多自由度工業(yè)機(jī)械手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-關(guān)節(jié)式四自由度含開題、SW三維仿真及12CAD圖
多自由度工業(yè)機(jī)械手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-關(guān)節(jié)式四自由度含開題、SW三維仿真及12CAD圖,自由度,工業(yè),機(jī)械,手臂,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),關(guān)節(jié),開題,SW,三維,仿真,12,CAD
設(shè)計(jì)(XXX)開題報(bào)告
學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目： 多自由度工業(yè)機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師：
20XX年4月5日
XX 設(shè) 計(jì)(XX)開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1.1課題研究的背景及意義
隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，生活水平的逐年提高，人們的環(huán)保意識(shí)，自我安全意識(shí)也在不斷加強(qiáng)，同時(shí)也使人們對(duì)各種產(chǎn)品的要求更高了，機(jī)械人顯然更符合現(xiàn)在人們的需求。機(jī)械手輕巧、制造成本低、工作效率高、噪聲較小、低溫起動(dòng)性較好、使用和維護(hù)方便，已在機(jī)械、化工、醫(yī)藥、紡織、微電子、食品、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了越來越廣泛的運(yùn)用[1]。在當(dāng)今的中國(guó)社會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式正由粗放密集型轉(zhuǎn)向節(jié)約內(nèi)向型，原來的生產(chǎn)方式必須進(jìn)行較大的變革。這就要求在最短的時(shí)間內(nèi)，創(chuàng)造出最高的加工效率，而且還要保較高的生產(chǎn)質(zhì)量。機(jī)械加工中的機(jī)床﹑機(jī)械手就必須符合這種條件下的生產(chǎn)加工。
本文主要介紹了機(jī)械手的應(yīng)用范圍[2]、機(jī)械手的組成及每個(gè)組成部分的作用、工作原理、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)展前景和方向，機(jī)械手的應(yīng)用、機(jī)械行業(yè)中使用機(jī)械手的意義，重點(diǎn)闡述了機(jī)械人的各個(gè)組成部分的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)合。
1.2國(guó)外機(jī)械手研究現(xiàn)狀
1.2.1深度辨識(shí)的六自由度機(jī)械手多速率視覺伺服控制
H Fujimoto[3]提出了一種基于采樣間干擾抑制[4]的六自由度機(jī)械手視覺伺服控制方法。在控制器中，針對(duì)采樣頻率受限的一般數(shù)字控制系統(tǒng)，采用了作者提出的多速率采樣間干擾抑制算法。所提出的具有開環(huán)估計(jì)和開關(guān)函數(shù)的前饋控制方案能夠在不犧牲閉環(huán)特性的情況下抑制干擾。建立了視覺伺服系統(tǒng)中延遲問題的一個(gè)新的精確表達(dá)式，即圖像處理延遲、攝像機(jī)信號(hào)采樣周期與關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)控制周期之差以及內(nèi)環(huán)關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的延遲。通過引入新的多回路控制方案和深度辨識(shí)，提出的采樣間干擾抑制控制器適用于具有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)的六自由度機(jī)械手的復(fù)雜視覺伺服問題。
1.2.2六自由度機(jī)械手軌跡規(guī)劃與仿真
S Arima[5]對(duì)六自由度機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和軌跡規(guī)劃仿真的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法正確性和軌跡規(guī)劃結(jié)果不易直觀驗(yàn)證，提出了兩種基于關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法已經(jīng)分析過了在VC++6.0環(huán)境下，基于MFC和OpenGL圖形庫(kù)開發(fā)了一個(gè)三維運(yùn)動(dòng)仿真軟件系統(tǒng)IDE[6]。那個(gè)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)，反向運(yùn)動(dòng)學(xué)和仿真中引入了軌跡規(guī)劃算法軟件六自由度機(jī)械手仿真軟件系統(tǒng)驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)的有效性模型[7]。模型三次多項(xiàng)式和五次多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃方法的結(jié)果多項(xiàng)式顯示軌跡規(guī)劃的后期效果要優(yōu)于前一個(gè)。
1.3國(guó)內(nèi)機(jī)械手研究現(xiàn)狀
1.3.1新型欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪的抓取分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和功能單一,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸物體的穩(wěn)定抓取.為此,馬濤[10]提出了一種新型欠驅(qū)動(dòng)手爪結(jié)構(gòu),并進(jìn)行抓取分析和優(yōu)化.首先,介紹了欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪的整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),并對(duì)手指進(jìn)行靜力學(xué)分析,針對(duì)手爪包絡(luò)抓取物體時(shí)可能發(fā)生彈射的不穩(wěn)定情況,進(jìn)行手指結(jié)構(gòu)優(yōu)化.然后,基于剛度矩陣的勢(shì)能模型,確定指尖合理的尺寸范圍并建立指尖最佳形狀.通過幾何約束中的數(shù)學(xué)公式,表達(dá)了指尖抓取時(shí)手指位姿和物體尺寸的關(guān)系.最后,完成手爪樣機(jī)的搭建,并對(duì)常見家用物品進(jìn)行了指尖抓取和包絡(luò)抓取實(shí)驗(yàn)[6].實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該機(jī)械手爪能夠?qū)Ω鞣N尺寸大小的物體進(jìn)行穩(wěn)定抓取.
