簡介：本文首先簡要介紹了SIWRⅡ型水下機(jī)械手運(yùn)動學(xué)模型得出了其可達(dá)空間的數(shù)學(xué)表達(dá)式在此基礎(chǔ)上利用機(jī)械手各關(guān)節(jié)力和力矩的遞推算法對SIWRⅡ型水下機(jī)械手的的各關(guān)節(jié)驅(qū)動力和驅(qū)動力矩進(jìn)行了靜力學(xué)的分析和研究建立了機(jī)械手在平衡狀態(tài)下的各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩計(jì)算公式并開發(fā)出方便、快捷的計(jì)算程序運(yùn)用關(guān)節(jié)空間法描述了機(jī)械手的三種運(yùn)動軌跡三次多項(xiàng)式、三角函數(shù)、五次多項(xiàng)式在此基礎(chǔ)上對SIWRⅡ型水下機(jī)械手在上述三種運(yùn)動軌跡的情況下各關(guān)節(jié)的力矩變化情況進(jìn)行了分析并用MATLAB仿真出力矩變化結(jié)果得出一些關(guān)于運(yùn)動軌跡和各關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩之間關(guān)系的結(jié)論

簡介：隨著中國制造業(yè)發(fā)展和競爭的加劇，對加工效率和加工質(zhì)量都提出了新的要求，沖壓、鍛壓及數(shù)控加工的工件自動裝卸成為制造廠家在生產(chǎn)過程中的重要需求。目前制造業(yè)中的工件自動裝卸大多由專業(yè)廠家制造的關(guān)節(jié)式機(jī)器人來完成。通用型關(guān)節(jié)式機(jī)器人憑其通用性強(qiáng)，柔性高的優(yōu)點(diǎn)可以很容易實(shí)現(xiàn)工件裝卸的自動化，但是其造價(jià)貴，體積大，能耗高、效率低、維修調(diào)試復(fù)雜的缺點(diǎn)也阻礙了這種自動裝卸機(jī)械手在普通加工制造業(yè)的廣泛應(yīng)用。本課題主要研究如何利用低成本的模塊化氣、電執(zhí)行元件和工業(yè)型材，結(jié)合CADCAE技術(shù)，建造專用門架式機(jī)械手，取代現(xiàn)有的關(guān)節(jié)式機(jī)器人，應(yīng)用于鐵道扣件鍛壓生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)鍛壓生產(chǎn)的工件自動裝卸，同時(shí)通過對多臺機(jī)械手動作的協(xié)調(diào)規(guī)劃和集中控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鐵道扣件的自動化生產(chǎn)。論文完成的主要研究工作包括以下幾個(gè)方面①根據(jù)扣件生產(chǎn)廠家的工藝要求，規(guī)劃自動生產(chǎn)線流程；②按生產(chǎn)流程和模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)優(yōu)化機(jī)械手的運(yùn)動軌跡；③按運(yùn)動軌跡選擇執(zhí)行元件，根據(jù)元件參數(shù)仿真運(yùn)動速度，校核生產(chǎn)節(jié)拍；④建立門架式機(jī)械手的詳細(xì)三維模型，校核力學(xué)性能、檢驗(yàn)運(yùn)動干涉；⑤三維模型轉(zhuǎn)工程詳圖，交付制造，安裝調(diào)試，投產(chǎn)使用。通過分析、研究、設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試的全部過程，解決了搭建門架式機(jī)械手所涉及的技術(shù)問題，成功的開發(fā)出一套用于鐵道扣件生產(chǎn)的連續(xù)上下料系統(tǒng)，該成果可為類似行業(yè)提供技術(shù)示范，促進(jìn)了門架式機(jī)械手在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

簡介：隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和知識經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來越大的作用機(jī)械手的設(shè)計(jì)和改進(jìn)日益受到人們的關(guān)注振動對機(jī)械手的精確定位有很大的影響因此振動控制在機(jī)械手的軌跡控制中起著重要的作用該文對某機(jī)器人公司制造的一種型號注塑機(jī)械手進(jìn)行動力分析和振動控制研究通過對機(jī)械手的有限元分析、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改改善機(jī)械手動態(tài)性能減小在工作過程中的振動提高機(jī)械手的定位精度應(yīng)用有限元數(shù)值分析軟件ANSYS對所設(shè)計(jì)的某型號注塑機(jī)械手進(jìn)行數(shù