机械手论文 篇一
关键词： 机械类课程教学 机械手抓取机构 ADAMS软件 仿真分析
在机械类课程教学中，往往由于在课堂上没有机械设备的实物，导致教学缺乏直观性。由于目前的一线教学条件及场所的限制，各学校也很难在课堂上配备机械设备的实物。鉴于此，我们可以借助现代化多媒体教学手段，充分利用机械设计、仿真等软件，从而改变现状。以机械手抓取机构的教学为例，在教学过程中灵活运用机械动力学仿真软件ADAMS来讲解其运动及受力特征，效果很好。
机械手（图1）是模仿人手工作的机械，它可将工件或工具按预定程序自动地送到所需要的位置。推广使用机械手，可以提高劳动生产率，保证产品质量。改善工人劳动条件是实现生产自动化的有效途径之一。抓取机构是机械手的主要部件之一，它直接用来抓取工件或操纵工具［1，2］。
由于工件或工具的形状、大小、重量等不同，抓取的方式也不同，抓取机构可分为手爪式、真空吸盘式和电磁吸盘式三种类型。本文以手爪式抓取机构作为研究对象，其结构如图2所示。研究的整体过程可分为力学计算，UG建模、装配、定义连杆，导入ADAMS，加约束添加驱动，运动仿真及后置处理，优化模型，等等［3］。
1.抓取机构力学分析
整个机构（图3（a））是沿中心平面对称的，所以在力学分析过程中取左连杆和左手指为对象（图3（b））。对左连杆对象而言为二力杆件［4］，如图3（c）所示，沿杆线力平衡，则有公式：
2.仿真分析
2.1 虚拟样机技术及ADAMS软件
虚拟样机技术（Virtual Prototype Technology）是当前设计制造领域的一门新技术，涉及系统动力学、计算方法与软件工程学等学科。它利用软件建立机械设计系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件，它使用交互式图形软件环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷，以及计算有限元的输入载荷，等等［5,6］。本文的研究载体即为ADAMS软件。
2.2 模型建立
ADAMS软件在动力学分析及后置处理有着非常强大的功能，但其造型能力相对较差。对本文机构可采用专业三维设计软件完成，考虑和ADAMS做联合仿真时，优先选择UG软件。主要是这两款软件都支持Parosolid标准，且在UG的运动仿真模块任何一步骤均可以直接导出ADAMS的。cmd文件，可做到无缝对接。在做两者联合建模仿真时最好均采用英文界面，这样可大大减少错误［7］。
在UG中的抓取机构的造型如图4所示，导入ADAMS软件中的模型如图5所示。采用在UG中造型后，添加连杆（UG中把运动单元称为连杆）后导入ADAMS中，再在ADAMS中添加约束完成后续的仿真分析。
2.3 仿真分析
对其施加约束，进行动力学分析。首先在大地和机架之间添加固定副，使大地和机架形成一体。然后再分别添加各连杆之间的运动副：在导杆与机架之间添加移动副，导杆分别与左、右连杆之间添加旋转副，左连杆与左手指添加旋转副，右连杆与右手指之间添加旋转副。同时在左右连杆之间添加一个弹簧，实际物理样机是不存在这个弹簧，在此虚拟样机中的目的是测量抓取力量。最后在导杆与机架之间添加的移动副上添加驱动力驱动。暂定驱动力取700N。
在ADAMS的Build菜单建立模型中的两个角度α+β、α随时间的变化曲线，如图6所示。为后续的验证工作做准备。
（b）角度α随时间的变化曲线
图6 角度α+β、α随时间的变化曲线
在ADAMS的后置处理模块中生成弹簧力随时间的变化曲线，如图7所示，通过曲线查找得弹簧力为1663N。
利用ADAMS的Fuction Buider功能建立式（4）的表达式，并生成公式中f力曲线，如图8所示。通过曲线查找得弹簧力为1650 N。
通过对比发现，公式计算的输出力值1650N与虚拟样机仿真实验的输出力1663N基本重合，这其中误差还包含了样机的本身重力等影响。由此可见，仿真实验数据的可靠性很高，完全可用仿真分析来代替繁杂的计算过程，节省大量的设计计算时间。
3.优化
