簡介：作為先進機器人的末端執(zhí)行器多指靈巧手的研制成為熱門。目前在靈巧機械手的研制過程中最為重要的任務(wù)仍然是解決機械手的驅(qū)動與控制問題。傳統(tǒng)機械手的控制策略集中了信息科學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域的知識使機械手的控制策略顯得復(fù)雜而龐大。本文研究了一種基于欠驅(qū)動機構(gòu)原理工作的機械手該機械手僅依靠機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)知識解決了多自由度靈巧手的控制問題。此外針對目前多數(shù)機械手采用的將手指直接固定在一個剛性體上的設(shè)計方法本文設(shè)計了一種可“變形”的手掌機構(gòu)該手掌機構(gòu)可實現(xiàn)對手指抓取初始位姿的調(diào)整從而具有更強的自適應(yīng)能力。機械手由新型三自由度差動電機驅(qū)動具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、出力大、控制容易、成本低廉等特點。本文首先根據(jù)欠驅(qū)動機構(gòu)的原理對機械手指的工作原理和特點做了詳細的分析為欠驅(qū)動連桿機械手指的設(shè)計提供了理論依據(jù)。為了研究基于連桿機構(gòu)的欠驅(qū)動手指的工作特性本文選擇三自由度的欠驅(qū)動手指對其進行運動學(xué)和靜力學(xué)分析從而確定影響欠驅(qū)動機械手性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)。其次使用三維建模工具PROE軟件對機械手各主要零部件進行了詳細的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計根據(jù)機械手的結(jié)構(gòu)特點和功能要求合理訂制其安裝順序并最終建立了欠驅(qū)動機械手的三維實體模型使機械手的功能得到虛擬實現(xiàn)。最后使用ADAMS仿真工具建立機械手的樣機模型并對虛擬樣機進行了相應(yīng)的仿真分析。通過分析機械手在抓取不同尺寸和形狀物體時的仿真結(jié)果驗證了多自由度欠驅(qū)動機械手設(shè)計方案的可行性調(diào)試出機械手在抓取不同物體時各關(guān)節(jié)的狀態(tài)改變情況為實現(xiàn)欠驅(qū)動手的穩(wěn)定抓取提供了有益的參數(shù)也為該欠驅(qū)動機械手以后的研究打下了基礎(chǔ)。

簡介：空間機械手電聯(lián)試系統(tǒng)可以使研究人員充分利用計算機的計算能力及可視化手段對空間機器人在太空中的動態(tài)特性進行研究，并借助地面實驗平臺驗證其建模和控制算法的正確性。本文主要研究并實現(xiàn)了空間機械手電聯(lián)試系統(tǒng)的重要組成部分電模擬器，通過電模擬器與空間機械手系統(tǒng)的上位控制計算機和動力學(xué)仿真計算機互連進行聯(lián)試，檢測空間機械手系統(tǒng)各個部件接口傳遞信息的正確性及其在軌執(zhí)行任務(wù)的能力。本文主要創(chuàng)新之處在于硬件結(jié)構(gòu)上的設(shè)計。相對于傳統(tǒng)的CAN通訊結(jié)構(gòu)，在電模擬器中，本文構(gòu)建了三路CAN總線通訊結(jié)構(gòu)。在中央控制器的內(nèi)部CAN結(jié)構(gòu)中，我們提出了冗余雙CAN結(jié)構(gòu)。和傳統(tǒng)的冗余雙CAN利用兩個控制器來實現(xiàn)冗余的方式不同。本文利用獨立CAN控制器SJA1000，通過和一個模擬開關(guān)74HC4052芯片連接來控制兩路CAN總線。本文的另一個創(chuàng)新點是液晶顯示模塊的接口電路，通過一個簡單的跳線方式，使得液晶顯示模塊能同時和DSP與CPLD連接，而不用對它們單獨設(shè)計連接電路，極大地提高了電路的靈活性并節(jié)省了大量的電路空間。論文的主要工作包括如下幾個方面第一，建立的空間機械手的數(shù)學(xué)模型，對其進行運動學(xué)分析，推導(dǎo)出運動學(xué)正變換和逆變換的公式，并對機器人軌跡規(guī)劃作了簡單介紹，提出兩種關(guān)節(jié)空間路徑規(guī)劃的算法。第二，建立了直流無刷電機的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)機械手系統(tǒng)中所選用電機的參數(shù)在MATLAB中進行了建模仿真。根據(jù)電機的實際特性和機器人控制的要求，設(shè)計了伺服系統(tǒng)的總體模型，并逐步建立了包含電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三環(huán)PID控制器。