多自由度工業(yè)機械手臂的機械結構設計-關節(jié)式四自由度含開題、SW三維仿真及12CAD圖
多自由度工業(yè)機械手臂的機械結構設計-關節(jié)式四自由度含開題、SW三維仿真及12CAD圖,自由度,工業(yè),機械,手臂,結構設計,關節(jié),開題,SW,三維,仿真,12,CAD
設計(XXX)開題報告學生姓名: 學 號: 專 業(yè): 設計(論文)題目: 多自由度工業(yè)機械手臂的結構設計指導教師: 20XX年4月5日XX 設 計(XX)開 題 報 告1結合畢業(yè)設計(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻資料,每人撰寫2000字左右的文獻綜述:文 獻 綜 述1.1課題研究的背景及意義隨著時代的不斷進步,經(jīng)濟飛速發(fā)展,生活水平的逐年提高,人們的環(huán)保意識,自我安全意識也在不斷加強,同時也使人們對各種產(chǎn)品的要求更高了,機械人顯然更符合現(xiàn)在人們的需求。機械手輕巧、制造成本低、工作效率高、噪聲較小、低溫起動性較好、使用和維護方便,已在機械、化工、醫(yī)藥、紡織、微電子、食品、運輸?shù)阮I域得到了越來越廣泛的運用1。在當今的中國社會,經(jīng)濟發(fā)展方式正由粗放密集型轉向節(jié)約內(nèi)向型,原來的生產(chǎn)方式必須進行較大的變革。這就要求在最短的時間內(nèi),創(chuàng)造出最高的加工效率,而且還要保較高的生產(chǎn)質量。機械加工中的機床機械手就必須符合這種條件下的生產(chǎn)加工。本文主要介紹了機械手的應用范圍2、機械手的組成及每個組成部分的作用、工作原理、國內(nèi)外的發(fā)展趨勢、發(fā)展前景和方向,機械手的應用、機械行業(yè)中使用機械手的意義,重點闡述了機械人的各個組成部分的發(fā)展趨勢和應用場合。1.2國外機械手研究現(xiàn)狀1.2.1深度辨識的六自由度機械手多速率視覺伺服控制H Fujimoto3提出了一種基于采樣間干擾抑制4的六自由度機械手視覺伺服控制方法。在控制器中,針對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)估計和開關函數(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)中延遲問題的一個新的精確表達式,即圖像處理延遲、攝像機信號采樣周期與關節(jié)伺服系統(tǒng)控制周期之差以及內(nèi)環(huán)關節(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,提出的采樣間干擾抑制控制器適用于具有運動目標點的六自由度機械手的復雜視覺伺服問題。1.2.2六自由度機械手軌跡規(guī)劃與仿真S Arima5對六自由度機械手進行運動學分析、逆運動學分析和軌跡規(guī)劃仿真的運動學算法正確性和軌跡規(guī)劃結果不易直觀驗證,提出了兩種基于關節(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圖形庫開發(fā)了一個三維運動仿真軟件系統(tǒng)IDE6。那個正向運動學,反向運動學和仿真中引入了軌跡規(guī)劃算法軟件六自由度機械手仿真軟件系統(tǒng)驗證了運動學的有效性模型7。模型三次多項式和五次多項式軌跡規(guī)劃方法的結果多項式顯示軌跡規(guī)劃的后期效果要優(yōu)于前一個。1.3國內(nèi)機械手研究現(xiàn)狀1.3.1新型欠驅動機械手爪的抓取分析和優(yōu)化設計傳統(tǒng)欠驅動機械手的運動和功能單一,難以實現(xiàn)對不同尺寸物體的穩(wěn)定抓取.為此,馬濤10提出了一種新型欠驅動手爪結構,并進行抓取分析和優(yōu)化.首先,介紹了欠驅動機械手爪的整體機構設計,并對手指進行靜力學分析,針對手爪包絡抓取物體時可能發(fā)生彈射的不穩(wěn)定情況,進行手指結構優(yōu)化.然后,基于剛度矩陣的勢能模型,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)學公式,表達了指尖抓取時手指位姿和物體尺寸的關系.最后,完成手爪樣機的搭建,并對常見家用物品進行了指尖抓取和包絡抓取實驗6.實驗結果表明,該機械手爪能夠對各種尺寸大小的物體進行穩(wěn)定抓取.1.3.2基于遺傳算法的變掌機械手結構優(yōu)化徐丁峰11等人針對機械手工作范圍有限的問題7,提出一種基于對稱雙五桿滑塊并聯(lián)機構的變掌機械手,安裝有一個固定手指,兩個動手指,可實現(xiàn)兩個動手指相同的變位及轉位運動,并起到夾持作用.根據(jù)實際應用中對工作空間和均布抓取性能的要求提出性能指標,通過性能指標及約束條件建立多目標優(yōu)化模型,利用多目標遺傳算法優(yōu)化目標尺寸.結果表明曲柄的長度對機械手抓取范圍影響最大,并確認了機構死點位置.1.3.3夾爪間距可變機械手封寧君公開了一種夾爪間距可變機械手,包括三軸運動平臺和抓取機構12,抓取機構包括安裝板,伸縮氣缸,頂板,立板,導桿,工字連接件,夾爪固定塊和氣動手指,伸縮氣缸和頂板固定于安裝板兩側,立板固定于伸縮氣缸和頂板之間13,其與頂板之間設有一對導桿,夾爪固定塊上設有插槽,插槽的中部具有方形槽,夾爪固定塊下端固定有氣動手指,多個夾爪固定塊可滑移的串聯(lián)于導桿上,相鄰兩個夾爪固定塊通過分別對應嵌入其插槽內(nèi)的一個工字連接件相連,伸縮氣缸與其臨近的夾爪固定塊相連14,本實用新型通過夾爪固定塊與工字連接件的配合,實現(xiàn)夾爪固定塊帶動相鄰兩個氣動手指相近或具有一定的間隙,實現(xiàn)夾爪之間間距可變.1.4結論(1) 機械手的設計,要基于拉格朗日方程,求解其動力學模型15。