簡介：隨著陸地上不可再生資源的日益減少，對蘊含豐富能源、資源的海洋空間的探索和開發(fā)受到越來越多的國家的重視。水下作業(yè)機械手是水下機器人作業(yè)的必不可少的裝備，由于作業(yè)環(huán)境復雜以及自主性作業(yè)要求高等原因，使得水下作業(yè)機械手研究和實用化中面臨許多新的困難和問題。目前，水下機械手多為電動式或油液壓驅動式，由于電動式水下機械手的電機輸出端等需要動密封使得關節(jié)體積較大，而油液壓驅動式水下機械手則易造成泄漏污染，同時液壓驅動式機械手存在控制精度較低的問題。因此，研究水液壓驅動的水下作業(yè)機械手及其控制技術具有重要的研究意義和實用價值。本文主要研究以下內容（1）總結國內外油液壓驅動式及水液壓驅動式水下作業(yè)機械手的研究現狀，分析其各自的優(yōu)缺點，為本文水液壓驅動型水下作業(yè)機械手的研究奠定基礎；分析和總結目前水下機械手的控制方法，分析各種控制方法的優(yōu)缺點，為本文進行水下機械手的運動控制技術研究提供理論和技術支持。（2）針對本文所設計的水下作業(yè)機械手的運動控制精度指標，分析液壓系統所需達到的流量控制精度指標，分析水液壓傳動技術的特點，研究微小流量的控制和實現技術，為本文設計水下機械手的高精度水液壓系統提供理論參考和技術指導。通過分析本文研制的水下機械手的液壓系統所需實現的功能，對其水液壓系統進行了方案設計和改進，確定了機械手的水液壓系統方案。研制了雙向單柱塞泵作為機械手的水液壓系統的動力源，實現了液壓系統的微小流量輸出。（3）針對本文研制的水下機械手的液壓系統中雙向單柱塞泵的驅動電機的控制方式，基于主從控制思想，設計控制系統的總體方案，重點對從控制器硬件電路進行模塊化設計。對本文研制的雙向單柱塞泵的驅動電機及其控制模塊、關節(jié)角度傳感器及位置信號采集模塊進行詳細分析和設計，兩控制模塊各采用一塊ARM微處理器作為信息處理的核心，提高信息處理效率和控制性能，且避免相互之間的干擾。以機械手硬件控制體系為應用平臺，設計主、從控制器的軟件控制體系結構，完成軟件編程。（4）針對本文所研究的水下作業(yè)機械手，研究其運動學及動力學性能，并進行軌跡規(guī)劃。針對本文研制的自由度冗余的機械手，建立其連桿坐標系，利用DH法推導機械手的正向運動學方程，利用反變換法建立其逆向運動學方程；利用拉格朗日方法建立機械手的動力學方程，并考慮水動力等因素對機械手水下作業(yè)過程的影響，完善機械手的水下動力學方程；在機械手運動學及動力學模型的基礎上，分別采用五次插值函數和線性插值方法對機械手的展開和收回過程以及作業(yè)過程進行運動規(guī)劃研究。（5）研究水下機械手的運動控制技術，建立其單關節(jié)控制系統各組成部分及總體的數學模型，針對本文研制的液壓系統在起動及換向過程存在死區(qū)導致執(zhí)行元件動作滯后的現象，研究液壓系統的死區(qū)特性及水下機械手的死區(qū)補償控制技術。本文采用對常規(guī)PID控制器進行補償控制，通過在控制系統閉環(huán)內增加死區(qū)補償環(huán)節(jié)，使執(zhí)行元件快速地渡過死區(qū)。利用仿真實驗，驗證該控制方法能有效地減小液壓系統起動及換向時執(zhí)行元件動作滯后，提高響應速度及軌跡跟蹤精度；同時還分析了幅值和換向頻率對于不同控制器軌跡跟蹤性能的影響。