對所建立的位置伺服控制系統(tǒng)在MATLAB中進行了建模仿真，初步分析了伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能，并根據(jù)仿真初步確定了三環(huán)PI調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)。第三，設(shè)計了電模擬器運行的硬件電路平臺。研制關(guān)節(jié)模擬器和手眼視覺模擬器的主要工作包括硬件電路總體方案的設(shè)計、硬件電路主要器件的選型論證、電路各模塊的原理設(shè)計、在系統(tǒng)可編程的CPLD邏輯電路設(shè)計、PCB制板，以及硬件電路的調(diào)試、修改和優(yōu)化等。第四，完成了液晶顯示模塊的接口設(shè)計和顯示模塊軟件的開發(fā)及優(yōu)化。對液晶顯示模塊的接口分別提供了和DSP及CPLD相連的方式，通過跳線來選擇連接方式。第五，在DSP的CCS開發(fā)編譯環(huán)境下進行了電模擬器的軟件設(shè)計實現(xiàn)。電模擬器的軟件組織結(jié)構(gòu)是通過循環(huán)等待加中斷的方式來組織的。軟件框架中主要包括主控管理流程設(shè)計、CAN總線通訊底層收發(fā)軟件、高層應(yīng)用軟件的設(shè)計和伺服控制軟件的實現(xiàn)等。最后，對電聯(lián)試系統(tǒng)進行了測試，相關(guān)性能測試包括單板測試以及關(guān)節(jié)模擬器和手眼視覺模擬器共同參與的電聯(lián)試系統(tǒng)聯(lián)合測試。在測試分析的基礎(chǔ)上，對先前的設(shè)計進行修改優(yōu)化。最終測試結(jié)果表明電聯(lián)試系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計合理，CAN總線通訊穩(wěn)定、伺服控制系統(tǒng)跟蹤性能良好，仿真任務(wù)演示真實可靠。

簡介：氣動人工肌肉作為一種新型的驅(qū)動器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、安全柔順、功率重量比大等優(yōu)點，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以氣動人工肌肉為研究對象，根據(jù)已有的理論基礎(chǔ)，得到了氣動人工肌肉較完整的靜動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用于氣動機械手關(guān)節(jié)上，在對氣動人工關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)特性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用變結(jié)構(gòu)控制方法設(shè)計了全局滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，并通過仿真，分析了控制器對外界干擾和外部參數(shù)的魯棒性，達到了良好的控制效果。本文首先基于氣動人工肌肉理想靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合已有的考慮橡膠彈性力、肌肉末端弧度和肌肉內(nèi)部摩擦力影響的改進數(shù)學(xué)模型，得出氣動人工肌肉相對簡單又符合實際的較完整的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型。氣動人工肌肉的進氣排氣流量通過高速開關(guān)閥來進行控制，而開關(guān)閥作為一種數(shù)字閥，通過PWM信號以占空比的形式來控制閥的流量，實現(xiàn)肌肉內(nèi)部壓力變化，進而帶動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動?；诖耍俳Y(jié)合已有的將氣動人工肌肉作為變截面氣缸的思想，得到了其內(nèi)部動態(tài)微分方程。其次，根據(jù)單根氣動肌肉和彈簧對拉關(guān)節(jié)系統(tǒng)的工作原理，建立關(guān)節(jié)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型，分析充氣壓力和彈簧剛度對關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的影響。