簡介：隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，由于殘疾人對假肢手康復(fù)工程的高度重視和人們急于從惡劣的工作環(huán)境中解放出來，近年來，科技工作者對機械手的研究取得一定的成果，研發(fā)出的擬人化機械手雖然能完成物體的抓取和操作，但存在通用性差、成本高、控制復(fù)雜等問題，在一定程度上限制了使用范圍?；谟脩粜枨?、操作簡單和低成本為設(shè)計的原則，研發(fā)一種成本低廉、控制簡單、體積小、能夠?qū)崿F(xiàn)隨形抓取的機械手很有必要。運用欠驅(qū)動原理，采用差動驅(qū)動機構(gòu)，單一驅(qū)動電機，設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、控制簡單、成本低、具備隨形抓取能力的擬人化機械手。該機械手能夠?qū)崿F(xiàn)各手指抓取力大小的自動控制，抓取物體時能夠自動調(diào)整位姿和手指抓取力的大小。首先，通過對國內(nèi)外機械手發(fā)展現(xiàn)狀的分析研究，明確設(shè)計任務(wù)。通過驅(qū)動技術(shù)與傳動機構(gòu)方案應(yīng)用的對比分析，確定了機械手的驅(qū)動方案與傳動機構(gòu)。其次，從仿生學以及解剖學的角度出發(fā)，分析了人手結(jié)構(gòu)和功能特征，為隨形抓取機械手的設(shè)計提供了可靠的設(shè)計參數(shù)和依據(jù)，并以此為依據(jù)，完成了隨形抓取機械手的食指、中指、無名指、拇指以及手掌的詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計。最后，根椐設(shè)計的隨形抓取機械手的三維機構(gòu)模型，利用DH參數(shù)法建立了隨形抓取機械手的運動學模型，根據(jù)已知各關(guān)節(jié)的運動參數(shù)，推導(dǎo)出了運動學正解方程，求出手指末端的相對參考坐標系的位姿根據(jù)手指末端相對參考坐標系的位姿要求，推導(dǎo)出了機械手的逆運動學方程，求出了各個關(guān)節(jié)的運動參數(shù)應(yīng)用雅可比矩陣分析機械手速度與相應(yīng)關(guān)節(jié)速度之間的關(guān)系通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動所需的運動參數(shù)，進而實現(xiàn)機械手運動期望的位姿，為機械手的控制及實現(xiàn)抓取奠定了基礎(chǔ)。

簡介：水泥包裝生產(chǎn)過程中需要將水泥袋插入灌裝機噴嘴處，目前國內(nèi)這一環(huán)節(jié)的工作仍由人工完成。長期高粉塵條件下的工作，使得許多插袋操作工人患上呼吸系統(tǒng)疾病；由于水泥生產(chǎn)效率不斷提高，人工方式插袋已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段自動化生產(chǎn)的需求。水泥插袋機械手具有可靠性好、穩(wěn)定性好、自動化程度高的特點，可解決水泥包裝過程中插袋環(huán)節(jié)仍依賴人工的窘境。本文針對水泥包裝自動化生產(chǎn)中的插袋環(huán)節(jié)進行研究，并在理論基礎(chǔ)上設(shè)計與回轉(zhuǎn)式水泥灌裝機相配套的水泥插袋機械手。該機械手可實現(xiàn)與回轉(zhuǎn)式水泥灌裝機的對接，自動完成取袋和插袋，實現(xiàn)了水泥成品物料的全程灌裝自動化。根據(jù)項目的參數(shù)要求以及所需實現(xiàn)的功能，首先對目前國內(nèi)外的先進自動包裝機械進行了詳細調(diào)研，根據(jù)回轉(zhuǎn)式水泥灌裝機的技術(shù)參數(shù)特點，確定插袋機械手的主要技術(shù)參數(shù)。然后，設(shè)計分析插袋機械手的平面布置情況，并根據(jù)實際環(huán)境確定機械手結(jié)構(gòu)形式及機械手各關(guān)節(jié)驅(qū)動方式，完成插袋機械手總體方案的設(shè)計、各關(guān)節(jié)電機、減速機及附件的選型。設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)，選擇合適的控制元件。利用PROENGINEER軟件進行水泥插袋機械手各零部件的設(shè)計和分析，完成插袋機械手的三維虛擬模型建立。最后，采用ANSYS軟件對水泥插袋機械手進行整機進行多位姿情況下的有限元分析，分析過程的邊界設(shè)置采用極端載荷設(shè)置，主要包括高負載條件下的靜力學分析，工況下的疲勞強度分析和工況下的動力學分析（模態(tài)分析），通過分析的結(jié)果驗證設(shè)計的插袋機械手整機的強度及剛度均滿足設(shè)計要求。