)值仿真分析針對實(shí)際工況分析機(jī)械手的瞬態(tài)動力響應(yīng)指出該機(jī)械手設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)說明減小動力響應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)途徑對機(jī)械手進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析根據(jù)優(yōu)化的分析結(jié)果對機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)對優(yōu)化后的的機(jī)械手進(jìn)行再分析將所求得的結(jié)果與優(yōu)化前的結(jié)果進(jìn)行對比優(yōu)化后的機(jī)械手的動態(tài)特性有很大的改進(jìn)低階固有頻率有了較大的增大取得了較好的減振效果嘗試將動力吸振器和NOPD阻尼技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械手的振動控制并利用ANSYS進(jìn)行動力學(xué)響應(yīng)分析分析結(jié)果表明這兩種阻尼器均能減少機(jī)械手在工作過程中的振動較好地提高機(jī)械手手臂的定位精度研究表明利用有限元分析軟件ANSYS對機(jī)械手進(jìn)行動力仿真通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和振動控制模擬可以提高機(jī)械手的振動特性為機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)、動力響應(yīng)控制提供了一種可靠的方法

簡介：機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它可以替代工人完成危險(xiǎn)、繁重、單調(diào)的勞動，并大大提高生產(chǎn)效率，目前正廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)現(xiàn)代化程度的進(jìn)一步提高，必然對機(jī)械手的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性及智能性提出進(jìn)一步更高的要求。針對這種要求，本文提出了一種基于ARM和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII的機(jī)械手嵌入式控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)任務(wù)的合理劃分，以及任務(wù)的調(diào)度與通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，這樣可以很好地提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性。同時(shí)，順應(yīng)智能化機(jī)械手的發(fā)展趨勢，本文提出了一種簡易低成本的滑覺傳感器，并對該滑覺傳感器的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析與研究。本文首先介紹了機(jī)械手的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)UCOSII是系統(tǒng)軟件體系的核心，為了更好地進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，本文第二章介紹了UCOSII的內(nèi)核。第三章和第四章分別重點(diǎn)詳細(xì)介紹了機(jī)械手嵌入式控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)。第五章提出了一種簡易低成本的滑覺傳感器，通過對該滑覺傳感器的實(shí)驗(yàn)分析與研究，得出該滑覺傳感器的研究與應(yīng)用具有較強(qiáng)的可行性。第六章對全文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了其中的不足，有待自己進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與研究。

簡介：點(diǎn)擊查看更多反恐排爆機(jī)器人機(jī)械手的設(shè)計(jì)和控制.pdf精彩內(nèi)容。