根據(jù)已有的氣動人工肌肉動態(tài)微分方程和關(guān)節(jié)的動力學(xué)方程，建立以角度、角速度和充氣壓力為狀態(tài)量的狀態(tài)方程，通過比較開環(huán)系統(tǒng)中的實驗曲線和仿真曲線，證明所建立的數(shù)學(xué)模型很接近實際系統(tǒng)，此模型是正確的，這為后面的控制器設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。同時分析各個參數(shù)對系統(tǒng)輸出角度的影響，以便于在控制器設(shè)計中，采取有效的方法達到關(guān)節(jié)角度控制的快速性和高精度性。最后，針對氣動人工關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)強非線性、難于建立精確數(shù)學(xué)模型的特點，在對其模型進行化簡，得到了更簡單且符合實際的被控對象的三階非線性系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，借鑒滑模變結(jié)構(gòu)控制對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對不確定性和外部擾動是魯棒和不敏感的特點，提出了氣動人工關(guān)節(jié)位置伺服系統(tǒng)的全局滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，仿真分析了控制器在不同參數(shù)情況下的跟蹤效果。實驗結(jié)果表明，該控制方法能夠使系統(tǒng)的動態(tài)特性得到改善，且響應(yīng)平滑、超調(diào)量小，對擾動和外部參數(shù)的變化具有良好的魯棒性，適合于氣動人工關(guān)節(jié)位置伺服系統(tǒng)的控制。

簡介：本文密切結(jié)合天津大學(xué)以DIAMOND機器人為載體，支持技術(shù)創(chuàng)新的系列課程改革與實驗教學(xué)平臺建設(shè)，將其基礎(chǔ)理論知識和相關(guān)課程及實驗相結(jié)合，形成獨特的教學(xué)體系的需求，利用PHOTOSHOP、3DSMAX7、AUTHWARE、POWERPOINT等軟件，系統(tǒng)的研究了DIAMOND多媒體教學(xué)課件的腳本設(shè)計、素材處理、堂上課件設(shè)計、實驗平臺制作及其課件設(shè)計等問題，并將研究成果應(yīng)用于指導(dǎo)DIAMOND教學(xué)課件的開發(fā)過程，論文取得如下成果?！踉谒夭闹谱鞣矫鎰?chuàng)作了大量的三維動畫，通過動畫演示讓學(xué)生了解DIAMOND的工作原理，對抽象概念進行生動形象的表現(xiàn)、模擬、再現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)手段無法表現(xiàn)的內(nèi)容，并通過生動的分解動畫形式，將DIAMOND結(jié)構(gòu)中不易拆或不能拆的各個部件展示給學(xué)生，使學(xué)生對DIAMOND的組成和安裝位置有了直觀的印象。利用PHOTOSHOP進行圖像處理，將黑白圖像變成彩色圖像，以突出重點、突破難點，在教學(xué)過程中有效地提高了教學(xué)效率?！踉谔蒙险n件設(shè)計方面采用超鏈接的方式進行交互設(shè)計，可實現(xiàn)對相關(guān)內(nèi)容的任意播放。利用AUTHWARE強大的擴展功能，提出一種采用OLE技術(shù)在AUTHWARE環(huán)境中播放POWERPOINT幻燈片的設(shè)計方案。該方案不僅簡化了課件的程序設(shè)計，并且修改、維護課件比較容易。□利用多媒體技術(shù)模擬實驗教學(xué)，將不同類型的媒體信息所代表的教學(xué)內(nèi)容組成一個有機的整體，打破了傳統(tǒng)的線性教學(xué)模式。根據(jù)實驗教學(xué)的特點增設(shè)了一些具有豐富表現(xiàn)力的特色功能，并利用不同構(gòu)型的演示程序給學(xué)生提供形象、生動的現(xiàn)場模擬，既安全成本又低?！醣菊n件通過調(diào)試、打包、調(diào)用AVI外部文件，使編制的程序能夠完全脫離AUTHWARE環(huán)境并在WINDOWS下正常運行。

