一种摆动式柔性关节的遥控仿生机器鱼

基于混合推进方式的水下仿生鱼机器人研究设计

基于混合推进方式的水下仿生鱼机器人研究设计 发表时间：2019-06-11T10:57:56.553Z 来源：《科技研究》2019年3期作者：姜志斌[导读] 论文以水下机器人为研究对象，简要地介绍了水下机器人的总体性能和历史背景，着重对其运动方式和外观设计展开了研究。 （南京工程学院 211100） 摘要：论文以水下机器人为研究对象，简要地介绍了水下机器人的总体性能和历史背景，着重对其运动方式和外观设计展开了研究。 关键词：混合推进式；仿生；机器人设计 1 水下仿生鱼机器人概述 1.1 水下机器人的背景 随着全球经济、科研活动的深入发展，地球的陆地资源正在逐步减少，有朝一日终将会被挖掘殆尽。而地球表面６０％以上是海洋，海洋中蕴藏着比陆地上更加丰富的自然资源。 而面对海洋这么大的面积，使用机器取代人力是必然的发展趋势。目前机器人发展迅速，海底机器人正变得越来越重要。 1.2 仿生机器人的起源 科学家们通过将仿生学和机器人两大学科相结合，提出了水下仿生机器人这一概念，水下仿生机器人根据海洋生物的外形结构和运动方式进行设计，由于海洋生物进过了长期的进化，其外形结构能够很好地适应水下的环境，因此设备运用仿生的理念能帮助人类更好地了解海洋。 美国麻省理工学院（MIT）作为第一个研究机器鱼的科研机构，开启了水下仿生机器人研究的先河。研究人员于1994年研制成功了第一条仿生机械鱼，他们的主要着重点就是通过提高机器鱼在水下运转的高效性和灵活程度以模拟鱼类的运动形式。紧接着，英国赛克斯大学（Essex）就以鱼类结构为模板，按照鱼类的运动方式来解决和优化机器人在水下活动的直线和转向问题。而美国海洋学中心则是把对生物模仿得更加彻底，研制出与龙虾外形极为相似的“机器龙虾”，按照龙虾的身体部分来设计相关功能，大大提高了其在水下的稳定性与灵活性。 1.3 水下仿生鱼机器人的设计意义 水下仿生鱼机器人用途广泛，涉及到各个领域。在民用方面，通过采集水下图像可完成资源勘探、海洋生物研究、海底地势地貌绘制、海底管道检修、鱼群监测、地理研究、水质采用等等。在军用方面，可以为水下机器人加装声呐、排雷装置等，从而执行特定的军事任务，如定点监控、海底侦查、信息传输、协同作战等等。由此可见，水下仿生鱼机器人的设计具有很大的发展前景，如何合理地设计水下仿生鱼的外观结构，使其实现相应的功能尤为重要。 1.4水下仿生鱼机器人的使用设定 常规的水下仿生鱼机器人由于要实现各种功能导致其本身体积太大，从而引发了不够灵活、耗能严重等各种问题。比如“海筝Ⅱ型”遥控自治水下机器人，其主尺寸有1.2m*0.5m*0.25m,自带锂电池，但只能在水下工作6h，过短的作业时间成为其不足之处。因此，本次设计在功能方面只打算保留其摄像、信号发送接收这些基本功能，在设定上算是一种探测类机器人，好处是结合混合推进的运动方式其可以延长水下工作周期，大量地投放可以对某片区域进行长期的监测，通过信号传递告知人们其探测到的相关信息，然后再由工作人员对其传回的信息进行分析，针对某一问题进行解决，这样可以节省大量的人力物力。 2 混合推进运动方式概述 2.1 混合推进运动方式的概念 所谓混合推进这种运动方式即设备不仅仅是靠单一的推进方式来运动。首先，设计的水下仿生机器人在造型上选择模仿鳐鱼这类鱼类的外观，宽大的机身使得设备能够很好地悬浮在水中，然后通过周围水流的波动来带动设备前进后退等等，这方面即为外力推进。与此同时，设备本身留有一定的空间来放置发动电机，通过电机带动螺旋桨来推动设备前进，这点即为自身推进。设备总体而言就是靠这两种方式来实现自身运动。 2.2 混合推进方式的优点 混合推进式这个概念的提出是基于一个设备要在水下进行长期作业的大前提。目前已有的水下机器人设备有一个通病，即设备并不能在水下长期作业，要定期通过人工检测、维护、更换动力电源。因此针对这方面的缺陷现提出混合推进这一概念，设备投放至水下后，暂时先不启用其自身携带的推进装置，使其在洋流的推动下被动运动，这样设备就能在水下进行长期的作业，同时其运动的范围更加的广泛，采集到的数据更加随机，不刻意地设定探测区域往往能够带来一些意想不到的结果。只有在紧急状况下，通过水下机器人自身传回的信号提示，操作人员再通过手动操作的方式来启动其自身所携带的推进装置，对机器人进行回收、障碍撤离等等。多种推进方式相结合的模式拥有使设备的作业时间更长久，采集的数据更广泛等等优点。 3 外观设计要点 3.1 外观设计灵感 设备在外观方面采用了仿生的设计方式，造型模仿了鳐鱼这类鱼类的外观，具有扁平宽大的特点，这种造型使得设备具有一定的浮力，能够很好地悬浮于水下。同时仿生的外观可以使设备很好地融入进生物之间，不容易被水下生物所排斥，从而能够采集到更多的信息。另外仿生的造型也具有一定的隐蔽性，为设备在水下长期作业不被外界因素影响提供有力条件。 3.2 设计的优点 总的来说这种混合推进方式的水下仿生鱼机器人具有以下几点优点：1.作业时间长，能够在水下长时间地工作，从而使得采集到的信息更加完整；2.对能源的调配合理，设备在水下大部分的时间都是通过洋流的推进来改变自身的位置，能够很好地减少自身的能源消耗，从而达到长期作业的目的；3.设备适应面广泛，能够进行前后左右上下多姿态的调整，能够适应不同的状态；4.隐蔽性良好，仿生的设计使得设备能够更好地融入到环境中，这样其遭遇外力影响甚至破坏的几率就会相对降低。