簡介：隨著科技水平的提高，冶金行業(yè)不斷進(jìn)行自動化改造和結(jié)構(gòu)升級。國內(nèi)冶金行業(yè)的大部分企業(yè)工人的工作環(huán)境惡劣且效率低下，因而機(jī)器人自動化應(yīng)運(yùn)而生。本課題研究運(yùn)用機(jī)器人技術(shù)解決鋁液澆鑄生產(chǎn)線中鋁液廢渣自動清除的問題。本文主要對基于“PLC（可編程邏輯控制器）＋變頻器＋交流異步電機(jī)”的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。文中首先對鋁液澆鑄機(jī)械手的組成、應(yīng)用狀況以及發(fā)展趨勢進(jìn)行了論述。然后對鋁液澆鑄機(jī)生產(chǎn)線的基本概況進(jìn)行了介紹，通過對自動扒渣機(jī)械手控制流程的分析明確了自動扒渣機(jī)械手的功能需求和動作流程，提出了自動扒渣機(jī)械手的結(jié)構(gòu)方案。運(yùn)用AUTOCAD和CATIA設(shè)計(jì)軟件，完成自動扒渣機(jī)械手的零部件設(shè)計(jì)和自動扒渣機(jī)械手的三維模型建立。為降低成本，機(jī)械手控制系統(tǒng)采用以西門子公司S7－200PLC為主控制器，普通交流異步電機(jī)與變頻器作為執(zhí)行單元的控制方案。最后完成了PLC的硬件接線和運(yùn)動控制程序的開發(fā)與調(diào)試。目前，該自動扒渣機(jī)械手已經(jīng)在鋁鑄件生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用運(yùn)行。使用結(jié)果表明，本文采用的“PLC＋變頻器＋交流異步電機(jī)”控制系統(tǒng)方案能滿足鋁液廢渣自動清除要求，并具有可靠性好、成本低的特點(diǎn)。

簡介：隨著社會的進(jìn)步和康復(fù)醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，人們對肢體殘疾患者的康復(fù)越來越重視，康復(fù)手段也越來越先進(jìn)。本文作者依據(jù)于人體仿生學(xué)、康復(fù)物理學(xué)、康復(fù)化學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)，研制了一套新型的手臂康復(fù)機(jī)械手，能幫助患者完成小臂擺動、手掌曲張和手指彎曲等被動運(yùn)動訓(xùn)練，以其恢復(fù)它們原有的功能。首先，本文根據(jù)人體手臂生理結(jié)構(gòu)和仿生學(xué)來設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)包括小臂機(jī)構(gòu)、手掌機(jī)構(gòu)和手指機(jī)構(gòu)，小臂機(jī)構(gòu)中還包括一個(gè)以適應(yīng)不同身高患者的伸縮機(jī)構(gòu)。利用DH方法對康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，得到了康復(fù)機(jī)械手的正逆運(yùn)動學(xué)方程，并對正運(yùn)動學(xué)方程進(jìn)行了驗(yàn)證；其次，選擇康復(fù)機(jī)械手的驅(qū)動方式為氣體驅(qū)動，根據(jù)肌肉產(chǎn)生驅(qū)動力實(shí)現(xiàn)人體動作，選擇氣缸作為執(zhí)行元件；根據(jù)康復(fù)機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)動作，設(shè)計(jì)合理的氣動原理圖，利用合適的元件，構(gòu)成康復(fù)機(jī)械手的氣體驅(qū)動系統(tǒng)；最后，對康復(fù)機(jī)械手的控制問題進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出開關(guān)量控制、遙控控制和計(jì)算機(jī)控制等控制方式。開關(guān)量控制和遙控控制適合家庭使用，計(jì)算機(jī)控制適合醫(yī)院和康復(fù)中心使用。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方式和小臂、手掌和手指運(yùn)動的可行性。此外，研制做出一個(gè)完整的機(jī)械手裝置，并參加了2011年遼寧省第十屆大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，獲二等獎。

簡介：本文結(jié)合職業(yè)教育教學(xué)改革需要，利用國家863高新技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目理論研究成果和國內(nèi)專利，設(shè)計(jì)開發(fā)了低成本、教學(xué)型串并混聯(lián)裝配機(jī)械手實(shí)驗(yàn)設(shè)備。文章首先提出教學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體要求，并據(jù)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的總體方案設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然后采用標(biāo)量法建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)正、逆解模型，得出機(jī)械手位移、速度標(biāo)量表達(dá)式，為數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。