【正文】 A 矩陣，也即描述連桿坐標(biāo)系間相對平移和旋轉(zhuǎn)的齊次變換。牛頓 歐拉法盡管計(jì)算量較小，但是難以用它們設(shè)計(jì)機(jī)器人沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 控制器或計(jì)算機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的等效慣量，這就使得機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模的根本目的沒有達(dá)到。例如用戶稍不注意，就有可能使指定的軌跡穿越機(jī)械臂自身，或者達(dá)到工作空間之外，這些是不可能實(shí)現(xiàn)的，也是不可能求解的。 這兩種算法各有其長處與不足。最常用的軌跡五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 20 規(guī)劃方法可以分兩種 : l)關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃算法 這種算法中用關(guān)節(jié)變量描述機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，并且采用三次、五次或者更高次多項(xiàng)式對關(guān)節(jié)變量進(jìn)行插值。 為了控制機(jī)械臂末端的運(yùn)動(dòng)，還需要討論機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的軌跡規(guī)劃和軌跡生成方法。同時(shí)在船上也可放置防爆服、小型反恐機(jī)器人以及無線干擾儀等裝備，形成打撈、排爆機(jī)器人集成平臺(tái)。該船采用專門設(shè)計(jì)，平時(shí)不需動(dòng)力，作為普通船只用，可以高速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)打撈目標(biāo)后，該船具有自行能力，由操作員遙控接近打撈物。它主要由專用卡車和一只功能齊全的大型多自由度機(jī)械手組成，卡車上合理配置了多種反恐、防爆設(shè)備，用戶可以根據(jù)自五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 18 己需要增減和挑選設(shè)備。 由于反恐、排爆任務(wù)復(fù)雜多樣，目前的水下作業(yè)機(jī)器人只是其中一種設(shè)備。 求解機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解問題實(shí)質(zhì)上是求解超越函數(shù)的非線性方程，由于機(jī)器人本身的復(fù)雜性，要用一種通用的算法是很困難的。 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)通常存在兩類問題 :正運(yùn)動(dòng)學(xué)問題和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題。 機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本能來實(shí)現(xiàn)人的動(dòng)作，通過手爪、自動(dòng)對接腕、大臂小臂和基座之間的互相作用和液壓驅(qū)動(dòng)能很好的完成所需動(dòng)作。液壓缸分單出桿液壓缸 (即不對稱缸 )和雙出桿液壓缸 (即對稱缸 )兩種 ,由于目前商品化的伺服閥大都是四個(gè)節(jié)流窗口面積梯度相等的零開口對稱閥 ,這樣就出現(xiàn) 兩種不同形式的液壓五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 16 伺服系統(tǒng) ,即對稱閥控單出桿液壓缸和對稱閥控雙出桿液壓缸。 這種方案的缺點(diǎn)在于：氣動(dòng)系統(tǒng)由于氣體性質(zhì)的原因，往往較難達(dá)到較高的定位精度，而且氣體本身受溫度影響較大，系統(tǒng)剛度較低。最后，相比電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液壓 系統(tǒng)的響應(yīng)頻率較低，同時(shí)液壓缸或推桿驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的可運(yùn)動(dòng)范圍也會(huì)有一定限制。 第二種液壓驅(qū)動(dòng)的方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：液壓元器件的輸出功率較大，如 利用液壓缸、液壓推桿等驅(qū)動(dòng)組件，通常可以在保持輸入功率不變的情況下大幅提高機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。 第一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相應(yīng)的各種控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中為主流，相應(yīng)技術(shù)使用廣泛也較為成熟，同時(shí)利用電氣組件控制的話往往更沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 容易達(dá)到較高的頻率 響應(yīng)。液壓機(jī)器人具有精度高，反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但液壓機(jī)構(gòu)維護(hù)復(fù)雜，成本高，現(xiàn)已基本被電動(dòng)機(jī)器人取代。而對于機(jī)器人尤其是旋轉(zhuǎn)副為主要關(guān)節(jié)的機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)組件的選型，目前主流的方式有以下的方式： 1） 借助一定功率的直流或者交流電機(jī)，通過傳動(dòng)環(huán)節(jié)直接驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)自由度。 