平面关节型机械手设计

平面关节型机械手设计 设计任务书 一、通过设计平面关节型机械手，培养综合运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。 有关资料：上下料搬运机械手，个自由度，平面关节型；需要搬运的工件：环类零件，内孔直径；高,厚,（只能从内孔夹持工件），材料钢，将工件从一条输送线搬运到与之平行的另一条输送线上，（两输送线距离为,高度差）。 要求：设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合规范。 二、图纸： .机械手机构简图 .工作空间投影图 .机械手传动原理图 .机械手装配图 .零件图 三、实习： .本校机械实验室组装各类机械手模型。 .学习工业机械人设计方面知识。 五、进度： 月日到月日实习，拟订设计方案 月日到月日机械手传动原理图 月日到月日机械手装配图

月日到月日零件图 月日到月日写说明书 引言 平面关节型机械手是应用最广泛的机械手类型之一，既可以用于实际生产，又可以用于教学实验和科学研究。用于实际生产，它能够满足装配作业内容改变频繁的要求；用于教学实验，它能够使人直观地了解机器人结构组成、动作原理等，所以开发设计和研究平面关节型机械手具有最广泛的实际意义和应用前景。其中比较突出的是美国国家半导体公司生产的可编程全数字运动控制芯片，它具有位的位置、速度和加速度寄存器，内置算法，其参数可以修改；支持实时读取和设定速度、加速度以及位置等运动参数，内置的梯形图发生器能够自动生成速度曲线，平稳地加速、减速；支持增量式光电码盘的倍频输入；芯片的主频为和。 一机械手结构 本文设计的平面关节型机械手的实物照片如图所示，其主要包括两个旋转关节（分别控制机械大臂和小臂旋转以及手抓张合）和一个移动关节（控制手腕伸缩），图为机械手简化模型。各关节均采用直流电机作为驱动装置，在机械大臂和小臂的旋转关节上还装配有增量式光电编码器，提供半闭环控制所需的反馈信号。直流电机的运动控制采用自行开发的基于和构成的多关节控制卡，并编制了能满足运动控制要求的软件，实现对机械手的速度、位置以及关节联动控制。由于机械手个关节电机的控制系统基本类似，因此在下文中，笔者将以单个关节电机为例向读者介绍平面关节型机械手的控制系统设计过程。

