簡(jiǎn)介：作為先進(jìn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器多指靈巧手的研制成為熱門。目前在靈巧機(jī)械手的研制過程中最為重要的任務(wù)仍然是解決機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制問題。傳統(tǒng)機(jī)械手的控制策略集中了信息科學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)使機(jī)械手的控制策略顯得復(fù)雜而龐大。本文研究了一種基于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理工作的機(jī)械手該機(jī)械手僅依靠機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)知識(shí)解決了多自由度靈巧手的控制問題。此外針對(duì)目前多數(shù)機(jī)械手采用的將手指直接固定在一個(gè)剛性體上的設(shè)計(jì)方法本文設(shè)計(jì)了一種可“變形”的手掌機(jī)構(gòu)該手掌機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)手指抓取初始位姿的調(diào)整從而具有更強(qiáng)的自適應(yīng)能力。機(jī)械手由新型三自由度差動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、出力大、控制容易、成本低廉等特點(diǎn)。本文首先根據(jù)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理對(duì)機(jī)械手指的工作原理和特點(diǎn)做了詳細(xì)的分析為欠驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)械手指的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。為了研究基于連桿機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)手指的工作特性本文選擇三自由度的欠驅(qū)動(dòng)手指對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)分析從而確定影響欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)。其次使用三維建模工具PROE軟件對(duì)機(jī)械手各主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能要求合理訂制其安裝順序并最終建立了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的三維實(shí)體模型使機(jī)械手的功能得到虛擬實(shí)現(xiàn)。最后使用ADAMS仿真工具建立機(jī)械手的樣機(jī)模型并對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的仿真分析。通過分析機(jī)械手在抓取不同尺寸和形狀物體時(shí)的仿真結(jié)果驗(yàn)證了多自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案的可行性調(diào)試出機(jī)械手在抓取不同物體時(shí)各關(guān)節(jié)的狀態(tài)改變情況為實(shí)現(xiàn)欠驅(qū)動(dòng)手的穩(wěn)定抓取提供了有益的參數(shù)也為該欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手以后的研究打下了基礎(chǔ)。

簡(jiǎn)介：空間機(jī)械手電聯(lián)試系統(tǒng)可以使研究人員充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力及可視化手段對(duì)空間機(jī)器人在太空中的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究，并借助地面實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證其建模和控制算法的正確性。本文主要研究并實(shí)現(xiàn)了空間機(jī)械手電聯(lián)試系統(tǒng)的重要組成部分電模擬器，通過電模擬器與空間機(jī)械手系統(tǒng)的上位控制計(jì)算機(jī)和動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)互連進(jìn)行聯(lián)試，檢測(cè)空間機(jī)械手系統(tǒng)各個(gè)部件接口傳遞信息的正確性及其在軌執(zhí)行任務(wù)的能力。本文主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于硬件結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的CAN通訊結(jié)構(gòu)，在電模擬器中，本文構(gòu)建了三路CAN總線通訊結(jié)構(gòu)。在中央控制器的內(nèi)部CAN結(jié)構(gòu)中，我們提出了冗余雙CAN結(jié)構(gòu)。和傳統(tǒng)的冗余雙CAN利用兩個(gè)控制器來實(shí)現(xiàn)冗余的方式不同。本文利用獨(dú)立CAN控制器SJA1000，通過和一個(gè)模擬開關(guān)74HC4052芯片連接來控制兩路CAN總線。本文的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是液晶顯示模塊的接口電路，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的跳線方式，使得液晶顯示模塊能同時(shí)和DSP與CPLD連接，而不用對(duì)它們單獨(dú)設(shè)計(jì)連接電路，極大地提高了電路的靈活性并節(jié)省了大量的電路空間。論文的主要工作包括如下幾個(gè)方面第一，建立的空間機(jī)械手的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)學(xué)正變換和逆變換的公式，并對(duì)機(jī)器人軌跡規(guī)劃作了簡(jiǎn)單介紹，提出兩種關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃的算法。第二，建立了直流無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)機(jī)械手系統(tǒng)中所選用電機(jī)的參數(shù)在MATLAB中進(jìn)行了建模仿真。