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    • 簡(jiǎn)介:傳動(dòng)裝置是車輛的重要組成部分,依靠高性能的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試,可降低車輛的研究成本,縮短開發(fā)周期。疲勞壽命試驗(yàn)是傳動(dòng)試驗(yàn)的重要環(huán)節(jié),由其特殊性要求必須采用機(jī)械手代替人手進(jìn)行自動(dòng)換檔操作。研制先進(jìn)的車輛傳動(dòng)試驗(yàn)換檔機(jī)械手,對(duì)提高我國(guó)車輛試驗(yàn)技術(shù)有著重要意義。本文以車輛傳動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)為課題背景,對(duì)車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)換擋機(jī)械手進(jìn)行設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。本文首先對(duì)車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,在研究分析國(guó)內(nèi)外換擋機(jī)械手的研究現(xiàn)狀后,提出數(shù)字交流伺服的三自由度直角坐標(biāo)換檔機(jī)械手方案。方案采用交流伺服驅(qū)動(dòng)方式完成X方向和Y方向的運(yùn)動(dòng),而Z方向通過萬(wàn)向節(jié)和滑動(dòng)副進(jìn)行隨動(dòng),解決了曲線換檔、三維轉(zhuǎn)化為二維的運(yùn)動(dòng)控制,可以實(shí)現(xiàn)任意檔位之間的切換,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于控制。其次,經(jīng)過大量的理論推導(dǎo),建立了機(jī)械手的數(shù)學(xué)模型。文中先對(duì)多自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析與建模,然后將本課題的換檔機(jī)械手空間運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,對(duì)其進(jìn)行理論分析與計(jì)算。最后利用MATLAB編寫仿真程序,進(jìn)一步驗(yàn)證了所建模型的正確性。然后,利甩ACTIVEX控件在VB中開發(fā)上位機(jī)控制程序,并解決檔位標(biāo)定、檔位示教等難題,既實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)的自動(dòng)化換檔操作,又增強(qiáng)了換擋機(jī)械手的通用性和智能化。最后,本文實(shí)現(xiàn)了換擋機(jī)械手與車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)DCS系統(tǒng)的集成。編寫MODBUS通訊程序,將換檔機(jī)械手控制系統(tǒng)無(wú)縫集成到DCS系統(tǒng)中。同時(shí)還將機(jī)械手仿真系統(tǒng)也集成到DCS中。研究DCS與MATLAB的通訊與數(shù)據(jù)共享,主要包括DCS數(shù)據(jù)的讀取、MATLAB與外部環(huán)境的數(shù)據(jù)共享。開發(fā)DCS與MATLAB通訊的程序及監(jiān)控界面,利用MODBUS控件實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS數(shù)據(jù)的讀取,通過MATLABACTIVEX自動(dòng)化服務(wù)器技術(shù)完成MATLAB與外部環(huán)境的數(shù)據(jù)共享。實(shí)現(xiàn)由DCS完成控制功能,MATLAB提供仿真模型及運(yùn)算分析,可充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì),為車輛傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試提供了較好的仿真環(huán)境,便于控制策略優(yōu)化的研究。
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      上傳時(shí)間:2024-03-12
      頁(yè)數(shù): 81
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    • 簡(jiǎn)介:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文基于計(jì)算機(jī)視覺的蘋果果袋圖像識(shí)別及摘除機(jī)械手爪的研究姓名趙延軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士專業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程指導(dǎo)教師徐麗明20060501獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名藝,J7垂螢時(shí)間。丑一6年上月譬日關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤,允許論文被查閱和借閱,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議研究生簽名名甚運(yùn)彝時(shí)間。卿;年』月蘿日導(dǎo)師簽名給洳R時(shí)間“年J月
      下載積分: 5 賞幣
      上傳時(shí)間:2024-03-10
      頁(yè)數(shù): 63
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      ( 4 星級(jí))
