变约束连杆机构机械手的设计研究

发布时间：2017-11-25 04:13

  本文关键词：变约束连杆机构机械手的设计研究

  更多相关文章： 变约束连杆机构 柔性手指机械手 CREO骨架模型 FSR传感器 接触力反馈控制

【摘要】：作为农业大国,我国每年都会生产大量的农副产品,并且当前物流快递行业发展迅速,分拣工作繁重枯燥,耗费极大的人力与物力。因此有必要研制出一种能够适用于抓取形状、大小不一致,材质松脆且容易损伤的物体的机械手,以代替人类完成这种单调重复的体力劳动。传统的工业机械手对大负荷、单一抓取对象有着良好的抓取效率并且应用广泛,但是不适用于前述的复杂抓取对象。为了解决这一问题,本文提出了一种变约束连杆机构机械手设计方案,以变约束连杆机构作为柔性手指关节骨架,并设计有手指方向改变调节机构,通过连杆传递运动与力,使得机械手既能保证足够的抓取力、不损害抓取对象,又对不一致的抓取对象具有较好的柔顺适应性。首先,设计了机械手的整体结构,包括手指结构、手指方向改变调节机构、以及驱动机构。重点对手指机构的设计参考了人类手指,使用六杆机构模拟人手指机构,并引入变约束弹簧杆,使手指机构具有柔性自由度和缓冲性,手指方向改变调节机构使机械手对于形状不同的抓取对象具有较好适应性。其机构参考托盘抓手设计,步进电机直接驱动交叉四连杆机构设计,并对该机构进行了运动分析。驱动机构采用丝杆螺母机构配合直线轴承导杆实现,使用步进电机驱动,具有简单可靠地的优点,便于控制系统的设计。随后利用三维设计软件CREO设计了机械手整体的三维模型。手指机构是机械手设计研究的重点,对手指机构进行了运动学分析,创新地应用CREO软件中的骨架模型分析方法,验证了理论模型计算的正确性,研究了手指机构的运动特性,并对指根节驱动机构进行了优化设计。对手指机构的静力学进行了研究探讨,应用ADMAS软件对机械手进行了抓取仿真分析。然后,设计了机械手的控制系统。使用工控计算机作为上位机,硬件设计部分主要为下位机部分,包括AVR控制板电路、FSR402压力传感器信号变送电路。步进电机采用带编码器的闭环驱动器驱动,实现高精度位置-速度控制,上下位机通信通过USB转串口模块实现。上位机程序利用Visual C++集成开发环境中的MFC模块编写。AVR控制程序采用CodevisionAVR软件编译调试。最后完成接触力反馈控制系统调试,进行了压力传感器的标定实验,位置-速度控制实验,使用机械手进行了不同抓取对象的抓取实验。控制系统功能达到了设计要求,能够感知接触到抓取对象,并反馈控制步进电机减速至停机,达到不损伤抓取对象的目的。由于手指机构具有柔性自由度和缓冲性,具有针对大小不一致的抓取对象的最大、最小样本,通过接触力反馈系统检测,对步进电机控制参数设定,实现对此类抓取对象的无反馈可靠抓取的潜力。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241

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本文编号：1224734