簡(jiǎn)介：蒸汽發(fā)生器是核動(dòng)力裝置中重要的連接樞紐設(shè)備，其安全穩(wěn)定性一直是人們所關(guān)心的問題。國(guó)內(nèi)外核電站的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，蒸汽發(fā)生器是核動(dòng)力裝置中故障發(fā)生概率最高的設(shè)備之一。為了避免此類故障的發(fā)生，需要經(jīng)常對(duì)蒸汽發(fā)生器進(jìn)行維修。由于其內(nèi)部放射性物質(zhì)的存在，操作人員不能直接對(duì)其進(jìn)行檢修，而應(yīng)需要采用機(jī)械手來完成該任務(wù)。因此，對(duì)此類機(jī)械手展開研制具有重要的實(shí)際意義。本文所研究的蒸汽發(fā)生器檢修機(jī)械手是應(yīng)用于某項(xiàng)具體工程項(xiàng)目，文中針對(duì)該機(jī)械手的人工示教路徑、自動(dòng)路徑規(guī)劃以及關(guān)節(jié)控制等問題展開研究。首先，對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，給出了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解方法；采用拉格朗日方程建立了完整的機(jī)械手動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)對(duì)機(jī)械手的奇異性進(jìn)行了分析與判斷。其次，研究了狹窄空間蒸汽發(fā)生器內(nèi)機(jī)械手人工示教路徑策略、示教路徑優(yōu)化以及最優(yōu)軌跡規(guī)劃等問題。在關(guān)節(jié)空間中采用點(diǎn)動(dòng)模式進(jìn)行初始路徑示教。考慮到關(guān)節(jié)空間與任務(wù)空間的非線性映射關(guān)系，導(dǎo)致示教路徑往往并非最優(yōu)路徑。利用一組幾何操作算子對(duì)初始示教路徑進(jìn)行優(yōu)化處理，并基于B樣條曲線對(duì)離散示教點(diǎn)列進(jìn)行擬合以得到連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡。再建立以機(jī)械手運(yùn)行時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)的約束優(yōu)化模型，采用動(dòng)態(tài)罰函數(shù)法將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為非約束優(yōu)化問題，并利用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行求解。給出了仿真對(duì)照結(jié)果。再次，研究了機(jī)械手的自動(dòng)路徑規(guī)劃問題，對(duì)當(dāng)前幾種主要的搜索算法進(jìn)行分析與總結(jié)。基于快速搜索隨機(jī)樹算法，研究了該算法主要存在的缺點(diǎn)不能有效控制搜索路徑的質(zhì)量問題。通過建立路徑質(zhì)量評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。仿真結(jié)果表明，建立不同形式的目標(biāo)函數(shù)可得到不同優(yōu)化程度的搜索路徑。由于快速搜索隨機(jī)樹法需要進(jìn)行在線碰撞檢測(cè)，導(dǎo)致規(guī)劃時(shí)間較長(zhǎng)。為了進(jìn)一步提高規(guī)劃算法的搜索效率，研究了一種基于位形空間分解路標(biāo)圖搜索算法，將高維搜索空間內(nèi)的規(guī)劃問題簡(jiǎn)化為兩個(gè)低維子空間內(nèi)的路徑規(guī)劃問題。由于所有的路標(biāo)節(jié)點(diǎn)的碰撞檢測(cè)以及節(jié)點(diǎn)間的連通判斷均離線一次性生成，降低了算法的在線規(guī)劃時(shí)間。仿真結(jié)果表明該算法的有效性，在線規(guī)劃所需時(shí)間少于基本隨機(jī)路標(biāo)圖法規(guī)劃時(shí)間。最后，研究了機(jī)械手的軌跡跟蹤控制問題。將滑?？刂婆c神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一種全程滑模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器。通過設(shè)計(jì)全滑模面來提高系統(tǒng)在響應(yīng)的全過程均具有魯棒性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近機(jī)械手動(dòng)力學(xué)建模誤差；在利用滑模控制對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計(jì)誤差以及外部擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)為避免因不確定上界估計(jì)過大而導(dǎo)致控制輸入出現(xiàn)飽和，對(duì)未知上界的自適應(yīng)調(diào)整律進(jìn)行改進(jìn)，從而提高了自適應(yīng)變化律的魯棒性。通過LYAPUNOV穩(wěn)定性理論來證明該混合控制器將使閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到漸進(jìn)收斂。仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的控制器不僅加快了系統(tǒng)的跟蹤響應(yīng)性能，而且提高了系統(tǒng)的魯棒性。