    • 簡(jiǎn)介:近年來(lái),各種醫(yī)療器械得到了飛速發(fā)展,康復(fù)機(jī)器人,手術(shù)輔助機(jī)器人,接骨機(jī)器人等相繼出現(xiàn)。而隨著人們生活水平的提高,以及對(duì)機(jī)器人的深入了解,人們也愿意使用機(jī)器人來(lái)為自己服務(wù)。比如買個(gè)掃地機(jī)器人來(lái)當(dāng)家庭保姆,去醫(yī)院找個(gè)接骨機(jī)器人為自己接骨,甚至可能讓機(jī)器人為自己做手術(shù),因?yàn)樵谟械臅r(shí)候,機(jī)器人可能比人做得更好。本課題中的胸外科手術(shù)主要是針對(duì)肺癌、食管癌等腫瘤開展治療。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前全球每年大約有120萬(wàn)人被診斷患有肺癌,而我國(guó)每年則高達(dá)21萬(wàn)人,與此同時(shí)我國(guó)也是世界上食管癌高發(fā)地區(qū)之一。傳統(tǒng)手術(shù)中,醫(yī)生需要多名助手撐開切口、撥開內(nèi)部臟器,一般的胸外科手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng),所以手術(shù)人員極易疲勞,從而造成切口撐開不到位,不能很好隔離內(nèi)部臟器與病灶,影響了醫(yī)生的手術(shù)視野和操作。而本文的機(jī)械臂就是為解決這一問題而開發(fā)研制的。本文的主要研究?jī)?nèi)容有分析了機(jī)械臂的工作空間及自由度,確定了傳動(dòng)方案,對(duì)機(jī)械臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),包括各轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)以及連接部件,并參考第一代機(jī)械臂,避免第一代機(jī)械臂中的一些問題。為了提高機(jī)械臂的安全性以及操作的舒適性,還為本機(jī)械臂設(shè)計(jì)了兩套自平衡系統(tǒng);在第四章里,為機(jī)械臂設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng),包括控制方案的選擇以及軟、硬件的設(shè)計(jì);硬件設(shè)計(jì)包括電流監(jiān)測(cè)模塊、制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊以及電源模塊;系統(tǒng)的控制軟件,直接采用COPLEY驅(qū)動(dòng)器自帶的圖形化控制程序,為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及快速響應(yīng)性,并對(duì)系統(tǒng)采用了簡(jiǎn)單可靠的PPI控制;最后,對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試試驗(yàn),包括實(shí)際工作空間以及末端關(guān)節(jié)實(shí)際受力大小的測(cè)試,從而驗(yàn)證樣機(jī)是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求,并通過測(cè)試試驗(yàn)分析樣機(jī)存在的一些問題,從而為下一機(jī)械臂的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。
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      上傳時(shí)間:2024-03-10
      頁(yè)數(shù): 67
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    • 簡(jiǎn)介:國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)如何解決機(jī)械手自由度數(shù)、驅(qū)動(dòng)方式、重量、靈活性、抓取能力、可靠性之間的矛盾問題,進(jìn)行了大量的研究。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指驅(qū)動(dòng)器數(shù)目少于自由度數(shù)目的機(jī)構(gòu),基于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、抓取力大,抓取物體時(shí)具有形狀自適應(yīng)能力,手指可完全包絡(luò)物體,能夠解決目前機(jī)械手存在的問題。本文設(shè)計(jì)了一種基于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械手爪,欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用四連桿機(jī)構(gòu)和平行限位機(jī)構(gòu)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、抓持力大、操作方便,機(jī)械手有三個(gè)手指,采用4個(gè)驅(qū)動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手11個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)。三個(gè)手指之間的相對(duì)位置可根據(jù)抓取目標(biāo)物的形狀而改變以保證抓取的可靠性,可用于不同形狀和尺寸的目標(biāo)物的抓取作業(yè)。本文對(duì)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的原理和驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行研究,對(duì)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)方式,具有驅(qū)動(dòng)力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn);對(duì)機(jī)械手的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行研究,并采用ANSYS軟件對(duì)其關(guān)鍵零部件進(jìn)行了力學(xué)分析和強(qiáng)度校核對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行仿真研究,完成機(jī)械手抓取不同目標(biāo)物如細(xì)桿、圓球、柱體等時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真;設(shè)計(jì)了基于PVDF的觸覺傳感器,傳感器具有接觸覺、力覺和滑覺,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)證明該傳感器能夠滿足機(jī)械手抓取物體時(shí)對(duì)觸覺信號(hào)的要求。