緊接著，根據(jù)可兼顧雅可比矩陣條件數(shù)全域均值和波動量間關(guān)系的全域綜合性能指標(biāo)，同時(shí)引入機(jī)構(gòu)的傳力性能、工作空間機(jī)構(gòu)體積比、以及工程可行性等一系列約束條件，將尺度綜合問題歸結(jié)為一類有約束非線性規(guī)劃問題。針對教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)得到機(jī)構(gòu)最優(yōu)尺度參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，借助ANSYS有限元軟件，分析動平臺位于工作空間中典型位置時(shí)機(jī)構(gòu)的剛度和固有頻率。針對與并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平面正交方向機(jī)構(gòu)剛度較差的情況，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并成功地應(yīng)用于機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā)。最后，根據(jù)機(jī)構(gòu)逆動力學(xué)模型，采用了奇異值分解原理確定伺服電機(jī)參數(shù)的新方法，建立了關(guān)節(jié)變量上界與單位操作變量間的映射關(guān)系，進(jìn)而預(yù)估出伺服電機(jī)參數(shù)。

簡介：本文在綜述了近年來機(jī)械手技術(shù)研究狀況和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合電機(jī)生產(chǎn)線的生產(chǎn)要求，對原有生產(chǎn)線進(jìn)行了分析和研究，指出了其存在的問題并提出了可行的改進(jìn)方案，在此基礎(chǔ)上對機(jī)械手進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，對機(jī)械手的機(jī)械部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并用CATIA軟件進(jìn)行了三維造型，與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊、小巧精致的最佳設(shè)計(jì)結(jié)果，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，得到了應(yīng)力變形位移圖和米塞斯等效應(yīng)力云圖，找到了應(yīng)力集中部位，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整和處理使其滿足應(yīng)力需求，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)之目的。在對機(jī)械手三維造型的基礎(chǔ)上，為了對機(jī)械手的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行控制，需要對機(jī)械手的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行分析和研究。機(jī)器人運(yùn)動學(xué)就是要建立各種運(yùn)動構(gòu)件和末端執(zhí)行器空間的位置、姿態(tài)之間的關(guān)系，為機(jī)器人位置的控制提供分析的手段和方法。因此，為了得到機(jī)械手位于任何期望位姿時(shí)關(guān)節(jié)變量的表達(dá)式，用機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)方程的DH表示法對卸料機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行了矩陣變換，得到了機(jī)械手的總變換矩陣。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)和建立了運(yùn)動關(guān)系逆向分析數(shù)學(xué)模型，求得了機(jī)械手的各個(gè)關(guān)節(jié)變量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。即給定機(jī)械手的最終要求的位置和姿態(tài)，求得了各關(guān)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)數(shù)學(xué)表達(dá)式。對于機(jī)械手的控制，本文采用的是PLC控制技術(shù)對其運(yùn)動進(jìn)行控制，為方便整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試與維修、應(yīng)付某些緊急情況，采用手動和自動相結(jié)合的操作方式，并編寫了手動和自動控制程序梯形圖，實(shí)現(xiàn)了手動、自動、單步、循環(huán)等控制要求。通過自動操作既提高了生產(chǎn)效率，又達(dá)到了很高的控制精度。機(jī)械手的位置檢測元件主要是使用限位開關(guān)進(jìn)行限位，而工件是否到位是使用光電開關(guān)來檢測。

