應(yīng)用型機器人，需要在滿足特定的工作任務(wù)的同時，兼顧防爆、防腐蝕等功能。同時，由于測控技術(shù)的迅速發(fā)展，氣動比例位置控制系統(tǒng)的控制精度得到進一步提高。另一方面，氣動系統(tǒng)有良好的柔順性，兼具有干凈、輕巧、安全和成本相對低廉的優(yōu)點，使其適用于在一些特殊環(huán)境下工作。進而使得氣動機械手以結(jié)構(gòu)簡單、無污染、高性價比等優(yōu)點在農(nóng)業(yè)采摘和噴涂等領(lǐng)域有發(fā)展空間。氣動系統(tǒng)具有較強的非線性和參數(shù)時變性，帶來的低剛度和時滯性使得其在精確的位置控制中難以達到期望的效果。具體而言，系統(tǒng)的質(zhì)量參數(shù)等無法明確，質(zhì)量流量方程的數(shù)學模型具有不確定性和強非線性，壓力方程也具有未知非線性。另外，摩擦力建模復(fù)雜，線性化困難，將影響氣動比例位置控制系統(tǒng)的精度。本文中設(shè)計了一種多自由度氣動機械手，并搭建六自由度電動仿真平臺來模擬崎嶇地面環(huán)境。當氣動機械手被運用在行走機械上，變化的路面環(huán)境會對機械手末端點控制帶來困難。因此，對氣動多自由度機械手在崎嶇路面環(huán)境下的末端位置控制具有現(xiàn)實意義。通過搭建六自由度并聯(lián)平臺來模擬崎嶇地面環(huán)境，設(shè)計氣動多自由度機械手，提出帶壓力補償?shù)哪：刂品椒?，通過SIMULINK與AMESIM的聯(lián)合仿真分析，驗證了帶壓力補償?shù)哪：刂扑惴▽鈩訖C械手控制的有效性。本文開展了如下的具體研究工作首先，按照機械手的工作目標，完成了一個基于氣動比例控制系統(tǒng)驅(qū)動的多自由度機械手的設(shè)計。通過AUTOCAD軟件生成二維圖紙，并在UG中完成了氣動機械手的三維建模工作和初步運動學仿真。另外，搭建六自由度平臺來模擬崎嶇路面環(huán)境，提出具體性能參數(shù)指標，完成六自由度模擬平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在UG中完成三維建模模型，并在SIMULINK中搭建平臺的仿真模型，得到在理想加載情況下的各個缸的位移曲線。其次，設(shè)計了氣動比例控制系統(tǒng)，并根據(jù)機械手結(jié)構(gòu)進行氣缸驅(qū)動力分析，從而完成了氣動元件的選型工作。根據(jù)氣動系統(tǒng)的線性化假設(shè)條件，建立氣動比例位置控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，分析了典型閥控缸系統(tǒng)和基于閥口壓力獨立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及系統(tǒng)方框圖。再次，建立了氣動多自由度機械手的運動學模型，并推導(dǎo)了機械手的運動學方程，對氣動多自由度機械手進行了正解，逆解分析。結(jié)合六自由度平臺，分析了基于動坐標系中，氣動多自由度機械手的末端手爪運動規(guī)律。并分析了使得機械手能夠克服崎嶇路面環(huán)境，在變換的動坐標系情況下，保持靜坐標系中末端點的位置不變的機械手運動規(guī)律。接著，根據(jù)六自由度平臺和氣動多自由度機械手的具體參數(shù)，在AMESIM中搭建了氣動比例控制系統(tǒng)模型，并在MATLABSIMULINK中編寫控制策略。基于AMESIM、SIMULINK軟件，開展了氣動機械手的聯(lián)合仿真，得到了適合該氣動多自由度機械手的控制策略。針對位置PID控制進行改進，添加氣缸兩腔內(nèi)壓力補償，完成了負載口獨立控制策略的仿真。同時，考慮到氣動模型建立的復(fù)雜性，采用模糊控制進行實驗研究，得到了仿真結(jié)果。最后，搭建了包括六自由度平臺和氣動多自由度機械手的實驗平臺；基于LABVIEW軟件完成了控制程序的編寫包括六自由度平臺的控制，平臺姿態(tài)的采集和氣動系統(tǒng)的控制。采用比例方向閥搭建相應(yīng)氣動系統(tǒng)，得到機械手末端位置控制精度，驗證了仿真結(jié)果的正確性。并根據(jù)實驗結(jié)果，改進控制策略，達到了實驗要求。