利用PROE工程軟件,建立欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手各零部件的三維模型,分析運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)關(guān)系,合理制訂裝配順序,生成欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的實(shí)體模型。對(duì)機(jī)械手的單個(gè)手指進(jìn)行了靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
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      上傳時(shí)間:2024-03-10
      頁(yè)數(shù): 73
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    • 簡(jiǎn)介:哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文基于雙目立體視覺的機(jī)械臂手端定位方法研究姓名陳戈軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士專業(yè)模式識(shí)別與智能系統(tǒng)指導(dǎo)教師陸軍20090101哈爾濱T程人學(xué)碩十學(xué)位論文ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFIMAGEPROCESSINGTECHNOLOGYANDTHEENHANCEDABILITYOFCOMPUTERFORPROCESSINGDIGITALSIGNAL,ASANEWFIELDBASEDOILVARIOUSINTERDISCIPLINARYTHETHEORYRESEARCHANDPRACTICALAPPLICATIONOFTHECOMPUTERVISIONHASMADEGREATPROGRESSTHISPAPERFIRSTINTRODUCESTHEDESIGNANDDEBUGGINGOFMANIPULATOR,ANDFOCUSONTHEPROBLEMSANDTHECORRESPONDINGSOLUTIONMETHODSDURINGTHEDEBUGGINGOFMANIPULATOL’INSTALLATION,SOEDUCESTHEAIMOFTHISRESEARCHISTEALIZEAUTOMATICPOSITIONINGOFTHEMANIPULATOR’SHANDBYUSINGTHEBINOCULARSTEREOVISIONTECHNOLOGYAPPLIEDTOTHECONTROLSYSTEMOFMANIPULATORWHICHCANINCREASETHEAUTOMATIONDEGREEOFTHECONTROLSYSTEMOFMANIPULATOR、ACCORDINGTOREALTIMEANDPRECISIONOFTHEMANIPULATORTHISPAPERFOCUSESONTHREECOMPONENTSOFBINOCULARSTEREOVISIONCAMERACALIBRATION,STEREOMATCHINGAND3DINFORMATIONCALCULATION,ANDFORWARDKINEMATICSOFTHEMANIPULATORINCAMERACALIBRATIONANIMPROVEDZHANG’SCALIBRATIONMETHODISADOPTEDTHELENS’RADIALANDTANGENTIALDISTONIOAISFULLYCONSIDERED,WHICHMAKE’THECAMERACALIBRATIONRESULTSHAVEHIGHERPRECISIONANDWIDERAPPLICATIONSCOPEBECAUSEOFREQUIREMENTFORHIGHLYEFFICIENTREALTIME,INSTEREOMATCHING,ANIMPROVEDHOUGHTRANSFORMISADOPTEDTOEXTRACTCIRCLECENTREOFTHEARTIFICIALCOLOURINGTUBEHOLE,USINGTHEEXTRACTEDCIRCLECENTREASMATCHINGFEATURE,ANDTHENUSINGTHEFEATUREMATCHINGWHICHHASSMALLCOMPUTATIONALAMOUNTANDRAPIDSPEEDCHARACTERSTOCALCULATEDISPARITY3DINFORMATIONOFTHESPACEFEATUREPOINTINTHEREFERENCEFRAMEISCALCULATEDACCORDINGTOTHEDISPARITYANDTRIANGULATIONPRINCIPLEBECAUSETHE3DINFORMATIONOFTHESPACEFEATUREPOINTINTHEWORLDCOORDINATESYSTEMISKNOWN,ACCORDINGTOCOORDINATETRANSFORMATIONANDTRIANGULARVECTORPRINCIPLE,3DINFORMATIONOFTHEMIDDLEDIRECTIONTOECANBECALCULATED
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      上傳時(shí)間:2024-03-10
