6-DOF机械手的抓取动作设计开题报告

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1、 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告 题题 目目 6-DOF 机械手的抓取动作设计机械手的抓取动作设计 学学 院院 自动化学院自动化学院 专专 业业 自动化自动化 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1.11.1 机械机械臂臂的的概述概述 随着工业自动化的发展，机械臂在产业自动化方面应用已经相当广泛，各种不 同的机械臂被制作出来应用于各种工业环境。机械臂在复杂、枯燥甚至是恶劣环境 下，无论是完成效率以及完成精确性都是人类所无法比拟的。此外，某些机械臂还 具有视觉，听觉，感

2、觉等传感器使得它具有很多人类所拥有的能力。也因此，机械 臂在人类的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。机器具有一致的表现的这种特 性提高了生产质量。这种类型的自动化叫做“刚性自动化” 。刚性自动化的缺点是机 器为执行一个预先的任务被设计出来，使得它在应对每一个模型改变时必须重新更 换零件。这种刚性自动化的不灵活性以及相对来说的高成本性导致了一个全新的机 器诞生：机械臂。美国机器人工业学会(RIA)将机械臂的定义为“机械臂是通过可变 的预编程动作为处理不同的任务而设计，可以执行如搬运材料、零件、工具或者特 定的设备等任务，具有可重复编程、多功能的特点” 。机械臂通常由计算机或者微处 理器控制，通

3、常可以为不同的任务方便地进行重复编程。这种特性使得机械臂优于 普通的为执行单一任务被设计出来的机器，因为机械臂不需要为一个模型的更换而 更换零件或者重组。这种类型的自动化成为“柔性自动化” 1。自从 Unimation 公 司生产出第一台工业机器人以来，机械臂的应用也越来越广泛，从原本的汽车工业、 模具制造、电子制造等相关产业，向农业、医疗、服务业等领域渗透。 机械臂由多个连杆通过关节组成。根据机械臂的结构拓扑，主要可以分为串联 机械臂 （开环机械臂） 以及并联机械臂 （闭环机械臂） 。 串联机械臂的结构是开环的， 而并联机械臂的结构是闭环的。自由度(Degree Of Freedom)是指确

4、定物体在空间的 位置所需独立坐标的数目。自由度大致有旋转的自由度和移动的自由度两种形式。 机械臂需要有六个自由度，才能随意地在它的工作区间内放置物体，即可以任意指 定位姿放置物体。少于六个自由度的机械臂叫做非冗余机械臂，这种机械臂不能随 意指定任何位姿，但在具体的工业环境中，机械臂一般不需要六个自由度就可以满 足生产要求；超过六个自由度的机械臂叫做冗余机械臂，冗余为机械臂在执行同一 种任务时提供了更多的选择配置，它有无穷多种方法为物体指定位姿，这就需要在 无穷多种方法中选择一种，这就需要计算机检验解和选择最优路径，这增加了额外 的计算时间，因此工业中一般不采用有多余自由度的机械臂。在串联机械臂

5、中，冗 余解被广泛地应用。但在并联机械臂中很少应用，由于冗余使得结构很复杂而且缺 少理论支持，设计和控制难度会大大增加。 关于机械臂的运动学和动力学，可以由七项指标来衡量机械臂，结合机械臂几 何学的影响，末端执行器的运动精确性以及伺服机构和控制系统的质量，可以提供 局部反馈以及管理机器的工作。 这些指标包括： 有效负荷， 工作区间 （容量， 形状） ， 可重复性，稳定性，精准性，敏捷灵巧度，结构柔性。这些参数或指标描述了机械 臂从启动，工作到停止，在所有臂的长度和重量都满负荷的条件下，有明确以及精 确地操作的能力。机械臂的有效负荷是指机械臂所能承载的最大重量。工作区间是 指机械臂的所有关节在没

6、有打破结构和机制约束的情况下可以达到的空间。可重复 性是指重复一个动作或者结果的能力。稳定性是指避免机械臂震动的能力。精准性 是指机械臂在其工作区间内到达一个具体的配置（位置）的能力。敏捷灵巧度描述 了机械臂在运动时的灵活以及拥有高效的速度。结构柔性是应对施加于机械臂的力 和扭矩的能力。 关于机械臂的技术要素主要可以分为：1.机械结构（关节型为主流）CAD，CAM 等技术已广泛应用于设计、仿真和制造中； 2.控制技术：NC 技术、离线编程技术 大量采用，协调技术日渐成熟，PC 结构的开放系统发展迅猛； 3.驱动技术 4.智能 化的传感器：具备类人的感觉功能的传感器； 5.通用的机器人编程语言：适用于各 种操作系统及平台的编程语言； 6.网络通讯：大部分机器人采用 Ether 网络通讯方 式，其他采用 RS-232、RA-422、RS-485 等通讯接口2。 机械臂或移动车作为机器人主体部分，同末端执行器、驱动器、传感器、控制 器、处理器以及软件共同构成一个完整的机器人系统。一个机械臂的系统可以分为 机械、硬件、软件和算法四部分。机械臂的具体设计需要考