一種抓取圓棒取料手的機械設計-關節(jié)型工業(yè)機械手含開題、SW三維仿真及8張CAD圖
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XX設計(XX)開題報告
學生姓名： 學 號：
專 業(yè)：
設計(論文)題目：
指導教師：
20XX年4月5日
設 計(XX)開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計(論文)課題情況，根據所查閱的文獻資料，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品的要求更高了，機械人顯然更符合現在人們的需求。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、運輸等領域得到了越來越廣泛的運用[1]。在當今的中國社會，經濟發(fā)展方式正由粗放密集型轉向節(jié)約內向型，原來的生產方式必須進行較大的變革。這就要求在最短的時間內，創(chuàng)造出最高的加工效率，而且還要保較高的生產質量。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 Fujimoto[3]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 Arima[5]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)IDE[6]。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。
1.2.3高自由度冗余度機器手逆運動學學習框架
AGJ Kouabon和Melingui[8]提出了一種求解高自由度冗余度機器手逆運動學問題的學習框架。這些有幾種可能的組合來獲得末端效應器（EE）姿勢[9]。因此，對于給定的EE姿勢，可以關聯多個關節(jié)角度向量。然而，對于給定的EE位姿，如果將一組關節(jié)角參數化，則冗余度機械手的IK問題可以歸結為非冗余度機械手的IK問題，從而可以應用為非冗余度機械手開發(fā)的閉式解析方法來獲得IK解。通過對冗余度機械臂的工作空間聚類和位形空間聚類，實現了冗余度機械臂關節(jié)的參數化。工作空間聚類采用生長型神經網絡（GNG），配置空間聚類采用鄰域函數（NF）。通過對冗余度機械手的仿真和實驗，驗證了該方法的有效性。
1.3國內機械手研究現狀
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,可實現兩個動手指相同的變位及轉位運動,并起到夾持作用.根據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神經網絡收斂速度慢﹑實時性控制能力差等問題,求解基于RBF網絡的控制器設計,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)協調轉動。指根節(jié)的精確調整使得機械手具有很好的尺寸適應性,帶扭彈簧的串聯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對復雜對象進行可靠抓取。
參 考 文 獻
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XX 設 計（XX）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的方法（途徑）：
2.1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。
2.2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）數學方法，通過數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，最后實現機電一體。
XX 設 計（XX）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
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