仿生鱼机器人设计说明书

仿生鱼机器人设计说明书

目录 第一章绪论 (3) 1.1目的及意义 (4) 1.2研究现状 (4) 1.3本文的主要工作 (4) 第二章概述 (5) 2.1 整体构思 (5) 2.2 仿生依据 (5) 第三章机械结构设计 (7) 3.1机械设计思路及建模 (7) 3.2创新点 (8) 3.3 零件明细 (9) 第四章仿真分析 (10) 第五章电路设计 (12) 第六章控制系统 (13) 第七章总结 (17) 7.1优势及创新点 (17) 7.2主要关键技术 (17) 7.3 应用前景与趋势 (18) 7.4 不足与改进 (18)

仿生鱼机器人设计说明书 第一章绪论 1.1目的及意义 21世纪是海洋的世纪，占全球71%面积的海洋将是下一个世纪，也是未来人类赖以生存的资源海洋，对于人类的发展和社会的进步将起到至关重要的作用。在民用上，海洋蕴藏着丰富的矿物资源、海洋生物资源和能源，是人类社会可持续发展的重要财富。因此，对于海洋的开发和争夺成了很多发达国家的战略重点，而且愈演愈烈。在各种海洋技术中，作为用在一般潜水技术不可能到达的深度或区域进行综合考察和研究并能完成多种作业使命的水下机器人使海洋开发进入了新时代。随之“蓝色经济”越来越成为各沿海地区经济发展的“正能量”，大规模的开发探测和利于海洋资源，已经成为我们21 世纪要面对和必须解决的现实问题。另外，军事方面对其需求也日益增加，为了适应这种需求，研究和开发潜水器和水下机器人成为了极佳的选择。鱼类经过长期的自然选择，具备非凡的游动能力，近年来随着仿生技术的进步，人类纷纷模仿自然界中鱼类的运动方式和运动器官，即各种各样的水下机器人。世界上第一台水下机器人“Poodle”诞生于1953 年。近20 年来，水下机器人有了很大的发展，它们既可军用又可民用。到目前为止，全世界大约共建造了6000 多台各种各样的水下机器。水下机器人有广泛的应用空间，民用和军用均可，不仅可以代替潜水员在深水长时间工作，降低工作风险，提高工作效率，而且还可以检测水污染状况，监测鱼类生长状况，探测海底火山活动状况;在军事方面，可以用于跟踪敌人的船舰和潜艇，捕获地方军事信息，也可以降低敌人对我军的探测几率，甚至可以携带炸药至敌人军舰处，炸毁敌方舰艇的动力系统，摧毁敌方舰队。此外，仿鱼形水下机器人还可以应用于海洋动物园。仿鱼形水下机器人是一种集机械、智能控制与一体的高科技设备，在民用、军事、科学研究等领域体现出了广阔的应用前景和巨大的潜在价值。

机械臂控制系统的设计

机械臂控制系统的设计 1 引言 近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。 2机械臂硬件系统设计 2.1 机械臂构型的选择 要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。 由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。 定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。 SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性移

