【正文】 設(shè)計(jì)發(fā)展到今天，可以說，已經(jīng)成為整個(gè)工業(yè)界和科技界從事相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員不可缺少的開發(fā)工具。繼承了傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，便于利用原有結(jié)果。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)黃皮書的統(tǒng)計(jì)數(shù)字, 我國(guó)機(jī)械工業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品達(dá)到90年代國(guó)際水平的僅占30％；我國(guó)制造業(yè)的新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率僅為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的11％（2002年）,而美國(guó)在1995 年就已達(dá)到52％；美國(guó)、西歐各國(guó)及日本機(jī)械工業(yè)企業(yè)的專業(yè)化水平為75％～95％,而中國(guó)僅為15％～30％。由于本課題是研究的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，故只對(duì)手抓和手腕還有部分主要零件進(jìn)行細(xì)致建模分析。Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組建繁多。左乘式兩邊，得：令矩陣方程兩端的（1，3）和（3，3）元素分別對(duì)應(yīng)相等，得： （3） （4）將（3）、（4）兩式相除即可解得的封閉解，關(guān)節(jié)角令關(guān)節(jié)角時(shí)的矩陣方程兩端的（2，1）和（2，2）元素風(fēng)別對(duì)應(yīng)相等，得： （5） （6）同，（5）、（6）兩式相除，得的封閉解，又由于連桿末端指尖處的位姿矢量已經(jīng)給定，即： 為已知，則可根據(jù)上述公式反向求出各關(guān)節(jié)變量的值。知道機(jī)器人的機(jī)械手要移動(dòng)到什么地方，而且需要獲得各關(guān)節(jié)的坐標(biāo)植，以便進(jìn)行這一移動(dòng)。5；j=1,2建立坐標(biāo)系的方法有多種，在這里采用DH法對(duì)機(jī)器人手臂建立坐標(biāo)系，并進(jìn)行參數(shù)描述。其中，三個(gè)自由度用于規(guī)定位置，而另外兩個(gè)自由度用來規(guī)定姿態(tài)。對(duì)于這些問題，可以指定機(jī)械臂必須穿過一些中間點(diǎn)來避開障礙物或奇異點(diǎn)。2)笛卡爾空間的軌跡規(guī)劃算法機(jī)械臂在所有時(shí)刻的位姿運(yùn)動(dòng)都是已知的，機(jī)械臂所產(chǎn)生的位姿序列首先在笛卡爾空間中進(jìn)行描述，然后轉(zhuǎn)化成關(guān)節(jié)空間描述。. 機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)分析 Kinematical analysis of the manipulator其次，根據(jù)這些參數(shù)求出相鄰關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的齊次變換矩陣A，(i=1,…，6)，進(jìn)而求得運(yùn)動(dòng)方程: (31) 機(jī)械臂的綜合運(yùn)動(dòng)軌跡研究根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)方程，末端執(zhí)行器的位姿給定，即已知p和n、o、a時(shí)，找出得到該位姿的各個(gè)關(guān)節(jié)變量氏(i=1，…，6)的表達(dá)式。根據(jù)國(guó)際有關(guān)發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀，我們進(jìn)行了比較長(zhǎng)期深入的分析和研究，針對(duì)目前美國(guó)方案對(duì)司機(jī)等不夠安全的問題，提出了一種具有自行能力的掛車式反恐機(jī)器人集成平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。 五自由度機(jī)械臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介機(jī)械臂是作業(yè)系統(tǒng)中最常用最重要的模塊之一，承載能力和靈活程度是主要的衡量指標(biāo)。因此，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析成為機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必不可少的一部分。對(duì)本課題而言，具有位置控制功能的水下作業(yè)機(jī)械手,一般常用液壓伺服系統(tǒng)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng),主要原因是因?yàn)樗哂畜w積小、重量輕、慣性小以及出力大等突出的優(yōu)點(diǎn)。這種方案的缺點(diǎn)在于：首先，所有的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都不可避免的需要配置液壓油箱，而通常油箱都具有一定體積，這對(duì)于一些需要在狹小空間內(nèi)作業(yè)的機(jī)械系統(tǒng)來說會(huì)減少其它有效負(fù)載的可用空間。上述幾種驅(qū)動(dòng)方案各有自己的優(yōu)點(diǎn)，同樣也有相應(yīng)的不足之處氣動(dòng)機(jī)器人由氣動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)液壓缸阻尼很小，即由此可將（1）式簡(jiǎn)化為: （22）式中令則（2）式可寫為： (23)同理x0時(shí): (24)式中：簡(jiǎn)化為： （25） 驅(qū)動(dòng)器的選用驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于機(jī)器人的肌肉。如圖25所示：. 