（6）為了保證本文研制的水下機械手的液壓系統工作可靠，對其進行耐壓密封性能實驗研究，包括外壓靜態(tài)密封性和內壓靜態(tài)密封性以及動態(tài)密封性實驗。為確定液壓系統中的壓力損失情況，對液壓介質、管路長度、管路內徑對液壓系統壓力損失的影響進行實驗研究，并確定液壓系統最終采用的介質和管路尺寸系列。針對常規(guī)PID控制器和帶死區(qū)補償的PID控制器，分別在陸上及水下進行階躍信號和正弦信號的軌跡跟蹤實驗研究，根據實驗結果，驗證本文采用的死區(qū)補償控制方法的有效性。

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簡介：近些年隨著我國經濟的高速發(fā)展我國交通基礎設施建設也在快速發(fā)展尤其是高速公路鐵路的建設中對我國隧道施工的機械化水平提出了新的要求與考驗。尤其是在軟圍巖的隧道施工中其中開挖過后的支護鋼拱架的安裝尤為關鍵。但是在現階段的國內隧道施工中鋼拱架的安裝還是主要由人工或借助其他設備安裝不僅勞動強度比較大而且效率和安全性又不能保證。為了實現高效率機械化施工急需設計制造鋼拱架安裝機械手。在了解和分析了隧道施工中鋼拱架安裝施工工藝后提出了鋼拱架安裝機械手的設計要求在軟圍巖隧道施工中的鋼拱架多采用分段空中對接的安裝方式對鋼拱架安裝機械手做了總體的規(guī)劃設計。鋼拱架安裝機械手主要由鋼拱架夾持機構手臂伸縮機構通用液壓履帶地盤及電液控制系統等組成。鋼拱架伸縮臂及夾持機構是安裝機械手的主要工作裝置主要由大小伸縮臂、調整油缸、夾持機構等組成。本文主要對大小伸縮臂及夾持機構的做了結構及工作原理的設計分析。由于鋼拱架安裝機械手的機械手臂及夾持機構對其在施工中的工作性能有重大影響在設計中采用了虛擬技術在SOLIDWKS中建立模型并且導入到仿真軟件ADAMS中進行關鍵部件的運動及動力學分析得出機械手工作時的工作范圍和受力特性以及在運動過程中關鍵部件的受力情況。

簡介：伴隨著現代科技的日新月異機器人技術得到了前所未有的蓬勃發(fā)展機器人被廣泛的應用于國民經濟中的各個領域。由于機器人在使用過程中綜合性能逐漸下降其可靠性和穩(wěn)定性無法得到保證導致其使用過程中存在一定的不確定因素因此其廣泛應用正面臨著嚴峻的考驗。為此本文從提高機器人可靠性的角度出發(fā)以工業(yè)機器人中的搬運機械手系統為研究對象對其性能指標進行分析同時對其工作可靠性進行評估。確保機械手系統處于高可靠性狀態(tài)不僅可以提高其工作效率而且能夠避免發(fā)生安全事故保證生產過程的順利進行。首先基于失效模式對機械手系統進行可靠性分析。基于FMEAFAILUREMODEEFFECTANALYSIS對機械手進行分析從整體系統的角度出發(fā)分析機械手系統的結構與功能找出系統中的部件可能發(fā)生的失效模式對其風險優(yōu)先數進行評估。基于FTAFAULTTREEANALYSIS對機械手系統進行分析可以發(fā)現系統的薄弱環(huán)節(jié)并對其重要度進行評價采取相應的改進措施確保機械手系統在運行過程中具有較高的可靠性。其次基于蒙特卡羅法對機械手系統工作可靠性進行評估。由于在機械手系統的工作過程中機械手爪的夾持力對其工作可靠性起著至關重要的作用。通過準確地描述機械手系統的夾持力特性基于蒙特卡羅法對機械手系統的氣動系統進行可靠性分析對機械手系統的可靠性變化進行描述實現對系統的工作可靠性評估。