簡介：傳統(tǒng)物流輸送系統(tǒng)在信息技術(shù)應(yīng)用上存在弊端，計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和對自動智能搬運工具的迫切需求使得AGVAUTOMATICGUIDEDVEHICLE的簡稱應(yīng)運而生。AGV的概念很簡單，根據(jù)我國國家標準物流術(shù)語中的定義，是指裝有自動導(dǎo)引裝置，能夠按規(guī)定路徑行駛，在車體上具有編程和選擇的裝置、安全保護裝置以及物料移載功能的搬運車輛。機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程以變動的多功能機器，在現(xiàn)代物流輸送系統(tǒng)中占據(jù)著重要位置。可編程序控制器PLC因其可靠性高、編程方便、配置靈活，廣泛應(yīng)用于機械手的電氣控制。論文詳細論述了PLC控制的優(yōu)勢和PLC的選型依據(jù)，實現(xiàn)了三自由度直角坐標機械手技術(shù)指標理論體系的關(guān)鍵組成部分。為實現(xiàn)PLC對機械手的水平、上下移動和抓取控制，設(shè)計了電氣控制原理圖并進行梯形圖編程。針對機械手關(guān)鍵技術(shù)中的動作模型、自由度模型和功能模型，提出光電編碼器的位置檢測系統(tǒng)優(yōu)化，并進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)的研究。論文分析了智能搬運設(shè)備AGV車載控制系統(tǒng)差速驅(qū)動數(shù)學模型、AGV的運動學模型和差速轉(zhuǎn)向等關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，將磁導(dǎo)引的雙轉(zhuǎn)向架差速驅(qū)動AGV引入自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域，設(shè)計本系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)及其特征。結(jié)合傳感器、智能控制和直流電源的關(guān)鍵指標的特點，提出PID糾偏算法作為尋線模式、平移模式和差速平移三種運行模式的切入，糾偏算法關(guān)鍵過程中理論驗證。論文搭建了AGV小車實驗環(huán)境，進行了AGV試驗車的機械設(shè)計，電氣設(shè)計與車載程序設(shè)計，經(jīng)運行實驗驗證，實現(xiàn)了自動全向行駛，RFID可以實時跟蹤AGV小車的位置，自動選擇岔路，自動切換運行速度，實現(xiàn)了磁帶導(dǎo)引的雙轉(zhuǎn)向架驅(qū)動AGV的停位誤差小于±10MM。

簡介：分類號分類號TP242P242密級級公開UDCUDC單位代碼單位代碼1042410424學位論文助老助殘機械手控制技術(shù)研究助老助殘機械手控制技術(shù)研究王鑫王鑫申請學位級別申請學位級別碩士碩士學位學位專業(yè)專業(yè)名稱稱控制理論與控制工程控制理論與控制工程指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師姓名樊炳輝職稱稱教授山東科技大學二〇一七年五月一七年五月STUDYOFTHECONTROLTECHNOLOGYOFTHEMANIPULATORFORELDERANDDISABLEDATHESISSUBMITTEDINFULFILLMENTOFTHEREQUIREMENTSFORTHEDEGREEOFMASTEROFPHILOSOPHYFROMSHANDONGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYBYWANGXINSUPERVISORPROFESSORFANBINGHUICOLLEGEOFELECTRICALENGINEERINGANDAUTOMATIONMAY2017

簡介：工程機械是現(xiàn)代化工業(yè)的重要組成部分，在國防建設(shè)、城市建設(shè)、環(huán)境保護、交通運輸、能源工業(yè)、原材料工業(yè)建設(shè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。履帶輪是履帶式工程機械的重要組成部分，為了獲得更好的力學性能，該零件的加工必須經(jīng)過淬火和回火處理。目前履帶輪熱處理工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，自動化水平較低，工作效率不高，履帶輪淬火后搬運時間不能保證。為了嚴格控制淬火和回火之間的準備時間，保證工件的質(zhì)量，提高整個加工過程的效率，研究開發(fā)一套自動化搬運設(shè)備顯得十分重要。本文以橫向項目履帶輪自動上下料生產(chǎn)線系統(tǒng)為背景，首先介紹了國內(nèi)外機器人研究現(xiàn)狀和計算機視覺的發(fā)展現(xiàn)狀，并著重論述了機器人視覺的發(fā)展，以及目前常用的視覺處理方案。