1、1 中文 3550汉字 出处： Kim J, Jin S, Kim J W, et al. Optimal design of geometric parameters of a four-bar based manipulator for an underwater robotic platformC/Control, Automation and Systems (ICCAS), 2013 13th International Conference on. IEEE, 2013: 1490-1493. 2013 年第 13 次国际控制 、自动化和系统会议 (ICCAS 2013) 2013
2、 年 10 月 20-30 日，在 Kimdaejung 会展中心举行，韩国光州 关于水下机器人平台的基于四连杆机械手的几何参数优化设计 Jihaan Kim, Sangrok Jin, Jang-Wan Kim, Jangwan Kim, and TaeWan Sea 摘要：这篇论文，我们关于一种水下机器人提出了基于四连杆的摘海星机械手。 这个机械手由 6 根杆组成， 2 个弹簧和一个电机。模型的链接长度和弹簧常量都 是参数化的 ， 我 们 解决了运动学和动力学并获得了机械手末梢执行器的轨迹 。 捕 获末梢执行器接触地面时的行程和位移可以用来实现主要目标 ， 来提高捕捉能力。 6 个长度的链
3、接和 2 个扭转弹簧常量用来实现设计的变量化。支反力，矢量和一 些几何情况在优化过程中被处理成不等约束 。 通过优化机械手的捕捉行程比原始 的行程提高了 56%。 关键词：水下运动机械手系统，四连杆机构，优化设计，柔性机构。 1介绍 海星问题给海岸的渔业生态造成了巨大的破坏 。 蝙蝠海星和阿穆尔海星被看 作是给渔业带了破坏的 2 个主要物种 。 成千上万的这些海星在渔场生存并吃孵化 场的鱼 。 因为海星不能很快地移动 ， 所以贝壳类的渔场面临海星带来的最大问题。 不仅仅是海岸的渔场 ， 而且自然的湖泊也是受到这些海星的威胁 。 澳大利亚的大 堡礁连续不断地报道海星数量爆炸性增长的问题 ， 并且
4、过去的一些消除海星的努 力不仅花费巨大而且不够有效。 1 由于海星具有强大的捕食和繁殖能力 ， 因此全世界每年都会花费巨大的财力 和人力来消灭海星 。 已经出现了一些关于发展海星捕捞系统的研究 ， 但是结果由 于多种原因 ， 在实践中并不是非常有效 。 在现场 ， 渔民抬起渔网用手来分离海星， 或者潜水员潜入海水中来抓海星。渔场由政府或者相关的地方政府进行资助 2。 但是这些消减海星数量的方法耗费了大量的人力和物力。 水下的遥控操作运动系统可能是这个问题的一种解决方法 。 已经有了比较有 2 效的关于水下运动机械系统的研究 ， 并且各种各样的水下机械手也在发展 。 但是 考虑到抓海星这一简单而
5、且重复的运动 ， 这些高复杂度和高自由度的机械手并不 3 适合。 这篇论文 ， 我们提出了一种应用四连杆机构的海星捕捞机械手 。 利用 1 个电 机， 4 个 连杆可以根据特殊的轨迹实现一种重复性的回转运动。对于优化 4 连杆 轨迹已经有了一些研究 ， 例如 ： 由蜥蜴后脚 轨 迹 启 发的机器人 3， 使 用四连杆的 膝盖两足机器人行走轨迹 4。 然而 ， 它们局 限 于具体的应用并不直接适应海星的 捕捉。 尤其在这篇文章中 ， 水下运动的环境特点被考虑了进来 ， 并且一种兼容的工 具链接附加在了四连杆上 。 机械手翻倒的轨迹不仅由运动学也由动力学决定 。 通 过使用四连杆机构 ， 机械手可
6、以不用一个接一个的识别海星来捕捉几个海星 。 而 且 ， 机械手可以克服海流干扰 ， 克服海星位置的变化 ， 克服地形走向的变化来保 持运动平稳性。 这篇文章组织如下：首先在第 2 部分，介绍了机械手的概念性设计。在第 3 部分 ， 定义了优化问题并且在第 4 部分展示了优化结果 。 最后第 5 部分关于几何 机械手优化的研究进行了总结。 2基于四连杆的机械手 2.1 海星捕捉机械手的设计 我们提出了一种悬停的水下机器人平台，如图 1 中 A 所示。许多不同的 应用模块可以在平台的上面和下面进行装备，因此系统可以完成多样的工作 例如水下的焊接，搜索，捕捉等等。这篇文章中，我们提出了一种基于四连 杆的海星捕捉机械手，把它安装在平台的下方，如图 1 中的 B。机械手由 4 个刚性连杆组成，以及一个有着灵活刷子的工具链接在其末端。在四杆和工 具链接之间的转换关节是无电源的，但是有一个扭转弹簧在 上面。扭转弹簧有