根據(jù)電機(jī)的實(shí)際特性和機(jī)器人控制的要求，設(shè)計(jì)了伺服系統(tǒng)的總體模型，并逐步建立了包含電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三環(huán)PID控制器。對(duì)所建立的位置伺服控制系統(tǒng)在MATLAB中進(jìn)行了建模仿真，初步分析了伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并根據(jù)仿真初步確定了三環(huán)PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)。第三，設(shè)計(jì)了電模擬器運(yùn)行的硬件電路平臺(tái)。研制關(guān)節(jié)模擬器和手眼視覺模擬器的主要工作包括硬件電路總體方案的設(shè)計(jì)、硬件電路主要器件的選型論證、電路各模塊的原理設(shè)計(jì)、在系統(tǒng)可編程的CPLD邏輯電路設(shè)計(jì)、PCB制板，以及硬件電路的調(diào)試、修改和優(yōu)化等。第四，完成了液晶顯示模塊的接口設(shè)計(jì)和顯示模塊軟件的開發(fā)及優(yōu)化。對(duì)液晶顯示模塊的接口分別提供了和DSP及CPLD相連的方式，通過跳線來選擇連接方式。第五，在DSP的CCS開發(fā)編譯環(huán)境下進(jìn)行了電模擬器的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。電模擬器的軟件組織結(jié)構(gòu)是通過循環(huán)等待加中斷的方式來組織的。軟件框架中主要包括主控管理流程設(shè)計(jì)、CAN總線通訊底層收發(fā)軟件、高層應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和伺服控制軟件的實(shí)現(xiàn)等。最后，對(duì)電聯(lián)試系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，相關(guān)性能測(cè)試包括單板測(cè)試以及關(guān)節(jié)模擬器和手眼視覺模擬器共同參與的電聯(lián)試系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試。在測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，對(duì)先前的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改優(yōu)化。最終測(cè)試結(jié)果表明電聯(lián)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)合理，CAN總線通訊穩(wěn)定、伺服控制系統(tǒng)跟蹤性能良好，仿真任務(wù)演示真實(shí)可靠。

簡(jiǎn)介：氣動(dòng)人工肌肉作為一種新型的驅(qū)動(dòng)器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、安全柔順、功率重量比大等優(yōu)點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以氣動(dòng)人工肌肉為研究對(duì)象，根據(jù)已有的理論基礎(chǔ)，得到了氣動(dòng)人工肌肉較完整的靜動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用于氣動(dòng)機(jī)械手關(guān)節(jié)上，在對(duì)氣動(dòng)人工關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)特性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制方法設(shè)計(jì)了全局滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，并通過仿真，分析了控制器對(duì)外界干擾和外部參數(shù)的魯棒性，達(dá)到了良好的控制效果。本文首先基于氣動(dòng)人工肌肉理想靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合已有的考慮橡膠彈性力、肌肉末端弧度和肌肉內(nèi)部摩擦力影響的改進(jìn)數(shù)學(xué)模型，得出氣動(dòng)人工肌肉相對(duì)簡(jiǎn)單又符合實(shí)際的較完整的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型。氣動(dòng)人工肌肉的進(jìn)氣排氣流量通過高速開關(guān)閥來進(jìn)行控制，而開關(guān)閥作為一種數(shù)字閥，通過PWM信號(hào)以占空比的形式來控制閥的流量，實(shí)現(xiàn)肌肉內(nèi)部壓力變化，進(jìn)而帶動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)?；诖?，再結(jié)合已有的將氣動(dòng)人工肌肉作為變截面氣缸的思想，得到了其內(nèi)部動(dòng)態(tài)微分方程。其次，根據(jù)單根氣動(dòng)肌肉和彈簧對(duì)拉關(guān)節(jié)系統(tǒng)的工作原理，建立關(guān)節(jié)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，分析充氣壓力和彈簧剛度對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的影響。根據(jù)已有的氣動(dòng)人工肌肉動(dòng)態(tài)微分方程和關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)方程，建立以角度、角速度和充氣壓力為狀態(tài)量的狀態(tài)方程，通過比較開環(huán)系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)曲線和仿真曲線，證明所建立的數(shù)學(xué)模型很接近實(shí)際系統(tǒng)，此模型是正確的，這為后面的控制器設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)分析各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)輸出角度的影響，以便于在控制器設(shè)計(jì)中，采取有效的方法達(dá)到關(guān)節(jié)角度控制的快速性和高精度性。