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簡介：分類號(hào)TP241UDC6815密級(jí)公開編號(hào)2011147工學(xué)碩士學(xué)位論文基于ARM板的水下主從伺服機(jī)械手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及控制算法研究碩士研究生王清梅指導(dǎo)教師王秀蓮、田孝軍學(xué)科、專業(yè)控制理論與控制工程沈陽理工大學(xué)2013年12月CLASSIFICATIONINDEXTP241UDC6815ATHESISFORTHEMASTERDEGREEOFENGINEERINGCONTROLSYSTEMSOFTWAREDESIGNANDCONTROLALGORITHMRESEARCHOFUNDERWATERMSSERVOMANIPULATORBASEDONARMCANDIDATEWANGQINGMEISUPERVISORWANGXIULIAN＼TIANXIAOIUNACADEMICDEGREEAPPLIEDFORMASTEROFENGINEERINGSPECIALITYSHENYANGLIGONGUNIVERSITYDATEOFSUBMISSIONDECEMBER2013DATEOFEXAMINATIONMARCH2014UNIVERSITYSHENYANGLIGONGUNIVERSITY

簡介：注塑機(jī)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手的一個(gè)重要分支，隨著注塑工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，注塑機(jī)機(jī)械手取得了越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有氣動(dòng)、液壓和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗小、動(dòng)作快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合具體科研項(xiàng)目，完成基于DSP芯片TMS320F28035的伺服控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。TMS320F28035是針對(duì)實(shí)時(shí)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的32位高性能處理器，具有豐富的外設(shè)模塊和快速運(yùn)算能力。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)各個(gè)組成部分的連接方式，完成了伺服系統(tǒng)控制器的硬件設(shè)計(jì)。定位運(yùn)行是伺服控制系統(tǒng)重要的功能。為了保證機(jī)械手位置的精確性，需要建立一個(gè)原點(diǎn)固定不變的機(jī)械手坐標(biāo)系。機(jī)械手各軸上電后，首先要執(zhí)行原點(diǎn)回歸找到機(jī)械手的原點(diǎn)。本文根據(jù)常用的機(jī)械手歸零方式，設(shè)計(jì)出五軸注塑機(jī)機(jī)械手歸零過程。加減速控制是工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)中十分重要的控制功能，它對(duì)系統(tǒng)的控制精度和性能有重要的影響。本文分析和比較了常用的梯形、S形和三角函數(shù)加減速控制算法，提出了伺服系統(tǒng)控制器中三角函數(shù)加減速控制算法的實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)伺服控制系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)控制器軟件的各個(gè)功能模塊，完成軟件代碼的編寫和調(diào)試。完成了伺服控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證和工廠驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的伺服控制系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)需求。

簡介：近年來，隨著工業(yè)自動(dòng)化的推進(jìn)和用工荒的日益嚴(yán)重，工廠對(duì)機(jī)械手的需求會(huì)越來越大。這必將促成機(jī)械手的不斷研究與開發(fā)，其中機(jī)械手的靈活度越高，能完成的工序越多，那它必將會(huì)節(jié)省大量人力，同時(shí)提高機(jī)械手伺服程度，有利于提升機(jī)械手精度，進(jìn)而提高企業(yè)核心競爭力。為了提高機(jī)械手在工作過程中的精度和速度，本次機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是三軸機(jī)械手，且每個(gè)關(guān)節(jié)都采用伺服驅(qū)動(dòng)。本文在分析國內(nèi)外機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究重點(diǎn)后，根據(jù)實(shí)際需求，針對(duì)三軸機(jī)械手控制系統(tǒng)中伺服系統(tǒng)建模、軌跡跟蹤算法、人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以及算法試驗(yàn)等問題進(jìn)行了細(xì)致的研究，取得的成果如下1介紹機(jī)電伺服系統(tǒng)建模方法，分析三軸伺服機(jī)械手機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立機(jī)械手控制系統(tǒng)模型。