簡介：機(jī)器人是二十世紀(jì)科技高速發(fā)展的的產(chǎn)物，各式各樣的機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)在我們的身邊，尤其是工業(yè)機(jī)器人即機(jī)械手臂的應(yīng)用最為廣泛，因此機(jī)械手臂的控制問題一直倍受科研工作者們的關(guān)注。本論文介紹了機(jī)器手臂和機(jī)器手臂控制理論的發(fā)展概況。在此基礎(chǔ)上，研究了機(jī)械手臂的魯棒控制法，分別設(shè)計(jì)了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械手臂力矩控制方法、基于滑模變結(jié)構(gòu)控制補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械手臂力矩控制方法以及基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械手臂力矩控制方法，具體內(nèi)容如下模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合了模糊控制的推理能力和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)自學(xué)習(xí)能力，它不依賴于對象精確的數(shù)學(xué)模型，能有效地克服被控對象存在的不確定部分的影響，本文把模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)械手臂的關(guān)節(jié)伺服控制器，通過對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練來調(diào)整機(jī)械手臂關(guān)節(jié)的控制力矩，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手臂的軌跡跟蹤控制。設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械手臂力矩控制策略將機(jī)械手臂系統(tǒng)分解成已知部分和不確定部分，對于已知部分，采用計(jì)算力矩控制，對于不確定部分，利用滑模變結(jié)構(gòu)控制來補(bǔ)償，以完成對機(jī)械手臂系統(tǒng)的高精度控制。設(shè)計(jì)了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械手臂力矩控制策略針對滑模變結(jié)構(gòu)控制所帶來的抖振問題，采用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替滑模變結(jié)構(gòu)控制，利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)良的逼近性能和自學(xué)習(xí)能力，補(bǔ)償機(jī)械手臂系統(tǒng)中所存在的不確定部分。以上控制策略通過對一個(gè)二自由度串聯(lián)機(jī)械手臂模型進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了方法的有效性。最后，針對實(shí)際六自由度機(jī)械手臂系統(tǒng)，搭建了系統(tǒng)控制軟件，為機(jī)械手臂控制的研究提供了平臺。

簡介：本文針對A薄壁框體不銹鋼零件特有的尺寸外觀要求，在銑削夾具設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用夾具模塊化的概念，設(shè)計(jì)出模塊式的”漢堡三明治”夾具和對應(yīng)的機(jī)械手爪并運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。本文深入研究精密裝夾的定位、支撐和夾持工作原理，針對零件自身剛性較弱、難切削、易變形的特點(diǎn)，采用威林曼恩方法對刀具切削力進(jìn)行力學(xué)理論分析，利用模擬軟件完成夾具應(yīng)力的數(shù)值模擬，最后采用實(shí)際加工試驗(yàn)的方法論證了模塊夾具方案和機(jī)械手爪的設(shè)計(jì)可行性。