簡介：機械手臂不僅要與工作環(huán)境進行交互，還要保證精確的操縱目標物，這對機械手臂的設(shè)計和控制提出了挑戰(zhàn)，但實際情況是大部分機械手臂不能自主移動，阻礙機械手臂向多功能方向發(fā)展，通過對移動機器人技術(shù)和六自由度機械手臂運動學的研究，本文中將兩者合理的結(jié)合，充分發(fā)揮機械臂的抓取空間物體的能力，使機械手臂自主運行到所需的工作區(qū)域，提出了在自主移動機器人平臺上裝備模塊化的六自由度機械手臂，使機器人具有自主移動和抓取功能的設(shè)計方案。首先，提出了機器人系統(tǒng)總體設(shè)計方案，并將其模塊化。系統(tǒng)底層采用高配置的ATMEGA128微處理器作為機器人運動控制核心，并通過串口通信，配合六自由度機械手臂舵機控制板QS16E，完成對機械手臂的控制。同時在四輪移動機器人車體上安裝紅外線模塊，超聲波測距模塊，霍爾傳感器測速模塊，達到感知周邊環(huán)境以及反饋小車運行速度的要求，單片機系統(tǒng)通過無線通信，完成抓取任務(wù)的發(fā)送和解析。其次，建立了四輪車的運動學坐標系，并對其正逆向運動學進行分析，重點是對六自由度機械手臂的數(shù)學模型的建立以及分析，通過經(jīng)典的DH法推導(dǎo)出機械手臂的運動學方程，完成六自由度機械手臂的正逆運動學分析，在此數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，分別對機械手臂進行了關(guān)節(jié)坐標空間和直角坐標空間的軌跡規(guī)劃與仿真，為機械臂的抓取動作的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。最后，搭建了移動機器人系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，完成系統(tǒng)的程序設(shè)計，實現(xiàn)對機械手臂控制功能，進行了移動機器人的自主行走實驗，以及機械手臂抓取物體實驗，測試結(jié)果表明該設(shè)計在實驗室環(huán)境下可正常工作，達到了預(yù)期設(shè)計要求。

簡介：在當今工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)越來越趨于成熟，為了大幅度提高工業(yè)自動化水平，數(shù)控機床功能部件的研發(fā)至關(guān)重要。機械手作為數(shù)控加工中心的關(guān)鍵部件，介于主軸和刀庫之間，主要作用就是將下一個工序所用的刀具和即將完成加工的當前工序所用的刀具進行調(diào)換，這樣可以提高加工效率。因此，本文以QH3型數(shù)控機床換刀機械手為研究對象，針對現(xiàn)有機械手結(jié)構(gòu)中存在的不穩(wěn)定的因素，對其進行三維建模、運動學驗證、有限元分析和疲勞分析，找出其中薄弱的環(huán)節(jié)，對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，該方法具有重要的理論指導(dǎo)意義以及實際應(yīng)用價值。本研究主要內(nèi)容包括⑴介紹了數(shù)控機床機械手在國內(nèi)外歷史上發(fā)展的研究狀況從而引出本課題的研究意義又簡單表述了有限元法的中心思想和它廣泛的應(yīng)用，對現(xiàn)有機械手的圖紙中的每個零部件進行三維建模，然后再將其組成一個完整的機械手系統(tǒng)；對機械手系統(tǒng)進行分析，掌握系統(tǒng)里面各零部件的作用，就可以有針對性的進行運動學分析，通過建立坐標系和運動方程論述機械手的工作過程，因為該工作過程符合機械手實際的運動方式，所以得出的方程是正確的。⑵對機械手進行靜態(tài)和模態(tài)分析。將簡化后機械手的模型導(dǎo)入到ANSYSWKBENCH中得到有限元模型。靜力分析主要目的就是得出機械手的最大變形和應(yīng)力、應(yīng)變，并給出了變形和應(yīng)力云圖。從云圖中分析了最大變形和應(yīng)力發(fā)生的部位，為機械手的優(yōu)化提供了思路。模態(tài)分析時，首先闡明了機械手進行模態(tài)分析的必要性，模態(tài)分析后得出機械手前六階固有頻率和振型，通過振型圖得出會影響機械手抓取刀具精度的振型。⑶對機械手進行優(yōu)化設(shè)計和花鍵軸的疲勞壽命分析。針對靜態(tài)分析中得出機械手中固定手爪處產(chǎn)生的位移比較大，故對固定手抓進行了優(yōu)化；對固定手爪單獨分析優(yōu)化后重新裝配再進行靜力分析，得到的位移相對于優(yōu)化前的減小了166，說明優(yōu)化的部位是正確的。優(yōu)化后整個機械手的固有頻率發(fā)生了改變，其中第一階固有頻率（基頻）相對于優(yōu)化前的得到了增加，這也從側(cè)面驗證了優(yōu)化部位的合理性。隨后，分別對花鍵軸在軸向力和扭矩這兩種情況下進行了疲勞分析，得出花鍵軸在這兩種情況下的損傷云圖和壽命云圖，從兩張云圖中可以清楚地得到危險點和壽命較長的部分，這也為后續(xù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。