通过更改模型中机构的几何位置、尺寸等来细化模型。但从该虚拟样机的三维模型中，可清晰地看到机构左右成对称，若要对其细化，最好是更改沿其对称轴线上的几何关系。鉴于此，选择更改导杆与左右连杆的旋转副作用点位置，来细化模型。观察在不同位置时机构输出力的变化及跟随的两个角度α+β、α的变化。
在虚拟样机中设置导杆与左右连杆的旋转副作用点的竖直方向Y坐标为变量DV_1，以此来模型细化处理。分别得到五种不同坐标下的角度变化曲线如图9所示，弹簧力变化曲线如图10所示。
通过图10可以发现，随着坐标值增大输出力增大，由此可得出在其他条件不变的情况下，将导杆与左右连杆的旋转副作用点向上提高即可增大输出力，具体增大量可参照图10。
4.结语
机械手在工业生产中的运用非常广泛，所涉及的专业也相当多。本文仅对其中的一小部分抓取机构作虚拟样机分析，通过分析其理论力学上输入力与输出力的关系，在ADAMS中对其进行分析，发现虚拟样机实验中的力关系与理论力关系基本吻合，这样就对后续的研究分析提供了可靠性。在后续的研究开发过程中可对样机添加材料特性、惯性矩等，进一步与物理样机靠近。虚拟样机技术的应用大大缩短了抓取机构的设计研发周期，降低了产品生产成本，为抓取机构的设计提供了一个高效的开发途径［8］。
参考文献：
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机械手论文 篇二
关键词：机械手；自适应；滑模控制；MATLAB
引言
机械手是一种能够自动定位，用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作的机器。目前机械手常采用电力驱动的方式，采用伺服电机控制，通过伺服电机，将电脉冲信号转换为相应的角位移或者直线位移，达到控制机械手运动的目的[2]。机械手的核心是控制系统，为了实现高精度快速跟踪和减少不确定性因素的干扰，必须采取合适的控制策略。除了外界的扰动和系统自身的不确定性，由于机械手各个关节处存在相互耦合，使得机械手的非线性特性十分明显，难以建立数学模型。文章介绍了通过把滑模控制和自适应理论相结合的方法对双关节机械手设计一种自适应滑膜控制器，以提高伺服精度，克服抖震问题，减少干扰误差，实现机械手高精度位置跟踪控制。
1 双关节机械手动力学方程
文章选用双关节机械手进行研究，对于双关节机械手，它的动力学方程为：
（1）
它是一种非线性微分方程，其中，q=[q1 q2]T，？子=[？子1 ？子2]T，H，C，G是与？琢、？茁、？着、？浊相关的矩阵。其中？琢、？茁、？着和？浊为与机械手物理参数相关的常数[6]。对上面的方程进行适当的变换，取a=[？琢 ？茁 ？着 ？浊]T，■=[■ ■ ■ ■]T。令■=■-a，由于a为常数向量，则 。则有
2 控制器的设计
一般的控制方法如PID控制，对线性系统模型能取得较理想的控制效果，但机械手系统是一个高耦合，不确定性很强的非线性系统，在实际控制过程中，如机械手负载发生变化时，传统的PID控制不能使系统达到较好的动态与稳态性能。因此，文章设计一种强鲁棒性的自适应滑模控制器，使系统能快速，准确的跟踪期望轨迹。
根据式（1），假设？琢、？茁、？着和？浊为未知常数，取误差■（t）=q（t）-qd（t），
定义■r=■d-？撰■， ，其中，？撰=■■，？姿1和？姿2均大于零。设计滑模函数为： （2），设计控制器为：？子=■（q）■r+■（q，■）■r+■（q）-Kds（3），其中，Kd为对角矩阵，由于H为正定阵，设计Lyapunov函数为：V=■sTHs+■■■？祝■其中？祝为大于零的对角矩阵[7]。将控制律式（3）代入上式，得■=sT（■■r+■■r+■-Kds-Cs）+■sT■s+■■？祝 根据机械手动力学方程的线性化特性，有： ，Y
依据前面方程分析计算可得。于是 设计
自适应律为： （4），则 ，从而可知当t∞时，■0。符合系统设计要求。
3 仿真结果分析