2研究軌跡跟蹤算法，分析H∞控制和迭代學(xué)習(xí)控制方法，提出一種兼具H∞反饋和迭代學(xué)習(xí)前饋的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，并通過仿真驗(yàn)證算法的有效性。3設(shè)計(jì)三軸機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件電路，主要包括電源模塊、通信模塊、信號(hào)檢測模塊、脈沖輸出模塊和SPI存儲(chǔ)模塊。最后，通過硬件實(shí)物的調(diào)試，驗(yàn)證本次硬件設(shè)計(jì)的合理性。4設(shè)計(jì)三軸機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，主要包括系統(tǒng)初始化、示教和軌跡規(guī)劃。此外，針對(duì)實(shí)際需要，采用迪文HMI設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)機(jī)械手示教控制界面，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5采用LABVIEW設(shè)計(jì)串口數(shù)據(jù)提取界面，采集并分析跟蹤誤差信號(hào)，驗(yàn)證第三章所提算法的有效性。6對(duì)研究工作總結(jié)，提出有待改進(jìn)的內(nèi)容。

簡介：本文以基于虛擬現(xiàn)實(shí)遙操作焊接機(jī)械手系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為最終研究目標(biāo)，探討了如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)連同遙操作技術(shù)應(yīng)用到焊接機(jī)械手系統(tǒng)之中。論文研究了交互式虛擬場景的創(chuàng)建方法，以O(shè)PENGL和QT為開發(fā)工具在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造出一個(gè)交互式虛擬作業(yè)場景，使操作者可以通過操作桿實(shí)時(shí)的控制虛擬場景中的機(jī)械手模型，受控的機(jī)械手模型幫助操作者更加直觀地了解機(jī)械手在操作過程中的位姿信息。采用DH法為實(shí)物機(jī)械手建立了坐標(biāo)系，建立了齊次變換矩陣，最終推導(dǎo)出機(jī)械手正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。并通過特殊點(diǎn)位置參數(shù)的設(shè)置，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了驗(yàn)證。采用圖解法描述了機(jī)械手工作空間的大小，從而可以直觀的看出工作空間的邊界，從幾何角度描述了機(jī)械手的工作能力。研究了下位機(jī)實(shí)物機(jī)械手的控制理論及實(shí)現(xiàn)方法，并為系統(tǒng)開發(fā)了視頻監(jiān)控的功能。通過圖形化界面所搭建的軟件平臺(tái)，給操作者提供了一個(gè)人機(jī)交互的接口，把系統(tǒng)所具有的功能模塊都集成到這個(gè)軟件平臺(tái)下，為用戶的操作提供了友好的交互環(huán)境。最終，本系統(tǒng)開發(fā)出操作人員通過虛擬模型來遙操作實(shí)物機(jī)械手的功能。同時(shí)，機(jī)械手可以重復(fù)之前由操作人員所示教的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了示教再現(xiàn)的功能。

簡介：鑄件清理是鑄造生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要工序。由于鑄件清理一般由人工操作完成，使其具有噪聲大、粉塵多、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，因此在“機(jī)器人”時(shí)代，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人鑄造”勢在必行。目前，鑄件在落砂后至清理線的轉(zhuǎn)運(yùn)，小鑄件一般由人工實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)，大鑄件則由人工借助機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)，因此鑄件從造型線上到清理線上的轉(zhuǎn)運(yùn)以及各清理工序之間的轉(zhuǎn)運(yùn)是實(shí)現(xiàn)鑄造車間無人化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?，F(xiàn)今，機(jī)械手的自動(dòng)化操作已是十分成熟的技術(shù)，但在轉(zhuǎn)運(yùn)過程仍需人的參與，其關(guān)鍵問題是鑄件的夾持位置不能被機(jī)械手自動(dòng)識(shí)別，因此，研制一種能夠快速精確的識(shí)別出鑄件并把鑄件運(yùn)送到清理位置的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)具有十分重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。本文分析了自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用的機(jī)器視覺技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r。