工业机器人课程设计

河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日

目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一

步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势

水下仿生机器鱼的研究进展IIIDD水动力学实验研究概要

文章编号 2 2 2 水下仿生机器鱼的研究进展水动力学实验研究 Ξ 梁建宏王田苗魏洪兴陶伟 北京航空航天大学机器人研究所北京 摘要作为仿生推进技术研究的一个主要环节仿生机器鱼平台的实验测试研究具有重要的意义本文建立了一套比较系统完整的机器鱼水动力学定性观察定量测量的实验环境并进行了速度功率参数影响测定实验! 鱼体流动显示实验和鱼体运动阻力测定实验 关键词机器鱼功率测试流动显示阻力测试中图分类号 ×°文献标识码 ΥΝΔΕΡ?ΑΤΕΡΡΟΒΟΦΙΣΗΡΕΣΕΑΡΧΗΠΡΟΓΡΕΣΣ ΙΙΙ ΗΨΔΡΟΔΨΝΑΜΙΧΣΕΞΠΕΡΙΜΕΝΤΣΟΦΡΟΒΟΦΙΣΗ 2 ? × 2 ?∞ 2? × ? ΡοβοτιχΙνστιτυτε Υνι?ερσιτψοφΑεροναυτιχσανδΑστροναυτιχσ Βει?ινγ Αβστραχτ ∏ ? ∏ × ∏ ? ∏ √ ∏ √ √ ∏ √ ∏ √ ? ∏ √ ? 2 √ ? ∏ ? √ ∏ ∏ Κεψωορδσ ∏ √ ∏ ∏ 1 引言Ιντροδυχτιον 对水生动物的流体力学研究始于二十世纪六十年代近年来随着仿生学的发展人们对海洋生物高超的推进能力有了新的认识并试图通过先进的实验设备和手段解释鱼类独具的高效! 高机动性的推进机理年率先对体形瘦长以鳗鲡模式游动的

游鱼提出了细长体模型得到了定常线性化解≈ 年加州理工大学的× ≠ ?提出了二维波动模型加入了前缘吸力及尾缘尾迹的作用 对于以鱼参科模型和月牙尾推进的情形波状摆动主要集中于后体而后体段逐渐缩小形成尾柄然后连接展长较大的尾鳍波幅剧烈增大基于线化理论的解体方法已不能处理研究主要用实验方法典型的工作是 ×的×等有关水翼二 维翼剖面作的摆动的实验≈ 表明在一定的频率! 振 幅等参数组合下推进效率可以接近他们还用物体在摆动水翼前产生尾涡以模拟鱼身的尾迹表明了摆动尾鳍可利用这些旋涡进一步提高推力和推进效率使得人们对鱼类的高效推进机理的认识提高了一大步 对于急剧激动如爆发启动! 快速转弯的鱼类也有了一些研究? 等人年用?° ?方法的流动显示方法显示了产生快速机动时伴随有体涡与尾鳍的相互作用≈ 年 ×的等对摆动鱼体的减阻进行了研究他们对自行研制的一条实验用的自由度仿生机器鱼在水槽中进行了拖曳实验≈ 测试了阻力降低的效果对于五个参数即相位角波长冲击角尾迹宽度≥ ∏ 数的变化所受的影响证明阻力降低对两个因素敏感一个是身体的波动速 第卷第期年月 机器人ΡΟΒΟΤ ? ∏ Ξ 基金项目中国科学院机器人学开放研究实验室基金资助项目收稿日期 度要超过运动速度另一个是≥ ∏ 数只能在一定范围内运动在一定条件下阻力

三关节机械臂设计

南京工业大学学士学位论文 三关节机械臂及其控制系统设计 摘要 随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。 为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。 整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法；并最终制作成实物进行演示，在末端装上笔之后，能够进行简单的书写。 关键字：触摸屏机器视觉嵌入式系统运动控制

Abstract Three joint mechanical arm and its control system design Abstract As technology advances, mechanical arm especially humanoid type of mechanical arm is developing fast. This paper presents a humanoid type of mechanical arm.Its main characteristics is multiple ,simple, intuitive man-machine interactive way.Touch screen control and machine version are introduced covering for complex operation ,such as joystick control. Mechanical arm is control by daily gestures which makes it much easier to use a mechanical arm. In order to control the mechanical arm stabily, this design uses the dual control system under coordinated assignments: one control system uses embedded system – ARM microprocessor (S3C2440 chip) - realizing the basic mechanical arm movement control encapsulation, including localization algorithm and motion control, etc.;Upper control system is on the PC platform, using vc + + 6.0 for software, realizing machine vision calculation, and will transmit results through serial communication, to lower level system -the ARM microprocessor, leading to mechanical arm movements The whole design process contains rock-bottom drive hardware design: steering gear selection and control; Mechanica l structure design structure design, load checking; Control system circuit design; Superior position software: steering gear -- PWM pulse width modulation, point positioning algorithm, trajectory control algorithm, machine vision algorithms; And finally make physical for demonstration realizing writing with pen loaded. Key words: Touch screen；Machine version；embedded systems