簡(jiǎn)介：“定位”從廣義上說就是確定物體在某個(gè)特定環(huán)境中相對(duì)于其他參照物的位置的過程。本課題在基于機(jī)械手自動(dòng)裝卸紙筒和印刷套印標(biāo)記檢測(cè)視覺定位的基礎(chǔ)上研究了一種基于圖像處理的視覺定位方法。機(jī)械手的動(dòng)態(tài)檢測(cè)定位因?yàn)樵跈z測(cè)過程中容易受光線、復(fù)雜背景等的影響故在紙筒和軸端口處分別畫上不同顏色的圓線本文中采用的顏色是紅色和藍(lán)色基于RGB色彩空間可提高色彩分割檢測(cè)精度如果檢測(cè)背景中出現(xiàn)和紙筒與軸相同的顏色時(shí)可對(duì)紙筒和軸的顏色范圍設(shè)置限制區(qū)分背景色。檢測(cè)精度提高后用最小二乘圓擬合算法進(jìn)行圓擬合處理得出紙筒和軸的圓心的像素坐標(biāo)即可計(jì)算出紙筒和軸之間在圖像坐標(biāo)系下的像素距離通過本文使用的視覺定位方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析即可得出當(dāng)紙筒和軸空間中相距距離變化時(shí)根據(jù)采集到的像素?cái)?shù)即可準(zhǔn)確得出紙筒和軸相距距離和水平方向的相差距離即可完成機(jī)械手的自動(dòng)視覺定位。印刷套印標(biāo)記的靜態(tài)定位關(guān)鍵是套印標(biāo)記的分割檢測(cè)精度和提取范圍然后再采用最小二乘直線擬合算法進(jìn)行直線擬合經(jīng)偏差計(jì)算得出數(shù)據(jù)結(jié)果再進(jìn)行視覺定位分析得出當(dāng)CMOS與套印標(biāo)記相距距離一定時(shí)即可將檢測(cè)到得套印偏差數(shù)據(jù)定量的傳輸?shù)接∷C(jī)械控制機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)印版滾筒的位置實(shí)現(xiàn)套準(zhǔn)定位。本文重點(diǎn)研究了目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別方法和視覺定位方法主要應(yīng)用在基于圖像特征的視覺定位應(yīng)用領(lǐng)域。本文以機(jī)械手和印刷套印為應(yīng)用背景以單目視覺為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立了基于CMOS的視頻采集及特征檢測(cè)系統(tǒng)包括CMOS圖像傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上位機(jī)視頻顯示及處理軟件提出了基于圖像像素的視覺定位方法解決了機(jī)械手和印刷套準(zhǔn)的自動(dòng)定位問題該定位方法具有可行性。在論文的最后對(duì)所取得的結(jié)論和成果進(jìn)行了概括和總結(jié)提出了本課題下一步研究方向。

簡(jiǎn)介：機(jī)器視覺技術(shù)給傳統(tǒng)工業(yè)帶來了深刻的變革。工業(yè)分揀作為機(jī)器視覺技術(shù)的成熟應(yīng)用領(lǐng)域之一，很好的體現(xiàn)了這一變化。裝備了視覺識(shí)別設(shè)備的分揀系統(tǒng)，靈活高效，廣泛應(yīng)用在食品藥品生產(chǎn)、機(jī)械加工、芯片制造等領(lǐng)域。本課題來源于江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的高速分揀機(jī)械手項(xiàng)目。本文在對(duì)該分揀系統(tǒng)進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上，從硬件和軟件兩方面對(duì)視覺定位系統(tǒng)作了較為完整的研究。硬件方面，本文對(duì)分揀系統(tǒng)的圖像采集硬件包括鏡頭、相機(jī)和光學(xué)的選用做了分析。研究了不同視覺識(shí)別任務(wù)對(duì)硬件的不同要求，并給出了硬件選用的參考性建議。指出了硬件的選用是否合適是視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵因素。軟件方面，本文針對(duì)分揀系統(tǒng)不確定因素多，功能定位變數(shù)大的特點(diǎn)，提出了上位機(jī)軟件“主程序加可擴(kuò)展子程序”的設(shè)計(jì)方案。最大程度提高了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在功能上的可擴(kuò)展性。并利用QT跨平臺(tái)開發(fā)框架和SQLITE嵌入式數(shù)據(jù)庫編寫了該方案的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，從而證明了該方案的可行性。定位算法方面，選用視覺技術(shù)中發(fā)展比較成熟的“閾值分割”，“邊緣提取”，“曲線擬合”，“區(qū)域特征提取”，“模板匹配”技術(shù)，設(shè)計(jì)了針對(duì)不同場(chǎng)景的物體定位算法。本文在深入研究HALCON機(jī)器視覺軟件包的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了這些算法，并對(duì)算法進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。研究結(jié)果對(duì)上機(jī)實(shí)驗(yàn)有較大的參考價(jià)值。文章對(duì)圖像采集過程也做了一定得研究，并針對(duì)USB和IEEE1394兩種接口的相機(jī)編寫了圖形采集程序，進(jìn)一步分析了提高采集速度的方法。該研究對(duì)提高分揀系統(tǒng)中視覺定位系統(tǒng)的速度有積極意義。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)同類視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定得參考價(jià)值。

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簡(jiǎn)介：隨著航天技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)的剛性機(jī)械手，柔性機(jī)械手以其高負(fù)載自重比、低能耗、高速等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。然而，由于結(jié)構(gòu)柔性的存在、本身的非線性特性、模型參數(shù)不確定性、外部干擾等影響，柔性機(jī)械手成為一類復(fù)雜的非線性不確定系統(tǒng)，對(duì)其控制策略的研究不僅具有重要的理論價(jià)值，還具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。