論文以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了鑄件清理機(jī)械手夾點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要包括攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制卡。攝像機(jī)和圖像采集卡主要完成鑄件圖像的采集以及鑄件圖像信號(hào)向圖像數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)主要作用是要運(yùn)行采用DELPHI語言編程的專用視頻采集與處理軟件，運(yùn)動(dòng)控制卡主要完成對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的控制。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的軟件主要包括鑄件圖像預(yù)處理及鑄件夾點(diǎn)的提取程序。圖像處理程序的功能有圖像灰度化、圖像對(duì)比度增強(qiáng)、圖像平滑濾波等。鑄件夾點(diǎn)提取程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)處理后的圖像進(jìn)行邊緣提取以及鑄件夾點(diǎn)的提取。最后介紹了整個(gè)鑄件清理機(jī)械手夾點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)思想以及各個(gè)控制模塊的工作過程。圖像處理軟件的編程采用的是DELPHI編程語言，該編程語言支持模塊化的方法，編程的代碼具有可讀和可修改的優(yōu)點(diǎn)。

簡介：隨著注塑工業(yè)的迅速發(fā)展注塑機(jī)的普及度已經(jīng)變的越來越高同時(shí)帶動(dòng)了與注塑機(jī)相配套的專用機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手控制系統(tǒng)也逐漸得到完善。注塑機(jī)械手可以代替人工體力勞動(dòng)與注塑機(jī)配合完成取物、放嵌件等動(dòng)作這樣可以大幅度提高生產(chǎn)效率有效減少安全事故的發(fā)生增加企業(yè)競爭能力因此注塑機(jī)機(jī)械手變的日益重要。本文結(jié)合具體科研項(xiàng)目完成基于DSP芯片TMS320F28035的單軸注塑機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的編程語言為TMS320F28035C語言編程調(diào)試燒寫的軟件工具為TICCS4其目的是為了滿足單軸注塑機(jī)機(jī)械手各項(xiàng)功能指標(biāo)。首先介紹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。然后介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡要介紹其控制系統(tǒng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主控制器是控制系統(tǒng)的核心因此詳細(xì)介紹主控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)及具體設(shè)計(jì)。最后對(duì)單軸注塑機(jī)機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行測試完成進(jìn)行測試準(zhǔn)備分功能性測試和安全性測試兩部分。測試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)需求。

簡介：通過三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機(jī)器人與棋友對(duì)弈是一種新型的娛樂下棋方式，棋手們足不出門就可以遠(yuǎn)距離對(duì)弈，又沿襲了傳統(tǒng)下棋方式的一些特點(diǎn)。棋手的動(dòng)作包括提子、落子和移動(dòng)棋子，這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給圍棋機(jī)器人，由下棋機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作的模擬。在設(shè)計(jì)中如何選擇機(jī)械手，降低成本，提高可靠性如何控制機(jī)械手的動(dòng)作，從而保證棋子的精確移位如何與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊，傳輸運(yùn)動(dòng)參數(shù)顯得尤為關(guān)鍵。為了滿足上述要求，本設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，著重研究了三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機(jī)器人機(jī)械手的單片機(jī)控制方法，改進(jìn)后也能運(yùn)用于其它棋種（包括國際象棋、中國象棋、跳棋等）。本設(shè)計(jì)三維網(wǎng)絡(luò)圍棋機(jī)器人采用平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手，其中大臂和小臂關(guān)節(jié)為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，它的作用是控制電磁閥水平移動(dòng)棋子Z軸關(guān)節(jié)為移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于控制電磁閥上下移動(dòng)（提子、落子）。