首先從加工工藝分析入手，根據(jù)工件的多角度加工方位，將工件銑削工藝拆解成包含粗加工在內(nèi)的7個(gè)工站，借鑒EROWA和三明治的結(jié)構(gòu)理念，將薄體結(jié)構(gòu)與夾具合為一體，設(shè)計(jì)出適用于A薄框體型結(jié)構(gòu)零件的專用夾具雛形；再利用COSMOSXPRESS對夾具結(jié)構(gòu)以及受力進(jìn)行應(yīng)力變形的數(shù)值模擬分析，確定模型3D以及壓板鎖緊扭力；然后設(shè)計(jì)出符合內(nèi)部抓取夾具的機(jī)械手爪；最后通過實(shí)際測試，對傳統(tǒng)夾具和模塊夾具的測試結(jié)果進(jìn)行了比較分析，模塊夾具能較好的解決加工過程中存在的變形問題，能夠獲得較好的整體剛性，提高定位精度同時(shí)能減小切削過程中受到的切削力，得到較好的表面及加工精度。研究結(jié)果表明模塊式夾具概念對目前工藝規(guī)劃以及夾具設(shè)計(jì)提供重要的參考價(jià)值。模塊夾具以及輔助性的機(jī)械手爪經(jīng)過調(diào)試驗(yàn)證以及局部修改，實(shí)際運(yùn)行過程中穩(wěn)定可靠，零件尺寸外觀品質(zhì)達(dá)到了相關(guān)指標(biāo)要求，目前已經(jīng)使用于大批量生產(chǎn)。

簡介：分類號UDC密級1931601學(xué)位論文多自由度欠驅(qū)動仿生機(jī)械手機(jī)構(gòu)與造型設(shè)計(jì)作者姓名何秀蕓指導(dǎo)教師李樹軍教授東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院申請學(xué)位級別碩士學(xué)科類別工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)及理論工業(yè)設(shè)計(jì)論文提交日期2007年12月論文答辯日期2008年1月學(xué)位授予日期答辯委員會主席趣≥彳、孑、，LV評閱人酗、毒蚓＼＼／東北大學(xué)2008年1月ADISSERTATIONINMECHANICALDESIGNANDTHEORYINDUSTRIALDESIGNTHEMECHANIAMANDMODELINGDESIGNOFUNDERACTUATEDMULTIDEGREEOFFREEDOMBIONICALROBOTICHANDBYHEXIUYUNSUPERVISORPROFESSORLISHUJUNNORTHEASTERNUNIVERSITYJANUARY2008L

簡介：面對眾多串聯(lián)空間機(jī)器人結(jié)構(gòu)的類型，其運(yùn)動學(xué)位置逆解能否用一種統(tǒng)一的方法來解決，一直是國內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域以及機(jī)器人領(lǐng)域?qū)W者研究目標(biāo)。本文在借鑒傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)械手機(jī)構(gòu)位置逆解方法的基礎(chǔ)上，將倍四元數(shù)理論引入6自由度串聯(lián)機(jī)械手逆運(yùn)動學(xué)分析中，試圖開拓一種基于倍四元數(shù)理論的6自由度串聯(lián)機(jī)械手位置逆解的通用算法，并在此基礎(chǔ)上取得了一些有價(jià)值的研究成果。文章首先闡述了四元數(shù)、對偶四元數(shù)和倍四元數(shù)理論的概念，以及它們的空間幾何意義，同時(shí)也介紹了所用到的DIXON結(jié)式消元的方法?；趯ε妓脑獢?shù)與倍四元數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系推導(dǎo)出了倍四元數(shù)形式的坐標(biāo)系之間相對位姿變換表達(dá)式，建立了倍四元數(shù)形式的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)方程。對運(yùn)動學(xué)方程分離變量，進(jìn)行線性消元和DIXON結(jié)式消元后，建立了一種基于倍四元數(shù)的一般6R串聯(lián)機(jī)器人位置逆解新算法。這種算法也適用于其它具有16解的1P5R、4R1C等串聯(lián)機(jī)械手，因此具有一定的通用性。另外，把這種算法推廣到具有特殊尺寸機(jī)器人位置逆解中，通過調(diào)整一些結(jié)構(gòu)尺寸，把特殊尺寸機(jī)器人看作一般6R機(jī)器人，解決了由于機(jī)器人尺寸特殊而使求解失效的問題，使算法具有通用性。然后對PUMA560機(jī)器人和我國研制的一種噴漆機(jī)器人進(jìn)行求解，驗(yàn)證了此方法的可行性。最后，在補(bǔ)充了純角度關(guān)系的運(yùn)動學(xué)方程基礎(chǔ)上，對輸入輸出方程次數(shù)為2的第一組機(jī)構(gòu)提出了一種通用的求逆解的算法。并以RRPPC和RCPC為例對這種解法進(jìn)行了驗(yàn)證。