然后基于灰色BP神經網絡實現對機械手系統的性能衰退趨勢評估。本文基于灰色理論將機械手氣動系統氣壓變化看成是一個含未知信息的灰色系統將其數據看成灰色量并利用灰色BP神經網絡對壓力值進行預測。利用壓力值的變化趨勢達到對機械手系統性能衰退趨勢的評估。最后本文基于VC開發(fā)了可靠性分析中的FMEA和FTA模塊并對機械手系統進行了可靠性分析?；贛FCMICROSOFTFOUNDATIONCLASS的FMEA和FTA模塊開發(fā)不僅提高了系統可靠性分析的效率和準確度而且為系統的可靠性分析提供了可視化的工具。

簡介：ROV駕駛員訓練模擬器是一種應用虛擬現實技術仿真ROV在水下航行和作業(yè)的設備。在ROV作業(yè)的過程中機械手起到非常重要的作用，所有的作業(yè)都需要機械手完成。為了保證ROV模擬器能正常工作，本文對其關鍵部件ROV七功能機械手進行了詳細的動力學分析并編譯了ROV模擬器機械手動力學模塊的解算軟件。首先，對機械手模型進行了適當的簡化，建立了在以DH法為基礎的ROV七功能機械手和ROV本體的數學模型。并對其變換矩陣做了相應的推導，導出了機械手和ROV本體的坐標轉換的矩陣。其次，對ROV七功能機械手進行了運動學和動力學的理論分析。運動學主要對ROV七功能機械手的作業(yè)空間和各個關節(jié)的運動學參數做了推導。動力學主要運用KANE法對ROV七功能機械手的動力學逆問題做了分析。并對其中的偏速度和偏角速度的遞推做了一些研究，得到其遞推公式。還有本文對ROV七功能機械手的水動力學進行了研究。主要運用MISON方程，對七功能機械手的水動力特性進行研究。并應用計算流體力學軟件FLUENT仿真計算了MISON方程中的阻力系數CD數的值。最后本文應用FTRAN語言設計了ROV七功能機械手的動力學解算軟件，主要解算在有水流影響下和無水流影響下，還有ROV運動時候的機械手各個關節(jié)的關節(jié)力矩。并且對無水流影響下的力矩應用MATLAB機器人工具箱進行對比。通過MATLAB軟件進行了可視化的處理，對所得的數據進行分析對比。本文通過對深水ROV七功能機械手的動力學分析，編譯了機械手的動力學解算軟件，為ROV駕駛員在操縱訓練模擬器仿真作業(yè)過程中提供作業(yè)工具機械手的各項參數，確保模擬器在仿真作業(yè)中的準確性和真實性。

簡介：機械手是一個非線性、強耦合的對象模型非線性和參數不確定性給基于模型的控制方法帶來了困難。神經網絡具有逼近任意非線性映射的能力使其在控制系統的建模、辨識和控制中得到了廣泛的應用。本文對兩種不同類別的神經網絡前饋型神經網絡和遞歸型神經網絡的結構特點進行了分析并分別應用在機械手的逆?？刂浦腥〉昧钊藵M意的效果。小腦模型關節(jié)控制器CMAC具有結構簡單、學習速度快的特點。本文將其用于逼近機械手的動力學逆模型針對神經網絡所需輸入量較多的問題提出了單輸入CMAC的逆模控制策略并應用于二自由度機械手的軌跡控制。引入測量變量使網絡輸入由二維轉換為一維大大減少了網絡所需存儲空間提高了學習速度。仿真實驗結果表明所提的控制策略克服了機械手非線性和不確定性的影響是可行的。高階遞歸型神經網絡可以以任意精度逼近一類非線性動態(tài)系統本文給出了網絡的學習算法并從數學上證明了該算法可以保證網絡收斂。再以三關節(jié)平面機械手為研究對象設計了二階遞歸型神經網絡的結構將其用于逆?？刂葡到y進行機械手軌跡控制的研究。仿真實驗結果顯示基于高階遞歸型神經網絡的軌跡控制比單獨PD控制效果明顯達到期望的控制性能而且所設計的二階遞歸型神經網絡所需存儲空間少易于硬件實現。