簡介：隨著智能制造業(yè)的升級換代和機器人技術(shù)的飛速發(fā)展，對工業(yè)機器人運行的平穩(wěn)性、運行精度以及規(guī)劃效率提出了更高的要求，軌跡規(guī)劃算法是保證機械手運行平穩(wěn)性和運行精度的核心。工業(yè)機器人要在作業(yè)空間中完成給定的任務(wù)，必須準確地規(guī)劃出機器人運動點的位移曲線、速度曲線和加速度曲線。因此研究高效的軌跡規(guī)劃算法具有重要的理論和實踐價值。首先，本文以SCARA型四自由度機械手為研究對象。機械手各連桿坐標系采用DH表示法建立，根據(jù)各連桿的DH參數(shù)，可求得連桿之間的位姿矩陣，從而得到機器人末端執(zhí)行器相對于機身坐標系的齊次變換矩陣。推導(dǎo)出SCARA機械手的正向運動學方程。并且在此基礎(chǔ)上，通過MATLAB機器人工具箱，建立了SCARA三維仿真模型。其次，針對機械手逆向運動學求解問題，為提高求解速度和求解精度，提出了基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)求取運動學逆解的方法。根據(jù)笛卡爾目標軌跡選取起點、終點和若干中間點，并求得與之對應(yīng)的關(guān)節(jié)變量值序列。隨后利用插值方法求得關(guān)節(jié)空間的角度變化曲線，在關(guān)節(jié)曲線上隨機選取樣本點，利用得到的數(shù)據(jù)訓練并驗證ANFIS。與傳統(tǒng)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求取運動學逆解的方法進行仿真對比分析，結(jié)果表明ANFIS在運動學逆解的求取精度和運算時間上均優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。再次，針對關(guān)節(jié)空間運動學軌跡規(guī)劃問題，分別給出了三次樣條插值算法和三次三角BéZIER樣條插值算法的軌跡規(guī)劃方法，并給出了算法的詳細構(gòu)造過程。針對三次均勻B樣條插值算法軌跡曲線不經(jīng)過首末特征點的問題，提出了基于三次準均勻B樣條插值算法的軌跡規(guī)劃方法。使得規(guī)劃后曲線的起點終點就是首末特征點，使規(guī)劃過程更加快速、直觀。最后，以SCARA機械手為實驗平臺，對三種軌跡規(guī)劃方法進行了實驗驗證，得到了機械手的實際運行軌跡。與目標軌跡進行對比研究，給出了總體誤差曲線和各段誤差曲線，并對產(chǎn)生誤差的原因進行了分析，驗證了本文所提出算法的有效性。

簡介：為了降低工業(yè)機械手的開發(fā)成本，縮短工業(yè)機械手的開發(fā)周期，便于其在中小企業(yè)中的推廣使用，本課題根據(jù)工業(yè)機械手設(shè)計、控制的相關(guān)理論，結(jié)合其所能達到的功能動作要求，以連桿軸套裝配作業(yè)機械手作為研究對象展開研究。從機械手控制系統(tǒng)出發(fā)，研究如何應(yīng)用通用數(shù)控系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)，工業(yè)機械手通過編輯指令程序?qū)崿F(xiàn)流程控制，以及提高控制精度、操作便健性的相關(guān)技術(shù)與方法。本文對機械手的運動過程進行分析，根據(jù)機械手的結(jié)構(gòu)特點及控制的需要，進行數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)的電氣元器件的選型分析，選定“世紀星”HNC18XPM3系統(tǒng)作為連桿軸套裝配作業(yè)的機械手的控制系統(tǒng)，并進行控制原理圖設(shè)計、伺服控制系統(tǒng)設(shè)計和氣動系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)機械手邏輯控制的需要，對數(shù)控系統(tǒng)PLC程序設(shè)計的內(nèi)容、方法進行了分析、探討，據(jù)此進行程序的設(shè)計，包括手動、自動等程序的編制、仿真、傳輸和調(diào)試等。根據(jù)電氣原理圖，將數(shù)控系統(tǒng)、手持單元、伺服電機以及計算機等搭建成一基于數(shù)控系統(tǒng)控制的機械手試驗平臺，運用“擇點法”對裝配機械手進行實驗調(diào)試。經(jīng)過實驗調(diào)試結(jié)果表明基于通用數(shù)控系統(tǒng)對工業(yè)機械手控制方法可行，縮短了工業(yè)機械手的開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本，并提高了工業(yè)機械手的工作效率和重復(fù)定位精度，對工業(yè)機械手的研發(fā)具有較好的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價值，可為工業(yè)機械手在中小企業(yè)的推廣提供了一定的理論依據(jù)。