北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人柔性机械臂

北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人 柔性机械臂 成果简介 本项目研制的柔性一体化关节采用机电一体的模块化设计，具有高力矩稳定输出（输出力矩70Nm），高集成化（机构、驱动电路和通信模块集成于关节之中）、互换性好（肩、肘关节可直接替换）、可靠性高等特点，适合于大规模生产，可以降低机械臂成本，具有极大的市场推广价值。关节内部含有弹性环节，存在内在柔性，当与环境或人接触时，可以保证人不受伤害以及机械臂自身的安全性。同时，可以测量关节的输出力矩，获得比传统关节更好的力控制精度与稳定性。 本项目在柔性一体化关节的基础上研制了仿人柔性机械臂，该机械臂采用仿人类手臂的构型的结构设计，具有4个自由度（肩部3个，肘部1个），其长度与人类手臂长度相仿。通过阻抗控制技术可以使机械臂模拟出人类手臂可“柔”可“刚”的肌肉特性，从而使机械臂可以在非结构化环境中，安全地与环境和人类进行交互。该机械臂适于作为与人类接触使用的专用设备或者应用于服务型机器人和空间机器人领域。目前，项目组已将该机械臂应用于按摩治疗领域，并搭建出腰痛中医点按机器人平台。腰痛中医点按机器人可以逼真地模拟出医师完成点按揉、指揉、弹拨和推法4种按摩手法，假体实验和临床实验结果表明机器人与医师的按摩治疗效果相仿。 项目来源国家自然基金

技术领域信息技术 应用范围服务型机器人 现状特点国内领先、国际先进 柔性一体化关节 技术创新研制了具有内在柔性和力矩测量的一体化关节，可以通过该关节快速地搭建出仿人机械臂，使机械臂在完成作业的同时可以在非结构化环境中安全地与人类和环境进行交互，为机器人与人类和谐相处提供了新的解决方案。 仿人柔性机械臂 所在阶段原理样机

仿生鱼科技整理

“仿生鱼”科技技术 1.概念 仿生机器鱼是一种按照鱼类游动的推进机理，利用机械、电子元器件或智能材料来实现水下推进的装置。仿生机器鱼 可以进行长时间、大范围、工况较 复杂的水下作业，可以用于机动性 能要求较高的场合，进行海洋生物 考察、海底勘探和海洋救生等等许 多场合。最近几年来，国内外许多 研究机构和高等院校对仿生机器鱼 （图片来源于维基百科） 行了大量的研究，并且在各个领域中得到了实际运用。英国埃塞克斯大学的研究人员向泰晤士河投放专门设计的仿生机器鱼，用于探测水中的污染物，并绘制河水的3D污染图。日本三菱重工也已经将研究的仿生机器鱼玩具批量生产。中国北京航空航天大学和中国科学院研制的SPC-II仿生机器鱼也成功地用于水下考古探测。 2. 原理 仿生机器鱼主要是模仿机器鱼的外形和运动规律，尽心环境数据收集。其模仿鱼类外形和运动规律的目的是为了实现鱼类高效的游动效率和良好的机动性。所以在仿生方面尤其注意鱼体和鱼鳍的模仿和控制。鱼主要有背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍和尾鳍。 胸鳍：它的基本功能为运动、平衡和掌握运动方向。 腹鳍：主要协助背鳍、臀鳍维持鱼体的平衡，并有辅助鱼体升降和拐弯功能。 尾鳍：有平衡、推进和转向的作用，尾的扭曲和伸直使鱼体产生前进运动。 鱼类的运动方式主要为波浪式运动，或称游泳。借助于连续的肌节收缩与舒张，从头部开始的收缩在身体两侧交替进行，形成波浪式的传递，使收缩波传向尾部，身体则向收缩的一侧弯曲使成S型。收缩在尾部结束，尾部将收缩的力传给水，这个力被水以同等大小、但方向相反的反作用力作用于尾部。这个力向前的分力是鱼体向前运动的主要推进力。

