可变位水下欠驱动多指机器人手的设计与分析

发布时间：2024-03-31 10:32

　　现代社会技术的进步和人口数量的剧增导致陆地上的适宜生存的地域被过度开发,人类可以利用的资源变得越来越少;而海洋作为长久以来人类未踏足过的广袤领域,依旧蕴藏着数量可观的各类丰富的资源,越来越吸引着海洋开发者的目光。与此同时,能够在水下科考的安装调试和作业中发挥多种作用的水下机械手成为了研究的热点。传统的水下机械手多为简单的夹持器结构,只能夹取直径相对单一的物体并且对不同形状的物体适应性较差,难以满足水下对抓取可靠性的需求。因此,本文面向柱体直径尺寸和质量均有较大变化范围的水下合作机动目标物,设计了一款具有一定自适应性的可变位多指欠驱动抓取机械手,并对该机械手进行了分析仿真研究。首先进行了机械手总体方案的研制与其结构布置参数的优化。针对机械手在水下工作的任务要求、拟抓取的对象参数以及工作环境,综合考虑机构的抓取方式、抓取力以及防水防腐性能等因素,对机械手的手掌和手指分别给出了两种可能的设计方案,通过比较分析确定可伸缩手掌和欠驱动连杆式四手指的设计方案。针对机械手手指抓取运动,提出了一种综合抓取形状和抓取力的抓取质量评价指标,并且把它当做优化指标进而对手指连杆的尺寸和结构布置尺寸了优化,保障...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源背景及研究的目的和意义
    1.2 水下机械手的研究现状
    1.3 欠驱动仿生机械手研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 水下抓取机械手的总体方案与参数优化
    2.1 水下抓取机械手的主要技术指标
    2.2 水下抓取机械手的方案设计
        2.2.1 手指抓取模块的方案设计
        2.2.2 手掌变位模块的方案设计
        2.2.3 机械手的整体设计方案
    2.3 机械手抓取质量的评价指标
        2.3.1 抓取形状评价指标
        2.3.2 抓取力评价指标
        2.3.3 抓取质量综合评价指标
    2.4 手指欠驱动连杆机构的参数优化设计
        2.4.1 机械手手指主连杆机构的尺寸优化
        2.4.2 手指欠驱动机构优化设计
    2.5 手指结构布置参数的优化设计
    2.6 本章小结
第3章 水下欠驱动抓取机械手的建模与分析
    3.1 机械手的运动空间分析
    3.2 末端接触坐标系和全局坐标系之间的映射关系
    3.3 机械手抓取静力学分析
        3.3.1 被抓取物体的静力学分析
        3.3.2 机械手水下抓取的静力学分析
    3.4 机械手抓取误差分析
    3.5 机械手手指运动学分析
        3.5.1 对驱动机构进行运动学分析
        3.5.2 对手指机构进行运动学分析
    3.6 本章小结
第4章 可变位欠驱动抓取机械手的结构设计与动力学分析
    4.1 驱动装置的选型与防水结构设计
    4.2 手掌变位模块的结构设计
    4.3 手指抓取模块的结构设计
    4.4 机械手的整体结构与性能参数
    4.5 机械手本体的有限元分析
    4.6 机械手的动力分析
        4.6.1 基于微分原理的手指连杆水阻力方程的推导
        4.6.2 机械手连杆机构的逆动力学分析
        4.6.3 机械手的正动力学分析
    4.7 本章小结
第5章 水下欠驱动机械手的控制仿真与抓取策略
    5.1 基于Matlab Simspace和 Fluent的机械手水动力仿真分析
        5.1.1 Fluent流体仿真求解水阻力系数
        5.1.2 基于Simspace的机械手水动力仿真
    5.2 手指的PID控制建模与联合仿真
        5.2.1 PID控制模型的建立
        5.2.2 Adams与 Simulink单根手指联合控制仿真
        5.2.3 运动学与动力学分析的Adams仿真验证
    5.3 机械手的抓取策略
        5.3.1 面向非固定物体的可行抓取区间仿真分析
        5.3.2 面向非固定物体抓取的综合抓取策略
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3943871