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)項目的要求提出了機械手的整體構(gòu)建方案，并對系統(tǒng)中用到的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場上下料過程中出現(xiàn)的問題以及工件的形狀特征，進行了機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并開發(fā)出一種新型專用手爪。使整個機械手除了具有搬運功能外，還能實時的監(jiān)測手爪與工件的位置關(guān)系，防止碰撞發(fā)生；并在出現(xiàn)抓取偏差時檢測出工件中心與手爪中心的偏移量，實時糾正偏差，完成抓取過程的自動定中要求。針對工業(yè)現(xiàn)場不利于采用標定板進行標定的特點，在傳統(tǒng)標定方式的基礎(chǔ)上提出了一種利用工件進行非均勻標定的方法。根據(jù)工件出現(xiàn)在視覺區(qū)域的位置，確定可標定的視覺范圍，即視覺的重點標定區(qū)域，利用工件的實際坐標和圖像坐標的匹配點確定標定點，通過一組標定點采用局部線性插值完成對像機的快速標定，并用來輔助機械手系統(tǒng)完成對工件的視覺定位。搭建試驗平臺，進行軟件程序編寫，通過實驗驗證該方法的可行性，并進一步分析了同一區(qū)域內(nèi)，標定點個數(shù)和定位誤差的關(guān)系。之后對通過實驗獲得的大量數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計，工件在工件框內(nèi)九個區(qū)間上符合正態(tài)分布，與所提出的非均勻標定法的結(jié)果相吻合，進而驗證了基于視覺定位上下料系統(tǒng)的實用性。

簡介：機械手的廣泛運用，使得勞動生產(chǎn)率有很大幅度的提高，同時改善了勞動者的工作環(huán)境。本文簡單分析了國內(nèi)外機械手的研究現(xiàn)狀，提出來一種全新的六自由度可折疊機械手的結(jié)構(gòu)模型。本文對所研究的可折疊機械手進行深入的理論研究，主要集中在運動學分析、工作空間的求解、動力學分析、軌跡規(guī)劃和虛擬軟件建模仿真分析。機械手的力學特性分析是實現(xiàn)機械手完成準確運動的基礎(chǔ)，在機械手的研發(fā)過程中都需要對機械手的運動和動力特性進行完整地研究。對理論研究的結(jié)果進行驗證分析，將模型仿真得到的運動結(jié)果與機械手理論運算結(jié)果進行對比分析，找到機械手運動過程中的危險受力位置，從而為進一步優(yōu)化機械手結(jié)構(gòu)使其具有較好的運動和動力特性作基礎(chǔ)。本文對一種六自由度可折疊機械手進行了運動學研究，根據(jù)機械手幾何特點得到了六自由度機械手的運動學正逆解，在關(guān)節(jié)角度變化范圍內(nèi)進行了詳細論述逆解，并使用MATLAB軟件進行了運動學仿真驗證。介紹三次多項式法對機械手關(guān)節(jié)控制的研究思路，利用蒙特卡洛法求解出機械手的工作空間云圖，分析機械手在實際工作過程中的液壓驅(qū)動方式和可折疊性實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特點。選取牛頓歐拉法建立可折疊機械手的逆向動力學方程，得出牛頓歐拉迭代法所需要的程序指令，最后將可折疊機械手的三維模型導(dǎo)入虛擬樣機ADAMS軟件中，指定機械手手爪目標狀態(tài)下的位置和姿態(tài)，利用逆向運動學方程求解出六個連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度，將關(guān)節(jié)角度變化量輸入到仿真模型中驅(qū)動機械手關(guān)節(jié)運動，驅(qū)動機械手進行仿真運算，考察機械手手爪是否達到預(yù)定的位置和姿態(tài)，輸出機械手在運動過程中各個關(guān)節(jié)在不同方向上的受力情況，觀察手爪運動特性曲線及關(guān)節(jié)受力情況曲線，能更直觀地感受機械手力學特性的關(guān)系特點。最后針對本文在機械手研究過程中遇到的難題和斟酌不當?shù)牡胤竭M行總結(jié)歸納，為將來更進一步對機械手軌跡規(guī)劃和力控制編程的研究提供基本運動學和動力學理論基礎(chǔ)。