設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)選擇二級(jí)CPU結(jié)構(gòu)，以下位機(jī)ARM微處理器LM3S615為核心，與PC機(jī)通訊，按照位置參數(shù)控制平面關(guān)節(jié)直流電機(jī)，滿足下棋機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制要求。本設(shè)計(jì)下棋動(dòng)作模擬過程中為了保證棋子的精確移位，必須準(zhǔn)確控制平面關(guān)節(jié)電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)動(dòng)方向，精確控制它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。為了解決這一技術(shù)難題，采用了標(biāo)準(zhǔn)DH參數(shù)法，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析給出了棋子移動(dòng)時(shí)大小臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的計(jì)算公式，為轉(zhuǎn)動(dòng)速度的設(shè)置和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的計(jì)算提供了依據(jù)設(shè)計(jì)中通過安裝在大臂和小臂電機(jī)上的紅外光電開關(guān)，對(duì)大臂和小臂的光電脈沖計(jì)數(shù)，控制大臂和小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，由脈沖的周期計(jì)算電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，再由單片機(jī)采用增量式PID算法計(jì)算PWM脈沖占空比，調(diào)整PWM輸出脈寬，對(duì)電機(jī)精確調(diào)速，保證了機(jī)械手末端執(zhí)行器（電磁閥）的精確移位。硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)采用了ARM單片機(jī)LM3S615，它功耗小、成本低、執(zhí)行速度非?？欤瑩碛胸S富的驅(qū)動(dòng)庫。程序設(shè)計(jì)時(shí)采用了有限狀態(tài)機(jī)FSM技術(shù)，將機(jī)械手復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程，描述為幾個(gè)典型狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，大大降低了編程的難度，減小了程序容量，提高了程序運(yùn)行的可靠性。

簡介：近幾年，我國注塑制品行業(yè)迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)注塑機(jī)械手的需求逐漸增大，帶動(dòng)國內(nèi)生產(chǎn)注塑機(jī)械手的企業(yè)也越來越多，主要是生產(chǎn)針對(duì)臥式注塑機(jī)的氣動(dòng)類型機(jī)械手和三軸伺服及以下類型機(jī)械手。立式注塑機(jī)由于自身重心較高，人工取件操作不方便，更加需要有專門配備的機(jī)械手用以輔助取件，同時(shí)企業(yè)也需要不斷研發(fā)新機(jī)型、新技術(shù)，提高自身在注塑機(jī)械手市場的競爭力。本次課題任務(wù)就是針對(duì)性的設(shè)計(jì)開發(fā)一種應(yīng)用在立式注塑機(jī)上的側(cè)取機(jī)械手。課題在結(jié)合企業(yè)多年設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)方案，確定了設(shè)計(jì)要求的性能參數(shù)，利用SOLIDWKS軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并完成側(cè)取機(jī)械手模型，對(duì)設(shè)備上用到的主要外購件分別進(jìn)行了選型計(jì)算。運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)側(cè)取機(jī)械手簡化模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到側(cè)取機(jī)械手應(yīng)力圖與變形圖。從圖中可知節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力為465MPA，最大位移變形量為044MM，兩個(gè)值均滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求。對(duì)側(cè)取機(jī)械手簡化模型再進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到側(cè)取機(jī)械手低階固有頻率與振型圖。分析其前6階模態(tài)振型圖。可知手臂振動(dòng)振幅的大小對(duì)側(cè)取機(jī)械手振動(dòng)影響最大。