簡介：多自由度機(jī)械手運(yùn)動系統(tǒng)在汽車風(fēng)擋玻璃涂膠作業(yè)中應(yīng)用廣泛，其中機(jī)械手運(yùn)動軌跡控制尤為關(guān)鍵。膠水的易燃性使得機(jī)械手氣壓驅(qū)動方式極具競爭力。本研究的主要目的就是使用氣動位置伺服驅(qū)動方式組成多自由度機(jī)械手，結(jié)合氣動系統(tǒng)的特點(diǎn)研究機(jī)械手空間運(yùn)動軌跡控制，為其在汽車風(fēng)擋玻璃涂膠等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文根據(jù)涂膠要求結(jié)合現(xiàn)有條件研制了一種三自由度關(guān)節(jié)串聯(lián)式氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)。單關(guān)節(jié)（腰部、大臂、小臂）動力機(jī)構(gòu)采用氣動比例流量閥控缸。首先介紹了機(jī)械手的基本組成和工作原理，建立了機(jī)械手運(yùn)動學(xué)模型，進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)正解和反解分析。結(jié)合氣動機(jī)械手運(yùn)動學(xué)模型，使用基于運(yùn)動學(xué)模型的逆推關(guān)節(jié)的角度規(guī)劃軌跡方法，完成了多種軌跡的仿真分析，提出了適合機(jī)械手單關(guān)節(jié)氣動位置伺服系統(tǒng)特點(diǎn)的規(guī)劃軌跡理論指導(dǎo)。關(guān)節(jié)動力學(xué)特性是機(jī)械手關(guān)節(jié)控制的理論基礎(chǔ)。本文推導(dǎo)了氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)動力學(xué)方程并進(jìn)行了簡化。通過動力學(xué)仿真得出機(jī)械手在低速運(yùn)動時(shí)重力矩為關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩主要部分，由此根據(jù)簡化的動力學(xué)方程，提出了使用規(guī)劃軌跡位置的重力矩補(bǔ)償控制方法，得到了各關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)簡單的期望重力補(bǔ)償力矩。給出了重力補(bǔ)償力矩的基本變化規(guī)律，為軌跡規(guī)劃提供了參考依據(jù)。通過空間直線軌跡運(yùn)動實(shí)驗(yàn)證明了補(bǔ)償方法的有效性。建立了氣動機(jī)械手單關(guān)節(jié)的線性化模型。通過機(jī)械手關(guān)節(jié)辨識實(shí)驗(yàn)，得到了關(guān)節(jié)辨識模型，經(jīng)過對比，二者低頻段特性相似，理論推導(dǎo)結(jié)果可信。針對氣動系統(tǒng)特性復(fù)雜等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于關(guān)節(jié)線性化模型的機(jī)械手單關(guān)節(jié)氣動位置伺服系統(tǒng)極點(diǎn)配置控制器，針對機(jī)械手運(yùn)動中單關(guān)節(jié)不同負(fù)載、不同軌跡、不同工況以及不同控制模型條件下，分析了系統(tǒng)極點(diǎn)位置配置區(qū)域，得到了適應(yīng)多任務(wù)情況的系統(tǒng)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的配置范圍。針對機(jī)械手低速運(yùn)動時(shí)氣缸易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象研究了氣動系統(tǒng)的顫振補(bǔ)償效應(yīng)，通過疊加正弦顫振信號，使氣缸產(chǎn)生交變的微小運(yùn)動，減小了摩擦力引起的系統(tǒng)非線性影響，消減了低速運(yùn)行時(shí)氣缸的爬行，給出了顫振信號幅值與頻率與系統(tǒng)性能的關(guān)系，提出了氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)顫振信號參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)。建立了氣動機(jī)械手SIMULINKADAMS聯(lián)合仿真模型，對比了機(jī)械手單關(guān)節(jié)及三關(guān)節(jié)聯(lián)動時(shí)各關(guān)節(jié)運(yùn)動跟蹤響應(yīng)特性，發(fā)現(xiàn)聯(lián)動時(shí)關(guān)節(jié)間的耦合明顯，誤差變大。