簡介：手動變速器（MT）目前在世界汽車變速器市場中仍然占據(jù)著巨大的市場份額。下線檢測作為變速器生產(chǎn)制造最后也是最重要的一個環(huán)節(jié)，擔負著發(fā)現(xiàn)變速器裝配制造缺陷甚至設(shè)計缺陷，防止不合格變速器流入市場的任務(wù)。隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，變速器生產(chǎn)廠家對全自動下線檢測裝置的需求日益增長。但是，換擋機械手作為下線檢測臺的一個重要組成部分卻一直采用國外通用關(guān)節(jié)型機械手，這一點不僅制約了下線檢測臺生產(chǎn)廠家成本控制，而且也限制了臺架功能的拓展。本文依托重慶理工清研凌創(chuàng)測控科技有限公司所生產(chǎn)的手動變速器下線檢測臺，研制了一種替代六自由度關(guān)節(jié)型機器人的專用換擋機械手。首先，本文詳細介紹了換擋機械手的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，結(jié)合下線檢測臺上手動變速器換擋實際工況與低成本要求設(shè)計了包含有一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的四自由度直角坐標型機械手手臂。為消除目前用作換擋機械手的六自由度關(guān)節(jié)型機器人在測量換擋力矩時存在的附加力矩，本文提出了一種自動對中機械手末端二爪氣缸與變速器換擋搖臂軸兩者旋轉(zhuǎn)中心線的方法，并根據(jù)此方法設(shè)計了機械手末端執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)上述換擋機械手平臺與末端執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計方案與手動變速器實際換擋過程中選換擋力矩要求，選擇并采購了所需的機械零部件與傳感器，最后組裝完成機械手實物。其次，本文根據(jù)機械手結(jié)構(gòu)采用DH法建立了換擋機械手的連桿變換矩陣，繼而可以求得機械手的運動學方程。由于換擋機械手需要在已知末端執(zhí)行器位姿的情況下求得各個關(guān)節(jié)變量的解，本文繼續(xù)求解出換擋機械手的逆運動學解。以上運動學正解與逆解為換擋機械手控制系統(tǒng)中的運動控制控制模塊與自動對中模塊的實現(xiàn)提供了方法與依據(jù)，以此可以實現(xiàn)在已知換擋搖臂大概位置情況下，機械手快速移動到其附近為下一步對中任務(wù)執(zhí)行做好準備。第三，根據(jù)換擋機械手功能要求，設(shè)計其控制系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)方案。根據(jù)該方案選擇并采購控制系統(tǒng)硬件，完成電氣柜中各個電氣原件間的接線工作。為實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能，本文采用VB編程語言編寫了控制系統(tǒng)軟件。最后，在實際換擋試驗過程中發(fā)現(xiàn)上述兩旋轉(zhuǎn)軸線對中過程完成后始終有較大的殘余夾角。在分析原因后，本文利用支持向量機在小樣本非線性問題中的優(yōu)勢，建立了對中誤差模型并嘗試補償該誤差。

簡介：隨著電子科學技術(shù)的不斷發(fā)展，使得各行各業(yè)自動化程度的提高。在醫(yī)療領(lǐng)域，機器手應(yīng)用到微創(chuàng)手術(shù)中實現(xiàn)了手術(shù)的自動化，不僅解放了雙手，而且可以避免在手動穿刺中由于雙手顫動和人眼判斷不準所帶來的誤差，使得手術(shù)更加精準化，提高了手術(shù)成功率，在人們對醫(yī)療水平保持高期望的當下具有十分重要的研究意義。本文以實現(xiàn)穿刺手術(shù)的自動靶點定位為目的展開工作，從系統(tǒng)功能架構(gòu)和軟、硬件的控制設(shè)計上進行詳細的構(gòu)思，通過設(shè)計應(yīng)用于穿刺手術(shù)的機械從手所對應(yīng)的運動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)位置定位。主要研究內(nèi)容和成果為1完成了輔助定位系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計了整個定位運動控制系統(tǒng)的功能架構(gòu)；設(shè)計了6自由度的機械臂本體作為定位操作機構(gòu)；并選擇了混合式步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)和光電旋轉(zhuǎn)編碼器作位置檢測元件，搭建了硬件平臺。2建立了定位機械臂的運動學模型。運用機器人運動學的相關(guān)知識，對機械臂本體機構(gòu)進行POE建模，求得了正逆運動學方程并進行解算；軟件仿真驗證了模型的正確性；求得了機械臂的“腕部”活動范圍為270MM175MM200MM的長方體空間及手術(shù)有效規(guī)劃空間范圍為906MM175MM5775MM的長方體空間。3完成了DSP定位系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計。采用模塊化的設(shè)計思路，實現(xiàn)了串口通信、位置控制、編碼器反饋信號處理、復(fù)位等功能。4測試了系統(tǒng)的定位功能。通過以DSP為控制核心對定位系統(tǒng)進行實驗測試，驗證了控制軟件的正確性。通過PC上位機給DSP發(fā)送隨機設(shè)置的位置坐標系統(tǒng)實現(xiàn)位置定位，并且通過樣機的軟、硬件聯(lián)調(diào)，優(yōu)化控制參數(shù)提高位置定位精度。