利用拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)手臂結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行優(yōu)化，再根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改進(jìn)模型，對(duì)改進(jìn)后的模型進(jìn)行靜力學(xué)分析與動(dòng)力學(xué)分析，優(yōu)化后其所受應(yīng)力與最大變形基本保持不變，固有頻率值與優(yōu)化前相比均有所提高，優(yōu)化結(jié)果一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最后將不同優(yōu)化方式的效果進(jìn)行比較，選擇最佳的優(yōu)化方式。論文后期進(jìn)行了振動(dòng)測試驗(yàn)證，手臂振動(dòng)振幅在要求精度范圍以內(nèi)。運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)側(cè)取機(jī)械手模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。選擇手臂末端一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過仿真分析得到手臂各方向運(yùn)動(dòng)的位移速度曲線圖與角速度角加速度曲線圖。分析曲線圖中的數(shù)據(jù)，側(cè)取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)規(guī)律與實(shí)際情況基本一致，運(yùn)行平穩(wěn)。最后，經(jīng)過反復(fù)仿真分析，提出了側(cè)取機(jī)械手最快的全循環(huán)時(shí)間，明顯提高側(cè)取機(jī)械手工作中的生產(chǎn)效率。同時(shí)為企業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)新系列提供數(shù)據(jù)依據(jù)，縮短開發(fā)周期。

簡介：近年來，隨著勞動(dòng)力成本的增加，傳統(tǒng)的中國制造業(yè)勞動(dòng)密集型生產(chǎn)模式難以跟上社會(huì)發(fā)展的腳步，采用機(jī)器人機(jī)械手代替人力生產(chǎn)是發(fā)展的必然趨勢，而基于工業(yè)總線的機(jī)器人機(jī)械手控制器又是發(fā)展的新方向。相對(duì)于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，基于總線的機(jī)器人機(jī)械手控制器具有抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)簡單、易于擴(kuò)展、成本較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)機(jī)器人機(jī)械手的推廣具有決定性作用。本文以三軸直角坐標(biāo)機(jī)械手為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于CANOPEN總線協(xié)議的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，主要工作和成果如下。1、采用兩塊STM32系列芯片分別設(shè)計(jì)開發(fā)了人機(jī)交互手持器和運(yùn)動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制功能。2、研究了插補(bǔ)算法和速度、加速度規(guī)劃方法，采用時(shí)間分割插補(bǔ)法實(shí)現(xiàn)了對(duì)小線段的軌跡插補(bǔ)提出了一種實(shí)時(shí)速度規(guī)劃方法，有效消除機(jī)械手多軸同步時(shí)產(chǎn)生的位置誤差。3、采用CANOPEN總線構(gòu)建了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CANOPEN總線協(xié)議下的機(jī)械手回原點(diǎn)模式控制、位置模式控制和插補(bǔ)模式控制。

簡介：植物生長過程中與外界信息的交互是生命得以完成的保證。因此，準(zhǔn)確、穩(wěn)定、無損地獲取植物的生命信息，對(duì)于揭示植物生長發(fā)育機(jī)理和評(píng)價(jià)植物生長狀態(tài)具有重大意義。其中，離子流的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸在植物的生長發(fā)育、新陳代謝、營養(yǎng)吸收、感知刺激等過程具有關(guān)鍵作用。因此，植物離子流的動(dòng)態(tài)檢測研究越來越受重視。離子流檢測是設(shè)計(jì)在數(shù)字顯微鏡成像基礎(chǔ)上，通過控制玻璃微電極的精細(xì)運(yùn)動(dòng)，使電極以最佳狀態(tài)接近植物組織、器官，獲取不同測量點(diǎn)離子流動(dòng)態(tài)信號(hào)。夾持控制玻璃微電極的設(shè)備是三維機(jī)械手，電極的運(yùn)動(dòng)精度取決于三維機(jī)械手的控制精度。本研究針對(duì)三維機(jī)械手各個(gè)手臂的運(yùn)動(dòng)模式、速度、方向等控制需求，提出具體解決方案并完成了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)。論文研究主要內(nèi)容如下1歸納了離子流檢測設(shè)備的應(yīng)用背景及意義、分析了離子流檢測設(shè)備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和精密儀器研究現(xiàn)狀，并闡述了離子流檢測設(shè)備的工作原理，提出本文主要研究內(nèi)容和目標(biāo)。