非奇異終端滑模是近來出現(xiàn)的一種新的滑模控制方法，它兼有傳統(tǒng)線性滑模和終端滑模的優(yōu)點(diǎn)，如強(qiáng)魯棒性、有限時(shí)間收斂特性、高穩(wěn)態(tài)精度等，同時(shí)還通過有目的地改變切換函數(shù)的形式，直接從滑模設(shè)計(jì)方面解決了現(xiàn)有終端滑?？刂拼嬖诘钠娈愋詥栴}，保證了控制系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。然而，抖振問題是制約其實(shí)際應(yīng)用的最大障礙。為此，本文從理論和柔性機(jī)械手的控制應(yīng)用兩方面，圍繞非奇異終端滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)及抖振的消除問題進(jìn)行了深入研究。首先通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，將非奇異終端滑模與線性滑模和終端滑模進(jìn)行對(duì)比，直觀清晰地闡述了非奇異終端滑模的特性。然后，為解決抖振問題，提出了一種無抖振的二階非奇異終端滑模控制方法，并將其應(yīng)用于一類系統(tǒng)矩陣和輸入矩陣皆存在不確定性的多變量不確定系統(tǒng)。詳細(xì)探討了如何從一個(gè)一般多變量系統(tǒng)經(jīng)過非奇異狀態(tài)變換和去耦合處理，變成一個(gè)由輸入輸出子系統(tǒng)和零動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)組成的解耦塊能控標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)。之后，引入輔助系統(tǒng)，消除輸入矩陣不確定項(xiàng)的影響，應(yīng)用所提二階非奇異終端滑?？刂品椒?，保證輸入輸出子系統(tǒng)有限時(shí)間內(nèi)跟蹤上輔助系統(tǒng)，同時(shí)輔助系統(tǒng)有限時(shí)間內(nèi)收斂到零，間接實(shí)現(xiàn)了輸入輸出子系統(tǒng)的有限時(shí)間收斂。最后，通過極點(diǎn)配置，使得零動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)的狀態(tài)按遞階順序漸近收斂到零，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)收斂。以雙臂柔性機(jī)械手為例，深入研究了其定點(diǎn)調(diào)節(jié)和軌跡跟蹤控制問題。為解決柔性機(jī)械手非最小相位控制問題，實(shí)現(xiàn)末端定點(diǎn)調(diào)節(jié)，基于輸出重定義方法，提出了一種基于遺傳算法的非奇異終端滑模優(yōu)化控制策略。設(shè)計(jì)思想為首先將關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)角和柔性模態(tài)的線性組合定義為系統(tǒng)輸出，通過輸入輸出線性化，將系統(tǒng)分解為輸入輸出子系統(tǒng)和內(nèi)部子系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诳刂频淖钚∠辔幌到y(tǒng)。針對(duì)輸入輸出子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)非奇異終端滑?？刂破鳎瓜到y(tǒng)有限時(shí)間內(nèi)收斂到零，將內(nèi)部子系統(tǒng)變?yōu)榱銊?dòng)態(tài)子系統(tǒng)。利用作圖法證明了重定義輸出組合系數(shù)在保證零動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)穩(wěn)定情況下的存在性和不唯一性，分析了不同輸出組合系數(shù)對(duì)柔性機(jī)械手控制性能的影響，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)遺傳算法優(yōu)化組合輸出系數(shù)，使得零動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)漸近收斂到零，最終實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械手末端位移的漸近收斂。此外，考慮到柔性機(jī)械手模型參數(shù)的不確定性，在給出系統(tǒng)不確定性描述基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了模型分解過程中原系統(tǒng)不確定性引入到分解后各子系統(tǒng)中的表達(dá)式，并根據(jù)LYAPUNOV穩(wěn)定性理論算得由于系統(tǒng)參數(shù)不確定性引起的末端輸出位移的誤差范圍。針對(duì)抖振問題，根據(jù)高階滑模的去抖振原理，結(jié)合線性滑模和所提二階非奇異終端滑模，對(duì)重定義后的輸入輸出子系統(tǒng)提出了一種三階非奇異終端滑?？刂品椒ǎ杀ＷC輸入輸出子系統(tǒng)漸近收斂到零，同時(shí)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行一次低通濾波作用，削弱了抖振對(duì)柔性機(jī)械手末端控制系統(tǒng)的影響，獲得了明顯的控制效果。為實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械手的軌跡跟蹤控制，同時(shí)削弱抖振現(xiàn)象，提出了一種基于模糊非奇異終端滑模的復(fù)合控制策略。設(shè)計(jì)思想為首先利用奇異攝動(dòng)方法和柔性機(jī)械手的雙時(shí)間尺度特性，分別以關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)角和柔性模態(tài)偏差為變量，將雙臂柔性機(jī)械手系統(tǒng)分解為慢變和快變兩個(gè)子系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化控制器設(shè)計(jì)。然后，針對(duì)慢變子系統(tǒng)，結(jié)合模糊控制和非奇異終端滑?？刂品椒ǎO(shè)計(jì)了復(fù)合控制器，其中非奇異終端滑模控制器用以保證慢變子系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的跟蹤速度和精度，而模糊控制器用以根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)距離滑模切換面的遠(yuǎn)近以及所設(shè)計(jì)的模糊規(guī)則，獲得自適應(yīng)的切換增益，削弱抖振對(duì)柔性模態(tài)的影響。