簡介：隨著電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，PCB板（PRINTEDCIRCUITBOARD）作為電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)元件，它在電子產(chǎn)品中的地位越來越重要。PCB六軸數(shù)控鉆床是用來加工PCB板的專業(yè)機床，其性能直接關(guān)系到PCB板的加工質(zhì)量。目前，在PCB的加工中大多數(shù)企業(yè)還在使用人力進行PCB上下料，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)效率較低，人工成本較高。為了改善這一狀況，進一步提高機械加工效率、降低加工成本。論文針對一種基于視覺定位的PCB數(shù)控鉆床上下料機械手進行了研究，通過將數(shù)控鉆床、上下料機械手以及視覺處理等設(shè)備進行組合，組成以上下料機械手為核心的自動上下料系統(tǒng)，并對其關(guān)鍵部分機械手本體結(jié)構(gòu)和視覺定位技術(shù)這兩方面進行了研究。論文主要從以下幾個方面展開研究對上下料系統(tǒng)的組成進行了分析。通過分析工件結(jié)構(gòu)和所需測量的工件位姿數(shù)據(jù)，確定了EYETOH式手眼關(guān)系的單目視覺系統(tǒng)作為視覺模塊的方案。分析了上下料系統(tǒng)布局，確定了上下料流程。根據(jù)上下料系統(tǒng)的布局形式以及上下料過程中機械手所需要完成的動作，通過分析對比確定了機械手的負載能力、自由度、結(jié)構(gòu)類型、關(guān)節(jié)運動副的布局方式、驅(qū)動方式和機械手運動參數(shù)這幾個重要指標。并通過DH方法建立機械手DH坐標系，建立了機械手運動學模型，求解出了機械手的位姿變換矩陣。對上下料機械手視覺定位的一些相關(guān)技術(shù)進行了研究。首先，研究了圖像處理基本流程。接著，對相機標定原理進行研究并運用HALCON軟件對攝像機進行標定，矯正了鏡頭的畸變。最后，分析了工件圖像的處理流程，并運用HALCON軟件編寫了工件位姿檢測的算法。根據(jù)機械手設(shè)計指標對機械手各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動電機以及傳動部件進行設(shè)計計算。同時，運用SOLIDWKS軟件對機械手腰部、大臂部分、小臂部分以及末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并建立了機械手本體模型。在建立了機械手模型之后，將其進行了簡化，并運用ADAMS對機械手進行運動仿真。將機械手手抓軌跡數(shù)據(jù)與機械手手抓位姿矩陣的解進行對比，驗證了機械手運動軌跡的正確性；根據(jù)機械手手抓速度以及加速度曲線，分析了機械手手抓吸附的穩(wěn)定性；通過提取各個關(guān)節(jié)的運動圖像以及力或力矩變化曲線，得到了各個關(guān)節(jié)力或扭矩數(shù)據(jù)，并對各關(guān)節(jié)電機的選型進行了分析驗證。論文對機械手本體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，分析了視覺系統(tǒng)方案，編寫了工件位姿檢測算法，并通過對機械手的仿真分析和對工件位姿檢測算法的測試，驗證了機械手和位姿檢測算法的可行性。論文研究成果對實際生產(chǎn)和進一步的理論研究都有一定的理論指導(dǎo)意義。

簡介：隨著機械自動化水平的提高，工業(yè)機械手應(yīng)用越來越廣，并聯(lián)機械手是一種具有精度高、慣性小、誤差小等一系列優(yōu)點的全新機械手，具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題設(shè)計了基于OMRON公司推出的新產(chǎn)品SYSMACNJ控制器的并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)，采用歐姆龍G5系列伺服驅(qū)動以及NS系列觸摸屏等設(shè)備，使用軟件SYSMACSTUDIO編寫程序。與傳統(tǒng)的PLC控制的機械手相比，在性能和精度上都得到很大提高。