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    • 簡(jiǎn)介:本文密切結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,以二自由度高速輕型并聯(lián)機(jī)械手DIAMOND為對(duì)象,研究了提高其速度與精度的控制策略和方法,并取得如下成果□借助矢量法構(gòu)造了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型,并用消元法導(dǎo)出了機(jī)構(gòu)正解模型。在此基礎(chǔ)上,利用虛功原理建立了機(jī)構(gòu)剛體動(dòng)力學(xué)模型,從而為軌跡規(guī)劃與機(jī)械手控制提供了必要的理論基礎(chǔ)。提出了一種適用于高速輕型并聯(lián)機(jī)械手的軌跡規(guī)劃方法。該方法以機(jī)械手最小運(yùn)行周期為目標(biāo)函數(shù),同時(shí)兼顧其對(duì)伺服系統(tǒng)輸入力矩的影響,在操作空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃,并通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型將其映射到關(guān)節(jié)空間進(jìn)行正弦、多項(xiàng)式和修正梯形模式選優(yōu)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一柔性有障礙弧線過渡路徑規(guī)劃方案,從而為機(jī)械手高速、高精度控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。提出了一種新的定常PID參數(shù)整定方法。該方法綜合考慮機(jī)電耦合效應(yīng)和全域性能指標(biāo),在操作空間設(shè)計(jì)一帶權(quán)重軌跡,并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆動(dòng)力學(xué)模型,建立了以末端執(zhí)行器均方根誤差最小為目標(biāo)函數(shù)的整定方案,從而有效地解決了傳統(tǒng)整定方法因其多目標(biāo)函數(shù)相互制約而導(dǎo)致很難得到最優(yōu)解的問題,保證了機(jī)械手在全域空間性能趨優(yōu)。提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制策略,深入探討了其在高速并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制方面的實(shí)時(shí)性與可靠性問題。其453型網(wǎng)絡(luò)時(shí)變PID算法有效地解決了恒定增益難于保證高速并聯(lián)機(jī)械手動(dòng)態(tài)品質(zhì)的問題,從而極大地提高了系統(tǒng)控制精度。提出了一種外環(huán)PID控制與內(nèi)部非線性反饋環(huán)節(jié)相結(jié)合的計(jì)算力矩控制策略。該策略通過構(gòu)建非線性反饋質(zhì)量矩陣,合理地將機(jī)構(gòu)角加速度誤差與伺服系統(tǒng)輸入力矩聯(lián)系起來(lái),從而有效地補(bǔ)償了動(dòng)力學(xué)因素引起的跟蹤誤差。以上工作對(duì)于推動(dòng)高速輕型并聯(lián)機(jī)械手控制方法研究,拓展其工程應(yīng)用具有重要的意義。
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      上傳時(shí)間:2024-03-10
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    • 簡(jiǎn)介:隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展,以加工中心為代表的高檔數(shù)控機(jī)床的需求量與日俱增,作為加工中心的關(guān)鍵功能部件____自動(dòng)換刀機(jī)械手的國(guó)產(chǎn)化問題得到了國(guó)家的高度重視。2007年5月國(guó)家發(fā)布了高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項(xiàng),并將“大型刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置”列入國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃和國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要。為實(shí)現(xiàn)加工中心關(guān)鍵功能部件的國(guó)產(chǎn)化,本文以弧面凸輪式換刀機(jī)械手為對(duì)象,開展了換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)過程設(shè)計(jì)、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零件弧面凸輪的設(shè)計(jì)和加工等研究工作。論文完成的主要工作以下1根據(jù)加工中心對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的工作要求,完成了弧面凸輪式換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)過程的設(shè)計(jì),按修正正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成了主動(dòng)件弧面凸輪工作輪廓面的設(shè)計(jì),并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化。2應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件UG建立了換刀機(jī)械手主要部件的三維零件模型和裝配模型,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了裝配間隙分析和干涉檢查,開發(fā)了自動(dòng)換刀機(jī)械手的虛擬樣機(jī)。3針對(duì)加工中心自動(dòng)換刀裝置中的核心部件弧面凸輪,采用了基于滾子中心線的建模方法,解決了傳統(tǒng)方法中用共軛曲面理論建立曲面輪廓方程所存在的不足?;赨G平臺(tái),應(yīng)用其二次開發(fā)工具UGGRIP完成了弧面凸輪的建模和數(shù)控加工程序的開發(fā)工作。4分析了用DMU80T和FSK25G五軸聯(lián)動(dòng)加工中心進(jìn)行凸輪加工的工藝方案,開發(fā)了凸輪加工刀具位置源文件(CLSF),并針對(duì)FSK25G五軸聯(lián)動(dòng)加工中心建立了虛擬數(shù)控機(jī)床,利用仿真技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,證實(shí)了刀軌的正確性和在FSK25G機(jī)床上加工的可行性。