最后，針對(duì)快變子系統(tǒng)，提出了一種基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制方法，設(shè)計(jì)了降維觀測(cè)器估計(jì)不可測(cè)狀態(tài)，即柔性模態(tài)偏差，然后基于重構(gòu)的系統(tǒng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)了LQR控制器抑制快變子系統(tǒng)的彈性振動(dòng)。以上研究成果均基于非奇異終端滑?？刂品椒?，且通過計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明本文所提控制方法的有效性和可行性。

簡(jiǎn)介：在機(jī)器人裝配線上被操作對(duì)象的位置往往是不確定的，無法預(yù)先指定末端工作位姿，只能根據(jù)其在絕對(duì)坐標(biāo)系中的位姿進(jìn)行工作，這就要求機(jī)器人有較高的絕對(duì)定位精度。要滿足機(jī)器人精確定位的要求，需對(duì)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)及其控制問題和定位誤差補(bǔ)償?shù)葐栴}進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解模型和定位誤差補(bǔ)償模型都是非線性的，求解非常困難，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其很強(qiáng)的非線性映射能力得到廣泛研究和應(yīng)用，本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了裝配機(jī)械手精確定位相關(guān)模型并進(jìn)行了深入研究，主要研究?jī)?nèi)容如下1在分析機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了裝配機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，用代數(shù)法反解運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)在裝配機(jī)械手末端定位精度中的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明運(yùn)動(dòng)變量誤差對(duì)定位精度影響很大，基于機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的位置控制模型要有良好的關(guān)節(jié)角求解精度。2由于代數(shù)法、幾何法和迭代法等傳統(tǒng)方法在求解機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)中遇到困難，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于改進(jìn)代數(shù)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，由代數(shù)法得到的訓(xùn)練樣本集在MATLAB上編程進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明改進(jìn)后的算法可以滿足裝配機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解的要求；另外對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差在定位精度中的影響進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以滿足裝配機(jī)械手定位精度的要求。3影響裝配機(jī)械手定位精度的因素多且為非線性，用參數(shù)辨識(shí)方法難以找到理想的數(shù)學(xué)模型對(duì)其描述。在基于改進(jìn)代數(shù)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)BP算法LMBP算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配機(jī)械手定位誤差補(bǔ)償模型并進(jìn)行了分析。仿真結(jié)果表明補(bǔ)償效果明顯。4對(duì)基于改進(jìn)代數(shù)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和基于LMBP算法的裝配機(jī)械手定位誤差補(bǔ)償模型在8位單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，進(jìn)行模塊化編程和基于KEIL平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試，最終結(jié)果為程序占用內(nèi)部ROM空間為4141B，單次運(yùn)行時(shí)間為0273S，仿真結(jié)果和期望值誤差較小?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配機(jī)械手精確定位模型在8位單片機(jī)系統(tǒng)中可以較好的實(shí)現(xiàn)。