1.3.2基于遺傳算法的變掌機(jī)械手結(jié)構(gòu)優(yōu)化
徐丁峰[11]等人針對(duì)機(jī)械手工作范圍有限的問題[7],提出一種基于對(duì)稱雙五桿滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)的變掌機(jī)械手,安裝有一個(gè)固定手指,兩個(gè)動(dòng)手指,可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)手指相同的變位及轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng),并起到夾持作用.根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)工作空間和均布抓取性能的要求提出性能指標(biāo),通過性能指標(biāo)及約束條件建立多目標(biāo)優(yōu)化模型,利用多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化目標(biāo)尺寸.結(jié)果表明曲柄的長(zhǎng)度對(duì)機(jī)械手抓取范圍影響最大,并確認(rèn)了機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置.
1.3.3夾爪間距可變機(jī)械手
封寧君公開了一種夾爪間距可變機(jī)械手,包括三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和抓取機(jī)構(gòu)[12],抓取機(jī)構(gòu)包括安裝板,伸縮氣缸,頂板,立板,導(dǎo)桿,"工"字連接件,夾爪固定塊和氣動(dòng)手指,伸縮氣缸和頂板固定于安裝板兩側(cè),立板固定于伸縮氣缸和頂板之間[13],其與頂板之間設(shè)有一對(duì)導(dǎo)桿,夾爪固定塊上設(shè)有插槽,插槽的中部具有方形槽,夾爪固定塊下端固定有氣動(dòng)手指,多個(gè)夾爪固定塊可滑移的串聯(lián)于導(dǎo)桿上,相鄰兩個(gè)夾爪固定塊通過分別對(duì)應(yīng)嵌入其插槽內(nèi)的一個(gè)"工"字連接件相連,伸縮氣缸與其臨近的夾爪固定塊相連[14],本實(shí)用新型通過夾爪固定塊與"工"字連接件的配合,實(shí)現(xiàn)夾爪固定塊帶動(dòng)相鄰兩個(gè)氣動(dòng)手指相近或具有一定的間隙,實(shí)現(xiàn)夾爪之間間距可變.
1.4結(jié)論
（1） 機(jī)械手的設(shè)計(jì),要基于拉格朗日方程，求解其動(dòng)力學(xué)模型[15]。
（2）鑒于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度慢﹑實(shí)時(shí)性控制能力差等問題,求解基于RBF網(wǎng)絡(luò)的控制器設(shè)計(jì),并進(jìn)行了仿真分析,仿真分析表明:所設(shè)計(jì)的控制器可有效地解決實(shí)時(shí)性、自適應(yīng)等問題。
（3）文章雖然對(duì)靈巧機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型的不確定項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,但仍具有一定的參考價(jià)值,為靈巧機(jī)械手的自適應(yīng)控制提供一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
（4）靈巧機(jī)械手的技術(shù)研究需要多個(gè)學(xué)科的交叉融合[16],今后將進(jìn)一步深入研究人體骨骼的結(jié)構(gòu)特征，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步細(xì)化做理論支撐;另外,手指骨骼的細(xì)致分布可為靈巧機(jī)械手柔性的進(jìn)一步控制研究提供技術(shù)支持。
（5）電氣復(fù)合驅(qū)動(dòng)柔性欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手,指根節(jié)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、筆形氣缸推動(dòng)2個(gè)含扭彈簧的指節(jié)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)。指根節(jié)的精確調(diào)整使得機(jī)械手具有很好的尺寸適應(yīng)性,帶扭彈簧的串聯(lián)雙餃鏈結(jié)構(gòu)可以很好地控制機(jī)械手與被抓物體間的接觸力。機(jī)械手配合視覺系統(tǒng)在無需傳感器的條件下就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行可靠抓取。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 宋吉來，俞建成等．輪槳腿一體化兩棲機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．北京：微計(jì)算機(jī)信息．2011 ,10(30):25-27.