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    • 簡(jiǎn)介:本文綜合運(yùn)用圖像處理技術(shù)、串口通訊技術(shù)、VC程序設(shè)計(jì)及PLC控制機(jī)械手技術(shù)等設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于圖像處理的人和機(jī)械手面對(duì)面的象棋對(duì)弈系統(tǒng)人走棋后的棋子的位置分布信息由低成本普通攝像頭實(shí)時(shí)傳給計(jì)算機(jī),通過圖像處理技術(shù)判斷出人的走步后,上位機(jī)再調(diào)用預(yù)存的象棋規(guī)則程序計(jì)算出機(jī)械手下一步的作戰(zhàn)策略,并通過串口通訊技術(shù)傳給下位機(jī)PLC以使其來(lái)控制機(jī)械手的具體走步。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)在于用圖像采集裝置來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的位置傳感器,利用圖像處理結(jié)果作為棋子的位置反饋信號(hào),實(shí)現(xiàn)了位置信號(hào)的非接觸式測(cè)量,大大節(jié)約了系統(tǒng)的成本。首先從采集到的象棋盤圖像產(chǎn)生幾何失真的原因及算法執(zhí)行的速度、精度方面著手,經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)分析,得到了適合本系統(tǒng)的快速有效的幾何畸變校正方法,成功實(shí)現(xiàn)了象棋盤的校正并達(dá)到了良好的效果;然后對(duì)畸變校正后的圖像采用了既能準(zhǔn)確提取目標(biāo)特征又不會(huì)消耗太多計(jì)算量的顏色提取的算法,實(shí)現(xiàn)了紅色象棋子的識(shí)別;從功能和設(shè)計(jì)特點(diǎn)等方面考慮完成了硬件設(shè)備的選型,并給出了PLC與步進(jìn)電機(jī)的控制電路原理圖,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì);從上位機(jī)的圖像處理模塊、串口通訊模塊和下位機(jī)PLC的控制模塊這三個(gè)部分著手,以VC為集成軟件開發(fā)環(huán)境,完成了整套系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。將圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于對(duì)機(jī)械手操作目標(biāo)的監(jiān)測(cè)與識(shí)別,適應(yīng)了現(xiàn)代化的工業(yè)要求,具有良好的應(yīng)用與發(fā)展前景,因此本課題具有重要的研究意義。
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    • 簡(jiǎn)介:本文密切結(jié)合天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目,以具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速并聯(lián)機(jī)械手為對(duì)象,研究了二自由度并聯(lián)機(jī)械手控制及精度補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù),并據(jù)此搭建了PID控制試驗(yàn)平臺(tái)以及基于激光跟蹤儀的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定試驗(yàn)平臺(tái)。取得如下成果1以DIAMOND二自由度并聯(lián)機(jī)械手為例,利用矢量鏈分析方法構(gòu)造二自由度并聯(lián)機(jī)械手末端動(dòng)平臺(tái)位姿誤差與各零部件幾何誤差源之間的映射關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,將影響末端可控和非可控誤差的幾何誤差源進(jìn)行區(qū)分,再通過測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際輸出與理想輸出間的偏差,并以此辨識(shí)控制系統(tǒng)中理想模型參數(shù)的誤差,進(jìn)而通過對(duì)控制器中參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)機(jī)械手末端位姿的誤差補(bǔ)償。2綜合考慮電機(jī)耦合效應(yīng)、全域綜合性能及隨位姿實(shí)時(shí)變化的慣性負(fù)載,在操作空間內(nèi)設(shè)計(jì)三條帶權(quán)重的運(yùn)動(dòng)軌跡,利用運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解模型,直接建立以末端執(zhí)行器操作空間的方均根誤差最小為優(yōu)化目標(biāo)的整定方案,對(duì)伺服控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行整定。3建立了PID控制試驗(yàn)平臺(tái)以及基于激光跟蹤儀的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定試驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了誤差補(bǔ)償方法,以及上述伺服系統(tǒng)參數(shù)整定方法的正確性和有效性。上述研究成果不僅對(duì)高速并聯(lián)機(jī)械手開發(fā)具有一定的指導(dǎo)作用,而且還對(duì)其整機(jī)開發(fā)及其工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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    • 簡(jiǎn)介:隨著科技的發(fā)展,并聯(lián)機(jī)構(gòu)越來(lái)越多地運(yùn)用到機(jī)器人領(lǐng)域。