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簡介：光纖BRAGG光柵FBG具有尺寸小、重量輕、傳輸距離遠、抗電磁干擾、耐腐蝕、無源等優(yōu)點它正成為傳感領域的研究焦點是常被用來測量應力溫度和應變的一種新型的光纖傳感器它的應用將有著非常廣闊的發(fā)展前景。本文主要研究內容是設計一個實用性的光纖BRAGG光柵測力傳感器。為后期機械手或機器人提供必要的傳感支持。以光纖BRAGG光柵為研究對象對其傳感機理與交叉敏感及應力增敏作了深入分析?？紤]工程實際的應用側重論述光纖BRAGG光柵交叉敏感問題、應力增敏方案和如何實現空間力的測量。論文圍繞使用光纖BRAGG光柵測力傳感展開。首先介紹光纖BRAGG光柵用于應力測量的技術與國內外研究現狀其次介紹光纖BRAGG光柵的傳感原理從原理層面介紹FBG產生應力、溫度交叉敏感的機理并提出新型溫度補償方案再次通過論述比較各種應力增敏方案選擇適用的增敏方式用于傳感器的設計研究現行的機械手測力傳感器并設計能夠測量空間力的光纖BRAGG光柵傳感器。對設計結果進行受力模擬并進行優(yōu)化設計。

簡介：醫(yī)護服務型機器人的機械手臂工作環(huán)境與人類生活環(huán)境交織在一起機械手臂與人體及工作環(huán)境會有經常性的接觸保證人體的安全是首要遵循的條件。隨著機械手臂控制復雜程度的增加如何準確實現機械手臂的故障分類是實現控制策略切換順利執(zhí)行動作的前提。本文以剛性和柔性機械手臂為例重點研究殘余動量故障檢測算法在此基礎上基于支持向量機設計故障分類器對電機故障和碰撞故障這兩類機械手臂運行過程中最常出現的故障進行分類。首先基于拉格朗日原理分別運用旋量理論和模態(tài)假設法建立剛性機械手臂和柔性機械手臂的動力學模型推導整理得到詳細各項。其次利用上述機械手臂的動力學模型推導得到殘余動量故障檢測算法利用MATLABSIMULINK搭建算法仿真平臺。再次運用ADAMS針對兩桿三自由度剛性機械手臂搭建虛擬樣機模型通過ADAMS和MATLAB聯合仿真完成故障仿真利用MATLABSIMULINKSIMMECHNICS分別建立剛性和柔性的兩桿二自由度機械手臂模型完成故障仿真。結果表明由不同系統模型推導得出的殘余動量值對同一類故障具有一致的特征。然后基于支持向量機原理建立故障分類器以兩桿三自由度剛性機械手臂的殘余動量值構成的7種故障數據作為樣本數據提取特征向量利用LIBSVM對分類器進行訓練和測試得到分類結果。最后在史陶比爾RX90機器人上進行實驗提取剛性機械手臂的運動學數據得到殘余動量值提取其特征向量最后訓練分類器并進行測試得到測試結果。本文將殘余動量故障檢測算法推廣到柔性機械手臂領域搭建了仿真平臺對比分析了剛性和柔性機械手臂殘余動量值的特點實驗驗證了基于支持向量機的剛性機械手臂殘余動量故障檢測與分類算法的有效性為基于殘余動量的故障檢測與分類的實際應用提供了基礎。