簡(jiǎn)介：手指運(yùn)動(dòng)姿態(tài)反映了手指的運(yùn)動(dòng)功能，手指運(yùn)動(dòng)姿態(tài)檢測(cè)是評(píng)測(cè)手指運(yùn)動(dòng)功能，為醫(yī)療、體育仿生學(xué)等研究提供參考數(shù)據(jù)的重要手段。通過對(duì)手指運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的測(cè)量，分析、揭示手指的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以為康復(fù)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)仿生學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等領(lǐng)域?qū)κ种高\(yùn)動(dòng)的研究提供準(zhǔn)確、可靠的參考依據(jù)。本文在了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于手指運(yùn)動(dòng)姿態(tài)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，采用加速度傳感器檢測(cè)手指的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。在對(duì)加速度傳感器角度測(cè)量原理分析的基礎(chǔ)上，為了驗(yàn)證傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)角度的可行性，設(shè)計(jì)了靜態(tài)角度和動(dòng)態(tài)角度測(cè)量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示傳感器靜態(tài)測(cè)量絕對(duì)誤差小于15°，動(dòng)態(tài)測(cè)量的絕對(duì)誤差主要分布在1～25°之間，相對(duì)誤差主要分布在3％～6之間；在此基礎(chǔ)上，利用傳感器測(cè)量食指做屈指運(yùn)動(dòng)時(shí)三個(gè)關(guān)節(jié)角度的變化，并結(jié)合動(dòng)態(tài)攝像系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，將傳感器所測(cè)手指關(guān)節(jié)的角度和動(dòng)態(tài)攝像所測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，誤差統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明測(cè)量的絕對(duì)誤差主要分布在05～35°，相對(duì)誤差主要分布在2～4；利用加速度傳感器又進(jìn)一步對(duì)食指在做屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)的角度、角速度、角加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)信息進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明食指做屈伸運(yùn)動(dòng)時(shí)三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)既表現(xiàn)出同步性，又具有差異性。利用加速度傳感器又對(duì)手指在敲擊鍵盤這一手指常見動(dòng)作進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道情況相一致。在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，將傳感器所測(cè)結(jié)果用于手指模型的控制。利用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的可控性，制作了以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的三自由度單指模型。利用DSPTMS320F2812內(nèi)部自帶的12位AD模塊采集食指在屈指過程中三個(gè)指節(jié)上的傳感器的數(shù)據(jù)，在DSP內(nèi)部將傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成角度信息，根據(jù)此角度信息，利用DSP事件管理器（EV）模塊里的比較器發(fā)送與此該角度信息相對(duì)應(yīng)的控制脈沖，脈沖輸入到基于L297、L298芯片的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，控制三個(gè)指節(jié)模型使之轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)次傳感器所檢測(cè)的角度。結(jié)合動(dòng)態(tài)攝像將人手運(yùn)動(dòng)的角度和模型運(yùn)動(dòng)的角度進(jìn)行對(duì)比，并統(tǒng)計(jì)誤差的大小及誤差分布情況，結(jié)果顯示測(cè)量的絕對(duì)誤差最大值為55°，且主要集中在0～3°。本文根據(jù)人手指尺寸大小及運(yùn)動(dòng)范圍，模仿人手比例設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易三指機(jī)械手模型。該機(jī)械手有三個(gè)手指（拇指、食指、中指），手指采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)手指有3個(gè)自由度，總共有9個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)方式采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式采用簡(jiǎn)易蝸輪蝸桿配和同步帶傳動(dòng)。在機(jī)械制圖軟件PROE里完成手指各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，再根據(jù)機(jī)械加工圖完成各零部件的實(shí)物加工和組裝。本文進(jìn)一步利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械手的控制。將四個(gè)傳感器分別放置在手掌、拇指、食指、中指相應(yīng)位置，利用DSP檢測(cè)三個(gè)手指在做抓取運(yùn)動(dòng)時(shí)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，分別檢測(cè)出拇指、食指、中指相對(duì)于手掌的彎曲角度，將此角度信息作為控制信號(hào)，控制機(jī)械手使其模仿人手指的抓取運(yùn)動(dòng)，可通過改變控制脈沖的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)。