簡介：本課題以雙弧面凸輪式自動換刀機械手為研究對象，基于CREO軟件完成了該換刀機械手的設(shè)計，并建立了其整機的三維數(shù)字化樣機。對弧面凸輪的非等價加工方法進行了研究，計算并推導(dǎo)了五軸非等價加工的刀位控制方程。在雙弧面凸輪換刀機構(gòu)多自由度動力學模型的指導(dǎo)下，建立了該機構(gòu)的多剛體動力學數(shù)字樣機以及剛?cè)狁詈蟿恿W數(shù)字樣機，并進行了相應(yīng)的動態(tài)仿真及分析。本文主要從以下幾個方面展開研究首先，基于凸輪及自動換刀機械手的基本理論知識，設(shè)計滿足換刀需求的運動循環(huán)圖，并以此循環(huán)圖為基礎(chǔ)，設(shè)計雙弧面凸輪自動換刀機械手及此裝置中所用到的弧面凸輪?；贑REO軟件建立了該換刀機械手整機的數(shù)字樣機，為隨后的動力學研究奠定了基礎(chǔ)。其次，以基于中點偏置的刀位補償法作為基礎(chǔ)理論依據(jù)，分析研究了弧面凸輪的非等價加工方法，推導(dǎo)并計算了非等價刀具在加工過程中的補償量和補償方向；研究了五軸機床中弧面凸輪的等價加工和非等價加工方法，利用坐標變換法計算并推導(dǎo)了五軸等價加工的刀位控制方程；按照刀位補償法推導(dǎo)出五軸非等價加工的刀位控制方程，獲得了對實際加工有指導(dǎo)意義的非等價加工刀位控制方程。最后，基于實際工作情況，創(chuàng)建了雙弧面凸輪式自動換刀機構(gòu)的多自由度剛?cè)狁詈蟿恿W模型，并推導(dǎo)出其動力學方程。通過ADAMS軟件，創(chuàng)建了該機構(gòu)的多剛體動力學數(shù)字樣機，并對其動力學性能進行了分析；依據(jù)動力學模型，通過ANSYS軟件對其關(guān)鍵構(gòu)件進行了柔性化處理，并逐個導(dǎo)入到多剛體動力學數(shù)字樣機中，完成了換刀機構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿恿W數(shù)字樣機的建立，之后分析了該機構(gòu)的動力學性能，此分析過程盡可能模擬了換刀機構(gòu)在實際工作過程中的情況，其結(jié)果對換刀機構(gòu)的設(shè)計、加工和生產(chǎn)都具有指導(dǎo)性作用。

簡介：并聯(lián)機器人與串聯(lián)機器人構(gòu)成互補關(guān)系，極大地擴展了機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。相對于串聯(lián)機器人，并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)剛度大、負載自重比高、載荷能力強、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點，其中，DELTA機器人是迄今為止設(shè)計最為成功的并聯(lián)機器人之一。目前，已經(jīng)成功應(yīng)用于食品和藥品等包裝行業(yè)。本文將著重闡述DELTA兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機器人，全文工作和成果概括如下⑴建立了DELTA兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機器人三維模型，并使用低速大扭矩高精度直驅(qū)力矩電機作為機器人的驅(qū)動電機，提高了機器人的效率和精度。⑵建立了機器人的運動學逆解、正解數(shù)學模型，建立了簡化的機器人拉格朗日動力學數(shù)學模型，并對機器人的工作空間和奇異位形進行了分析。⑶為了使得已經(jīng)設(shè)計的機器人能夠高速、高精度平穩(wěn)運行，使用關(guān)節(jié)空間、工作空間和混合空間方法對機器人進行了軌跡規(guī)劃，并利用動力學模型進行了相應(yīng)的優(yōu)化，最終通過實驗驗證了軌跡規(guī)劃算法的可行性。⑷使用普通PC機，采用LINUX系統(tǒng)下的機器人操作系統(tǒng)ROS、GALIL運動控制卡、COPLEY驅(qū)動器實現(xiàn)了對直驅(qū)力矩電機的控制。⑸為了實現(xiàn)用戶友好型操作，編寫了PYTHON語言的運動控制界面，使用戶能夠快速、方便的掌握DELTA機器人的操作使用方法。最終，通過實驗測試證明了該機器人電氣控制方案的可行性，為進一步探索機器人新型軌跡規(guī)劃算法和運動控制方法提供了堅實的基礎(chǔ)。