簡介：近年來，隨著人類對工業(yè)自動化需求的增加，“機器換人”已成為趨勢，使得工業(yè)機器人研究受到了空前的關注。鑒于螺栓裝配與拆卸作業(yè)是制造業(yè)中重復性高、勞動強度大的一項工作，因此有必要設計實現螺栓自動裝配的工業(yè)機器人。針對這一問題，本文設計了一種螺栓裝配機械手并給出了其實現螺栓自動拆裝的自抗擾控制器。本研究主要內容包括⑴針對自抗擾控制器諸多參數的整定問題，提出了一種基于調節(jié)時間和觀測時間的參數整定新方法。一方面，通過建立調節(jié)時間與控制器帶寬之間的關系，給出了基于調節(jié)時間整定非線性控制器參數KP和KD的方法；另一方面，利用所定義的觀測時間的概念，提出了一種新的擴張狀態(tài)觀測器ESO參數整定策略，優(yōu)化了現有基于觀測器帶寬的整定方法，實現了自抗擾控制器中諸多參數的快速整定。⑵針對螺栓的自動化裝配問題，設計了一種實現螺栓自動裝配功能的機械手。該機械手具有8個自由度，其中主體結構由位置調整和姿態(tài)調整兩大部分共5個自由度組成，前3個關節(jié)自由度負責末端執(zhí)行器的位置調整，后2個關節(jié)自由度負責末端執(zhí)行器的姿態(tài)調整；螺栓裝配手部由手部支架、上手爪套管扳手以及下手爪活口扳手共3個自由度組成，通過上手爪套管扳手實現螺栓的裝配，利用下手爪活口扳手實現螺母的夾緊和裝配，所有部件均通過電磁鐵的通斷電實現抓取和更換。所提手部設計方法解決了螺栓中螺柱、螺母以及墊片的自動抓取和裝配問題。⑶完成了所設計機械手的運動學與動力學建模。在機械手DH連桿坐標系中，首先，根據所設計的連桿參數，建立了運動學模型，并利用逆運動學解出了各關節(jié)角度；其次，基于LAGRANGE方程，建立了機械手的動力學模型；最后，利用高階多項式軌跡規(guī)劃方法和圓弧軌跡規(guī)劃方法，規(guī)劃了機械手的運動軌跡，并分別進行了仿真分析。⑷利用自抗擾控制技術，完成了螺栓裝配機械手的控制器設計。基于機械手的動力學模型，設計了一種自抗擾控制器，對螺栓裝配機械手建模不確定性以及外部未知擾動進行估計，實現了軌跡精確跟蹤和螺栓自動裝配。

簡介：本文詳細討論了大曲率復雜型面構件的復合材料鋪絲成型技術。在已有的對復合材料構件結構及鋪放工藝、鋪層設計研究的基礎上，針對該類構件鋪放型面曲率大、跨度大、變截面的特點，本文提出了利用六軸機械手加旋轉主軸的多路鋪絲工藝來解決變截面、跨度大以及型面復雜的問題。由于構件體積大從而導致鋪絲路徑復雜且要處理的數據量大，本文提出用45°輔助平面與分割曲線求交的方法迭代逐一求解鋪絲點，然后通過三次樣條曲線擬合各鋪絲點從而求得鋪絲路徑，接下提出了一種有效可行的多絲束切絲算法，并將其與鋪絲信息集成，以借助CAD技術的優(yōu)勢將鋪絲過程中復雜的運動控制問題集中在各鋪絲點上，將這些信息集中存儲調用，避開對鋪放路徑的討論，以簡化路徑規(guī)劃方法和后續(xù)的運動控制問題。在經過前期鋪絲路徑規(guī)劃得到鋪絲點的歐拉角、位置矢量以及切絲絲數等信息的前提下，在運動控制的具體實現方法上，基于本文討論的鋪絲結構存在冗余自由度，提出了將鋪放終端的運動鎖定在某一鋪放平面內，通過機械手和主軸的協調運動使兩者最終的合成運動軌跡與規(guī)劃的路徑保持一致。在運動信息的處理問題上，本文提出運動控制的實現集中于鋪絲點和鋪絲點間的聯系上，將鋪絲點作為運動控制信息的集合點，只需滿足鋪絲點及鋪絲點間相互聯系的要求，而忽略路徑問題，使鋪放運動的控制問題得到簡化。此后，詳細討論了由已求得的接近矢量求解各關節(jié)轉角和主軸轉角的方法以及控制實現方法，為鋪絲運動控制的工程應用提供了有效可行的途徑。