簡(jiǎn)介：機(jī)械手是機(jī)器人的一種可以廣泛使用在社會(huì)生活的各個(gè)方面比如機(jī)器控制易爆物品的裝配、搬運(yùn)或拆卸以及消防滅火、反恐等高度危險(xiǎn)場(chǎng)合代替或輔助人完成高危工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前對(duì)于機(jī)械手的研究主要包括三個(gè)方面一是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究二是是機(jī)械手動(dòng)力學(xué)方面的研究三是機(jī)械手軌跡規(guī)劃方面的研究。在這三個(gè)方面的研究中機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)是基礎(chǔ)。機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)包括機(jī)械手運(yùn)動(dòng)模型的建立和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方程正解、逆解的求解問題。而機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方程的逆解求解問題直接關(guān)系到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)分析、離線編程、軌跡規(guī)劃和實(shí)時(shí)控制等工作。因此對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方程的逆解進(jìn)行求解是機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)研究中一個(gè)非常重要的課題。本文以SCARA型機(jī)械手為例對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析采用DH方法建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并推導(dǎo)出正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。為后面章節(jié)進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)。機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是一個(gè)非線性系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于非線性系統(tǒng)具有強(qiáng)大的逼近能力由此把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求解過程利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性函數(shù)逼近能力可以求得機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方程的逆解。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較廣泛的是BP算法和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)傳統(tǒng)BP算法在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的不足之處如搜索速度慢、求解精度低、易于陷入局部極小值等提出了基于遺傳算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值求解機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果表明遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來求解機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是實(shí)用可行的收斂速度和求解精度都較傳統(tǒng)BP算法有所提高。對(duì)于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)其重點(diǎn)是確定隱層結(jié)構(gòu)。本文采用遺傳算法來選取隱含層節(jié)點(diǎn)的中心值可以達(dá)到快速高效和全局尋找的目的并且可以避免陷入局部極小問題。最后通過對(duì)SCARA型機(jī)械手的仿真研究表明基于遺傳算法原理的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度快泛化能力強(qiáng)可提高機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求解精度。

簡(jiǎn)介：伴隨著科學(xué)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)控制器和機(jī)械手都在飛速迅猛的發(fā)展前進(jìn)著，機(jī)械手由于其不受工作環(huán)境和時(shí)間限制，正被越來越多的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，但是由于機(jī)械手易受多方面因素的影響，所以應(yīng)用的范圍還是有限的。本論文機(jī)械手的控制系統(tǒng)選用的是運(yùn)動(dòng)控制器，結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制器利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置來控制機(jī)械手。首先，本論文介紹了運(yùn)動(dòng)控制器和機(jī)械手的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀等；整體上闡述了運(yùn)動(dòng)控制器的原理和結(jié)構(gòu)；針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行了深入的分析，同時(shí)對(duì)機(jī)械手的發(fā)展進(jìn)行了介紹。