最后完成了機(jī)械手單關(guān)節(jié)特性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明系統(tǒng)具有較好的跟蹤能力和魯棒性。氣動機(jī)械手關(guān)節(jié)間聯(lián)動時(shí)存在明顯的耦合。根據(jù)單關(guān)節(jié)比例流量閥控直線氣缸數(shù)學(xué)模型，結(jié)合關(guān)節(jié)動力學(xué)簡化方程，建立了機(jī)械手大小臂雙關(guān)節(jié)動力機(jī)構(gòu)耦合動力學(xué)關(guān)系，研究了大小臂關(guān)節(jié)的耦合影響，分析了關(guān)節(jié)角加速度對關(guān)節(jié)耦合慣性力矩的關(guān)系。根據(jù)重力補(bǔ)償和實(shí)際工況參數(shù)，設(shè)計(jì)了解耦補(bǔ)償控制器了雙關(guān)節(jié)解耦補(bǔ)償控制器，該方法對消除機(jī)械手關(guān)節(jié)之間的交連耦合，提高系統(tǒng)單關(guān)節(jié)的動態(tài)特性效果明顯。最后，進(jìn)行了機(jī)械手空間軌跡控制實(shí)驗(yàn)研究。介紹了氣動機(jī)械手的組成及針對其多關(guān)節(jié)多任務(wù)特點(diǎn)所設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。綜合關(guān)節(jié)極點(diǎn)配置控制策略控制方法，輔以規(guī)劃軌跡位置關(guān)節(jié)重力矩補(bǔ)償、大小臂解耦補(bǔ)償控制，進(jìn)行了機(jī)械手三關(guān)節(jié)聯(lián)動空間運(yùn)動軌跡跟蹤控制實(shí)驗(yàn)，分別跟蹤了空間直線，空間圓周以及某車風(fēng)擋玻璃12外形輪廓，結(jié)果表明機(jī)械手末端跟蹤誤差少，跟蹤軌跡在笛卡爾空間各坐標(biāo)軸分量平均相對偏差率保持在2％以內(nèi)，機(jī)械手三關(guān)節(jié)動作同步性好，末端運(yùn)動速度波動控制在2MMS以內(nèi)。綜合以上性能氣動機(jī)械手能夠滿足實(shí)際的工業(yè)涂膠應(yīng)用的精度及均勻性要求，為進(jìn)一步的工業(yè)實(shí)用化打下了基礎(chǔ)。

簡介：本文以新型5自由度混聯(lián)機(jī)械手TRIVARIANT為研究對象，提出基于虛擬儀器技術(shù)的機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案以PCMOTIONCONTROLLER開放式體系結(jié)構(gòu)作為控制系統(tǒng)硬件平臺核心，依據(jù)層級化和模塊化設(shè)計(jì)理論，提出由應(yīng)用軟件層、核心控制層和驅(qū)動軟件層組成的控制系統(tǒng)軟件構(gòu)架，并利用圖形化開發(fā)工具LABVIEW實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的核心功能。全文工作和取得成果概括如下根據(jù)混聯(lián)機(jī)械手的控制要求并結(jié)合現(xiàn)有控制器的特點(diǎn)，提出基于虛擬儀器技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，利用圖形化和模塊化的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，提高了控制系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展能力。分析混聯(lián)機(jī)械手的位置正、逆解問題。在串聯(lián)轉(zhuǎn)頭逆解分析中，使用不同方程組的解，有效解決了因反三角函數(shù)存在的解范圍限制而出現(xiàn)漏解問題，并用實(shí)例驗(yàn)證該算法的正確性，進(jìn)而為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。根掘虛擬面板的設(shè)計(jì)要求重新定義了運(yùn)動IO信號，使得控制系統(tǒng)更具靈活性并簡化了控制面板設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了運(yùn)動控制卡與伺服驅(qū)動模塊、電機(jī)和外圍輸入輸出間接口，并搭建控制系統(tǒng)硬件平臺?；贔LEXMOTION驅(qū)動軟件采用圖形編程工具LABVIEW，開發(fā)了控制系統(tǒng)回零、單步和連續(xù)運(yùn)行以及微動調(diào)整等核心控制功能模塊，并利用通告和事件編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了核心控制層軟件與控制和顯示控件間的實(shí)時(shí)通訊，有效地降低了計(jì)算資源的占用率并提高了軟件系統(tǒng)的可靠性。