被控对象采用式（1），取？琢=6.7，？茁=3.4，？着=3.0，？浊=0，两关节指令分别为qd1=sin（2？仔t）和qd2=sin（2？仔t）。控制律和自适应律分别采用式（3）和式（4）。取？撰=■■，Kd=■■，？祝为单位对角矩阵，被控对象初始状态为[1 0 1 0]，结果如图1和图2所示。
图1 第一个关节的角度和角速度跟踪
图2 第二个关节的角度和角速度跟踪
由图1和图2可以看出，系统在0.5s之前，跟踪信号与理想信号有一定的误差，这是信号跟踪的过程需要一定的时间，并且跟踪信号与理想信号之间的误差是成递减趋势，误差范围也是在可允许范围之内。0.5s之后，跟踪信号曲线就几乎与理想曲线重合，表明采用自适应滑模控制设计的控制器使系统响应速度有所提高，克服了系统的抖震问题，实现了高精度位置跟踪。
4 结束语
文章针对机械手耦合程度高，难于建立数学模型，且控制过程中容易产生振荡，控制精度有待提高等问题，对机械手的系统进行了详细的描述，建立了动力学方程。应用变结构控制理论和自适应控制理论相结合的方法，设计了一种应用于机械手双关节处控制的自适应滑模控制器，提高了其伺服精度。实验结果表明，自适应滑模控制器的应用使双关节机械手系统消除了系统的抖震，提高了系统鲁棒性，实现了高精度位置跟踪。
参考文献
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机械手论文 篇三
关键词：采摘机械手臂；苹果；结构设计
引言
水果采摘季节性强、费用高且劳动量大[1]。加速农业现代化进程，实施“精确”农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。研究采摘机械人，对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证水果适时采收，具有重大的意义[2]。我国从上世纪70年代开始研究水果蔬菜类的采摘机械，并且也逐渐起步，如上海交通大学已经开始了对黄瓜采摘机器人的研制[3]，浙江大学对番茄采摘机器人进行了结构分析与设计的优化[4]，中国农业大学对采摘机器人的视觉识别装置进行了研究[5]。目前，我国研究的采摘机器人还有西红柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘机器人等[6-8]。文章对苹果采摘机械手臂进行选型，进一步进行详细结构设计，最后对设计结果进行试验验证。
1 机械人机构选型及自由度的确定
由于采摘机械人的作业对象是苹果，质量轻，体积小，故而可选择较为简单、灵活、紧凑的结构形式。
根据机械人手臂的动作形态，按坐标形式大致可将机械人手臂部分分为以下四类[9]：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机械手。采摘机械臂的结构型式选取主要取决于机械人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制难易等要求。以上四种型式，它们的活动范围和灵活度逐渐增大。经过对苹果采摘空间的研究，结果表明，苹果树树冠和底部的苹果分布极少，大多分布在树冠中部，大约有80%以上的苹果分布在距地面垂直高度1-2m、距树干左右方向1-2m的空间范围内，且阴阳两面的苹果分布率并无明显的差异。这就要求采摘机械手应当具有较大的工作空间，因此选用多关节型机械手较为合适，且其占地面积较小，更加适合苹果采摘作业。
实际中，苹果生长位置随机分布，这就要求机械臂的末端执行器能够以准确的位置和姿态移动到指定点，因此，采摘机械人还应具有一定数量的自由度。机械臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。一般来说，自由度数量越多，机械臂的灵活性、避障能力越好，通用性也越广，但增加一个自由度就相当于增加了一级驱动，会使得机器人的成本上升，而对于农业机器人而言，成本高将会大大的减缓其机械商品化实用化进程，同时增加自由度会相应增加机器人的控制难度，降低机器人的可靠性。综合考虑，将自由度数目定为六个，这样不仅能够使得末端执行器具有较为完善的功能，而且到达采摘空间中的任意位置，而且不会出现冗余问题。