五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 12 圖 . 閥控單出桿油缸原理圖 The valve under the fuel tank of a single schematic 當(dāng) x0 時(shí) ? ?33310 10111 1 11 1 133210 3 1011131 1 1 1 11111q c eeecec e c eeeVV my K x X S f A SAV K V C Km K C S A S K KA A A??? ? ? ???? ? ? ???? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ???? ? ????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? （ 21） 式中， ? ? ? ?331 1 1 1 1 1 21,c e c tK K C A A? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ?12AA有（無）桿腔橫截面積 2m m 油缸負(fù)載質(zhì)盤 ? ?kg f? 外干擾力增量 ??N t? 液體的體積彈性模數(shù) ? ?2Nm C 阻尼系數(shù) ? ?N s m? sK 彈贊負(fù)載的剛度 ? ?N s m? tC 泄漏系數(shù) ? ?5m N s? 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 10V 無桿腔初始容積 ? ?3m 1qK 滑閥的流量增益系數(shù) 1cK 流量 壓力系數(shù)。 需要反饋控制的 4 個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)均為閥控單出桿液壓缸，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖26 所示。液壓執(zhí)行元 件選用液壓缸比選用液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)出的機(jī)械手結(jié)構(gòu)緊湊、受力條件好 ,因此目前大多數(shù)水沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 下作業(yè)機(jī)械手采用伺服閥控液壓缸所構(gòu)成的液壓伺服系統(tǒng)。對接實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn) , 手腕和工具對接到還差 3mm至 4mm時(shí)就不能繼續(xù)對接了 ,此時(shí) , 由于工具 上與鎖緊銷對應(yīng)的孔有一定的錐度，當(dāng)伸出三個(gè)縮緊銷，鎖緊銷很大的力會(huì)使鎖緊銷沿著工具上孔的錐面進(jìn)入孔內(nèi)，從而使手腕和工具完全對接上。鎖緊油缸的驅(qū)動(dòng)油路可以設(shè)計(jì)成兩種： 1） 活塞分開的兩腔都通油路，使鎖緊銷兩個(gè)方向的動(dòng)作都由油路控制。 2） 油路對接功能，即使機(jī)械手上的油源通過對接腕與工具上的油缸接通，為工具提供動(dòng)力，這一功能靠安在對接腕上的油路自封接頭（凸對接頭）。 自動(dòng)對接腕的動(dòng)作分析 水下作業(yè)機(jī)械手和水下作業(yè)工具的對接 系統(tǒng)由液壓自動(dòng)對接腕和為工具提供動(dòng)力的油路系統(tǒng)組成。由于水下環(huán)境的限制 ,水下機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)都較為簡單 ,通常只有一個(gè)自由度。機(jī)械臂有三個(gè)典型關(guān)節(jié)，肩關(guān)節(jié) ,肘關(guān)節(jié)及腕關(guān)節(jié)，在肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)之間為大臂，肘關(guān)節(jié)與腕 關(guān)節(jié)之間為小臂，與肩關(guān)節(jié)下端相連的是一使整個(gè)機(jī)械臂回轉(zhuǎn)的大臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，在肘關(guān)節(jié)與腕關(guān)節(jié)之間有一使小臂回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。 3）肘的上下動(dòng)作。而且重量輕。作者系統(tǒng)學(xué)習(xí)了機(jī)器人技術(shù)的知識(shí)，查閱了大量的文獻(xiàn)資料，對國內(nèi)外機(jī)器人，主要是工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀有了比較詳細(xì)的了解。 2) 設(shè)計(jì)一個(gè) 5 自由度關(guān)節(jié)式機(jī)械臂。 本課題的研究方向與內(nèi)容 本課題主要是圍繞著當(dāng)前世界上比較關(guān)注的話題 —— 機(jī)器人來展開的，并針對機(jī)器人的執(zhí)行裝置，更深一步的研究，設(shè)計(jì)一種適用于水下作業(yè)的五自由度的機(jī)械手 臂。它們被用于搬運(yùn)物品、裝卸材 料、組裝零件等，或握住不同的工具，完成不同的工作，如：讓機(jī)械手握住焊槍，可進(jìn)行焊接；握住噴槍，可進(jìn)行噴漆。 機(jī)械手由手臂和手爪組成。隨著所用系統(tǒng)的不同，語言描述方式可為圖形的、口語的（語音的）或書面文字的。機(jī)器人的固有特性，由這些自然特性及其環(huán)境間的互相作用所決定。一般具有六個(gè)自由度。機(jī)械手用于執(zhí)行指定的作業(yè)任務(wù)。而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人 類的各種先進(jìn)機(jī)器人，包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。 