[2] 張毅剛，趙光權(quán)，孫寧等.TMS320LF240X系列DSP原理、開發(fā)與應(yīng)用［J］ .哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2011 ,3(9):36-40.
[3] Jin Feng Sun,Xiao Yu Li,Wen Jun Li,Yong Zhang Zhu,Jun Wang,Quan Wang.Structure Design of Manipulator for Pot Seedling Transplanter andSimulation Analysis[J]. Applied Mechanics and Materials.[J] ,2014 ,6(20):35-58.
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[6] Jaenike, J Spontaneous emergence of a new Wolbachia phenotype.[J] ,2017 ,61(12): 2244-2252.
[7] Hurst, G. D., Johnson, A. P., Schulenburg,J. H. & Fuyama, Y. Malekilling Wolbachia in Drosophila: a temperature-sensitive trait with a threshold bacterial density.[J]，2015 ,56(1):699-709.
[8] Hotopp,J.C.D.et al.Comparative genomics ofemerging human ehrlichiosis agents.PLoS Genet.2016 ,47(8):423-450.
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[10] 高峰,馮培恩,高宇,周波,張強(qiáng).挖掘機(jī)器人液壓傳動(dòng)的伺服控制策略［J］. 北京：液壓與氣動(dòng).2018,7(30):54-66.
[11] 熊新民，曹毅等．智能機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)集成驅(qū)動(dòng)控制器研究［J］．北京：微計(jì)算機(jī)信息．2012,20(15):84-90.
[12] 機(jī)械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)［J］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2013,42(7):160-170.
[13] 王承義.機(jī)械手及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2018,5(6):36-45.
[14] 張慧鵬,劉小琴，賈毅朝.基于PLC控制的工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì).［J］,2017,8(13):45-68.
[15] 孫志禮.機(jī)械設(shè)計(jì).［M］沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社.2016,10(6):70-90.
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的方法（途徑）：
（1） 本課題要解決的問題
（1）了解機(jī)械手的工作原理和結(jié)構(gòu)組成、導(dǎo)引方式、路徑規(guī)劃方案、控制原理等，在此基礎(chǔ)上提出本課題的設(shè)計(jì)方案。
（2）進(jìn)行多自由度機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)，并根據(jù)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式和工作要求，對(duì)底盤、電機(jī)、蓄電池等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)，伸長(zhǎng)，夾取.
（3）完成機(jī)械手各組成模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì),二維設(shè)計(jì)圖紙的繪制和控制電路原理的設(shè)計(jì)。
（4）完成機(jī)械手各模塊三維模型的設(shè)計(jì)，并進(jìn)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真。
（2） 擬采用方法
（1）文獻(xiàn)研究法，通過查閱文獻(xiàn)獲得有關(guān)問題的資料，全面、正確地了解掌握機(jī)械手的歷史和現(xiàn)狀。
（2）個(gè)案研究法，對(duì)某幾款特定的機(jī)械臂機(jī)械手進(jìn)行研究分析，弄清其特點(diǎn)，并加以歸納總結(jié)。
（3）數(shù)學(xué)方法，通過數(shù)學(xué)工具對(duì)多自由度機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算并驗(yàn)證，從而做出正確的說明和判斷。
（4）交叉研究法，運(yùn)用機(jī)械和電力的理論、方法和成果從整體上對(duì)本課題進(jìn)行綜合研究，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，最后實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
2021年 4月 5日
所在院（系）審查意見：
負(fù)責(zé)人：
2021年 4月 6日
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