簡介：21世紀是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的重要時期。果蔬采摘時末端執(zhí)行器抓取或夾持力過大易壓傷果蔬外表這個問題是設(shè)計末端執(zhí)行器的核心問題之一。為了實現(xiàn)果蔬的無損采摘采用了欠驅(qū)動原理設(shè)計出一種結(jié)構(gòu)簡單、通用性強的機械手爪。欠驅(qū)動機構(gòu)的執(zhí)行器個數(shù)小于機構(gòu)本身自由度數(shù)目這樣的設(shè)計使得機械手具有簡單可靠的特點抓取物體時具有形狀自適應(yīng)能力手指可完全包絡(luò)果蔬通過力閉環(huán)反饋控制最大接觸力來實現(xiàn)無損采摘。根據(jù)欠驅(qū)動原理，對欠驅(qū)動機械手進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在SOLIDWKS中建立其三維模型。由于本文所設(shè)計的為滑輪繩索式欠驅(qū)動機械手，而ADAMSCABLE模塊能夠很好對滑輪繩索建模，故將SOLIDWKS中的三維模型導(dǎo)入到ADAMS中進行完整三維模型建立并在ADAMS中對所設(shè)計的欠驅(qū)動機械手進行運動學仿真，驗證其可行性。為實現(xiàn)對果蔬的無損穩(wěn)定抓取，對欠驅(qū)動機械手與果蔬的接觸力的控制顯得尤為重要。但欠驅(qū)動機械手抓取果蔬的數(shù)學模型難以建立，故本文采用不需要精確數(shù)學模型而是依靠專家的操作經(jīng)驗的模糊控制法對其抓取力進行控制。將近指、遠指與指定接觸力大小的差值作為模糊控制器的輸入，驅(qū)動力作為輸出。在對模糊控制器設(shè)計之前，需在ADAMS中模擬仿真其在不同驅(qū)動力的作用下，分析欠驅(qū)動機械手對果蔬的包絡(luò)抓取情況以及近指、遠指與果蔬的接觸力的大小變化。依據(jù)接觸力變化完成對論域的劃分以及模糊規(guī)則的總結(jié)。通過ADAMS與SIMULINK的聯(lián)合仿真，可以明顯的看出欠驅(qū)動機械手能夠較好的實現(xiàn)對果蔬的包絡(luò)抓取，且近指、遠指與果蔬的接觸力均滿足抓取要求能夠?qū)崿F(xiàn)對果蔬無損穩(wěn)定抓取。

簡介：隨著注塑行業(yè)的快速發(fā)展，對于注塑生產(chǎn)企業(yè)的自動化程度要求也越來越高。注塑機專用機械手能夠極大地提高注塑生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時還能避免由于人為操作失誤而造成的損失。氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。對于注塑企業(yè)來說，配備一種成本低、體積小、易操作、結(jié)構(gòu)簡單的注塑機專用機械手，已經(jīng)成為提高市場競爭力的必要手段。本課題以注塑機取模機械手為研究對象，首先研究其執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計過程，然后對夾持機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計以提高夾持力，最后對機械手的虛擬模型進行動力學仿真分析以對設(shè)計過程提供數(shù)據(jù)支持。論文主要工作內(nèi)容如下1為了提升機械手的通用性和互換性，使機械手得到標準化制造和應(yīng)用，采用模塊化的設(shè)計思想，完成了機械手執(zhí)行機構(gòu)的分析與設(shè)計。首先，論述了機械手坐標形式的比較與選擇，介紹了機械手的工作過程和各工位的時間分配。然后，制定了機械手的基本參數(shù)，設(shè)計了執(zhí)行機構(gòu)的組成模塊。最后，完成了三維模型的建立。2針對執(zhí)行機構(gòu)的傳動裝置和控制模塊，完成了機械手驅(qū)動與控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計。首先，論述了驅(qū)動方式的比較與選擇，設(shè)計了氣動基本回路和位置控制回路。然后，論述了氣壓驅(qū)動系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，完成了氣動元件的選取與計算。最后，確定了控制系統(tǒng)的輸入和輸出點，設(shè)計了外部接線圖，完成了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。3為了提高夾持機構(gòu)的夾持力，完成了機械手夾持機構(gòu)的參數(shù)化建模和優(yōu)化設(shè)計。首先，闡述了ADAMS的仿真原理與主要模塊的作用，通過ADAMS軟件，采用參數(shù)化點的方法，建立了夾持機構(gòu)的動力學模型并簡化，包括零件、約束副和驅(qū)動，并對模型進行了測試。然后，通過細化模型，建立設(shè)計變量，對所有的設(shè)計變量分別進行設(shè)計研究分析，得到設(shè)計變量對夾緊力的影響程度。最后，對機械手夾持機構(gòu)模型進行優(yōu)化設(shè)計，通過修改設(shè)計變量，對設(shè)計點坐標多次優(yōu)化迭代，找到了一個最優(yōu)點，并自動生成新的樣機模型，得到最優(yōu)機構(gòu)性能的設(shè)計參數(shù)。4為了方便日后機械手的軌跡規(guī)劃、樣機試驗和設(shè)計控制方案，完成了虛擬機械手的運動學仿真與分析。首先，介紹了機械手模型仿真分析過程。然后，利用PROE建好機械手模型導(dǎo)入ADAMS中，通過修改模型的基本參數(shù)，得到了ADAMS環(huán)境下的機械手虛擬樣機模型。最后，在軟件中給模型施加約束和驅(qū)動，設(shè)置驅(qū)動函數(shù)，得到了速度，加速度，角速度，角加速度的曲線。通過分析所得曲線數(shù)據(jù)可以縮短開發(fā)和技術(shù)改進的周期，節(jié)省研發(fā)資金，提升設(shè)備質(zhì)量。