簡介：該文闡述了開發(fā)研究針灸機械手PLC控制系統(tǒng)及其決策支持用針灸診斷專家系統(tǒng)的意義并分別論述它們的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法針灸機械手PLC控制系統(tǒng)是重慶大學(xué)自動化學(xué)院ROCKWELL實驗室的重點開發(fā)項目之一對弘揚中華醫(yī)學(xué)有重大的意義筆者采用ATIOC52型單片機內(nèi)置控制軟件接收PLC輸出的開關(guān)信息通過步進電機細分控制及升降頻優(yōu)化改進了系統(tǒng)的起動矩頻特性及慣頻特性減小了振蕩幅度提高了定位精度針灸診斷專家系統(tǒng)則是作為一個決策支持系統(tǒng)目的一方面提輔助醫(yī)學(xué)診斷治療另一方面為針灸機械手的運動控制參數(shù)提供科學(xué)的依據(jù)根據(jù)中醫(yī)論癥施治的特點建立了層次結(jié)構(gòu)推理模型并且依照該系統(tǒng)開發(fā)的基本原則提出了在病各層、病機層、證名推理階段進行最優(yōu)啟發(fā)式逐步搜索診斷的推理策略使系統(tǒng)以最優(yōu)途徑有效提高醫(yī)生診斷的效率和減小誤診誤治率該文詳細地論述了相應(yīng)的模型與算法另外還描述了能顯示該系統(tǒng)靈活性和透明性的靈活的處方機制和相關(guān)處理技術(shù)及解釋機制

簡介：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，機器人的運用越來越普及，機械手被廣泛應(yīng)用于自動化生產(chǎn)的各行各業(yè)中，機械手的研究取得了很大的進展。出于對圖像采集處理和機械手運動精度的需求，基于視覺反饋的機械手的軌跡優(yōu)化方面的控制就顯得非常重要。本文所用的實驗平臺為EDUBOT250M型機械手，文章首先對機械手整個運動控制系統(tǒng)進行硬件設(shè)備的分析和搭建，分析了機械手的運動學(xué)問題，建立好機械手的運動學(xué)模型并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了DH法的運動學(xué)求解，接著建立了基于DH參數(shù)的位姿誤差模型，對機械手的位姿誤差進行了分析，添加了視覺反饋裝置，實現(xiàn)圖像的處理和圖像空間的轉(zhuǎn)換，得到目標物體的三維坐標以及機械手末端夾手的實際位置，從而根據(jù)視覺反饋信息對誤差進行校正，最后在此基礎(chǔ)上分析軌跡規(guī)劃原理，討論多種軌跡規(guī)劃方法，實現(xiàn)了機械手的運動軌跡優(yōu)化控制。

簡介：論文以廣東技術(shù)師范學(xué)院自動化實驗室建設(shè)項目為依托，提出了一種將硬件實驗資源網(wǎng)絡(luò)化的解決方案，設(shè)計了一套面向控制類專業(yè)的機械手遠程操作實驗嵌入式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以慧魚系列機械手作為實驗控制對象，探討了嵌入式控制技術(shù)在工業(yè)控制方面的應(yīng)用。旨在使學(xué)生能夠直接通過INTER遠程操作實驗室的機械手，為學(xué)生提供了一個適用于控制理論教學(xué)和研究的實驗平臺。論文介紹了嵌入式UCOSⅡ操作系統(tǒng)的工作原理及其操作平臺三星公司的ARM7TDMI芯片S3C44BOX，并說明了UCOSⅡ移植的要求和實現(xiàn)。論文還介紹了網(wǎng)絡(luò)控制芯片RTL8019AS，詳細闡述了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理及其驅(qū)動程序的開發(fā)，并結(jié)合機械手嵌入式控制系統(tǒng)的實際要求實現(xiàn)了TCPIP中幾個核心協(xié)議，且對協(xié)議進行了有效的裁剪，節(jié)約了系統(tǒng)資源。同時，成功地把LWIP移植到三星的S3C44BOX芯片上，實現(xiàn)了與UCOSⅡ操作系統(tǒng)的完整結(jié)合，開發(fā)了機械手嵌入式遠程控制實驗教學(xué)平臺。最后，本文研究了機械手運動規(guī)劃問題。本系統(tǒng)已在廣東技術(shù)師范學(xué)院自動化系實驗室投入運行。實際運行結(jié)果表明該系統(tǒng)維護方便，運行可靠，控制精度高，能很好地滿足設(shè)計型和開放型實驗教學(xué)要求，還可以用于研究控制算法的仿真實驗。