2 采摘机械臂工作原理
图1 机械人结构简图
图1是本次设计的球类水果采摘机械人的结构简图。该结构为六自由度机构，可划分为底座、大臂、小臂、腕部和手五个部分。机械臂的底座通过舵机带动传动系统实现各个部分之间的相对转动和旋转。其中的各个转动和旋转均是通过电机驱动螺旋丝杆来实现。该设计机械臂的传动如下：（1）底座旋转。确定与底座平面互相垂直的目标采摘物所在的平面。（2）大臂转动。移动至目标采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂转动。将采摘机械手送至目标采摘物的附近。（4）手腕转动及旋转。调整机械手末端采摘机构的姿态，使其处于一个合适的位置，保证采摘任务能够合理完成。（5）手夹紧放松，完成对目标采摘物的采摘任务。此外，将末端执行器设计为关节型的两只手指，通过舵机6（舵机分配情况见图2）、齿轮的啮合及连杆机构实现对目标采摘物的夹紧与放松。
由以上分析得出：机械手的空间位姿由各个关节的空间坐标来决定，即当机械手的各个舵机的坐标确定的时候，就可以确定机械手的空间位姿。而决定舵机坐标的因素就是臂长及臂的转动角度，而在这两个参数中，设计结束后臂长是确定的常量，角度为变量。在模型当中，舵机1、2的相对位置固定不变，控制末端执行器的舵机6用来调整手的姿态，因此可以先忽略舵机1、6，将舵机2轴线中心的位置设为坐标系原点。
图2 舵机分配方框图
3 机械臂结构设计
首先用Pro/E软件中的零件模块对机械人各个零件进行绘制，然后再对零件进行自下而上的装配，以及进行零件图及装配图的绘制。大臂、小臂和腕部、机械手零件图以及装配图分别见图3、图4、图5、图6和图7（单位均为mm）。
4 试验台搭建与抓取效果实验
根据零件图及装配图进行试验台搭建。由于设计尺寸较大，故将整体尺寸缩小4倍来进行搭建。实物如图8所示。通过操作上位机控制软件指令信号，可给伺服舵机控制器发送控制指令信号，从而实现机械人在空间中精确作业。试验结果表明：机械人能够较为平稳、准确地对目标物进行夹取、移动、放置等任务。证明设计合理，试验台搭建正确。
5 结束语
通过对水果采摘作业的分析，设计了一套六自由度关节型采摘机械人。其运动范围覆盖了水果果实的分布范围，末端执行器能够执行对水果的采摘任务。在采摘过程中，只需对舵机进行控制，在一定程度上降低了控制的难度和复杂性。当然，设计中也存在不足，例如缺少对果实的切割装置，而且对葡萄等较小、较软的果实采摘技术不成熟，有待进一步的改善。
参考文献
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作者简介：郑爽爽（1994-），女，河南许昌人。
机械手论文 篇四
关键词：机械工程；教学；改革
中图分类号：G4文献标识码：A
引言
随着科学技术的发展，机械工程类学科与诸如信息技术、生命科学及材料科学等学科存在一定的技术交叉。这样的学科交叉有利于学科之间的融会贯通，提高各学科的创新能力，更好地适应科学技术发展所提出的新要求。但是也给机械工程类专业的教学与发展提出了新的挑战，传统的教学模式已不再适应现有的教学要求，新形势下更加注重学生专业技能及综合素质的现状。面对机遇与挑战并存的新发展要求，对机械工程类学科进行相关的教学改革显得尤为重要，尤其要大力提升机械设计课程的改革与创新力度，以此保障学生的实践动手能力得到充分地提升，适应社会对创新性人才的需求。
一、机械教学中存在的问题
（一）机械设计制造发展问题分析
从当前的机械设计制造的教学领域的发展情况来看，还有一些方面存在着问题有待解决，在对机械设计教学的内容来看，有各种机械设计的理论方法，以及让学生对简化理论公式的实际应用来对复杂工程问题进行解决，所以在实践性特征上比较突出，但由于受到多方面影响因素的影响，还是存在着相应问题。这些问题主要体现在单科的课程设计过程中存在着单调性，机械设计教学主要是让学生对机械设计进行模仿而非对学生主动思维的培养。学生只是按部就班的来完成任务，没有操作的新鲜感以及挑战性，这就不利于学生的实际问题能力的提升，对教学质量水平的提升也有着不利。