簡介：目前，隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的快速增長，工業(yè)界各個領(lǐng)域內(nèi)的自動化設(shè)備也在不斷的增多。而在沖壓行業(yè)中，大部分企業(yè)仍然采用人工手工作業(yè)，這種情況下操作者工作量繁重、生產(chǎn)效率低和工傷事故頻發(fā)。因此，需要一種可以輔助壓力機上下料的自動化機械手，不僅可以代替人工按照規(guī)定的動作進行上下料，而且還可以提高生產(chǎn)效率、降低工傷事故率、提高沖壓工藝水平等。本文提出了一種自動化上下料機械手，并對其控制系統(tǒng)進行研究，以能夠?qū)崿F(xiàn)以上的需求。首先，對目前國內(nèi)外機械手的研究現(xiàn)狀及現(xiàn)有技術(shù)進行分析，根據(jù)實際沖壓工藝的要求，對上下料機械手機械結(jié)構(gòu)進行總體設(shè)計，描述機械手的工作流程。對機械手的氣動系統(tǒng)和真空系統(tǒng)進行分析和參數(shù)設(shè)計。為了解決目前機械手的定位精度的問題，設(shè)計PWM控制高速開關(guān)閥控氣動伺服控制系統(tǒng)。主要對氣缸和高速開關(guān)閥的特性進行分析，建立氣缸伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學模型和傳遞函數(shù)。介紹了機械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，描述了機械手主控模塊、氣缸控制模塊、工件吸附模塊、人機交互模塊和軟件部分的設(shè)計。最后，提出基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器對氣缸伺服系統(tǒng)進行控制的控制策略，重點設(shè)計了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。基于MATLAB仿真平臺，研究了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PWM控制高速開關(guān)閥控氣缸伺服控制系統(tǒng)的仿真實驗。仿真結(jié)果表明，本文所研究的上下料機械手控制系統(tǒng)能夠滿足實際沖壓生產(chǎn)的要求，在電機沖片的加工行業(yè)中具有較高的應(yīng)用價值。

簡介：隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，學科間出現(xiàn)了相互交叉與滲透，引起了工業(yè)控制領(lǐng)域的技術(shù)革命。傳統(tǒng)的控制技術(shù)在結(jié)構(gòu)上采用并聯(lián)方式，并且不同廠家的設(shè)備不能相互通信連接，容易造成信息孤島?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)為解決上述問題提供了答案，現(xiàn)場總線采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，同時采用標準化和開放化的協(xié)議，把不同廠家的設(shè)備通過統(tǒng)一協(xié)議規(guī)范進行連接組成網(wǎng)絡(luò)，解決信息孤島問題。機械手已經(jīng)成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)中的一個重要組成部分，運動控制器是機械手的核心部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。本文通過對常見運動控制器的設(shè)計方案的分析，決定擯棄傳統(tǒng)的設(shè)計方案，采用現(xiàn)場總線CAN總線與以太網(wǎng)結(jié)合的方案。本文利用以太網(wǎng)通信方式的穩(wěn)定性、高速性，作為運動控制器與上位機的通信接口，并采用LWIP協(xié)議；利用CAN總線的穩(wěn)定可靠性，并用RJ45接口作為運動控制器與伺服電機的通信接口，采用CANOPEN協(xié)議；運動控制器的主控單元采用以CTEXM4為內(nèi)核的微處理器STM32F407。該方案利用STM32F407的高處理速度與低功耗的優(yōu)點，提升控制器的性能；利用CANOPEN協(xié)議的開放性和標準性提升運動控制器的通用性。