大臂、小臂 The great arm, forearm液壓缸分單出桿液壓缸(即不對(duì)稱缸)和雙出桿液壓缸(即對(duì)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(duì)稱閥,這樣就出現(xiàn)兩種不同形式的液壓伺服系統(tǒng),即對(duì)稱閥控單出桿液壓缸和對(duì)稱閥控雙出桿液壓缸。鎖緊銷相當(dāng)于一個(gè)雙作用油缸的活塞桿，因此其鎖緊和脫開均由液壓力來驅(qū)動(dòng)。水下作業(yè)工具需完成不同的動(dòng)作，如，夾持器、切割器等需要直線運(yùn)動(dòng)，而沖擊鉆、沖擊扳手則需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有5個(gè)自由度，除腕部回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的液壓馬達(dá)外，其余動(dòng)力部件為伺服液壓缸。. 機(jī)械手臂 The mechanical arm機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)構(gòu)想是以人的手為基礎(chǔ)，以機(jī)械形式來實(shí)現(xiàn)人的動(dòng)作，它的動(dòng)作由以下五部分來實(shí)現(xiàn)：1）肩的前后動(dòng)作。4) 對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析。 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展到智能化階段，機(jī)械手也越來越靈巧了，它們已能完成握筆寫字、彈奏樂器、抓起雞蛋、甚至穿針引線等精細(xì)復(fù)雜的工作。 機(jī)器人接收來自傳感器的信號(hào)，對(duì)之進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息、機(jī)器人的狀態(tài)及其環(huán)境情況等，產(chǎn)生出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)。環(huán)境既指機(jī)器人所處的周圍環(huán)境。目前，國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者，從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人也分為兩類：制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人，這和我國(guó)的分類是一致的。5) 感覺控制型機(jī)器人利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。所以現(xiàn)在普遍認(rèn)為機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能、可以代替人完成特定任務(wù)的一種自動(dòng)化機(jī)電裝置。1996年北京首鋼集團(tuán)公司與日本安川電機(jī)（株）、巖谷產(chǎn)業(yè)（株）合資成立首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司，引進(jìn)日本安川公司的產(chǎn)品和技術(shù)，生產(chǎn)和銷售各類工業(yè)機(jī)器人，預(yù)計(jì)生產(chǎn)能力可達(dá)800臺(tái)/年。我們有必要以極大的興趣關(guān)注它的發(fā)展，研究它的未來，迎接它給我們帶來的機(jī)遇。由于是根據(jù)課題任務(wù)而研制出的最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的機(jī)器手臂，所以在機(jī)械手臂的自主化和智能化方面有所欠缺。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。同時(shí)用Solidworks對(duì)其進(jìn)行了三維建模。目前全國(guó)約有機(jī)器人用戶500家，擁有的工業(yè)機(jī)器人總臺(tái)數(shù)約為1200臺(tái)，其中從40家外國(guó)公司進(jìn)口的各類機(jī)器人占2/3以上，并每年以100～150臺(tái)的速度增加。而機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)乃是機(jī)器人的主要理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，也是現(xiàn)代機(jī)械原理研究的重要內(nèi)容。本章重點(diǎn)在于對(duì)機(jī)器人的基本特征進(jìn)行分析，研究其特點(diǎn)及其分類形式并按不同分類方法對(duì)其進(jìn)行分類，進(jìn)一步研究機(jī)器人的機(jī)理。8) 智能機(jī)器人以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。不同的機(jī)械手具有不同的結(jié)構(gòu)類型。我們把任務(wù)定義為環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別。工業(yè)機(jī)器人的手爪主要有鉗爪式、磁吸式、氣吸式三種。而且讓機(jī)械手處理高溫、有毒產(chǎn)品等，它比人手更能適應(yīng)工作。 機(jī)械臂的作業(yè)能力1）機(jī)械臂的坐標(biāo)形式和自由度坐標(biāo)形式：關(guān)節(jié)式坐標(biāo)形式自由度：5個(gè)2）抓舉重量：10Kg3）手爪開合度：有效夾持長(zhǎng)度：95mm有效夾持寬度：85mm4）安全范圍以底座中心為圓心，正前方半徑2m，177。并對(duì)本課題的研究方向及內(nèi)容給予了系統(tǒng)的詮釋。4）小臂回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的動(dòng)作。本文設(shè)計(jì)了一種二指機(jī)械手爪,該手爪可上下開合以完成對(duì)水下物體的抓取。除了凸對(duì)接頭外，要實(shí)現(xiàn)油路對(duì)接，還需要工具上與之相配合的油路自封接頭（凹對(duì)接頭）。機(jī)械手?jǐn)y帶工具作業(yè)完成返回到工具庫后，鎖緊銷縮回，工具庫下降，工具與機(jī)械手脫離。動(dòng)力機(jī)構(gòu)是零開口四通閥控的單出桿液壓缸，零開口四通閥為4個(gè)節(jié)流窗口面積梯度相等的對(duì)稱閥，國(guó)內(nèi)外廠家生產(chǎn)的伺服閥大都是這種結(jié)構(gòu)。