（二）教学要求不能满足市场的需求
职业院校多数都应用传统教材进行教学，主要就是对理论知识进行讲解，缺少理论和实践相结合的环节，而在就业市场中将职业院校走出的学生定位成是一线技术人员，对他们技能方面的需求要比理论知识高很多。我国现在职业院校中学生明显没有足够的实践经验，致使他们没有很强的动手能力，使社会对人才的需求得不到满足。
（三）教学设施不充足，教学需求得不到满足
职业院校在进行机械基础教学时，应该利用教学工具适当地安排一些实践环节，这样可以使教学内容更加的直观，同时也会提高学生的学习兴趣。可是，职业院校往往因为经济方面的原因，基础设施投入不足，在机械基础教学过程中没有添置充足的教学设备和实验器材，学生动手机会少，不能将理论和实践进行有机地结合，这样学生对教学内容的理解难度就会增加，学习兴趣也就不会非常的高。
二、完善机械教学改革
（一）优化改革教学模式实施
对教学模式实施优化改革，以往的机械设计基础课程在教学方法是以理论知识教学为主，实验课程以及课程设计为辅，这样学生的机械设计知识的掌握程度就不是很强，在培养目标的实现上也有着很大难度。所以这就需要对理论和实践相结合的教学模式进行深入探究，还需将教学体系以及内容加以改革，对于机械零件的设计内容比较丰富，学生在初学中就会觉得较为复杂化，在教学内容的选取上要结合学生的发展情况，选取比较典型又容易让学生理解的教学内容，在基本概念以及设计方法的讲解层面进一步加强，对既定公式涵义以及应用要重点强调。
（二）教学方法的改革与创新
（1）在机械设计实验课程中成立相关课题组，激励学生自主学习。实验教学时机械设计教学过程中的重要部分，在实验课程中可以实现学生理论知识转化为实践动手能力，有利于提高学生综合素质及应急处理能力。成立课题组是提高实验课教学质量的最为有效的手段之一。例如，教师在教学过程中针对讲授内容及学生的特点和掌握程度，成立相关课题小组，将机械设计实验进行汇总分类，形成层次分明，模块组合清晰，具有较强开放性的实验系统，确保学为学生提供更加充足的理论应用机会。
（2）开设富有特色的第二课堂。教师根据本学期知识结构特点及学生自身发展方向特点，在学期中后段开展具有一定特色的第二课堂，第二课堂的宗旨在于提高学生的实践动手能力，将理论知识应用于具体实践之中，以提升学生的创造能力。例如，教师定期组织班级内部学科知识竞赛活动，竞赛题目的选择主要集中在学科领域当前的创新技术设想及创新成果方面，以确保学生获取领域内的前沿知识。同时这种开放性的教学手段有利于提升学生探索知识的主动性，开发其创新潜能。或者学员可以在每学期组织一次创新计划集中营训练活动，在集中营开幕宣传时为学生提供几个方向的课题以供选择，学生根据自己的特长及兴趣爱好进行课题的选择与团队的组建。
（三）深化与企业的互动合作，增加学生对课程的感性认识
首先学校可以聘用企业的生产技术骨干榛械基础课程的专业顾问，邀请其到学校与老师和学生进行互动，将自己丰富的实践经验与师生们分享，还可以及时解答学生在学习中遇到的难题。此外，学校应该积极联系一些相关企业或单位，让学生能够到工厂实地参观和学习。还可以在确保安全的情况下，实际参与到生产过程当中，使得学生不仅对机械生产有了感性认识，还能联系生产实际，提高解决实际问题的能力。通过这种实际体验、实地学习的实践教学，让学生对很多模糊的知识会更加清晰明确，让学生对于知识的理解产生质的飞跃，同时培养了学生的学习兴趣，提高其动手能力。
三、 结束语
本文笔者对职业院校在机械基础课程教学方面存在的问题进行了分析，研究了目前就业市场对人才的需求，提出了教学内容和方式的改革方案。希望职业院校在讲解机械基础课程时能够联系实际来讲解理论课程，让学生积极主动地将理论学习与实习实践有机结合，为学生未来就业打下良好的基础。
参考文献：
[1]梁平。对中职机械教学改革策略的分析[J].考试周刊，2012，34：8.