本文采用IPCPMAC的開放式控制結構，并搭建了簡易的硬件控制平臺對提出的方法進行驗證。最后，結合鋪放裝備的發(fā)展方向，提出了通過開發(fā)基于WINDOWS的鋪放應用程序模塊的設計方法來解決鋪絲當中處理的數據量大、運動控制復雜等問題，利用鋪放應用程序來處理鋪放前期的鋪放點信息以及切絲等問題，而由PMAC來完成后期的機械手運動控制，為纖維鋪絲機械手運動軌跡控制的工程應用提供了方案，并開發(fā)了用于機械手運動軌跡控制的軟件模塊，該模塊能夠實現預期的功能，并且具有開發(fā)周期短、擴展升級簡單的優(yōu)點。最后通過簡易的試驗進行驗證證明了方案可行性。

簡介：系泊鏈是用于海洋結構物系泊的重要部件，尤其是深海系泊鏈既要滿足超高強度，又要具備足夠的韌性，對系泊鏈的可靠性要求是不言而喻的。焊縫作為整個鏈環(huán)的薄弱環(huán)節(jié)，在生產過程中需對其作嚴格的超聲探傷。人工探傷存在誤判和漏判的問題，因此需要設計自動檢測機器來可靠地實現對系泊鏈焊縫的超聲檢測。本文結合實際要求，采用理論研究和軟件仿真方法，對自動檢測機器的技術難點自適應機械手進行了設計與研究，內容主要包括1在詳細分析超聲檢測空間特點的基礎上，確定了自適應機械手的設計方案，利用可調節(jié)型曲柄滑塊機構實現對鏈環(huán)輪廓的仿形，并設計出擁有5個自由度的末段檢測系統，通過末段檢測系統對機構的仿形誤差、鏈環(huán)制造誤差和環(huán)臂截面的變化進行補償。2基于機架桿位置結構誤差建立機構的優(yōu)化綜合模型，并得出目標函數和約束條件，最后采用遺傳算法來獲取綜合結果，基于MATLAB的軌跡仿形和誤差分析都表明可調機構可以很好跟蹤鏈環(huán)輪廓，實現機械手的自適應掃查。3通過對曲柄滑塊機構的運動分析，建立起連桿點、滑塊點的運動規(guī)律模型，利用數值方法求出連桿點等速率時的曲柄運動規(guī)律，并對該運動規(guī)律的前后段進行設計，仿真結果表明該運動規(guī)律可以達到預期的效果，并使曲柄滑塊機構運動平穩(wěn)。4設計出實現曲柄運動規(guī)律的調速機構，得到調速機構的運動循環(huán)圖和從動件的運動規(guī)律，并對調速凸輪進行了優(yōu)化設計。在調速凸輪具有最長工作壽命和最小結構尺寸的條件下，運用最優(yōu)算法得出凸輪機構的設計參數。最后建立起調速凸輪機構的虛擬樣機模型，仿真結果表明所設計的調速凸輪機構能實現預期的曲柄運動規(guī)律，其運動學和動力學性能也滿足要求。一系列的仿真結果表明，超聲探頭可以實現對鏈環(huán)的自適應等速率掃查，同時調速凸輪機構能實現預期的運動規(guī)律，具有較好的運動學和動力學性能。自適應機械手的研究成功能降低工人勞動強度和提高檢測精度，對實現系泊鏈的自動超聲檢測具有重要意義。

簡介：搬運機械手作為自動化生產線上的重要設備，主要用于在固定位置上搬運零件，用以代替工人在危險的環(huán)境下工作或進行重復性工作。因此搬運機械手在保障人身安全、提高生產效率以及降低生產成本等方面都有重要的作用，在自動化生產領域得到了廣泛的應用。自動化生產線上引入中風輪在線質量監(jiān)測系統之后，需要以不同尺寸的中風輪為搬運對象設計搬運機械手系統，以滿足缺陷產品分揀與自動化生產的需求。雖然目前市面已經有許多不同類型的搬運機械手，但是它們并不適用于中風輪自動化生產線，存在功能冗余，成本高等問題。