簡介：隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的提高使得農(nóng)業(yè)機械的應(yīng)用范圍越來越廣，油菜缽苗以其獨特的優(yōu)點在油菜種植中的應(yīng)用越來越多。如何利用機械手夾取缽苗，并減小對缽苗的傷害，成為缽苗移栽中亟待解決的問題?？梢愿鶕?jù)需要和抓取物的物理特性來設(shè)計機械手爪。油菜苗的莖桿是生物體，其組織在較大壓力下易遭破壞。油菜苗的夾取手爪設(shè)計時，如果夾持力過大，將直接破壞油菜苗莖桿組織，降低缽苗的成活率，給缽苗栽植帶來巨大損失，因此研究油菜苗莖桿的力學(xué)特性很有必要，利用TAXT2I物性儀可以很方便地測得油菜苗莖桿的抗壓極限力，為機械手爪的設(shè)計提供有力的理論依據(jù)。手部是機械手直接抓取和握緊工件進行操作的關(guān)鍵部件，手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要符合實際應(yīng)用的角度。選擇外夾鉗式、連桿杠桿回轉(zhuǎn)型機械手是因為在手部結(jié)構(gòu)形式中，它結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、可靠性高。通過傳動比和傳動效率的計算分析，揭示出機械手的驅(qū)動力與機械手夾持力的傳動比例，使得選用動力源時更好的與設(shè)備匹配，同時也為機械手的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定提供了設(shè)計依據(jù)。設(shè)計操作機械手的手部機械結(jié)構(gòu)，使用PROENGINEER對手部進行了三維建模和裝配。根據(jù)取苗手爪的工作原理和要求，確定機械手手部的機械傳動系統(tǒng)。滾珠絲杠副具有摩擦損失小、傳動效率高、運動平穩(wěn)、具有傳動的可逆性等特點，廣泛應(yīng)用于機電一體化系統(tǒng)中。從結(jié)構(gòu)、主要尺寸、軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊方式、支撐方式選擇合適的滾珠絲杠副，并為機械手爪傳動選擇合適的滾珠絲杠，力求充分發(fā)揮滾珠絲杠副的傳動性能、減小設(shè)備體積。驅(qū)動元件是為機電一體化系統(tǒng)提供動力的裝置，它種類繁多，其中電氣執(zhí)行元件具有通用性強、操作簡便、易于控制器件間的連接、響應(yīng)快、動力較大、無污染的特點，所以應(yīng)用廣泛。步進電機具有可直接接受脈沖信號控制、誤差小而且不累積的優(yōu)點。文章介紹了步進電機的種類、選用步進電機的基本原則基本參數(shù)、性能特點、工作原理、驅(qū)動方法等，并給出詳細的計算過程。為研究機械手爪的工作情況，將該手部置于一個五自由度的機械手上，建立五自由度機械手笛卡爾坐標系，推導(dǎo)出該機械手的正、逆運動學(xué)矩陣方程，并研究了正、逆運動學(xué)方程的解，為更深入地研究機械手的動力學(xué)和控制問題提供了理論基礎(chǔ)。

簡介：兩手臂機械手作為一種特殊的機器人，由于它的兩個手臂緊密連接，它們之間具有很強的關(guān)聯(lián)性，在機械手從一點到另一點的移動過程中，各個手臂不能像一般的機器人一樣視為一個點或圓，而只能簡化為幾條互連的線段，這樣各個手臂的路徑規(guī)劃就成為一個有待盡快解決的問題。本文提出了一種基于強化學(xué)習(xí)理論的機械手路徑規(guī)劃方法，解決了具有兩個手臂的機械手在二維平面系統(tǒng)中的路徑規(guī)劃問題，仿真實驗證實了這一方法的有效性。強化學(xué)習(xí)通過試錯和與環(huán)境交互獲得策略的改進，作為一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，它直接從環(huán)境反饋中進行學(xué)習(xí)，這種特點使它能夠適應(yīng)變化的環(huán)境。其自學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)的特點使其成為機器學(xué)習(xí)研究的一個重要分支。不同于有導(dǎo)師學(xué)習(xí)，它不需要給出輸入輸出對，只是利用環(huán)境的懲獎信號來改善自己的行為。本文首先介紹了強化學(xué)習(xí)的原理和結(jié)構(gòu)，引入了強化學(xué)習(xí)的理論模型馬爾可夫決策過程，給出了常用的強化學(xué)習(xí)算法的流程，然后在此基礎(chǔ)上介紹了多智能體強化學(xué)習(xí)理論的數(shù)學(xué)模型馬爾可夫?qū)Σ?，對基本的多智能體強化學(xué)習(xí)算法做了改進，削減了學(xué)習(xí)單元的冗余狀態(tài)信息，降低了學(xué)習(xí)空間的組合強度，加快了多智能體強化學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)速度，最后提出了一種按比例分配的結(jié)構(gòu)信度分配方法，把多智能體強化學(xué)習(xí)算法成功應(yīng)用到了機械手路徑規(guī)劃中。