目前各个研究单位研究的仿生机器鱼的结构不尽相同，但是都主要通过模仿和控制鱼鳍的运动来达到运动目的。典型仿生机器鱼的结构如下图所示，主要有视频模块、导航模块、 （图片来源于维基百科） 任务调度模块、运动控制模块、通讯模块、电源模块和尾鳍模块。 仿生机器鱼的推进方式主要有两种：摆动式和波动式。波动式是指在游动过程中整个推进结构都参与了大振幅的波动，并且在推进长度上至少提供一个完整的波形。摆动式是指推进结构绕着基体转动，并不呈现波的形状。一般来说，波动式常指身体波动式，摆动式常指尾鳍摆动式。相对于尾鳍摆动式而言，身体波动式推进效率较低，但机动性较好。而尾鳍摆动式具有很高的推进效率，适于长时间、长距离巡游，不足之处是机动性较差。 目前大多数的仿生机器鱼都采用了摆动推进方式。使用伺服电动机经过换向齿轮组换向，带动摆杆摆动，摆杆末端的销轴推动一端固定于机器鱼骨架上另一端自由的弹性薄板往复摆动。通过控制系统控制弹性薄板的摆动方式的不同，控制机器鱼的游动方式不同。摆杆左右对称的摆动，机器鱼前进，改变摆幅和频率可以控制机器鱼前进的速度；摆杆偏在半边

关节型机器人机械臂结构设计

本科毕业论文 关节型机器人 机械臂结构设计 姓名 学院机械工程学院 专业机械设计制造及其自动化指导教师 完成日期2012年5月

全日制本科生毕业设计（论文）承诺书 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）关节型机器人机械臂结构设计是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。 承诺人（签名）： 日期：

关节型机器人机械臂结构设计 摘要 随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文针对工业机器人的工作领域特点，设计了一款拥有6个自由度的机械人，尤其针对机器人机械臂进行详细的设计，确定了其传动结构图，选择合适的电机，齿轮，液压缸，等各零部件。以及对各关节传动轴的设计和进行齿轮计算和校核完成其设计，该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键词：关节型机器人，6自由度，传动设计，零件计算校核

ARTICULATED ROBOT MANIPULATOR STRUCTURE DESIGN ABSTRACT With the development of modern science and technology, robotics, more and more attention in an increasingly modernized industrial production, the use of robots becoming more and more popular. Therefore, robotics has become increasingly urgent, especially industrial robots. For this area, the authors designed a robot with 6 degrees of freedom,especially for the detailed design of the robot arm,determine the transmission chart,thus select the appropriate motor,gear,hydraulic cylinder,and so on.And the design of the joint drive shaft and gear calculation and verification of completion of its design,the robot has a good rigidity,high positional accuracy and smooth run characteristics. KEYWORDS：articulated robot; 6 degrees of freedom; transmission design; parts calculation checking

三关节机械臂设计

三关节机械臂及其控制系统设计 摘要 随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。 为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。 整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法；并最终制作成实物进行演示，在末端装上笔之后，能够进行简单的书写。 关键字：触摸屏机器视觉嵌入式系统运动控制

. Three joint mechanical arm and its control system design Abstract As technology advances, mechanical arm especially humanoid type of mechanical arm is developing fast. This paper presents a humanoid type of mechanical arm.Its main characteristics is multiple ,simple, intuitive man-machine interactive way.Touch screen control and machine version are introduced covering for complex operation ,such as joystick control. Mechanical arm is control by daily gestures which makes it much easier to use a mechanical arm. In order to control the mechanical arm stabily, this design uses the dual control system under coordinated assignments: one control system uses embedded system – ARM microprocessor (S3C2440 chip) - realizing the basic mechanical arm movement control encapsulation, including localization algorithm and motion control, etc.;Upper control system is on the PC platform, using vc + + 6.0 for software, realizing machine vision calculation, and will transmit results through serial communication, to lower level system -the ARM microprocessor, leading to mechanical arm movements The whole design process contains rock-bottom drive hardware design: steering gear selection and control; Mechanica l structure design structure design, load checking; Control system circuit design; Superior position software: steering gear -- PWM pulse width modulation, point positioning algorithm, trajectory control algorithm, machine vision algorithms; And finally make physical for demonstration realizing writing with pen loaded. Key words: Touch screen；Machine version；embedded systems