最后，針對(duì)氣動(dòng)人工關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)強(qiáng)非線性、難于建立精確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，在對(duì)其模型進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到了更簡(jiǎn)單且符合實(shí)際的被控對(duì)象的三階非線性系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，借鑒滑模變結(jié)構(gòu)控制對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)不確定性和外部擾動(dòng)是魯棒和不敏感的特點(diǎn)，提出了氣動(dòng)人工關(guān)節(jié)位置伺服系統(tǒng)的全局滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，仿真分析了控制器在不同參數(shù)情況下的跟蹤效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法能夠使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性得到改善，且響應(yīng)平滑、超調(diào)量小，對(duì)擾動(dòng)和外部參數(shù)的變化具有良好的魯棒性，適合于氣動(dòng)人工關(guān)節(jié)位置伺服系統(tǒng)的控制。

簡(jiǎn)介：本文密切結(jié)合天津大學(xué)以DIAMOND機(jī)器人為載體，支持技術(shù)創(chuàng)新的系列課程改革與實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，將其基礎(chǔ)理論知識(shí)和相關(guān)課程及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，形成獨(dú)特的教學(xué)體系的需求，利用PHOTOSHOP、3DSMAX7、AUTHWARE、POWERPOINT等軟件，系統(tǒng)的研究了DIAMOND多媒體教學(xué)課件的腳本設(shè)計(jì)、素材處理、堂上課件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)制作及其課件設(shè)計(jì)等問題，并將研究成果應(yīng)用于指導(dǎo)DIAMOND教學(xué)課件的開發(fā)過程，論文取得如下成果?！踉谒夭闹谱鞣矫鎰?chuàng)作了大量的三維動(dòng)畫，通過動(dòng)畫演示讓學(xué)生了解DIAMOND的工作原理，對(duì)抽象概念進(jìn)行生動(dòng)形象的表現(xiàn)、模擬、再現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)手段無法表現(xiàn)的內(nèi)容，并通過生動(dòng)的分解動(dòng)畫形式，將DIAMOND結(jié)構(gòu)中不易拆或不能拆的各個(gè)部件展示給學(xué)生，使學(xué)生對(duì)DIAMOND的組成和安裝位置有了直觀的印象。利用PHOTOSHOP進(jìn)行圖像處理，將黑白圖像變成彩色圖像，以突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，在教學(xué)過程中有效地提高了教學(xué)效率。□在堂上課件設(shè)計(jì)方面采用超鏈接的方式進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)內(nèi)容的任意播放。利用AUTHWARE強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，提出一種采用OLE技術(shù)在AUTHWARE環(huán)境中播放POWERPOINT幻燈片的設(shè)計(jì)方案。該方案不僅簡(jiǎn)化了課件的程序設(shè)計(jì)，并且修改、維護(hù)課件比較容易?！趵枚嗝襟w技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將不同類型的媒體信息所代表的教學(xué)內(nèi)容組成一個(gè)有機(jī)的整體，打破了傳統(tǒng)的線性教學(xué)模式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)增設(shè)了一些具有豐富表現(xiàn)力的特色功能，并利用不同構(gòu)型的演示程序給學(xué)生提供形象、生動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)模擬，既安全成本又低?！醣菊n件通過調(diào)試、打包、調(diào)用AVI外部文件，使編制的程序能夠完全脫離AUTHWARE環(huán)境并在WINDOWS下正常運(yùn)行。

簡(jiǎn)介：該文闡述了開發(fā)研究針灸機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)及其決策支持用針灸診斷專家系統(tǒng)的意義并分別論述它們的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法針灸機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)是重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院ROCKWELL實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目之一對(duì)弘揚(yáng)中華醫(yī)學(xué)有重大的意義筆者采用ATIOC52型單片機(jī)內(nèi)置控制軟件接收PLC輸出的開關(guān)信息通過步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制及升降頻優(yōu)化改進(jìn)了系統(tǒng)的起動(dòng)矩頻特性及慣頻特性減小了振蕩幅度提高了定位精度針灸診斷專家系統(tǒng)則是作為一個(gè)決策支持系統(tǒng)目的一方面提輔助醫(yī)學(xué)診斷治療另一方面為針灸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)提供科學(xué)的依據(jù)根據(jù)中醫(yī)論癥施治的特點(diǎn)建立了層次結(jié)構(gòu)推理模型并且依照該系統(tǒng)開發(fā)的基本原則提出了在病各層、病機(jī)層、證名推理階段進(jìn)行最優(yōu)啟發(fā)式逐步搜索診斷的推理策略使系統(tǒng)以最優(yōu)途徑有效提高醫(yī)生診斷的效率和減小誤診誤治率該文詳細(xì)地論述了相應(yīng)的模型與算法另外還描述了能顯示該系統(tǒng)靈活性和透明性的靈活的處方機(jī)制和相關(guān)處理技術(shù)及解釋機(jī)制