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器從80年代開始被應(yīng)用于機(jī)器人上，它由電能產(chǎn)生動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)動(dòng)作。同時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的體積會(huì)比較緊湊。第三種氣壓驅(qū)動(dòng)的方案，其優(yōu)點(diǎn)在于：相比電機(jī)系統(tǒng)，由于氣動(dòng)系統(tǒng)較少借助中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，而是直接通過氣缸驅(qū)動(dòng)，所以輸出功率較高。本文機(jī)械手的動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用對(duì)稱閥控單出桿液壓缸的形式,由于單出桿液壓缸兩腔活塞面積不同,這使得它在兩個(gè)相反運(yùn)動(dòng)方向上的控制性能不一致,另外這樣的動(dòng)力機(jī)構(gòu)在零位附近表現(xiàn)出的平穩(wěn)性較差。前者是指:在已知機(jī)械臂各關(guān)節(jié)變量氏(i=1，…，n)的基礎(chǔ)上，求解出機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位置矢量p和姿態(tài)矢量n、o、a的過程。反恐部隊(duì)還需裝備其它許多必要的設(shè)備，如，防爆筒、無線干擾儀、爆炸物檢查儀（X光檢查儀），爆炸物銷毀器、防爆服、防彈服、遙控阻車器、特種武器以及通訊、指揮系統(tǒng)等等。該船具備靈活轉(zhuǎn)向，直行和斜行等功能，此時(shí)運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)于普通打撈船只，很適合打撈水下物品的需要。軌跡規(guī)劃就是根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，計(jì)算出預(yù)期的軌跡。由于笛卡爾空間的軌跡在常見的直角坐標(biāo)系中表示，因此非常直觀，人們很容易看到機(jī)械臂末端的軌跡。而拉格朗日法中，拉格朗日方程各項(xiàng)系數(shù)的物理意義很明確，基本上包含了機(jī)器人的一切動(dòng)力學(xué)特性，可用來計(jì)算機(jī)器人各關(guān)節(jié)的等效慣量和設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制策略，便于對(duì)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析和研究，因此采用較為廣泛。描述夾手方向的三個(gè)單位矢量的指向如下:Z向矢量處于夾手進(jìn)入物體的方向上，并稱之為接近矢量a；y向矢量的方向從一個(gè)指尖指向另一個(gè)指尖，處于規(guī)定夾手方向上，稱為方向矢量。根據(jù)圖一所建立的坐標(biāo)系，得到各連桿的DH參數(shù)和關(guān)節(jié)變量（表1）.各連桿之間的齊次變換矩陣為，一般表達(dá)式為：.表1中，、分別為連桿長(zhǎng)度、連桿轉(zhuǎn)角和兩連桿的距離。5；，這種等式關(guān)系適用于全文。關(guān)節(jié)角 用逆變換左乘式的兩邊則有：令得到的矩陣方程兩端的元素（2，4）對(duì)應(yīng)相等得：所以，關(guān)節(jié)角用逆變換工業(yè)機(jī)械臂一直以來主要采用PD控制方法，原因主要有以下幾點(diǎn):l)無需對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的加速度進(jìn)行測(cè)量，且能增強(qiáng)速度信號(hào)的抗干擾能力。該軟件不僅提供如此強(qiáng)大的功能。充其量，只是將中國(guó)視為一個(gè)“組裝工廠”，將半成品自國(guó)外進(jìn)口，在中國(guó)組裝完成后，再行銷售。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)強(qiáng)調(diào)在實(shí)際投入原材料之前，完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和裝配過程，以CAE進(jìn)行全面分析，以保證產(chǎn)品的使用性能和制造的可行性。便于利用和補(bǔ)充各種先進(jìn)技術(shù)，保持技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。近年來人們又提出快速響應(yīng)制造技術(shù)，即將虛擬設(shè)計(jì)、快速原型成形、信息技術(shù)、快速設(shè)計(jì)技術(shù)、管理科學(xué)等技術(shù)集成，充分利用信息高速公路及制造業(yè)的資源，采用新的設(shè)計(jì)理論和方法、制造工藝、新的管理思想、新的企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，將市場(chǎng)、產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制造有機(jī)結(jié)合，快速、經(jīng)濟(jì)地響應(yīng)市場(chǎng)個(gè)性化需求。例如，相對(duì)于汽車，變速箱是一個(gè)部件；相對(duì)于齒輪或軸，變速箱就是一個(gè)產(chǎn)品。5 經(jīng)濟(jì)性分析本設(shè)計(jì)是針對(duì)水下作業(yè)的機(jī)械手臂而設(shè)計(jì)。同時(shí)在非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)中工藝比較簡(jiǎn)單，多軸孔類加工，這樣就為此類非標(biāo)準(zhǔn)件的加工提供便利條件，縮短了加工工時(shí)。本文所完成的內(nèi)容如下：1） 五自由度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)2） 機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3） 機(jī)械臂的建模本課題所論述的機(jī)械手臂具有以下優(yōu)點(diǎn)：行動(dòng)能力強(qiáng)、體積小、及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過課題的要求，具備在特殊壞境中代替人進(jìn)行工作的能力。每每遇到一個(gè)復(fù)雜的問題指導(dǎo)老師都給予了詳細(xì)的