本文設計了一套專用的中風輪定點搬運機械手系統，用以配合中風輪在線質量監(jiān)測系統來實現中風輪的自動化生產。搬運機械手使用氣動驅動方式。設計的搬運機械手結構中包含了平面連桿機構中的搖塊機構，該機構可以使氣缸推動轉動臂進行一定角度的旋轉，能夠實現兩個工位之間的相互切換并且定位準確。主控制器采用了控制性能強，成本低，體積小的單片機。所設計的搬運機械手結構簡單、易于實現，具有較高的實用價值。論文具體研究內容如下1歸納總結了氣動技術與氣動機械手的研究現狀與發(fā)展趨勢。2根據生產工況，設計了多種中風輪搬運機械手機械結構方案，并論證選取了其中最具性價比的方案。分析了各個控制器的功能特點，并對電路控制系統進行了總體方案設計。3完成了中風輪搬運機械手的氣缸選型，零部件設計。對搬運機械手機械機構中的搖塊機構進行了數學建模、運動學分析與仿真。4完成了中風輪搬運機械手電路和氣路控制系統的設計。電路控制系統主要包括主控電路、光耦隔離電路以及輸出信號驅動電路等。完成了印刷電路板的設計。5完成了系統初始化、軟件定時器、輸入輸出程序模塊、輸入信號軟件濾波程序以及主程序的設計。6完成了中風輪搬運機械手的整體組裝與調試，在生產線上進行了初步的運行，結果表明研制的搬運機械手能夠很好的實現設計目標。

簡介：為了提高裝配機械手的定位精度，以三關節(jié)裝配機械手為研究對象，詳細分析了機械手的靜態(tài)誤差、各連桿的柔性誤差、各關節(jié)處的隨機誤差、控制算法中動力學方程的建模誤差以及角速度測量誤差對機械手末端定位精度的影響，針對不同類型的誤差，分別采用誤差補償、精度優(yōu)化綜合以及改進的控制算法來提高機械手的定位精度。將機械手的眾多靜態(tài)誤差因素歸類為運動變量誤差與結構參數誤差，以此為基礎，建立了機械手的靜態(tài)誤差分析模型，對三關節(jié)裝配機械手的靜態(tài)誤差進行計算，結果顯示長度參數對機械手末端位姿精度的影響要明顯小于角度參數的影響。運用柔度矩陣建立機械手的柔性誤差模型，將計算結果與有限元軟件仿真結果進行比較，證明所建立的柔性誤差模型能比較準確地反映機械手末端的柔性誤差。在所建立的誤差模型的基礎之上，針對傳統神經網絡算法應用于機械手誤差補償時存在收斂速度慢、易陷入局部極小的問題，引入三次樣條權函數神經網絡。以工件的放置位置坐標為神經網絡的輸入，各關節(jié)轉角為神經網絡的輸出，建立了基于三次樣條權函數神經網絡的機械手誤差補償模型，并結合機械手的控制系統對其進行仿真實驗，結果表明該算法有較好的補償效果。將機械手的關節(jié)間隙誤差以及關節(jié)伺服定位誤差視作服從正態(tài)分布的隨機誤差，在利用微分變換對其產生的誤差進行建模的基礎上，利用蒙特卡洛方法產生與各誤差元素對應分布的隨機變量，并對機械手末端的隨機定位誤差進行概率分析。然后根據對機械手不同的工作要求，建立了三個優(yōu)化目標函數運動精度最低化單目標評價函數、誤差波動最小化單目標評價函數、綜合考慮運動精度和誤差波動的多目標評價函數，其對應的約束條件主要包括運動精度約束以及隨機定位約束，將機械手的精度優(yōu)化問題轉化為多元非線性規(guī)劃的問題，對機械手的各關節(jié)精度進行了更加合理化的分配。為了提高運算速度，采用了MATLAB優(yōu)化工具箱中的遺傳算法對目標函數進行優(yōu)化，并采用相對下降量、運動精度不均勻量與優(yōu)化效益值來衡量優(yōu)化結果對機械手機構精度的改善程度。