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有閉環(huán)特性,與串聯(lián)機(jī)器人大不相同,于是并聯(lián)機(jī)器人的控制問題受到極大關(guān)注。本文以兩自由度平面并聯(lián)機(jī)械手為研究對(duì)象,研究了基于模糊規(guī)則調(diào)整力矩變化的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。對(duì)兩自由度平面并聯(lián)機(jī)械手進(jìn)行了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,分別利用虛功原理和凱恩方法建立了機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程,為實(shí)現(xiàn)控制策略提供基礎(chǔ)控制模型。變結(jié)構(gòu)控制最大的優(yōu)點(diǎn)是其滑動(dòng)模態(tài)對(duì)加給系統(tǒng)的干擾和系統(tǒng)的攝動(dòng)具有完全自適應(yīng)性,而且系統(tǒng)狀態(tài)一旦進(jìn)入滑模運(yùn)動(dòng),便快速地收斂到控制目標(biāo)。這種方法最致命的缺點(diǎn)是在獲得滑模運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也伴隨著高頻抖振現(xiàn)象,這是由于滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性引起的。所以,希望變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制相結(jié)合,能夠達(dá)到削弱抖振和快速響應(yīng)的目的。利用指數(shù)趨近律,設(shè)計(jì)了一種滑模變結(jié)構(gòu)控制器,趨近律的引入,不但保證了永遠(yuǎn)滿足到達(dá)條件,而且保證了滑動(dòng)模態(tài)的存在。變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制結(jié)合,通過模糊規(guī)則調(diào)整力矩的變化形成了一種快速響應(yīng)的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制器。利用MATLAB,給定兩個(gè)參考輸入信號(hào)模擬仿真,得出了兩個(gè)主動(dòng)臂角位移誤差和角速度誤差以及滑模面的運(yùn)動(dòng),分析了參數(shù)、、CKΕ對(duì)系統(tǒng)的影響,通過模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制器和一般變結(jié)構(gòu)控制器仿真結(jié)果的對(duì)比分析,檢驗(yàn)了方案的可行性和模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法的有效性。
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    • 簡(jiǎn)介:移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制問題具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。平臺(tái)和機(jī)械手兩個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)是移動(dòng)機(jī)械手優(yōu)于移動(dòng)機(jī)器人和傳統(tǒng)機(jī)械臂的根本所在,這使該系統(tǒng)具有更加明顯的實(shí)用價(jià)值;而有的平臺(tái)受到非完整約束,使移動(dòng)機(jī)械手成為典型的非完整系統(tǒng),非完整系統(tǒng)的控制一直是控制理論界的研究熱點(diǎn)。本文以移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)為背景,結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“移動(dòng)機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制”,對(duì)其協(xié)調(diào)控制問題展開研究。首先,對(duì)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)及其控制問題進(jìn)行了介紹,綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)和非完整系統(tǒng)控制的研究進(jìn)展,并闡述了選題背景和論文主要內(nèi)容。其次,指出輪式移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)是一類典型的非完整系統(tǒng)。不加證明地給出了非完整系統(tǒng)和輪式移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和各自的結(jié)構(gòu)特性,并說明了各自的控制問題的描述。第三,非完整系統(tǒng)自身的特性給其控制問題的仿真帶來(lái)了相當(dāng)大的難度,我們?cè)贛ATLAB環(huán)境下開發(fā)了一個(gè)仿真平臺(tái),可以進(jìn)行各種非完整系統(tǒng)軌跡跟蹤控制問題的仿真,為論文的后續(xù)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第四,針對(duì)不確定非完整動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性,提出一種基于動(dòng)力學(xué)模型的滑模軌跡跟蹤控制器。保證閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定或指數(shù)穩(wěn)定,控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。該算法用于輪式移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)控制。