2針對(duì)便攜式需求以及選定的小型三維機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計(jì)了三維機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的整體方案，即根據(jù)三維機(jī)械手的調(diào)節(jié)螺紋結(jié)構(gòu)，利用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向精細(xì)控制通過上位機(jī)控制界面，實(shí)現(xiàn)量化、直觀、簡便的控制操作。3按照系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)、搭建三維機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制硬件系統(tǒng)1對(duì)控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行芯片對(duì)比及選型2設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的原理圖并完成PCB板的設(shè)計(jì)制作3完成了控制電路的焊接和調(diào)試。4根據(jù)離子流檢測精度需求和已搭建的硬件系統(tǒng)，編寫下位機(jī)嵌入式控制代碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維機(jī)械手各個(gè)手臂的運(yùn)動(dòng)控制1為了完成玻璃微電極的精準(zhǔn)定位，根據(jù)調(diào)節(jié)螺紋的螺距和電極位移精度要求，在控制程序中設(shè)定了8個(gè)細(xì)分檔次，最大細(xì)分?jǐn)?shù)為128。2制定了與上位機(jī)通信的規(guī)則和控制命令。5對(duì)上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與編寫。針對(duì)實(shí)際操作的需求，既要具有長距離位移的快速運(yùn)動(dòng)，又要具備在電極接近樣本時(shí)的精細(xì)微調(diào)，還要實(shí)現(xiàn)采集期間的定時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)三維機(jī)械手各個(gè)手臂的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)了三種控制模式連續(xù)、單步以及采集。同時(shí)還可以選擇設(shè)置采集期間電極往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率以及采集總體時(shí)間。試驗(yàn)表明，本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維機(jī)械手各個(gè)手臂運(yùn)動(dòng)模式、速度、位移及方向的選擇控制等，能夠?qū)⑷S機(jī)械手夾持的玻璃微電極高、精、準(zhǔn)地送到指定位置，使玻璃微電極能以最佳狀態(tài)與生物細(xì)胞進(jìn)行良好封接，滿足了離子流信號(hào)采集需求。

簡介：刀庫及機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置是加工中心的關(guān)鍵功能部件，提高其可靠性對(duì)加工中心整體可靠性的提高有重要意義。課題源于國家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”，以QY011型盤式刀庫及機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置為對(duì)象展開研究，通過搭建可靠性測試系統(tǒng)，進(jìn)行可靠性性能測試試驗(yàn)及分析，找出影響盤式刀庫及機(jī)械手可靠性的主要因素，為國產(chǎn)盤式刀庫及機(jī)械手可靠性的改進(jìn)與提高提供依據(jù)。在深入分析了解盤式刀庫及機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置結(jié)構(gòu)組成及功能的基礎(chǔ)上，依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)了盤式刀庫的電氣系統(tǒng)根據(jù)盤式刀庫自動(dòng)換刀流程和功能需求，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)，使盤式刀庫及機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置能夠可靠運(yùn)行。設(shè)計(jì)了盤式刀庫及機(jī)械手性能測試系統(tǒng)。依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模x擇液壓壓力、氣壓壓力、電機(jī)電流、立式機(jī)械手和刀盤振動(dòng)為測試內(nèi)容，并完成了相應(yīng)測試硬件的選型和安裝?；赩B開發(fā)了測試系統(tǒng)軟件，具有參數(shù)設(shè)置、傳感器調(diào)試、動(dòng)態(tài)測量與顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報(bào)表打印等功能。設(shè)計(jì)了刀盤振動(dòng)、立式機(jī)械手振動(dòng)和電機(jī)電流測試方案。通過對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了刀盤振動(dòng)、立式機(jī)械手插拔刀振動(dòng)和電機(jī)電流隨相應(yīng)工況的變化規(guī)律，得到了刀庫可靠性最高時(shí)的工況。采用小波包頻帶能量技術(shù)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同工況下的刀盤振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，判斷刀盤的定位精度，從定位精度的角度分析不同工況下刀盤運(yùn)行可靠性的變化。