簡(jiǎn)介：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)器人的運(yùn)用越來越普及，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)的各行各業(yè)中，機(jī)械手的研究取得了很大的進(jìn)展。出于對(duì)圖像采集處理和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)精度的需求，基于視覺反饋的機(jī)械手的軌跡優(yōu)化方面的控制就顯得非常重要。本文所用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為EDUBOT250M型機(jī)械手，文章首先對(duì)機(jī)械手整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)備的分析和搭建，分析了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，建立好機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了DH法的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，接著建立了基于DH參數(shù)的位姿誤差模型，對(duì)機(jī)械手的位姿誤差進(jìn)行了分析，添加了視覺反饋裝置，實(shí)現(xiàn)圖像的處理和圖像空間的轉(zhuǎn)換，得到目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)以及機(jī)械手末端夾手的實(shí)際位置，從而根據(jù)視覺反饋信息對(duì)誤差進(jìn)行校正，最后在此基礎(chǔ)上分析軌跡規(guī)劃原理，討論多種軌跡規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡優(yōu)化控制。

簡(jiǎn)介：論文以廣東技術(shù)師范學(xué)院自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目為依托，提出了一種將硬件實(shí)驗(yàn)資源網(wǎng)絡(luò)化的解決方案，設(shè)計(jì)了一套面向控制類專業(yè)的機(jī)械手遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)嵌入式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以慧魚系列機(jī)械手作為實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象，探討了嵌入式控制技術(shù)在工業(yè)控制方面的應(yīng)用。旨在使學(xué)生能夠直接通過INTER遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械手，為學(xué)生提供了一個(gè)適用于控制理論教學(xué)和研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。論文介紹了嵌入式UCOSⅡ操作系統(tǒng)的工作原理及其操作平臺(tái)三星公司的ARM7TDMI芯片S3C44BOX，并說明了UCOSⅡ移植的要求和實(shí)現(xiàn)。論文還介紹了網(wǎng)絡(luò)控制芯片RTL8019AS，詳細(xì)闡述了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理及其驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，并結(jié)合機(jī)械手嵌入式控制系統(tǒng)的實(shí)際要求實(shí)現(xiàn)了TCPIP中幾個(gè)核心協(xié)議，且對(duì)協(xié)議進(jìn)行了有效的裁剪，節(jié)約了系統(tǒng)資源。同時(shí)，成功地把LWIP移植到三星的S3C44BOX芯片上，實(shí)現(xiàn)了與UCOSⅡ操作系統(tǒng)的完整結(jié)合，開發(fā)了機(jī)械手嵌入式遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。最后，本文研究了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。本系統(tǒng)已在廣東技術(shù)師范學(xué)院自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)室投入運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明該系統(tǒng)維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，控制精度高，能很好地滿足設(shè)計(jì)型和開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，還可以用于研究控制算法的仿真實(shí)驗(yàn)。

簡(jiǎn)介：隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的提高使得農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用范圍越來越廣，油菜缽苗以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在油菜種植中的應(yīng)用越來越多。如何利用機(jī)械手夾取缽苗，并減小對(duì)缽苗的傷害，成為缽苗移栽中亟待解決的問題?？梢愿鶕?jù)需要和抓取物的物理特性來設(shè)計(jì)機(jī)械手爪。油菜苗的莖桿是生物體，其組織在較大壓力下易遭破壞。油菜苗的夾取手爪設(shè)計(jì)時(shí)，如果夾持力過大，將直接破壞油菜苗莖桿組織，降低缽苗的成活率，給缽苗栽植帶來巨大損失，因此研究油菜苗莖桿的力學(xué)特性很有必要，利用TAXT2I物性儀可以很方便地測(cè)得油菜苗莖桿的抗壓極限力，為機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)提供有力的理論依據(jù)。手部是機(jī)械手直接抓取和握緊工件進(jìn)行操作的關(guān)鍵部件，手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要符合實(shí)際應(yīng)用的角度。選擇外夾鉗式、連桿杠桿回轉(zhuǎn)型機(jī)械手是因?yàn)樵谑植拷Y(jié)構(gòu)形式中，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可靠性高。