第五,將移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)通過變換化成由鏈?zhǔn)较到y(tǒng)和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)組成的串級(jí)系統(tǒng)模型。在考慮不確定性的情況下,提出一種運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)相結(jié)合控制算法,保證了閉環(huán)系統(tǒng)所有狀態(tài)的漸近跟蹤,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。第六,假設(shè)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)可分成結(jié)構(gòu)參數(shù)已知的標(biāo)稱系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)未知的不確定系統(tǒng)兩部分,提出一種計(jì)算力矩加模糊補(bǔ)償?shù)目刂品椒?,模糊系統(tǒng)用來(lái)逼近整個(gè)系統(tǒng)的集中不確定性,參數(shù)基于LYAPUNOV方法自適應(yīng)調(diào)節(jié),仿真結(jié)果展示了其良好的動(dòng)態(tài)特性。最后,對(duì)取得的研究成果進(jìn)行了總結(jié),并展望了需要進(jìn)一步研究的工作。
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    • 簡(jiǎn)介:本論文是在國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“危險(xiǎn)化學(xué)反應(yīng)器泄漏檢測(cè)與修補(bǔ)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)”(2003AA421040)的支持下,以HEBUTⅡ移動(dòng)機(jī)械手為研究對(duì)象,進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究。論文首先介紹了移動(dòng)機(jī)械手硬件系統(tǒng),之后對(duì)移動(dòng)機(jī)械手中機(jī)械手部分的機(jī)構(gòu)選型及移動(dòng)機(jī)械手整體工作空間進(jìn)行了分析。對(duì)移動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了理論闡述和計(jì)算,建立了移動(dòng)機(jī)械手統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型,并用軟件進(jìn)行了仿真分析。在此基礎(chǔ)上,研究了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像識(shí)別、基于雙目立體視覺目標(biāo)位置的三維重構(gòu)及對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視覺伺服跟蹤。論文主要的創(chuàng)新性工作如下1圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺中大量算法都是采用HIS色彩模型,HIS模型中的I分量與圖像的彩色信息無(wú)關(guān),與顏色信息相關(guān)的H、S分量不隨光照條件的變化而變化,因此非常適合視覺系統(tǒng)感知彩色特性的圖像處理算法。本文采用基于HIS模型的閾值分割法是對(duì)原始圖像的各個(gè)像素顏色的H、S值進(jìn)行分析,尋找背景區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域的顏色分布特征,然后在分別確定合理的H和S閾值之后,兩者相“與”,使其與背景顏色不同的目標(biāo)區(qū)域分割出來(lái)。2因?yàn)椴杉降膱D像要經(jīng)過分割及預(yù)處理,需要很大的運(yùn)算量,速度非常慢,不利于對(duì)目標(biāo)的快速檢測(cè)。故本文提出了平均化分割的思想,其基本思路是在判斷目標(biāo)區(qū)域時(shí),將上一步得到的二值化圖像分成NN等份,在每一等份中黑色像素占全部像素的比例超過某一閾值時(shí),就認(rèn)為此等份為目標(biāo)區(qū)域,比例少于某一閾值的等份被認(rèn)為是背景區(qū)域,直到整幅圖像都檢測(cè)完畢。這樣得到的圖像在信息量上大大減少,分辨率減少到NN;在保證原有圖像不失真的前提下,大大降低了圖像處理的計(jì)算量,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖像濾波。3本論文將計(jì)算機(jī)視覺理論、算法與圖像處理相結(jié)合,用攝像機(jī)拍攝目標(biāo),對(duì)目標(biāo)的圖像進(jìn)行分析與處理,對(duì)目標(biāo)上某點(diǎn)進(jìn)行三維重建,確定目標(biāo)的空間方位,實(shí)現(xiàn)測(cè)距。攝像機(jī)標(biāo)定是對(duì)空間物體進(jìn)行三維重建必不可少的前提,本文通過對(duì)常用的攝像機(jī)模型及標(biāo)定方法算法的分析,提出了利用最小二乘法實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)標(biāo)定的方法。4在對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí),為了提高處理速度,滿足跟蹤實(shí)時(shí)性的要求,采用計(jì)算機(jī)和圖像采集卡各自獨(dú)立完成數(shù)據(jù)處理的并行方式,即圖像采集卡在采集圖像的同時(shí),計(jì)算機(jī)可以處理圖像數(shù)據(jù),圖像采集不占用主機(jī)CPU時(shí)間,可以將所有時(shí)間都用來(lái)處理數(shù)據(jù)。考慮到實(shí)時(shí)性的要求及算法的復(fù)雜性,在目標(biāo)跟蹤方法中,采用通過對(duì)比前后兩幀圖像中目標(biāo)區(qū)域質(zhì)心位置的變化,確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的方向,算法簡(jiǎn)單卻實(shí)用可行,利于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速跟蹤處理。