本課題研究工作主要集中在一、介紹了工業(yè)機械手的組成和原理，總結(jié)了各類機械手的特點，重點分析并聯(lián)機械手的優(yōu)缺點。二、介紹了NJ控制器的ETHERCAT通信和運動控制指令，給出并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)設(shè)計方案，設(shè)計了電氣網(wǎng)絡(luò)圖和控制器接線圖，對運動控制的正反解算法進行了詳細的推導(dǎo)。三、根據(jù)并聯(lián)機械手的工作流程，設(shè)計控制程序。包括運動控制程序和觸摸屏程序。運動程序中有正反解算法、自動運行程序、手動運行程序、極限范圍等功能塊，觸摸屏的作用有手動獲取坐標位置、自動運行、顯示機械手坐標、錯誤復(fù)位等。四、完成系統(tǒng)的總體調(diào)試。通過數(shù)據(jù)跟蹤功能仿真出機械手抓放小鐵片運動軌跡后，在實驗室的并聯(lián)機械手上進行調(diào)試，實現(xiàn)對小鐵片準確地重復(fù)抓取和存放。系統(tǒng)正常工作時，觸摸屏上顯示機械手運動的軌跡曲線，實時顯示當前坐標。論文成功設(shè)計并調(diào)試了并聯(lián)機械手的一種新型控制系統(tǒng)，研究工作具有一定的使用價值。

簡介：機械手視覺伺服將機械手控制和視覺感知相結(jié)合，在視覺反饋信息引導(dǎo)下，機械手在工作空間內(nèi)能實現(xiàn)對目標物的視覺定位與跟蹤?；谝曈X感知的機械手應(yīng)用不再局限于固定已知環(huán)境下的簡單重復(fù)作業(yè)，它拓展了機械手的使用范圍。在攝像機參數(shù)未標定情況下，無標定視覺伺服根據(jù)像平面的圖像特征誤差設(shè)計控制律，并采用視覺映射模型將圖像特征變化映射成笛卡爾空間機械手的運動量，直接驅(qū)動機械手運動使圖像特征誤差收斂于零。由于無標定視覺伺服未建立圖像特征變化與機械手運動變化的精確映射模型，且機械手對象又是一個高度非線性和時變的復(fù)雜動力學系統(tǒng)，所以機械手無標定視覺伺服實質(zhì)是一個典型的未建模動態(tài)非線性控制問題，它也是當前機械手智能控制領(lǐng)域的研究熱點與重點。仿人智能控制是模仿人的控制行為和控制經(jīng)驗來設(shè)計控制律。本文基于仿人智能控制理論，提出了基于仿人智能控制的機械手五自由度無標定視覺伺服方法，主要工作如下①針對無標定視覺伺服笛卡爾空間機械手位姿定位，本文提出了基于仿人智能控制的機械手五自由度無標定視覺伺服方法。該方法采用基于點和角度特征的雙目視覺圖像雅可比矩陣近似描述機械手無標定視覺伺服動態(tài)手眼映射關(guān)系，并依據(jù)機械手與攝像機先驗知識劃分了圖像特征模態(tài)，在卡爾曼濾波估計在線更新圖像雅可比矩陣基礎(chǔ)上，結(jié)合仿人智能控制定性決策與定量控制二次映射方法，設(shè)計了機械手五自由度無標定視覺定位仿人智能多模態(tài)視覺伺服控制器，并給出了仿人智能多模態(tài)視覺伺服控制器的穩(wěn)定性條件。②采用PUMA560機械手模型、工業(yè)攝像機模型和SIMULINK模型，建立了基于仿人智能控制的機械手五自由度無標定視覺伺服仿真平臺，并進行了機械手五自由度無標定視覺伺服定位仿真實驗。③基于六自由度機械手和兩個工業(yè)攝像機搭建了機械手無標定視覺伺服實物平臺，進行了機械手五自由度無標定視覺伺服定位實物實驗并將本文所提方法與兩點圖像特征方法進行了實物對比實驗。通過仿真與實驗，驗證了本文所提方法對無標定視覺伺服笛卡爾空間機械手位姿定位的有效性。與兩點圖像特征方法的控制效果進行對比表明，本文所提方法的系統(tǒng)收斂速度更快，笛卡爾空間機械手運動軌跡更平滑，取得了更好的控制效果。

簡介：隨著自動化生產(chǎn)行業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求越來越高，新型機械手廣泛應(yīng)用到特定的自動化生產(chǎn)。本文設(shè)計了一種隔軸驅(qū)動機械手，完成該機械手的軌跡路徑規(guī)劃算法，并為該機械手設(shè)計了控制系統(tǒng)軟件。該機械手采用隔軸驅(qū)動的方式來驅(qū)動小臂和手腕的運動，將對應(yīng)的驅(qū)動電機安裝于轉(zhuǎn)臂架上，即大臂旋轉(zhuǎn)中心軸附近，從而有效地減少整機的轉(zhuǎn)動慣量，釋放了關(guān)節(jié)處的空間，關(guān)節(jié)空間的釋放方便了手腕處二指張角手指下料管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。隔軸驅(qū)動機械手是對小型平面上下料機械手的創(chuàng)新，可廣泛應(yīng)用于各類形產(chǎn)品的擺放。本文研究內(nèi)容分為以下幾個部分首先綜述了國內(nèi)外上下料機械手在結(jié)構(gòu)設(shè)計與機械手路徑規(guī)劃方面的現(xiàn)狀，并闡明了本論文的研究意義。