簡介：氣動數(shù)字伺服技術(shù)是氣動技術(shù)與數(shù)字技術(shù)共同發(fā)展的產(chǎn)物，是當(dāng)今氣動技術(shù)發(fā)展的前沿課題。氣動技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、無污染等一系列顯著優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，己成為自動化不可缺少的重要手段，備受人們的重視。尤其是氣動伺服技術(shù)己能使氣缸在高速運動下實現(xiàn)任意點自動定位，而氣動機械手技術(shù)也相應(yīng)得到了很大的發(fā)展。本文研究的就是基于氣動技術(shù)的吸盤機械手，可用于微電子元件生產(chǎn)中產(chǎn)品的包裝，在包裝效率、產(chǎn)品損壞率上，比過去人工包裝可以做到很大的提高。本文具體做了以下幾個方面的研究工作1概述了國內(nèi)外氣動控制的現(xiàn)狀、發(fā)展情況和應(yīng)用領(lǐng)域，論述了進行本課題研究的目的及意義，提出了本論文研究的主要內(nèi)容。2主要闡述吸盤機械手的總體設(shè)計方案，簡要地說明機械手系統(tǒng)要完成的功能，并且根據(jù)設(shè)計需要對驅(qū)動元件和輔助元件進行了選擇。3提出了機械手的控制方案，詳細介紹了氣動伺服控制技術(shù)，為下面論文的深入研究做好鋪墊，同時也介紹了PLC的控制原理及電氣回路的設(shè)計。4對氣動位置伺服控制系統(tǒng)的特性做了詳細的闡述，對氣動伺服控制進行了理論建模分析，提出了兩種氣動伺服控制的數(shù)學(xué)建模方法，并根據(jù)假設(shè)條件分別建立數(shù)學(xué)模型，為以后的分析提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。5詳細論述了PID和模糊控制器的原理。由于氣動控制過程具有非線性及不確定性，根據(jù)兩者的特點設(shè)計氣動伺服位置控制器，提出由兩者相結(jié)合的控制器的設(shè)計，并且用MATLAB對系統(tǒng)進行仿真分析和比較其控制效果。氣動控制系統(tǒng)具有很強的非線性，僅僅采用經(jīng)典控制方法如PID控制很難獲得良好的控制效果，不適合控制對象參數(shù)變化、非線性程度大等場合。本文所提出的模糊自整定PID控制策略有較好的控制效果，具有一定的自適應(yīng)能力，能夠?qū)ν鈦淼臄_動做出及時調(diào)整，保證所控制機械手的平穩(wěn)運行。

簡介：旋蓋機屬于罐頭封裝機械，在罐頭生產(chǎn)行業(yè)有著很重要的作用。旋蓋機主要用于玻璃瓶和PET瓶的螺紋蓋封口。常見旋蓋機有直線式和螺旋式，這些旋蓋機存在很多缺陷，旋蓋力控制精度不高，容易損壞瓶蓋。本文針對這些缺陷，進行新型的旋蓋機產(chǎn)品的研究。本文設(shè)計的機械手式全自動旋蓋機，執(zhí)行機構(gòu)主要是旋蓋機械手。它通過多電機實現(xiàn)旋蓋的多維動作，一電機驅(qū)動旋蓋機械手閉合抓緊瓶蓋，另一電機旋轉(zhuǎn)瓶蓋完成旋蓋動作。通過采用先進控制算法對電機電流進行控制，精確調(diào)整機械手抓瓶力量和機械手旋蓋力矩，完成旋蓋動作的優(yōu)化控制。機械手設(shè)計是工業(yè)自動化研究的重要內(nèi)容，也是本產(chǎn)品設(shè)計的重要內(nèi)容，是本產(chǎn)品的運動執(zhí)行機構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動路線規(guī)劃以及機械手力矩控制是機械手研究的三個主要內(nèi)容。在研究了機械手發(fā)展及其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文采用模糊控制算法控制旋蓋機械手旋蓋動作，控制其旋蓋力矩和抓瓶力矩。本設(shè)計的核心是系統(tǒng)控制電路和電機控制電路以及算法設(shè)計?？紤]到無刷直流電機無刷直流電動機的各種優(yōu)點，文章選用無刷直流電機作為旋蓋電機。旋蓋電機采用三相全橋星形連接兩兩通電驅(qū)動方式，采用編碼器檢測電機位置和速度。在控制系統(tǒng)設(shè)計中，本文嘗試在實時控制系統(tǒng)中加入實時操作系統(tǒng)，將嵌入式和實時操作系統(tǒng)結(jié)合起來，應(yīng)用在旋蓋機系統(tǒng)設(shè)計中。在軟件設(shè)計方面，采用了UCOSII實時操作系統(tǒng)，在介紹了實時操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，分析了UCOSII的運行及其開發(fā)模式，并基于UCOSII進行旋蓋機系統(tǒng)軟件設(shè)計，這不僅對旋蓋機，對一般電子產(chǎn)品設(shè)計也是有實際的指導(dǎo)意義的。為了對旋蓋機的旋蓋力矩和速度達到優(yōu)化控制，在設(shè)計電機控制算法時，采用模糊控制方法。模糊控制方法不依賴于被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，只需要根據(jù)已有的控制經(jīng)驗，制作成模糊表就能完成。這對于旋蓋機這種復(fù)雜系統(tǒng)而言，簡化了控制模式，降低了控制難度，這于系統(tǒng)設(shè)計是有益的。文中詳細介紹了模糊控制的原理、方法，以及工程實際應(yīng)用中的詳細步驟。