運動控制器的硬件電路主要包括主控單元STM32F407、由CTM1050T組成的CAN通信模塊、由DP83848組成的以太網(wǎng)通信電路、光耦隔離保護電路、IO擴展電路以及時鐘電源等模塊組成?？刂破鞯能浖糠滞ㄟ^移植ΜCOSII嵌入式操作系統(tǒng)搭建多任務(wù)平臺，通過移植LWIP實現(xiàn)通過以太網(wǎng)與上位機的通信，通過建立一個簡單的CANOPEN協(xié)議的主站實現(xiàn)與伺服電機的通信。軟件主要建立了三個任務(wù)，第一個任務(wù)是通過以太網(wǎng)和手持器進行通信；第二個任務(wù)是處理接收到的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的指令選擇不同的工作模式；最后一個任務(wù)是執(zhí)行具體的動作指令，并通過CAN總線與伺服電機通信。

簡介：目前煤炭依舊是我國重要能源材料，煤炭產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展對我國工業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。由于煤礦作業(yè)設(shè)備機械化及智能化水平低，造成了煤礦生產(chǎn)效率的低下和事故的高發(fā)。礦山井下安全生產(chǎn)容易受到瓦斯、煤自燃、礦壓等多種因素影響，一旦發(fā)生事故會對人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。因此無論從國家對井下災(zāi)害的宏觀控制方面還是管理部門對井下事故預(yù)防方面的考慮，都需要建立一套完善的、科學的、能及時反映井下安全生產(chǎn)狀態(tài)的危險源辨識、評價和預(yù)警系統(tǒng)，從而減少井下事故的發(fā)生，確保礦井高效、安全、經(jīng)濟的生產(chǎn)。課題通過分析煤礦實際環(huán)境，研究了各類煤礦機器人的特點和結(jié)構(gòu)，確定了煤礦巡檢機器人設(shè)計要求和總體方案，并完成如下工作1設(shè)計、搭建巡檢機器人平臺，對巡檢機器人底盤移動機構(gòu)、機械手機構(gòu)以及動力系統(tǒng)進行詳細的理論計算，從而進行合理的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計。2分析5自由度機械手運動學問題，并建立機械手連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)表，使用MATLAB對機械手的運動學解和工作空間進行仿真分析，得到仿真云圖內(nèi)部無空洞、空腔出現(xiàn)，說明連桿參數(shù)設(shè)置合理，符合設(shè)計要求。3分析機械手動力學問題，同時使用ADAMS對機械手動力學進行仿真得到機械手各關(guān)節(jié)運動總體運動比較平穩(wěn)，且最大力矩均未超過所選取舵機的峰值力矩158NM，說明機械手選型合理，基本滿足機械手工作要求最后對機械手進行動力學聯(lián)合仿真，驗證了基于ADAMS仿真結(jié)果的正確性。4使用ANSYS對機械手關(guān)鍵承載部件進行動力學分析，得到大臂、小臂的應(yīng)力、變形云圖，進而驗證了機械臂的結(jié)構(gòu)與材料均滿足機器人的工作要求而模態(tài)分析結(jié)果表明所選舵機工作頻率遠小于機械手的固有平率，驗證了機械手在工作過程中不會發(fā)生共振現(xiàn)象。5基于實驗室條件研制、搭建實驗樣機，并進行相關(guān)實驗，經(jīng)過多次實驗，可以得出樣機對煤巖識別準確性達到65％，抓取準確性達到80％，符合煤礦設(shè)計要求。

簡介：隨著我國生產(chǎn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的步伐加快，自動化生產(chǎn)線應(yīng)用日益廣泛。工業(yè)機械手作為自動化生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備，其開發(fā)研究越來越受到重視。本文設(shè)計研究的轉(zhuǎn)軌機械手主要用于新能源汽車驅(qū)動電機的自動化裝配生產(chǎn)線中，可以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子的自動轉(zhuǎn)移拼裝，解決了人工搬運效率低及穩(wěn)定性差等問題，加快了裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍，提高了裝配線的自動化程度。轉(zhuǎn)軌機械手的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和工作性能的研究對于提高自動化裝配線的生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。