其次對隔軸驅(qū)動機械手進行了總體設(shè)計，通過建立隔軸驅(qū)動機械手坐標系和DH參數(shù)，對機械手進行了正運動學與逆運動學的分析。通過對隔軸驅(qū)動機械手的動力學模型的簡化，結(jié)合工程設(shè)計軟件建立的機械手模型所計算的機械手質(zhì)量屬性，再運用拉格朗日法建立隔軸驅(qū)動機械手動力學方程。在機械手逆運動學的基礎(chǔ)上研究了機械手的五次多項式軌跡規(guī)劃，軌跡函數(shù)滿足運動過程中位置，速度和加速度平滑變化的要求。本文基于遺傳算法研究了隔軸驅(qū)動機械手生產(chǎn)線上連續(xù)點位運動的TSP優(yōu)化問題。利用工程仿真軟件對機械手模型進行動力學的仿真與分析，輸出了末端一點的位移、速度以及加速度等數(shù)據(jù)以及各關(guān)節(jié)角速度、角加速度和力矩的變化曲線，再通過前文的理論進行驗證。本文通過工程有限元分析軟件對隔軸驅(qū)動機械手的轉(zhuǎn)臂架和關(guān)節(jié)芯軸進行了有限元分析，設(shè)計了手腕組件的結(jié)構(gòu)，提出一種適應(yīng)于球狀物體的二指張角手指下料管機構(gòu)，實現(xiàn)了機械手在無拾取環(huán)節(jié)下的連續(xù)擺放的功能。利用拓撲優(yōu)化方法的變密度法對機械手大臂和小臂等關(guān)鍵部位進行了結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化，減少機械手結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高機械手的工作效率和定位精度。最后為隔軸驅(qū)動機械手設(shè)計了專門的人機交互界面，在基本運動控制模塊通過運動函數(shù)來擴展機械手功能，通過離線編程模塊對機械手進行軌跡規(guī)劃，并對機械手進行虛擬仿真與實時監(jiān)控，根據(jù)運動曲線坐標系與客戶區(qū)坐標系的變換原理，實現(xiàn)了在界面對機械手各個關(guān)節(jié)的運動曲線圖的繪制。

簡介：隨著機器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等各個領(lǐng)域中，人與機器人之間的交互活動也就變得越來越頻繁。但是目前機器人的操控方式卻很單調(diào)、繁瑣，人與機器人之間的交互不夠直觀、自然而且效率比較低。因此，研發(fā)基于視覺的自然手勢交互系統(tǒng)不僅具有一定的學術(shù)研究價值，而且具有相當大的實際應(yīng)用前景。本文在分析了國內(nèi)外手勢識別和機器人控制系統(tǒng)的相關(guān)研究資料及成果的基礎(chǔ)上，選取了LEAP公司出產(chǎn)的LEAPMOTION傳感器獲取人手信息，并針對單個傳感器使用時因視覺干擾或者不可避免的遮擋而導(dǎo)致手勢識別準確率降低的現(xiàn)象，研究并實現(xiàn)了一種基于多LEAPMOTION傳感器的機械手手勢操控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)采用多個傳感器在多方位對操作者的手勢進行探測追蹤并進行手勢識別，實現(xiàn)了通過自然手勢控制機械手動作的非接觸式交互。該系統(tǒng)主要包括客戶端（手勢檢測模塊）、信息服務(wù)器端（數(shù)據(jù)處理模塊）、機械手控制器及機械手機構(gòu)，文中主要對手勢采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊進行了研究討論。該文首先介紹了該基于手勢識別的機械手工作原理，然后在對LEAPMOTION傳感器進行了一定的研究分析后，確定了多個傳感器位置布局，實現(xiàn)了一個基于多傳感器的手勢數(shù)據(jù)采集模塊。該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊的主要作用是對從多個傳感器獲取的手勢數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析處理，為了更加及時地響應(yīng)人手運動狀態(tài)的變化和獲取較穩(wěn)定、準確的人手位置數(shù)據(jù)，本文提出了一種改進的基于“當前”統(tǒng)計模型的自適應(yīng)卡爾曼濾波算法進行濾波和軌跡追蹤對于通過手指指骨向量計算得到的關(guān)節(jié)角度，采用一種改進的基于均值的加權(quán)滑動均值濾波算法進行穩(wěn)定性濾波平滑處理。當進行手勢的姿態(tài)識別時，將手指關(guān)節(jié)角度等手勢特征向量送入支持向量機SVM進行手勢分類，并采用交叉編譯和網(wǎng)格搜索的方法對其參數(shù)進行尋優(yōu)，手勢識別準確率可達985％。數(shù)據(jù)處理模塊會實時地將位置增量、旋轉(zhuǎn)角度增量或者姿態(tài)動作指令發(fā)送給機械手控制器，機械手控制器會通過內(nèi)部運動學反解算法得到機械手各個關(guān)節(jié)軸運動數(shù)據(jù)從而驅(qū)動各個伺服電機轉(zhuǎn)動。在最后的系統(tǒng)實驗環(huán)節(jié)，操作者通過改變自身手部的空間位置和姿態(tài)達到了手勢操控機械手運動的目的，并驗證了該系統(tǒng)的可用性以及數(shù)據(jù)處理算法的有效性。