通過傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率的計(jì)算分析，揭示出機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)力與機(jī)械手夾持力的傳動(dòng)比例，使得選用動(dòng)力源時(shí)更好的與設(shè)備匹配，同時(shí)也為機(jī)械手的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)計(jì)操作機(jī)械手的手部機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用PROENGINEER對(duì)手部進(jìn)行了三維建模和裝配。根據(jù)取苗手爪的工作原理和要求，確定機(jī)械手手部的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。滾珠絲杠副具有摩擦損失小、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、具有傳動(dòng)的可逆性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中。從結(jié)構(gòu)、主要尺寸、軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊方式、支撐方式選擇合適的滾珠絲杠副，并為機(jī)械手爪傳動(dòng)選擇合適的滾珠絲杠，力求充分發(fā)揮滾珠絲杠副的傳動(dòng)性能、減小設(shè)備體積。驅(qū)動(dòng)元件是為機(jī)電一體化系統(tǒng)提供動(dòng)力的裝置，它種類繁多，其中電氣執(zhí)行元件具有通用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、易于控制器件間的連接、響應(yīng)快、動(dòng)力較大、無污染的特點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。步進(jìn)電機(jī)具有可直接接受脈沖信號(hào)控制、誤差小而且不累積的優(yōu)點(diǎn)。文章介紹了步進(jìn)電機(jī)的種類、選用步進(jìn)電機(jī)的基本原則基本參數(shù)、性能特點(diǎn)、工作原理、驅(qū)動(dòng)方法等，并給出詳細(xì)的計(jì)算過程。為研究機(jī)械手爪的工作情況，將該手部置于一個(gè)五自由度的機(jī)械手上，建立五自由度機(jī)械手笛卡爾坐標(biāo)系，推導(dǎo)出該機(jī)械手的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)矩陣方程，并研究了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的解，為更深入地研究機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)和控制問題提供了理論基礎(chǔ)。

簡(jiǎn)介：兩手臂機(jī)械手作為一種特殊的機(jī)器人，由于它的兩個(gè)手臂緊密連接，它們之間具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，在機(jī)械手從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的移動(dòng)過程中，各個(gè)手臂不能像一般的機(jī)器人一樣視為一個(gè)點(diǎn)或圓，而只能簡(jiǎn)化為幾條互連的線段，這樣各個(gè)手臂的路徑規(guī)劃就成為一個(gè)有待盡快解決的問題。本文提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論的機(jī)械手路徑規(guī)劃方法，解決了具有兩個(gè)手臂的機(jī)械手在二維平面系統(tǒng)中的路徑規(guī)劃問題，仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一方法的有效性。強(qiáng)化學(xué)習(xí)通過試錯(cuò)和與環(huán)境交互獲得策略的改進(jìn)，作為一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，它直接從環(huán)境反饋中進(jìn)行學(xué)習(xí)，這種特點(diǎn)使它能夠適應(yīng)變化的環(huán)境。其自學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)的特點(diǎn)使其成為機(jī)器學(xué)習(xí)研究的一個(gè)重要分支。不同于有導(dǎo)師學(xué)習(xí)，它不需要給出輸入輸出對(duì)，只是利用環(huán)境的懲獎(jiǎng)信號(hào)來改善自己的行為。本文首先介紹了強(qiáng)化學(xué)習(xí)的原理和結(jié)構(gòu)，引入了強(qiáng)化學(xué)習(xí)的理論模型馬爾可夫決策過程，給出了常用的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的流程，然后在此基礎(chǔ)上介紹了多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論的數(shù)學(xué)模型馬爾可夫?qū)Σ?，?duì)基本的多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法做了改進(jìn)，削減了學(xué)習(xí)單元的冗余狀態(tài)信息，降低了學(xué)習(xí)空間的組合強(qiáng)度，加快了多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)速度，最后提出了一種按比例分配的結(jié)構(gòu)信度分配方法，把多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法成功應(yīng)用到了機(jī)械手路徑規(guī)劃中。

