机械手臂系统的设计与研究

《机械手臂系统的设计与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10264研究生学号：M130602825上海海洋大学硕士学位论文题目：机械手臂系统的设计与研究英文题目：ResearchonDesigningMethodofManipulator'sController专业：机械工程研究方向：机电一体化姓名：魏鹏指导教师：宋秋红许哲二O一六年四月五日上海海洋大学硕士学位论文上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的

2、作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文机械手臂系统的设计与研究摘要当前科学技术的发展速度日益加快，机器人作为一种高科技的机电一体化产品越来越多的出现在生产和生活中的各个领域，各种多自由度机械手臂应运而生，它们的特点是安装有可以满足各种使用要求的末端执行器。作为一种被广泛应用的机电一体化设备，它具有的显著特点是多功能性和多样性。在这样的背景之下，对机械手臂控制系统的性能提升和开发周期缩短变得十分重要。机械手臂系统，就是机械臂与具有夹

3、持、搬运或抓取等功能的末端执行器的统称，一般情况下，可以将机械手臂系统简称为机械臂，但是在机械臂的概念中，末端执行器除了可以实现夹持、搬运和抓取等功能外，还可能需要实现焊接、喷涂等功能。因此本文中研究的机械手臂是一种末端执行器为五指仿生手的二关节型机械臂。机械臂和仿生手的关系为：仿生手作为二关节型机械臂的末端执行器，实现工作中的夹持、搬运和抓取等功能；二关节型机械臂作为仿生手的载体，保证仿生手功能的实现。通过对目前国内外机械手臂研究中的仿真研究现状的分析，提出了两种对机械手臂控制器设计仿真的研究方法。针对机械手臂系统的载体-二关节型机械臂部分

4、，根据比例微分控制方法（proportionalderivative，以下简称PD）设计机械臂的控制模块，基于ADAMS软件和MATLAB软件建立二关节型机械臂的交互式仿真系统。进行交互式仿真的过程就是运用ADAMS中的虚拟样机模型,导入到MATLAB软件的SIMULINK环境中进行控制系统设计和虚拟样机调试,然后将试验结果反馈给虚拟样机模型，为带有控制系统的机械部分设计提供可靠的理论依据。二关节型机械臂的联合仿真系统建立过程为：首先在SOLIDWORKS软件中建立二关节型机械臂的三维模型，将模型导入运动学与动力学仿真软件ADAMS中，进行机

5、械模型的运动学及动力学仿真，验证所建立的虚拟样机的正确性，最后通过ADAMS与MATLAB的信息接口-ADAMS／CONTROL模块，在MATLAB软件的SIMULINK环境中搭建出了二关节型机械臂的联合仿真控制系统，并采用结合了鲁棒项和自适应项的PD控制方法设计控制器对机械臂进行控制，实现基于MATLAB与ADAMS的二关节型机械臂的联合仿真试验。从仿真结果中可以看出，利用所设计的控制器控制的二关节型机械臂具有良好的轨迹跟踪能力和动态响应特性。I上海海洋大学硕士学位论文从对二关节机械臂的联合仿真试验可以看出，在单纯的基于ADAMS软件和MA

6、TLAB软件建立的联合仿真系统中，主要是对机械结构和控制系统进行动力学仿真，缺乏人机交互性。针对这一问题，采用数据手套、USB7360数据采集卡等，在MATLAB/SIMULINK环境下，建立对五指仿生手末端执行器的人机交互式仿真系统。采用数据手套、USB7360数据采集卡等作为人机交互设备，利用上位机完成数据采集，通过无线传输实现与下位机的通讯；在MATLAB/SIMULINK环境下进行数据处理，并针对ADAMS-MATLAB仿生手模型，使用SIMULINK中的PID控制器，实现对仿生手的运动姿态的实时控制。实验结果表明仿生手虚拟样机可以实

7、现对操作者手部姿态的还原，说明了该方法的有效性。关键词：机械臂,仿生手,PD控制,联合仿真（交互式仿真）,人机交互式仿真II上海海洋大学硕士学位论文ResearchonDesigningMethodofManipulator'sControllerAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,Robotsappearinvariousfieldsintheproductionandlife,Multidegreeoffreedommanipulatorwithcomplexendeffect

8、orstartapplication.Asacommonrobot,ithasdiversityandfunctionalcharacteristics.Under