5采用蒙特卡羅方法計(jì)算多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作空間,并對(duì)各關(guān)節(jié)變量進(jìn)行組合,利用機(jī)械手的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程計(jì)算出機(jī)械手末端桿件端點(diǎn)的坐標(biāo)值,形成移動(dòng)機(jī)械手的工作空間。6通過對(duì)HEBUTⅡ移動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)了笛卡爾坐標(biāo)空間到關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)變換。在移動(dòng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,建立了移動(dòng)機(jī)械手統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)模型。利用UG繪制移動(dòng)機(jī)械手,導(dǎo)入ADAMS建立其虛擬樣機(jī),解算出機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型所需的連桿偽慣量矩陣。得到了實(shí)時(shí)的關(guān)節(jié)力矩變化情況,各關(guān)節(jié)力矩與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化值之間的仿真曲線。
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    • 簡(jiǎn)介:隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,世界很多國(guó)家都開始重視對(duì)海洋資源的開發(fā)和利用。作為海洋開發(fā)的重要工具,水下機(jī)械手的研究日益受到人們的關(guān)注,水下機(jī)械手工作在復(fù)雜的海洋水中環(huán)境中,水壓、腐蝕、海流、潮汐、浪涌等都將影響到水下機(jī)械手的控制性能。因此水下機(jī)械手的研究對(duì)提高水下作業(yè)能力及智能化水平具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。體系結(jié)構(gòu)與作業(yè)控制技術(shù)是水下機(jī)械手研究的關(guān)鍵問題之一,本文在對(duì)水下機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)分析及控制系統(tǒng)分析和研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于速度內(nèi)環(huán)和位置外環(huán)的水下機(jī)械手雙閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)。速度內(nèi)環(huán)采用PI控制,有助于抑制振蕩,減小超調(diào),提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能;位置外環(huán)采用P控制,有助于保證系統(tǒng)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)跟蹤的性能。對(duì)于水下機(jī)械手位置伺服控制系統(tǒng),水池實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于速度內(nèi)環(huán)和位置外環(huán)的水下機(jī)械手雙閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)適合水下環(huán)境的要求,控制精度高,具有較好的抗干擾能力,同時(shí)也驗(yàn)證了這種控制方法的有效性和可行性??紤]到為無(wú)人無(wú)纜水下機(jī)器人AUV所配備的水下機(jī)械手的應(yīng)用背景及工作環(huán)境的特殊性,控制系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的大時(shí)延會(huì)影響整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低系統(tǒng)的控制品質(zhì)。針對(duì)這一問題,本文提出了在水下機(jī)械手閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道和反饋通道增加了時(shí)延緩沖器和時(shí)延補(bǔ)償器的方法,以減小時(shí)延對(duì)水下機(jī)械手控制系統(tǒng)的影響。前向通道時(shí)延補(bǔ)償器采用SMIM補(bǔ)償。SMITH補(bǔ)償是在閉環(huán)系統(tǒng)中增加一個(gè)補(bǔ)償環(huán)節(jié),使補(bǔ)償后系統(tǒng)的控制通道及系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母不再含有延遲環(huán)節(jié),從而改善控制系統(tǒng)的控制性能及穩(wěn)定性;反饋通道時(shí)延補(bǔ)償器是在控制系統(tǒng)的前向通道增加一個(gè)補(bǔ)償器,使補(bǔ)償后的系統(tǒng)等效于沒有時(shí)延時(shí)的控制系統(tǒng),以減小時(shí)延對(duì)控制系統(tǒng)的影響。由于深海作業(yè)水下機(jī)械手的時(shí)延具有隨機(jī)性、可變性和不可預(yù)測(cè)性,是一種變時(shí)延。采用時(shí)延緩沖器,把變時(shí)延轉(zhuǎn)換成固定時(shí)延,再進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償控制。水池實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所提時(shí)延補(bǔ)償方法的有效性和可行性。
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