簡(jiǎn)介：氣動(dòng)數(shù)字伺服技術(shù)是氣動(dòng)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)共同發(fā)展的產(chǎn)物，是當(dāng)今氣動(dòng)技術(shù)發(fā)展的前沿課題。氣動(dòng)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、無污染等一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，己成為自動(dòng)化不可缺少的重要手段，備受人們的重視。尤其是氣動(dòng)伺服技術(shù)己能使氣缸在高速運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)自動(dòng)定位，而氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)也相應(yīng)得到了很大的發(fā)展。本文研究的就是基于氣動(dòng)技術(shù)的吸盤機(jī)械手，可用于微電子元件生產(chǎn)中產(chǎn)品的包裝，在包裝效率、產(chǎn)品損壞率上，比過去人工包裝可以做到很大的提高。本文具體做了以下幾個(gè)方面的研究工作1概述了國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)控制的現(xiàn)狀、發(fā)展情況和應(yīng)用領(lǐng)域，論述了進(jìn)行本課題研究的目的及意義，提出了本論文研究的主要內(nèi)容。2主要闡述吸盤機(jī)械手的總體設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)要地說明機(jī)械手系統(tǒng)要完成的功能，并且根據(jù)設(shè)計(jì)需要對(duì)驅(qū)動(dòng)元件和輔助元件進(jìn)行了選擇。3提出了機(jī)械手的控制方案，詳細(xì)介紹了氣動(dòng)伺服控制技術(shù)，為下面論文的深入研究做好鋪墊，同時(shí)也介紹了PLC的控制原理及電氣回路的設(shè)計(jì)。4對(duì)氣動(dòng)位置伺服控制系統(tǒng)的特性做了詳細(xì)的闡述，對(duì)氣動(dòng)伺服控制進(jìn)行了理論建模分析，提出了兩種氣動(dòng)伺服控制的數(shù)學(xué)建模方法，并根據(jù)假設(shè)條件分別建立數(shù)學(xué)模型，為以后的分析提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。5詳細(xì)論述了PID和模糊控制器的原理。由于氣動(dòng)控制過程具有非線性及不確定性，根據(jù)兩者的特點(diǎn)設(shè)計(jì)氣動(dòng)伺服位置控制器，提出由兩者相結(jié)合的控制器的設(shè)計(jì)，并且用MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和比較其控制效果。氣動(dòng)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性，僅僅采用經(jīng)典控制方法如PID控制很難獲得良好的控制效果，不適合控制對(duì)象參數(shù)變化、非線性程度大等場(chǎng)合。本文所提出的模糊自整定PID控制策略有較好的控制效果，具有一定的自適應(yīng)能力，能夠?qū)ν鈦淼臄_動(dòng)做出及時(shí)調(diào)整，保證所控制機(jī)械手的平穩(wěn)運(yùn)行。

簡(jiǎn)介：旋蓋機(jī)屬于罐頭封裝機(jī)械，在罐頭生產(chǎn)行業(yè)有著很重要的作用。旋蓋機(jī)主要用于玻璃瓶和PET瓶的螺紋蓋封口。常見旋蓋機(jī)有直線式和螺旋式，這些旋蓋機(jī)存在很多缺陷，旋蓋力控制精度不高，容易損壞瓶蓋。本文針對(duì)這些缺陷，進(jìn)行新型的旋蓋機(jī)產(chǎn)品的研究。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手式全自動(dòng)旋蓋機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是旋蓋機(jī)械手。它通過多電機(jī)實(shí)現(xiàn)旋蓋的多維動(dòng)作，一電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋蓋機(jī)械手閉合抓緊瓶蓋，另一電機(jī)旋轉(zhuǎn)瓶蓋完成旋蓋動(dòng)作。通過采用先進(jìn)控制算法對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制，精確調(diào)整機(jī)械手抓瓶力量和機(jī)械手旋蓋力矩，完成旋蓋動(dòng)作的優(yōu)化控制。機(jī)械手設(shè)計(jì)是工業(yè)自動(dòng)化研究的重要內(nèi)容，也是本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是本產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)路線規(guī)劃以及機(jī)械手力矩控制是機(jī)械手研究的三個(gè)主要內(nèi)容。在研究了機(jī)械手發(fā)展及其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文采用模糊控制算法控制旋蓋機(jī)械手旋蓋動(dòng)作，控制其旋蓋力矩和抓瓶力矩。本設(shè)計(jì)的核心是系統(tǒng)控制電路和電機(jī)控制電路以及算法設(shè)計(jì)。考慮到無刷直流電機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)，文章選用無刷直流電機(jī)作為旋蓋電機(jī)。旋蓋電機(jī)采用三相全橋星形連接兩兩通電驅(qū)動(dòng)方式，采用編碼器檢測(cè)電機(jī)位置和速度。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，本文嘗試在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中加入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，將嵌入式和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)合起來，應(yīng)用在旋蓋機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。在軟件設(shè)計(jì)方面，采用了UCOSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在介紹了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，分析了UCOSII的運(yùn)行及其開發(fā)模式，并基于UCOSII進(jìn)行旋蓋機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，這不僅對(duì)旋蓋機(jī)，對(duì)一般電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是有實(shí)際的指導(dǎo)意義的。為了對(duì)旋蓋機(jī)的旋蓋力矩和速度達(dá)到優(yōu)化控制，在設(shè)計(jì)電機(jī)控制算法時(shí)，采用模糊控制方法。模糊控制方法不依賴于被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，只需要根據(jù)已有的控制經(jīng)驗(yàn)，制作成模糊表就能完成。這對(duì)于旋蓋機(jī)這種復(fù)雜系統(tǒng)而言，簡(jiǎn)化了控制模式，降低了控制難度，這于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是有益的。文中詳細(xì)介紹了模糊控制的原理、方法，以及工程實(shí)際應(yīng)用中的詳細(xì)步驟。