然后是控制系統(tǒng)的整體控制方案，首先設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械手、電源管理、電機(jī)的選擇、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和傳感器進(jìn)行詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)，運(yùn)動(dòng)控制器以DSP為核心，電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以MSP430F149為核心；軟件設(shè)計(jì)方面，具體針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器和機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)先對(duì)系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后為了區(qū)分來自運(yùn)動(dòng)控制器的信息，定義了幀數(shù)據(jù)協(xié)議，詳細(xì)介紹了控制機(jī)械手系統(tǒng)的PID算法和位置環(huán)的PID算法，最終在分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出整體系統(tǒng)的流程。

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簡(jiǎn)介：隨著科技的發(fā)展國(guó)防、工業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ρb備機(jī)構(gòu)的靈活性、運(yùn)行速度和運(yùn)行精度等要求越來越高輕質(zhì)和柔性結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用越來越多由此構(gòu)成了柔性多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)或剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)系統(tǒng)柔性機(jī)械臂是這類系統(tǒng)的典型代表之一。由于其在航空航天、機(jī)器人等許多國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的工程應(yīng)用背景因此對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、模型降維與軌跡控制的相關(guān)研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在充分借鑒當(dāng)前柔性多體系統(tǒng)的研究成果可知采用空間離散方法得到的柔性多體動(dòng)力學(xué)模型的維數(shù)一般較高為了得到便于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與控制研究的較高精度的低維近似模型提出了基于譜方法時(shí)空分離及GALERKIN截?cái)嗬碚摰哪Ｐ徒稻S方法對(duì)柔性多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行降維。論文中設(shè)計(jì)并搭建了剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并以此為研究對(duì)象對(duì)其動(dòng)力學(xué)建模、模型降維及軌跡控制等方面進(jìn)行探索與實(shí)踐并開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究具體研究工作總結(jié)如下1根據(jù)研究對(duì)象及目的設(shè)計(jì)了剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的整體方案建立并確定了其三維立體模型以及驅(qū)動(dòng)方案并對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械手實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、活動(dòng)空間進(jìn)行了研究分析。2以機(jī)械手實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的剛?cè)犭p連桿臂組成的剛?cè)狁詈系臒o窮維分布參數(shù)系統(tǒng)作為研究對(duì)象采用LAGRANGE方程法求得偏微分方程形式的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。采用基于譜方法時(shí)空分離及GALERKIN截?cái)嗬碚摰哪Ｐ徒稻S方法對(duì)得到的連續(xù)無窮維的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行降維得到能較好地表示剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)變形等特征的低維高精度近似模型。然后對(duì)剛?cè)犭p連桿臂的剛?cè)狁詈咸匦赃M(jìn)行了仿真分析。3針對(duì)剛?cè)犭p連桿臂模型的非最小相位特性、參數(shù)時(shí)變、強(qiáng)非線性等情況通過輸出重定義方法消除系統(tǒng)末端輸出的非最小相位特性然后采用輸入輸出線性化將動(dòng)力學(xué)模型部分線性化使之分成輸入輸出子系統(tǒng)和內(nèi)動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)兩部分輸入輸出子系統(tǒng)采用逆動(dòng)態(tài)滑?？刂破鲀?nèi)動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)采用狀態(tài)反饋控制器進(jìn)行鎮(zhèn)定。經(jīng)過仿真研究結(jié)果表明該控制策略具有良好的動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能。4在已搭建的剛?cè)釞C(jī)械手實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了基于譜方法與GALERKIN截?cái)嗬碚摰哪Ｐ徒稻S得到的低維近似動(dòng)力學(xué)模型的有效性。本文的研究結(jié)果為工程實(shí)際中類似對(duì)象的建模、模型降維與控制提供了一定的參考。由于柔性多體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、降維與控制等問題是極具挑戰(zhàn)性的研究課題許多方面和問題還需要進(jìn)一步深入研究與探討。