針對機械手控制器設計中存在的動力學方程的建模誤差以及角速度信號的測量誤差提出了一種基于改進的BP網絡的狀態(tài)觀測器，并將其與反演控制算法結合使用。利用改進的BP網絡來估計系統中存在的未知非線性部分，同時將狀態(tài)觀測器觀測所得的速度信號作為反演控制的狀態(tài)向量的一部分進行輸入，避免了實際當中對速度信號的測量，從而為機械手的控制提供了一種新思路。

簡介：隨著海洋開發(fā)腳步的逐漸加快，水下作業(yè)任務也日趨復雜。水下機械手作為海洋開發(fā)如海底打撈、海洋資源勘探、海底管道鋪設與檢修等的重要工具，其整體作業(yè)性能要求（可靠性、準確性、靈活性及自主性等）也不斷提升，因此水下機械手運動控制技術研究具有重要意義和實用價值。本文以水下機械手運動控制技術為研究對象，以本課題組自行研制的水下機械手為載體，總結了水下機械手裝置及運動控制技術的研究現狀，進行了水下機械手控制系統研制、運動學及動力學分析、運動控制算法研究及運動控制實驗等相關工作。本文分析了國內外水下機械手系統及其運動控制方法的研究現狀，全面總結了水下機械手系統及主要運動控制方法的研究成果及存在的問題，為本文對水下機械手運動控制技術研究工作的開展奠定了基礎。為了研究水下機械手運動控制技術，本文基于上下位機主從式控制思想研制了水下機械手控制系統。通過分析機械手運動控制要求，確定控制系統的總體方案，進行功能模塊劃分，并對各模塊進行硬件電路設計。在硬件電路設計過程中，針對功率電路引起的電磁干擾及電流波動問題，本文給出了光電隔離設計方法，該方法可將數字電路、模擬電路及功率電路有效隔離，減少它們之間的耦合關系。通過分析控制系統軟件體系結構，進行軟件模塊劃分，并詳細闡述了各模塊的主要任務，給出了具體實現流程圖。針對該水下機械手進行了運動學和動力學分析，并根據實際工作要求對其進行運動規(guī)劃。首先從機械手的正向運動學著手，根據DENAVITHARTENBERG方法建立正向運動學方程，而實際應用中逆向運動學往往比正向運動學更重要，因此在正向運動學基礎上進行逆向運動學求解，建立逆向運動學方程其次利用LAGRANGE方法對機械手進行動力學建模，并分析在水環(huán)境中水動力對其產生的影響，完善了機械手在水環(huán)境中的動力學模型最后以運動軌跡平滑和作業(yè)時間最短為原則，對機械手進行運動軌跡規(guī)劃。在運動學和動力學分析的基礎上，對水下機械手進行了運動控制研究。設計了FUZZYPID控制器對該機械手進行控制，并進行了仿真實驗，得出了此控制器對該水下機械手控制精度較低，自適應能力較差的結論。為了更深入的對水下機械手控制方法進行研究以進一步提高軌跡跟蹤控制精度，本文提出了一種自適應終端滑?？刂品椒?，該方法引入了RBF神經網絡對機械手模型中的不確定項進行在線學習，將網絡輸出用于控制律，提高系統的控制精度，并進行了仿真實驗驗證。本文以水下機械手為實驗平臺，對水下機械手控制系統進行了考機實驗，驗證了其長時間工作的可靠性和穩(wěn)定性。在此基礎之上對本文提出的自適應終端滑?？刂品椒ê虵UZZYPID控制方法進行了實驗驗證，并對比分析了兩種不同方法的控制性能，實驗結果表明本文提出的自適應終端滑?？刂品椒ū菷UZZYPID控制方法具有更高的控制精度及更好的自適應能力。