7)學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人 機(jī)器人能 “體會(huì) ”工作的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的學(xué)習(xí)功能，并將所 “學(xué) ”的經(jīng)驗(yàn)用于工中。 3)示教再現(xiàn)型機(jī)器人 通過引導(dǎo)或其它方式，先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行 作業(yè) 。機(jī)器人學(xué)時(shí)綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、人工智能等多學(xué)科知識(shí)，對機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、控制、智能、傳感、編程語言以及機(jī)器人應(yīng)用等進(jìn)行研究的一門綜合新興交叉學(xué)科。日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)（ JIRA）認(rèn)為，工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器（ End Effector），能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并通過自動(dòng)完成各種移動(dòng)來代替人類勞動(dòng)的通用機(jī)器。 機(jī)器人技術(shù)涉及生物學(xué)、力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自控技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科的 綜合技術(shù)。東風(fēng)汽車集團(tuán)公司是我國第一條國產(chǎn)機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線應(yīng)用單位， 1996 年在引進(jìn)德國 KUKA 公司 90 年代機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)上，用 KUKA 散件組裝成功點(diǎn)焊機(jī)器人，即將投產(chǎn)， 1997 年又引進(jìn) KUKA 公司的焊裝線，用于駕駛室焊裝并做工程應(yīng)用研究。與全球機(jī)器人市場一樣，中國機(jī)器人市場也逐漸活躍， 1997 年上半年，我國從事機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的單位已達(dá) 200 家，研制生產(chǎn)的各類工業(yè)機(jī)器人約有 410 臺(tái)，其中已用于生產(chǎn)的約占 3/4。s etc. mostly is fixed in the production line or process an equipments a flank homework, in making reference to the foundation of a great deal of cultural heritage data, the this thesis author bines the request of item, designed a machine hand claw, can used for search, grabbing at underwater tube piece, cable...etc. thin long object, can also used for the object which grabs at other shapes, have certain in general use .The robot can automatically control, multifunction, there is a few freedom degree, can fix or exercise, used for a related automation in .In view of the fact according to topic mission develop the most practical the most economic machine arm of , so in the machine ar m of the independence turn to turn aspect to have a lack with intelligence. A kind of small scaled, use with the machine arm of five freedom degrees of underwater operation .The Solidworks in the meantime as to it39。該機(jī)械手臂主要由說手爪、腕、小臂、大臂和 基座組成。 典 型的工業(yè)機(jī)器人例如焊接機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、裝配機(jī)器人等大多是固定在生產(chǎn)線或加工設(shè)備旁邊作業(yè)的，本論文作者在參考大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目的要求，設(shè)計(jì)了機(jī)械手爪 ,可用于搜索、抓取水下管件、纜線等細(xì)長物體 ,也可用于抓取其它形狀的物體 ,具有一定的通用性。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) II 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 五自由度機(jī)械手臂設(shè)計(jì) IV 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。我國