(2)鑒于BP神經(jīng)網(wǎng)絡收斂速度慢實時性控制能力差等問題,求解基于RBF網(wǎng)絡的控制器設計,并進行了仿真分析,仿真分析表明:所設計的控制器可有效地解決實時性、自適應等問題。(3)文章雖然對靈巧機械手動力學模型的不確定項進行了簡化,但仍具有一定的參考價值,為靈巧機械手的自適應控制提供一定的技術經(jīng)驗。(4)靈巧機械手的技術研究需要多個學科的交叉融合16,今后將進一步深入研究人體骨骼的結構特征,為結構設計的進一步細化做理論支撐;另外,手指骨骼的細致分布可為靈巧機械手柔性的進一步控制研究提供技術支持。(5)電氣復合驅動柔性欠驅動機械手,指根節(jié)由步進電機驅動、筆形氣缸推動2個含扭彈簧的指節(jié)協(xié)調(diào)轉動。指根節(jié)的精確調(diào)整使得機械手具有很好的尺寸適應性,帶扭彈簧的串聯(lián)雙餃鏈結構可以很好地控制機械手與被抓物體間的接觸力。機械手配合視覺系統(tǒng)在無需傳感器的條件下就可以實現(xiàn)對復雜對象進行可靠抓取。參 考 文 獻1 宋吉來,俞建成等輪槳腿一體化兩棲機器人控制系統(tǒng)設計J北京:微計算機信息2011 ,10(30):25-27.2 張毅剛,趙光權,孫寧等.TMS320LF240X系列DSP原理、開發(fā)與應用J .哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社.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 AnalysisJ. Applied Mechanics and Materials.J ,2014 ,6(20):35-58.4 Charlat, S. et al. Male-illing bacteria trigger a cycle of increasing male fatigue and female promiscuity. Curr.Biol.J ,2017 ,35(9):273-279.5 Hornett, E. A. et al. Evolution of male-killer supressionin a natural population. PLoS Biol.J , 2016 ,23(3):28-38.6 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):423-450.9 王建軍.搬運機械手仿真設計和制作.J ,2012,9(23):98-102.10 高峰,馮培恩,高宇,周波,張強.挖掘機器人液壓傳動的伺服控制策略J. 北京:液壓與氣動.2018,7(30):54-66.11 熊新民,曹毅等智能機器人運動關節(jié)集成驅動控制器研究J北京:微計算機信息2012,20(15):84-90.12 機械制造專業(yè)畢業(yè)設計指導J.北京:化學工業(yè)出版社.2013,42(7):160-170.13 王承義.機械手及其應用M.北京:機械工業(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)機械手設計.J,2017,8(13):45-68.15 孫志禮.機械設計.M沈陽:東北大學出版社.2016,10(6):70-90.16 Lo, N.et al.Taxonomic status of the intracellularbacterium Wolbachia pipientis.Int.J.Syst. Evol.Microbiol2017,23(51).654-657.畢 業(yè) 設 計(論 文)開 題 報 告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)了解機械手的工作原理和結構組成、導引方式、路徑規(guī)劃方案、控制原理等,在此基礎上提出本課題的設計方案。(2)進行多自由度機械手總體方案的設計,并根據(jù)機械手的驅動方式和工作要求,對底盤、電機、蓄電池等進行了設計和選型,進行機械結構和驅動轉向系統(tǒng)的設計,實現(xiàn)機械手的旋轉,伸長,夾取.(3)完成機械手各組成模塊的詳細設計,二維設計圖紙的繪制和控制電路原理的設計。(4)完成機械手各模塊三維模型的設計,并進裝配、運動仿真。(2) 擬采用方法(1)文獻研究法,通過查閱文獻獲得有關問題的資料,全面、正確地了解掌握機械手的歷史和現(xiàn)狀。(2)個案研究法,對某幾款特定的機械臂機械手進行研究分析,弄清其特點,并加以歸納總結。(3)數(shù)學方法,通過數(shù)學工具對多自由度機械手的結構進行計算并驗證,從而做出正確的說明和判斷。(4)交叉研究法,運用機械和電力的理論、方法和成果從整體上對本課題進行綜合研究,形成一個統(tǒng)一的整體,最后實現(xiàn)機電一體。 畢 業(yè) 設 計(論 文)開 題 報 告指導教師意見:1對“文獻綜述”的評語:2對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計(論文)結果的預測: 指導教師: 2021年 4月 5日所在院(系)審查意見: 負責人: 2021年 4月 6日
收藏