簡介：機(jī)器人的控制問題無論在理論界還是工程界多年來一直倍受人們的關(guān)注。當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)模型精確可知時(shí)，利用反饋線性化技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制，然而現(xiàn)實(shí)的操作過程中機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的各個(gè)參數(shù)是變化的，同時(shí)還受到環(huán)境干擾和負(fù)載變化等許多不確定因素的影響，這就要求機(jī)器人控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性和較好的魯棒性，因此有必要提出其它的控制方法。本文以模型未知的分鋼機(jī)械手系統(tǒng)為研究對(duì)象，在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了基于智能算法的力和位置控制。首先，本文介紹了課題研究的背景、目的、意義以及機(jī)器人軌跡跟蹤控制和機(jī)器人力控制的發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型建立方法，并在此基礎(chǔ)上，建立了分鋼機(jī)械手在自由空間和約束空間的方程，并分析了其特性。其次，介紹了基于ADAMS與MATLAB的分鋼機(jī)械手聯(lián)合仿真。利用虛擬樣機(jī)軟件ADAMS建立了分鋼機(jī)械手的虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得出分鋼機(jī)械手在分鋼過程中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊震蕩現(xiàn)象在MATLABSIMULINK中建立了聯(lián)合仿真系統(tǒng)的控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)過程。然后，介紹了PID控制理論的知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)分鋼機(jī)械手分鋼過程中出現(xiàn)的軌跡跟蹤問題，提出了基于魯棒自適應(yīng)PD軌跡跟蹤控制方法，并通過聯(lián)合仿真技術(shù)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的軌跡跟蹤控制器的正確性和有效性。最后，研究了阻抗控制的原理、分鋼機(jī)械手分鋼過程中沖擊震蕩和不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原理以及機(jī)械手末端與環(huán)境接觸等效模型，在此基礎(chǔ)上，提出了基于位置阻抗的控制方法，并通過聯(lián)合仿真技術(shù)驗(yàn)證所涉及的機(jī)器人力控制算法的有效性和正確性。

簡介：鑒于國內(nèi)用工環(huán)境和政策的變換以及企業(yè)競爭壓力的需求，迫切需要用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備代替人工作業(yè)，目前，在一些大型汽車企業(yè)中，使用機(jī)器人的沖壓生產(chǎn)線已經(jīng)使用得十分廣泛，但是一些小型的企業(yè)依然采用人工上下料的加工方式。本課題設(shè)計(jì)出一種成本低廉的用于小型鈑金沖壓的自動(dòng)上下料機(jī)械手，可以實(shí)現(xiàn)鈑金等物料自動(dòng)上下料的功能。論文依據(jù)課題的任務(wù)要求以及技術(shù)指標(biāo)，定下機(jī)械手臂的各項(xiàng)基本的技術(shù)參數(shù)，為整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上，通過分析比較的方法提出機(jī)械手的四自由度關(guān)節(jié)的總體的結(jié)構(gòu)布局，利用DH法建立所設(shè)計(jì)機(jī)械手的模型，并對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)的正逆解進(jìn)行求取，并且求解出機(jī)械手的雅克比矩陣，運(yùn)用MATLAB數(shù)值仿真軟件分析所設(shè)計(jì)機(jī)械手臂的工作空間?；赟OLIDWKS對(duì)機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)工作狀況進(jìn)行分析，選擇了機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)以及減速器的型號(hào)并且對(duì)各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，完成部分關(guān)鍵零部件的校核，在論文中給出了典型關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)裝配圖結(jié)合實(shí)際的工作情況，編寫各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)邏輯時(shí)序圖?