机械手论文 篇五
关键词：气动机械手，结构优化，结构设计
前 言：
气动机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。气动机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、可靠、节能、不污染环境、可实现无级调速、易实现过载保护等优点，特别适用于汽车制造业、食品和药品包装行业、化工行业、精密仪器制造业和军事工业等。
在现代工业技术应用的气动机械手能够实现4个自由度的运动，其各自的自由度的驱动全部由气动肌肉来实现。最前端的气爪抓取物品，通过气动肌肉的驱动实现各自关节的转动，使物品在空间上运动，根据合理的控制，最终实现机械手的动作要求。气动机械手回转臂的设计主要是选择合适的控制阀，设计合理的气动控制回路，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力、流量和方向来使气动执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。
1.气动机械手的原理
气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。它巧妙地应用力的平衡原理，使操作者对重物进行相应的位移，就可在空间内平衡移动定位负荷。重物在提升或下降时形成浮动状态，靠气路实现微重力的物料位移，操作力受工件重量影响。无需熟练的点动操作，操作者用手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置，或者通过操作台控制工件的位移可完成以下动作：送料、预夹紧、手臂上升、手臂旋转、小臂伸长、手腕旋转。
图1：气动机械手系统工作原理图
气压传动机械手的优点：（1）不用增速机构就能获得较高的运动速度，这是简易机械手的一项主要性能，其可适应各种快速自动搬运的工作。（2）能源方便，工厂都有压缩工作站。（3）空气泄漏基本无害。（4）适应易爆、易燃等恶劣环境。
（5）结构、保养都简单，成本低。（6）可将直线风缸和摆动风缸做成手臂的一部分，结构简单，刚性好。
2.气动机械手的主要部件和设计要求
根据模块化设计思想，机械手的各模块化机构分别为：立柱、手臂、小臂、手腕和手爪几个部分。论文选择圆柱坐标式机械手，木设计的机械手具有3个自由度：手臂伸缩；机身回转；机身升降。木设计的机械手主要由3个大部件和3个气缸组成：手部，采用一个气爪，通过机构运动实现手爪的运动。臂部，采用直线缸来实现手臂的伸缩。机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
机械手的手部是机械手上承担抓取工件的机构，由于被抓取物件（炮弹）的形状近似于圆台，所以，其手爪采用特殊的V字型结构，即手爪的内表而设计成与圆台斜度相同的斜而，即保证了抓取的稳定又不会因“线接触”而影响炮弹的表而质量。通过对平衡气缸内空气压力快速精确的调节，实现对某一重量范围内工件的实时平衡状态。机械手可选择定制功能：平衡系统；垂直提升；负载平衡。设备回转关节设置刹车系统，可在任意所需要的位置刹车，使机械手可以长期或定期保持需要的状态。翻转90度、翻转180度和翻转任意角度（MAX270°）；断气保护：设备被意外断气时，设备上的储气罐装置可保证工人正常完成一个循环工作，然后进入刹车状态指不功能：负载指示、到位指示。误操作保护功能：工件在悬空时不可被释放。人性化操作手柄：控制按钮和人性化防滑手柄集成一体，让操作人更便捷操纵机体。工件表面保护：夹具接触工件部位装置保护物件，保证工件表而不会被刮伤。高效率工作：夹具设置抓取导向，让工件的拾取更高效。
控制系统可根据动作的要求，设计采用数字顺序控制。它首先要编制程序加以存储，然后再根据规定的程序，控制机械手进行工作程序的存储方式有分离存储和集中存储两种。分离存储是将各种控制因素的信息分别存储于两种以上的存储装置中，如顺序信息存储于插销板、凸轮转鼓、穿孔带内；位置信息存储于时间继电器、定速回转鼓等；集中存储是将各种控制因素的信息全部存储于一种存储装置内，如磁带、磁鼓等这种方式使用于顺序、位置、时间、速度等必须同时控制的场合，即连续控制的情况下使用。
