三指机械手结构与控制系统的设计

发布时间：2022-12-08 00:15

　　多指机械手是现代工业中较为常用的一种智能化机器人末端执行器,一般与各式各样的机械臂配合,代替人力劳动,广泛应用于加工、装配和搬运等工业过程中,其研究、设计与制造涉及了机械、材料、计算机、自动化等多门学科,是机器人领域中的一个重要研究方向。随着工业技术的不断发展,人们对多指机械手的要求也越来越高。现阶段对于机械手的研究与性能改善主要集中在两个方面,机械结构和控制系统,前者是执行工具,直接影响操作任务的执行效果;后者是处理中枢,决定了机械手执行任务的方式。本文的重点就是研究并设计一款多指机械手的结构和控制系统。首先,以应用在零件装配工艺过程中的多指机械手为研究对象,结合国内外多指机械手研究现状和各项设计指标,对其机械结构进行相应的理论分析,确认手指型式和机械手样式。该模型通过连杆传动方式,降低控制难度;并采用欠驱动模式,使用直流伺服电机,在保证驱动力的同时,减小整个结构的体积。在此基础上,设计机械手的整体结构,包括主要零部件的设计思路和详细设计图纸。其次,对所设计三指机械手的等效模型进行运动学分析和静力学分析,以保证手指运动轨迹的平滑和连续,进而确认机械手的运动范围和运动轨迹。同时根据目标... 

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景及意义
    1.3 多指机械手发展概述及国内外研究现状
        1.3.1 多指机械手发展概述
        1.3.2 国外研究现状
        1.3.3 国内研究现状
    1.4 本文研究内容及创新点说明
    1.5 论文组织及结构安排
第2章 三指机械手总体结构设计
    2.1 机械手设计指标分析
        2.1.1 设计指标及分析
        2.1.2 手指结构分析
    2.2 多指机械手结构设计元素
        2.2.1 手指数目
        2.2.2 手指关节运动副型式
        2.2.3 手指相对位置
        2.2.4 手指关节尺寸和转动角范围
        2.2.5 传感器选用与布置
    2.3 手指传动方式
        2.3.1 现有手指传动方式
        2.3.2 手指连杆传动方式
    2.4 驱动方式和驱动电机选取
    2.5 机械手总体结构设计
        2.5.1 手指结构设计
        2.5.2 手掌结构设计
        2.5.3 手腕结构设计
        2.5.4 三指机械手总体结构设计
        2.5.5 机械手模型对比分析
    2.6 本章小结
第3章 单手指运动学建模分析与静力学分析
    3.1 A类手指运动学分析
        3.1.1 A类手指D-H建模
        3.1.2 A类手指运动学模型正解
        3.1.3 A类手指运动轨迹分析
    3.2 B类手指运动学分析
        3.2.1 B类手指D-H建模
        3.2.2 B类手指运动学模型正解
        3.2.3 B类手指运动轨迹分析
    3.3 单手指静力学分析
        3.3.1 A类手指静力学分析
        3.3.2 B类手指静力学分析
    3.4 本章小结
第4章 三指机械手抓取任务设计
    4.1 三指机械手的主要任务
    4.2 三指机械手抓取任务分类
        4.2.1 精细抓取
        4.2.2 包络抓取
    4.3 机械手抓取性能分析
        4.3.1 抓取稳定性指标
        4.3.2 抓取灵巧性指标
    4.4 本章小结
第5章 三指机械手控制系统设计与实现
    5.1 机械手柔顺控制算法
        5.1.1 柔顺控制算法分类
        5.1.2 力/位置混合控制算法
    5.2 控制系统硬件设计
        5.2.1 控制系统总体设计
        5.2.2 信号采集及处理电路
        5.2.3 电机驱动电路
        5.2.4 通信电路
    5.3 控制系统软件设计
        5.3.1 软件控制方案设计
        5.3.2 主程序
        5.3.3 信号采集与处理
        5.3.4 通信程序
    5.4 机械手控制实验
        5.4.1 机械手设计参数验证实验
        5.4.2 机械手抓取稳定性实验
        5.4.3 机械手抓取灵巧性实验
        5.4.4 实验结果与分析
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]捡拾机器人机械手运动学分析与仿真[J]. 周海波,张忠党,刘振忠,陈睿,于恒彬.  机床与液压. 2018(23)
[2]七自由度番茄收获机械手的轨迹规划与仿真[J]. 秦超,梁喜凤,路杰,彭明,金超杞.  浙江大学学报(工学版). 2018(07)
[3]典型机械手臂研究现状综述[J]. 宁致远.  信息记录材料. 2018(03)
[4]Shadow仿人灵巧手的有效操作空间分析[J]. 邱鹏飞,宋蕴璞,何东伟,徐博铭.  机电一体化. 2018(01)
[5]基于模糊补偿的RBF神经网络机械手控制[J]. 毛润,高宏力,宋兴国.  西南交通大学学报. 2018(03)
[6]新型具有力感知的柔性果蔬采摘机械手研究[J]. 肖英奎,李永强,谢龙,付英达.  农机化研究. 2017(10)
[7]一种双手爪摆动机械手传动机构及优化设计[J]. 强恒存,沈惠平,张有斌,孟庆梅,邓嘉鸣,刘金石.  常州大学学报(自然科学版). 2017(04)
[8]工业机械手结构设计分析[J]. 欧洋,高祯,李连强.  工业控制计算机. 2017(06)
[9]多指灵巧机械手机构的开发现状与趋势研究[J]. 于楚泓.  科技展望. 2017(04)
[10]采用神经网络算法的多指机械手织物抓取规划[J]. 张蕾,韦攀东,李鹏飞,王晓华,刘秀平.  纺织学报. 2017(01)

硕士论文
[1]六自由度机械手臂的力/位混合控制[D]. 孙海波.沈阳工业大学 2017
[2]基于DSP的机械手末端柔顺系统设计[D]. 王志.安徽工程大学 2016
[3]仿人机器人欠驱动灵巧手研究[D]. 卜夺夺.杭州电子科技大学 2012
[4]三指灵巧手结构设计与控制实验[D]. 高鹏.哈尔滨工业大学 2007
[5]连杆驱动式9自由度3指灵巧手的结构设计与性能研究[D]. 施建.燕山大学 2003



本文编号：3713149