簡(jiǎn)介：SCARA機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，且一般運(yùn)動(dòng)速度和精度都較高，在電子行業(yè)中常用此類機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)，因此也稱它為裝配機(jī)器人，本文對(duì)其進(jìn)行了研究。首先采用DH方法建立了該機(jī)械手的正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，避免了大量的矩陣求逆和乘法運(yùn)算。由于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的求解較為復(fù)雜，目前尚沒有通用的方法，所以本文在求解運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題時(shí)，利用具有萬能逼近性的模糊邏輯系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行了辨識(shí)。其次基于該機(jī)械手速度模型提出了自適應(yīng)模糊控制方案，該方案對(duì)控制律中模糊邏輯系統(tǒng)的未知參數(shù)提出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)律，文中證明了該控制方案能使機(jī)械手穩(wěn)定地跟蹤期望軌跡。最后對(duì)該機(jī)械手進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，通過拉格朗日方法建立動(dòng)力學(xué)模型?；谠撃Ｐ吞岢隽俗赃m應(yīng)模糊控制方案，文中證明了該控制方案也能使機(jī)械手穩(wěn)定地跟蹤期望軌跡。仿真結(jié)果表明了以上所提方案的有效性。

簡(jiǎn)介：折彎送料過程中，目前多采用手工送料，存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題，手工送料被自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)取代，可以進(jìn)一步滿足生產(chǎn)自動(dòng)化，大幅度提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量等的要求。課題的主要任務(wù)是完成折彎送料機(jī)械手的方案規(guī)劃及傳動(dòng)、執(zhí)行系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本文研究的主要內(nèi)容有根據(jù)起重機(jī)U型臂的折彎工藝特點(diǎn)分析送料機(jī)械手的位姿、動(dòng)作及受力情況從而確定了機(jī)械手的整體方案。在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械手進(jìn)行傳動(dòng)、執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用PROE構(gòu)造機(jī)械手模型，使用ANSYSWKBENCH對(duì)機(jī)械手整體剛度進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明機(jī)械手的剛度滿足使用要求。在機(jī)械手模型的基礎(chǔ)上將其簡(jiǎn)化為機(jī)構(gòu)形式采用DH法建立機(jī)械手的數(shù)學(xué)模型并據(jù)此得出機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程分析了機(jī)械手的速度加速度計(jì)算出該機(jī)械手的雅克比矩陣再運(yùn)用拉格朗日算法得出機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程。使用ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬，仿真出機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)形式，輸出運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，分析運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)的受力情況，得出機(jī)械手運(yùn)動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩，并利用模擬結(jié)果驗(yàn)證機(jī)械手的設(shè)計(jì)，指導(dǎo)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本課題規(guī)劃設(shè)計(jì)的機(jī)械手方案解決了折彎工藝中傳統(tǒng)人工送料諸多不利因素，滿足自動(dòng)送料的要求，不僅減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，也極大的提高了經(jīng)濟(jì)效益。

簡(jiǎn)介：本文將穩(wěn)健設(shè)計(jì)思想引入機(jī)械手設(shè)計(jì)方法中，根據(jù)穩(wěn)健設(shè)計(jì)的目標(biāo)，建立了機(jī)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)的三種應(yīng)用模型，逐一提出基于模糊模型、隨機(jī)模型和容差模型的機(jī)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及建模方法。首先根據(jù)矩陣變換和微變換原理推導(dǎo)出機(jī)械手位姿誤差概率模型；接著在分析了各種誤差源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用協(xié)方差矩陣完整地描述了手部位姿誤差各分量的標(biāo)準(zhǔn)差和相互之間的相關(guān)性。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)和穩(wěn)健設(shè)計(jì)原理，不但考慮機(jī)構(gòu)制造誤差的隨機(jī)性，而且考慮機(jī)構(gòu)綜合中的模糊影響因素，對(duì)機(jī)器人機(jī)械手精度設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了探討，應(yīng)用穩(wěn)健性設(shè)計(jì)方法提高了機(jī)械手的可靠性；最后提出了機(jī)械手手部位姿誤差補(bǔ)償公式。