簡介：SCARA機械手結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，且一般運動速度和精度都較高，在電子行業(yè)中常用此類機器人進行裝配作業(yè)，因此也稱它為裝配機器人，本文對其進行了研究。首先采用DH方法建立了該機械手的正運動學(xué)模型，避免了大量的矩陣求逆和乘法運算。由于機械手運動學(xué)逆問題的求解較為復(fù)雜，目前尚沒有通用的方法，所以本文在求解運動學(xué)逆問題時，利用具有萬能逼近性的模糊邏輯系統(tǒng)對其進行了辨識。其次基于該機械手速度模型提出了自適應(yīng)模糊控制方案，該方案對控制律中模糊邏輯系統(tǒng)的未知參數(shù)提出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)律，文中證明了該控制方案能使機械手穩(wěn)定地跟蹤期望軌跡。最后對該機械手進行了動力學(xué)分析，通過拉格朗日方法建立動力學(xué)模型。基于該模型提出了自適應(yīng)模糊控制方案，文中證明了該控制方案也能使機械手穩(wěn)定地跟蹤期望軌跡。仿真結(jié)果表明了以上所提方案的有效性。

簡介：折彎送料過程中，目前多采用手工送料，存在著效率、速度、精度、安全等方面的一系列問題，手工送料被自動送料機構(gòu)取代，可以進一步滿足生產(chǎn)自動化，大幅度提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量等的要求。課題的主要任務(wù)是完成折彎送料機械手的方案規(guī)劃及傳動、執(zhí)行系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計，并且通過虛擬樣機技術(shù)對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。本文研究的主要內(nèi)容有根據(jù)起重機U型臂的折彎工藝特點分析送料機械手的位姿、動作及受力情況從而確定了機械手的整體方案。在此基礎(chǔ)上對機械手進行傳動、執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計利用PROE構(gòu)造機械手模型，使用ANSYSWKBENCH對機械手整體剛度進行分析，分析結(jié)果表明機械手的剛度滿足使用要求。在機械手模型的基礎(chǔ)上將其簡化為機構(gòu)形式采用DH法建立機械手的數(shù)學(xué)模型并據(jù)此得出機械手的運動學(xué)方程分析了機械手的速度加速度計算出該機械手的雅克比矩陣再運用拉格朗日算法得出機械手的動力學(xué)方程。使用ADAMS進行運動學(xué)和動力學(xué)的數(shù)值模擬，仿真出機械手的運動形式，輸出運動動畫，分析運動過程中各關(guān)節(jié)的受力情況，得出機械手運動所需要的驅(qū)動力矩，并利用模擬結(jié)果驗證機械手的設(shè)計，指導(dǎo)機械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。本課題規(guī)劃設(shè)計的機械手方案解決了折彎工藝中傳統(tǒng)人工送料諸多不利因素，滿足自動送料的要求，不僅減輕了人工的勞動強度，也極大的提高了經(jīng)濟效益。

簡介：本文將穩(wěn)健設(shè)計思想引入機械手設(shè)計方法中，根據(jù)穩(wěn)健設(shè)計的目標，建立了機構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計的三種應(yīng)用模型，逐一提出基于模糊模型、隨機模型和容差模型的機構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計準則及建模方法。首先根據(jù)矩陣變換和微變換原理推導(dǎo)出機械手位姿誤差概率模型；接著在分析了各種誤差源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用協(xié)方差矩陣完整地描述了手部位姿誤差各分量的標準差和相互之間的相關(guān)性。