本文在研究以往機械手的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的應(yīng)用要求，設(shè)計了一種在豎直方向可以兩級升降的新型轉(zhuǎn)軌機械手。轉(zhuǎn)軌機械手整體上采用桁架式結(jié)構(gòu)，其中豎直方向運動的機械臂采用內(nèi)臂和外臂相嵌套的結(jié)構(gòu)，在外臂升降的過程中，利用同步帶拖動內(nèi)臂運動，達到了雙節(jié)倍速的效果。該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)有效降低了機械手對空間的高度要求，增加了機械手的穩(wěn)定性。其次，本文研究了轉(zhuǎn)軌機械手的動態(tài)性能。利用ABAQUS軟件對機械手的整體結(jié)構(gòu)進行動力學仿真，包括模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，獲得了機械手的低階模態(tài)振型和頻率響應(yīng)曲線。針對機械手的第3階固有頻率容易發(fā)生共振的情況，本文提出了對機械手立柱施加固定連接的優(yōu)化措施。經(jīng)過再次諧響應(yīng)分析，驗證了優(yōu)化措施的有效性。最后，針對轉(zhuǎn)軌機械手應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，即同步帶傳動的振動特性研究，本文在理論分析同步帶不同振動特性對機械臂穩(wěn)定性影響的基礎(chǔ)上，利用RECURDYN軟件構(gòu)建了基于有限段法的同步帶仿真模型。研究了其在不同張緊力作用下的運動過程，得到了同步帶的橫向振動振幅曲線，為同步帶預(yù)緊力的設(shè)置提供了參考。

簡介：機器人利用機器視覺進行物體抓取是機器人應(yīng)用領(lǐng)域的熱門研究之一。目的在于靠機器視覺檢測出被抓取物體的可靠抓取位置和方向，進而通過運動規(guī)劃算法控制機械臂完成抓取動作。但是在這一領(lǐng)域暫未有普適的方法，特別是在需要同時考慮可靠性和安全性的成堆物體抓取應(yīng)用。此論文提出一種利用深度學習網(wǎng)絡(luò)結(jié)合軟性機械手幾何模型的方法，用于分析處理安裝在機器人中部的單個深度攝像頭所獲取的3維點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在未知的成堆物體中檢測出可供機械臂進行可靠安全抓取的物體位置和方向。該論文所提出的方法在考慮成堆物體抓取碰撞檢測問題的同時，并沒有進行像其他論文所常用的圖像分割和物體識別的處理技術(shù)。特別地，此論文還分析了深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時間和空間復(fù)雜度，并得出兩個結(jié)論用于為深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供參考。同時，進行多個實驗來得出不同層數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的訓練時間和精度，不同層數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行假設(shè)可抓取超平面再篩選的結(jié)果對比，從而驗證前面由理論推出來的兩個結(jié)論。經(jīng)上述理論及實驗兩方面分析，為深度學習模型的設(shè)計起到一定的指導(dǎo)性作用。值得一提的是，本論文中深度學習模型訓練數(shù)據(jù)（所有的假設(shè)超平面）的標簽根據(jù)一些標準進行自動標定。也就是說這些用于判斷該假設(shè)超平面是否符合抓取條件的標準被深度學習網(wǎng)絡(luò)模型所取代。首先，由于軟性機械手相較于硬性機械手更具靈活性，為軟性機械手設(shè)計合適的幾何模型成為避免碰撞的重點，用于在3維點云數(shù)據(jù)空間中搜索符合可抓取條件的抓取點和抓取方向。該幾何模型內(nèi)部必須包含足夠的點云數(shù)據(jù)，并且外表面不會與其他點云數(shù)據(jù)有重合的部分，從而分別保證其抓取的可靠性和安全性。利用幾何模型搜索出來符合條件的抓取點和抓取方向，合稱之為假設(shè)可抓取超平面。第二，進一步考慮抓取可靠性，利用深度學習網(wǎng)絡(luò)MODLE對搜索出的假設(shè)超平面進行分類和排序，以便找出較為可靠的抓取位置和方向。經(jīng)過MODLE與支持向量機技術(shù)的對比實驗，通過MODLE的篩選過后的可抓取超平面的質(zhì)量和可靠性要比通過支持向量機的高，而且數(shù)量也相對較少，也就是說在運動控制方面會比較節(jié)省時間。