簡介：隨著國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量都得到了極大提高，人們的物質(zhì)需求也在不斷增長，對機器人技術(shù)提出了更復(fù)雜的要求。其中少自由度并聯(lián)機械手因具有剛度大、精度高、無累計誤差等優(yōu)點，在食品、藥品和電子等行業(yè)應(yīng)用前景廣闊，具有很大的研究價值。本文以三自由度DELTA并聯(lián)機械手為研究對象，主要針對基于動力學的控制算法的設(shè)計及實現(xiàn)進行研究。首先介紹了DELTA并聯(lián)機械手的主要結(jié)構(gòu)，研究了機構(gòu)逆運動學方程與簡化逆動力學方程。并分別利用MATLAB與SOLIDWKSMOTION仿真，驗證運動學準確性。利用MATLABSIMULINK、SIMMECHANICS分別建模仿真驗證系統(tǒng)動力學逆解準確性。重點研究基于動力學的控制策略，在SIMULINK中設(shè)計控制器，在SIMMECHANICS中搭建機械手物理模型，進行軟件聯(lián)合仿真分析。首先分析了計算力矩法的控制律與穩(wěn)態(tài)誤差，針對計算力矩法中PD參數(shù)難以確定、跟蹤效果不理想等問題，設(shè)計模糊控制器，提出模糊自整定解耦控制策略，優(yōu)化了控制參數(shù)，改善了跟蹤效果。針對簡化動力學方程所帶來的被控對象具有不確定性以及存在外界環(huán)境隨機擾動等問題，提出用徑向基（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近模型的不確定性，設(shè)計了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償控制策略，并設(shè)計LYAPUNOV函數(shù)證明控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。之后加入外部環(huán)境擾動，仿真對比三種控制算法跟蹤期望軌跡的準確性。仿真結(jié)果表明，三種算法在無外部擾動情況下都可以很好的完成給定軌跡跟蹤任務(wù)。在加入干擾后，計算力矩法穩(wěn)態(tài)誤差明顯增大，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)跟蹤效果最優(yōu)但運算量偏大，模糊解耦控制效果次優(yōu)但運算量較小。最后進行控制系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計，搭建機械手試驗平臺。利用TWINCAT3與C、SIMULINK等共同完成機械手的控制程序，其中控制算法主要在C中實現(xiàn)。對計算力矩和模糊解耦算法進行軌跡跟蹤試驗，結(jié)果表明模糊解耦算法跟蹤精度更高，穩(wěn)態(tài)誤差較小，能夠較好的完成軌跡跟蹤。同時表明控制系統(tǒng)可靠有效，能夠處理較為繁重的算法計算任務(wù)，給并聯(lián)機械手優(yōu)化算法實用化提供了一種解決思路。

簡介：分類號學號M201271462學校代碼10487密級碩士學位論文碩士學位論文模擬模擬深海深海環(huán)境下液壓環(huán)境下液壓作業(yè)機械手作業(yè)機械手控制系統(tǒng)研究控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)與實現(xiàn)學位申請人劉通學科專業(yè)輪機工程指導(dǎo)教師唐國元副教授答辯日期2015年5月獨創(chuàng)性聲明獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已標明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。學位論文作者簽名日期年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即學校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。保密□，在______年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于不保密□。請在以上方框內(nèi)打“√”學位論文作者簽名指導(dǎo)教師簽名日期年月日日期年月日