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)和穩(wěn)健設(shè)計原理，不但考慮機構(gòu)制造誤差的隨機性，而且考慮機構(gòu)綜合中的模糊影響因素，對機器人機械手精度設(shè)計問題進行了探討，應(yīng)用穩(wěn)健性設(shè)計方法提高了機械手的可靠性；最后提出了機械手手部位姿誤差補償公式。在柔性機械手的精度分析中，將各種因素統(tǒng)一歸結(jié)為機器人的結(jié)構(gòu)參量誤差和運動變量誤差，并且為了分析多種因素對機器人位姿誤差的綜合影響和提高設(shè)計質(zhì)量，綜合考慮由機械手靜態(tài)誤差、關(guān)節(jié)柔性以及連桿柔性所引起的機器人位姿誤差，提出了機器人位姿誤差穩(wěn)健設(shè)計方法。本文引入了并聯(lián)機器人誤差敏感系數(shù)，它反映了機器人機構(gòu)的解對原始誤差的敏感程度。分析了并聯(lián)機器人機械手誤差公式模型，然后在容差穩(wěn)健設(shè)計的基礎(chǔ)上進行了機械手精度綜合。

簡介：六自由度串聯(lián)機械手的位置逆解問題一直是機器人學(xué)研究領(lǐng)域的難點和熱點之一。從逆解算法中得到的輸入輸出方程具有很大的理論研究價值，可以在此基礎(chǔ)上進行諸多機構(gòu)學(xué)問題的研究；另外，運動學(xué)逆解也是機械手進行運動規(guī)劃和軌跡控制的關(guān)鍵。目前，已經(jīng)提出一些準確性和實時性都比較好的逆解算法，也有一些針對欠自由度機械手的逆解算法，但對于因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由度機械手的位置逆解都不能使它達到更多位姿，完成大部分原計劃任務(wù)。本文以這種因關(guān)節(jié)故障而形成的欠自由度機械手逆解算法問題為研究對象，提出了一種新的方法，并將其運用于解決實際問題中。主要研究內(nèi)容如下1六自由度機械手在一個關(guān)節(jié)發(fā)生故障時，成為五自由度機械手或稱欠自由度機械手。如果機械手抓取的是棒狀物體，可以對手爪圍繞棒中心線的轉(zhuǎn)動姿態(tài)參數(shù)不加限制，從而把這一轉(zhuǎn)動虛擬成一個未知的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，這樣欠自由度機械手的位置反解問題就轉(zhuǎn)換成含有六個未知量的位置反解問題。由于其結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，成為對新的機構(gòu)的機械手進行求解，且故障的關(guān)節(jié)是不確定的，因而反解程序須滿足這一不確定性要求。一旦位置反解的運動學(xué)方程建立之后，解方程的過程與六自由度串聯(lián)機械手的算法類似。2本文在將關(guān)節(jié)變量的三角函數(shù)形式轉(zhuǎn)化為復(fù)指數(shù)形式的六自由度串聯(lián)機械手位置逆解算法的基礎(chǔ)上，采用將機械手末端姿態(tài)Γ虛擬成未知旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的方法分別對一般6R串聯(lián)機械手、一種1P5R機械手和一種雙關(guān)節(jié)6R機械手在不同關(guān)節(jié)發(fā)生故障時形成的欠自由度機械手進行了位置逆解的求解。并通過數(shù)值算例，驗證了機械手末端姿態(tài)Γ不加限制時，不同關(guān)節(jié)故障的六自由度機械手位置逆解的過程不同，并且解的個數(shù)也不同。這種具有容錯性能的機械手位置逆解算法也可以用于一般的欠自由度機械手的位置逆解。3本文還在六自由度串聯(lián)機械手位置逆解特征值算法的基礎(chǔ)上，用C語言實現(xiàn)了六自由度串聯(lián)機械手位置逆解算法，利用OPENGL函數(shù)庫實現(xiàn)了機械手仿真系統(tǒng)。該算法采用矩陣理論，將求解多項式的根轉(zhuǎn)化為直接求解矩陣特征值的問題，并且在軟件中用矩陣類實現(xiàn)對矩陣的操作，使得對矩陣的操作變得簡單，從而滿足了機械手仿真軟件對位置逆解求解準確性和快速性的要求。在實現(xiàn)的六自由度機器人仿真系統(tǒng)中，采用了參數(shù)化驅(qū)動技術(shù)使機器人的機構(gòu)參數(shù)和位置參數(shù)可變，從而可以在該仿真軟件中實現(xiàn)不同的六自由度機器人的仿真，可以對研究者關(guān)于位置逆解或軌跡規(guī)劃等方面的研究結(jié)果進行直觀的驗證。