簡(jiǎn)介：面向真空機(jī)械手的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)研究上海交通大學(xué)工學(xué)博士后出站報(bào)告工作站合作導(dǎo)師博士后機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院上海交通大學(xué)201012REPORTSUBMITTEDTOSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYFORTHEPOSTDOCTORAIPERFORMANCESTUDYOFDIRECTDRIVEMOTORFORVACUUMROBOTANDITSCONTROLLERSYSTEMBYZHANGBOADVISORPROFDINGHANPROFHUANGZHENSCHOOLOFMECHANICALENGINEERINGSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY201012

簡(jiǎn)介：隨著人口的增長(zhǎng)人類社會(huì)面臨著資源日益銳減的局面開發(fā)和尋求的新的資源成為了人類生存發(fā)展的趨勢(shì)陸地資源的減少使人們把資源的開發(fā)利用的目標(biāo)轉(zhuǎn)向了太空和海洋。海洋面積占地球面積的71％其開發(fā)利用的潛能不可估量。可以說海洋簡(jiǎn)直就是一個(gè)聚寶盆其中礦產(chǎn)資源的種類就令人驚嘆。在深海地區(qū)蘊(yùn)藏著多金屬結(jié)核礦和硫化礦這些礦產(chǎn)又是人類生存發(fā)展的重要資源。近年來科學(xué)家們?cè)诖笱蟮装l(fā)現(xiàn)了這樣一種極具開采價(jià)值的礦產(chǎn)資源“熱液硫化物”它是一種塊狀或者軟泥狀的海底礦藏?cái)?shù)量相當(dāng)巨大是一種極有開發(fā)前途的大洋礦產(chǎn)資源。對(duì)于這樣一種礦藏的開采急待研制性能良好的開采工具本文研究的機(jī)械手就是這樣一種試制的進(jìn)行海洋礦產(chǎn)開采的工具。本文是在中南礦冶研究院金星教授的海洋開發(fā)項(xiàng)目深海熱液硫化物可視抓網(wǎng)研究基礎(chǔ)上主要對(duì)其開發(fā)試制的機(jī)械手進(jìn)行虛擬樣機(jī)的研究主要內(nèi)容包括對(duì)連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)理論空間向量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行了分析對(duì)連桿動(dòng)力學(xué)方程拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了推導(dǎo)分析了機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法并對(duì)機(jī)械手的零部件在SOLIDWKS中進(jìn)行了建模及其裝配而且對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析運(yùn)用有限元軟件WKBENCH建立了機(jī)械手的有限元模型運(yùn)用米塞斯強(qiáng)度屈服理論針對(duì)機(jī)械手固定爪臂的極端工況下的強(qiáng)度校核運(yùn)用COSMOSMOTION動(dòng)力學(xué)分析軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了剛體靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)的仿真對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)物理量進(jìn)行了分析并研究了重力對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的影響。

簡(jiǎn)介：電氣比例伺服控制技術(shù)的出現(xiàn)使氣動(dòng)系統(tǒng)從邏輯控制領(lǐng)域擴(kuò)展到伺服控制領(lǐng)域由于伺服氣動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)受到了研究人員的高度重視但目前研究還局限于點(diǎn)一點(diǎn)的定位控制上連續(xù)軌跡控制研究幾乎處于空白狀態(tài)論文的重點(diǎn)是對(duì)氣動(dòng)位置伺服系統(tǒng)的連續(xù)軌跡控制進(jìn)行研究第一章綜述了氣動(dòng)伺服技術(shù)的發(fā)展歷史著重闡述了電氣比例伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀對(duì)研究電氣比例伺服系統(tǒng)的軌跡重要性作了充分的肯定最后概述了論文的研究重點(diǎn)和內(nèi)容第二章研究了氣缸摩擦力的特性對(duì)靜動(dòng)摩擦力進(jìn)行了全面的測(cè)試提出了摩擦力數(shù)學(xué)模型并提出了改善氣缸摩擦力特性的機(jī)械措施通過對(duì)摩擦力的特性仿真研究和實(shí)驗(yàn)研究表明摩擦力模型和實(shí)際情況相符第三章研究了電氣比例伺服控制系統(tǒng)的機(jī)理建模第四章研究了電氣比例伺服系統(tǒng)的控制策略第五章對(duì)電氣比例伺服系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究通過非線性處理改善了控制閥的特性對(duì)最優(yōu)狀態(tài)反饋控制、帶積分環(huán)節(jié)最優(yōu)控制、摩擦力前饋補(bǔ)償?shù)葘?shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究最后得出了最佳控制方式第六章研究了三自由度電氣比例伺服機(jī)械手系統(tǒng)