海参捕获多面体机械手的设计与研究

发布时间：2020-10-26 11:54

　　近年来海参以其特有的营养价值走入市场,养殖产业逐渐扩大,但繁琐的捕获过程令人困扰。目前的海参捕获方法多为人工捕获,效率低且潜在危险大。故本文针对海参捕获的问题研制了捕获机械手。首先对海参的生活习性等进行了调研,对比分析了相关领域的研究现状,结合海参特点、捕获环境等,创新性的提出以阿基米德多面体为基本构型的捕获手爪,并对13种阿基米德多面体进行拆解分析,利用其自身的高度对称性将多面体划分为顶面、支链和底面三部分,依据设计需求选择了 3种符合条件的多面体即截角立方体、截角八面体和大斜方截半立方体。对三种多面体进行构型设计与分析,分别对输入件、支链和底面进行设计,最终确定了整个多面体捕获机械手的构型,并根据海参捕获的应用背景确定了多面体捕获手爪的构型尺寸。分析所设计的捕获机械手构型,绘制机械简图,分别进行了运动学分析和动力学分析,并在Adams中建立虚拟样机进行仿真,可实现三种捕获机械手的展开及闭合。对三种捕获机械手的输入件和捕获底面的位移曲线、速度曲线、加速度曲线、运动轨迹等进行了对比分析,总结出三种捕获手爪的运动特点及各自适应的应用场合。并对大斜方截半立方体捕获手爪进行工程设计,包括运动副的实现方式,固定的连接的方式,电机的选择与控制等,利用3D打印制作了大斜方截半立方体手爪样机,对样机进行装配及实验,可通过开关控制捕获手爪的开合,实现对目标物的抓捕。本论文的创新点在于手爪的设计,将阿基米德多面体作为捕获机械手的基本构型,利用其对称性划分出机械手结构,并利用串联的四杆机构实现多级传动,与手指式的机械手相比,降低了对海参的伤害,提高了捕获的成功率,为捕获类机器人的设计提供了新思路。该多面体捕获机械手的研究有望提高我国海参捕获的智能化水平,推动我国海洋渔业智能化的发展,同时该技术也可以继续在海洋捕捞、渔业捕获等领域进行扩展研究,具有广阔的应用前景。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP241
【部分图文】：

保苗阶段为稚参饵料、马尾藻粉等。养殖阶段为成参饲料。海参的??养殖环境的水质条件有相关的养殖水环境标准，相关的各项指标必须控制在国标??以内。随着科技的发展，尤其是传感技术的发展，水产养殖已经由原来的粗养转??变为精养，甚至工业化高密度的方式。为保证更稳定的养殖环境，养殖监测系统??也在一步步完善，利用相应传感器可监测水质中ｐＨ值、盐度、溶解氧、温度等参??数，并将采集数据传送到客户端，对养殖进行动态监测。海参的养殖方式繁多，??主要有虾池养殖、海上筏式养殖、人工控温工厂化养殖等方式。本文所研宄的养??殖方式，是滩涂养殖，即面积有限，深度有限，人工干预有限的特殊环境，滩涂??养殖方式水深大约为１０－２０米。??海参在一年的养殖周期内有春季和秋季两个捕捞季节。目前的海参捕捞主要??都是人工进行的，如图１－１［２］所示，由两个“海猛子”配合，两人全副武装，靠氧??气管相连，一人下水捕捞海参，一人负责观察下海者状态，如果出现紧急情况便??将其拉上岸，这种捕获方式明显存在很大的风险。海参的两个捕获季节气温比较??低，且下水捕获的设备繁重，对捕获人员的身体素质要求很高。而且水下环境复??杂，海参的生活周围可能存在礁石，水下压强很大，对捕获人员会造成一定的身??体伤害。因此，关于海参捕获的相关研究对海参养殖产业具有重大意义。??

美国,灵巧手

场的仿生机器人，这款机器人的五个手指均可自由活动，并获得了英国最高工程??奖。自２０世纪８０年代开始，仿生灵巧手进入飞速发展的阶段。１９８０年，美国麻??省理工学院和犹他大学联合研制的Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手，如图１－２所示，瑞士在２０１３年推??出全新具有触感的仿生手，计划用作人体移植。之后英国成立了第一家“仿生手”??工厂，旨为客户定制假肢。仿生机器人最初只能进行简单拆装，逐步发展的越来??越智能化，具体手指的关节控制，末端的触觉传感器等使该领域快速发展。??图１－２美国Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手?图１－３灵巧手模型??Ｆｉｇ．?１－２?ＵＳ?Ｕｔａｈ／ＭＩＴ?Ｈａｎｄ?Ｆｉｇ．?１?－３?Ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ?ｈａｎｄ?ｍｏｄｅｌ??关于仿生灵巧手的研究国内也积极推进，王华对水下灵巧手做运动学分析并??进行实验，设计了一种三指的水下仿生灵巧手，结构模型如图１－３所示，指头采用??模块化设计，每个手指含三个转动关节，在软件中建立运动学模型，求解运动方??程及运动逆解，在手指上安装传感器对手指运动进行实验，对实验结果进行分析，??３??

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