；贏DAMS對(duì)機(jī)械手臂實(shí)際的工作狀況進(jìn)行仿真，繪制出在運(yùn)動(dòng)過程中，各關(guān)節(jié)的扭力扭矩曲線變化圖。利用ANSYA對(duì)機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析，分別求出機(jī)械手的水平部件在小臂伸出和縮回時(shí)前六階的振動(dòng)模態(tài)，以及機(jī)械手末端在自身重力的作用下的位移和吸取物料時(shí)末端的位移變化。基于坐標(biāo)系廣義位姿誤差的矢量定義，提出機(jī)械手的廣義誤差模型，引入MDH法，推導(dǎo)求出采用連桿坐標(biāo)系的廣義幾何誤差，從而建立廣義幾何誤差模型，利用MATLAB建立所設(shè)計(jì)機(jī)械手的誤差模型，繪制出在給定的誤差下，機(jī)械手臂末端誤差隨關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的變化曲線，通過改變角度誤差和長度誤差的大小，對(duì)比二者的變化對(duì)機(jī)械手末端位姿誤差的影響。

簡介：在國家自然科學(xué)基金“基于電機(jī)性能參數(shù)的高速并聯(lián)機(jī)構(gòu)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)”支持下，本文以三自由度的DELTA并聯(lián)機(jī)械手為例，從機(jī)械手剛體動(dòng)力學(xué)建模、軌跡規(guī)劃方法、和運(yùn)動(dòng)控制方法三個(gè)角度入手，系統(tǒng)地研究了在考慮機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上提高機(jī)械手運(yùn)行速度和抓放動(dòng)作精度的控制方法。并進(jìn)一步在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。全文取得成果如下首先，在剛體動(dòng)力學(xué)模型方面，基于虛功原理建立了完備的機(jī)械手剛體動(dòng)力學(xué)模型，得到矩陣形式表達(dá)的動(dòng)力學(xué)方程。針對(duì)動(dòng)力學(xué)模型的簡化方法進(jìn)行了深入的研究，從機(jī)械手結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)兩方面出發(fā)，分析了各因素對(duì)簡化模型準(zhǔn)確性的影響，以簡化動(dòng)力學(xué)模型與完備模型逼近程度作為優(yōu)化指標(biāo)，提出了一種新的基于組合質(zhì)量分配系數(shù)的剛體動(dòng)力學(xué)簡化方法，為實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)控制方法的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。其次，在軌跡規(guī)劃方面，為保證機(jī)器人高速作業(yè)的柔順性，提出一種新的關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃方法。該方法首先通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型將運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)映射至關(guān)節(jié)空間，隨后基于五次非均勻有理B樣條曲線構(gòu)造關(guān)節(jié)軌跡，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)，與原有的操作空間內(nèi)多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)比，表明該方法有效地提升了機(jī)械手高速運(yùn)行下的末端定位精度與平順性。隨后，在運(yùn)動(dòng)控制方面，首先分析了電機(jī)驅(qū)動(dòng)單支鏈模型，基于MATLAB建立PID控制模型，提出了基于遺傳算法的自整定方法并對(duì)伺服參數(shù)進(jìn)行了整定。隨后基于簡化的剛體動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力學(xué)前饋控制器，通過在SIMULINKSIMMECHANICS中構(gòu)建控制系統(tǒng)和機(jī)械手模型，對(duì)機(jī)械手單條支鏈進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，表明了該控制方法與運(yùn)動(dòng)學(xué)閉環(huán)控制相比具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，同時(shí)該方法可以有效地減少高速作業(yè)下機(jī)械手動(dòng)態(tài)特性造成的軌跡跟蹤誤差，提高作業(yè)精度。最后，在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)方面，采用純軟件實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)TWINCAT搭建實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)，完成了相關(guān)控制算法的設(shè)計(jì)與控制軟件的編寫。通過實(shí)驗(yàn)，一方面驗(yàn)證了上文簡化剛體動(dòng)力學(xué)模型和軌跡規(guī)劃的有效性，另一方面驗(yàn)證了單支鏈力矩前饋可以顯著的改善并聯(lián)機(jī)械手在實(shí)際高速運(yùn)動(dòng)中的軌跡跟蹤精度與動(dòng)態(tài)特性。