在柔性機(jī)械手的精度分析中，將各種因素統(tǒng)一歸結(jié)為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參量誤差和運(yùn)動(dòng)變量誤差，并且為了分析多種因素對(duì)機(jī)器人位姿誤差的綜合影響和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，綜合考慮由機(jī)械手靜態(tài)誤差、關(guān)節(jié)柔性以及連桿柔性所引起的機(jī)器人位姿誤差，提出了機(jī)器人位姿誤差穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法。本文引入了并聯(lián)機(jī)器人誤差敏感系數(shù)，它反映了機(jī)器人機(jī)構(gòu)的解對(duì)原始誤差的敏感程度。分析了并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械手誤差公式模型，然后在容差穩(wěn)健設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)械手精度綜合。

簡(jiǎn)介：六自由度串聯(lián)機(jī)械手的位置逆解問題一直是機(jī)器人學(xué)研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。從逆解算法中得到的輸入輸出方程具有很大的理論研究?jī)r(jià)值，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行諸多機(jī)構(gòu)學(xué)問題的研究；另外，運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解也是機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡控制的關(guān)鍵。目前，已經(jīng)提出一些準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性都比較好的逆解算法，也有一些針對(duì)欠自由度機(jī)械手的逆解算法，但對(duì)于因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由度機(jī)械手的位置逆解都不能使它達(dá)到更多位姿，完成大部分原計(jì)劃任務(wù)。本文以這種因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由度機(jī)械手逆解算法問題為研究對(duì)象，提出了一種新的方法，并將其運(yùn)用于解決實(shí)際問題中。主要研究?jī)?nèi)容如下1六自由度機(jī)械手在一個(gè)關(guān)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，成為五自由度機(jī)械手或稱欠自由度機(jī)械手。如果機(jī)械手抓取的是棒狀物體，可以對(duì)手爪圍繞棒中心線的轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)不加限制，從而把這一轉(zhuǎn)動(dòng)虛擬成一個(gè)未知的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這樣欠自由度機(jī)械手的位置反解問題就轉(zhuǎn)換成含有六個(gè)未知量的位置反解問題。由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，成為對(duì)新的機(jī)構(gòu)的機(jī)械手進(jìn)行求解，且故障的關(guān)節(jié)是不確定的，因而反解程序須滿足這一不確定性要求。一旦位置反解的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立之后，解方程的過程與六自由度串聯(lián)機(jī)械手的算法類似。2本文在將關(guān)節(jié)變量的三角函數(shù)形式轉(zhuǎn)化為復(fù)指數(shù)形式的六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解算法的基礎(chǔ)上，采用將機(jī)械手末端姿態(tài)Γ虛擬成未知旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的方法分別對(duì)一般6R串聯(lián)機(jī)械手、一種1P5R機(jī)械手和一種雙關(guān)節(jié)6R機(jī)械手在不同關(guān)節(jié)發(fā)生故障時(shí)形成的欠自由度機(jī)械手進(jìn)行了位置逆解的求解。并通過數(shù)值算例，驗(yàn)證了機(jī)械手末端姿態(tài)Γ不加限制時(shí)，不同關(guān)節(jié)故障的六自由度機(jī)械手位置逆解的過程不同，并且解的個(gè)數(shù)也不同。這種具有容錯(cuò)性能的機(jī)械手位置逆解算法也可以用于一般的欠自由度機(jī)械手的位置逆解。3本文還在六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解特征值算法的基礎(chǔ)上，用C語言實(shí)現(xiàn)了六自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解算法，利用OPENGL函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手仿真系統(tǒng)。該算法采用矩陣?yán)碚摚瑢⑶蠼舛囗?xiàng)式的根轉(zhuǎn)化為直接求解矩陣特征值的問題，并且在軟件中用矩陣類實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣的操作，使得對(duì)矩陣的操作變得簡(jiǎn)單，從而滿足了機(jī)械手仿真軟件對(duì)位置逆解求解準(zhǔn)確性和快速性的要求。在實(shí)現(xiàn)的六自由度機(jī)器人仿真系統(tǒng)中，采用了參數(shù)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)使機(jī)器人的機(jī)構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù)可變，從而可以在該仿真軟件中實(shí)現(xiàn)不同的六自由度機(jī)器人的仿真，可以對(duì)研究者關(guān)于位置逆解或軌跡規(guī)劃等方面的研究結(jié)果進(jìn)行直觀的驗(yàn)證。