3.机械手回转臂的结构优化措施
为防止手臂沿伸缩方向轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。伸缩手臂的导向装置需根据伸缩手臂的安装形式、结构及负荷等条件来确定。用的有单导向杆和双导向杆。在气动伺服系统中要实现高精度定位比较困难，将旋转气缸安装在底板上，实现机械手的回转运动，使机械手向左或向右摆动。机械手末端执行器的水平伸缩运动和竖直升降运动各由一个气缸控制，即以最简单的形式，在完全伸出和回缩位置之间进行切换。
具体优化措施：第一，由于最大应力出现在齿轮的齿根处，所以，为了减小应力给齿轮寿命带来的影响，应采用热处理方法增强齿根强度。第二，由于最大变形出现在手爪受压的地方，长期使用定会加剧磨损，从而间接影响在检测平台上的位置。因此，对于下半部分手爪结构进行热处理，以增强其耐磨性和强度。
机械手论文 篇六
关键词：机械手；MATLAB仿真；控制
机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和要求有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式称为机械手的自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。
1 仿真流程
本文主要用S函数编写程序来实现一个非线性系统的控制仿真，本文选择两关节机械手模型进行试验，两关节机械手是简单的一类关节型机器人，通过对两关节机械手的控制，了解关节的输出位置，估计通常难于准确测量的不确定摩擦力和外部扰动的影响，这样才能保证全局的渐进稳定。因此本文针对两关节机械手的轨迹跟踪问题，通过已建立的数学仿真模型，用MATLAB语言中的S函数编制仿真程序进行位置和速度跟踪来验证该模型是否稳定。
在仿真开始时，Simulink首先对模型进行初始化，此阶段不属于仿真循环。在所有模块都初始化后，模块进入仿真循环，在仿真循环的每个阶段，Simulink都要调用模块或者S函数。
2 两关节机械手的设计分析
本文着重研究了 Matlab/Simulink环境中如何使用S-function模块建立符合要求的机械手模型，正确实现理论轨迹跟踪，继而进行了机械手的动力学模型仿真，将模型仿真中得到的运动轨迹图进行分析验证理论计算的结果；模块仿真，使仿真从单纯的抽象的数字化仿真中走出来，更加直观形象；仿真轨迹的优化，提高了机械手的工作效率；为串联机械手的进一步研究奠定了基础。S函数模块可以描述任意复杂的系统。本文选择了两关节机械手模型，根据其数学模型搭建出仿真模型，并利用MATLAB语言中的S函数模块来描述该系统，以实现位置和速度的跟踪控制。然后利用MATLAB软件对这个非线性系统进行仿真。为了验证该模型的稳定性，根据两关节机械手仿真模型及选取的控制参数，采用S函数编写程序，并在Simulink中搭建仿真模型进行仿真。搭建该机械手仿真模型的选取以下模块：⑴标有“S-function”的模块；⑵标有“Sine Wave”模块；⑶标有“To Workspace”的模块；⑷标有“Mux”的模块；⑸标有“Demux”的模块。
搭建好仿真模型后，根据两关节机械手的数学模型及编写好的S函数程序进行封装。之后整个系统就可以由S函数模块来完成整个机械手的的操作。仿真结果如图2、图3所示。
从图3中我们可以很明显的看出，在仿真开始时刻，轨迹跟踪曲线误差比较大，随后关节1和关节2实际输出轨迹与期望输出轨迹几乎完全重合。说明设计的系统具有良好的跟踪性。从图4中可以看出关节1和关节2控制输入曲线变化规则扰动较小，说明控制器的输出比较稳定。
4 结论
本文针对两关节机械手的轨迹跟踪问题，通过已有的数学仿真模型，用matlab语言中的S函数编制仿真程序进行位置和速度跟踪试验。试验结果验证了，该模型能有效的克服机器人系统中的不确定因素的影响，提高系统对各种扰动、非线性因素的适应能力。该模型具有良好的稳定性，能实现机械手的位置和速度精确的控制。通过仿真结果可以看出这种方法的可行性。
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