简易机械手的设计(仅供借鉴)

机电液综合课程设计 ——简易机械手的设计 学校： 学院：机械与动力工程学院 班级：机制09-1班 指导教师: 组员： 组长：

目录 第1章绪论 (1) 1.1机械手概述 (1) 1.2机械手的设计目的 (4) 1.3机械手的设计内容 (5) 1.4机械手的分类及其在生产中的应用 (6) 1.5机械手的应用意义 (9) 1.6机械手的技术发展方向 (10) 第2章设计方案的论证 (11) 2.1机械手的总体设计 (11) 2.2机械手腰座结构的设计 (12) 2.3机械手手臂结构的设计 (12) 2.4工业机器人腕部的结构 (14) 2.5机械手末端执行器（手爪）的结构设计 (15) 2.6机械手的机械传动机构的设计 (17) 2.7机械手驱动系统的设计 (18) 第3章理论分析和设计计算 (26) 3.1液压传动系统设计计算 (26) 3.2电机选型有关参数计算 (35) 第4章控制系统的设计 (38) 4.1单片机控制系统选择 (38)

4.2单片机控制程序 (39) 4.3机械手的工艺流程 (41) 第5章机械手总成及零件图 (42) 总结 (44) 参考文献 (45)

第1章绪论 1.1机械手的概述 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。 机械手通常常机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代

柔性关节机械臂刚度的研究

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/e01582150.html, 柔性关节机械臂刚度的研究 作者：贾士周 来源：《科技风》2017年第07期 摘要：随着科学技术的不断发展，柔性关节机械臂在我国各领域的应用范围也在不断扩大，而质量轻、体积小、能耗低等优点则是其快速发展的落脚点所在，为此本文就柔性关节机械臂刚度展开了具体研究，希望这一研究内容能够柔性关节机械臂的刚度优化带来一定启发。具备质量轻、体积小、能耗低等优点。 关键词：柔性关节机械臂；刚度；计算 结合人类社会的各种生产活动不难发现，柔性关节机械臂已经开始在多个领域实现世界范围内的广泛应用，机械加工、航天科技、焊接、农业机械等领域的柔性关节机械臂应用都属于这一应用的具体表现，而为了保证这种应用能够更好服务于我国经济与社会发展，正是本文就柔性关节机械臂刚度展开具体研究的原因所在。 1 柔性关节机械臂概述 对于柔性关节机械臂来说，其本身是为了较好满足柔性型机器人发展需求而诞生的，而结合柔性关节机械臂的相关定义，我们可以将柔性关节机械臂划分为弹性材料机械臂连杆柔性关节机械臂、刚性构成机械臂连杆柔性关节机械臂两种，本文的研究对象为刚性构成机械臂连杆柔性关节机械臂。对于本文所研究的柔性关节机械臂来说，谐波齿轮减速器和力矩传感器的应用是其柔性实现的主要原因，而想要保证柔性关节机械臂能够较好服务于相关柔性机器人，我们就必须重视柔性关节机械臂的刚度[ 1 ]。 对于很多领域的柔性关节机械臂来说，刚度是其主要结构技术指标，而这种刚度的保证则能够为柔性关节机械臂的动态耦合效应减轻、载荷与动应力降低带来较为有力的支持，不过由于一些应用于特殊领域的柔性关节机械臂本身对于质量有着较为严格的要求，这就使得很多时候柔性关节机械臂的刚度与质量要求往往不能够得到同时满足，这种情况下我们就需要进行这类柔性关节机械臂的刚度研究，并通过相关计算保证柔性关节机械臂的刚度能够得到较好优化[ 2 ]。 2 关节刚度计算 在本文就柔性关节机械臂刚度展开的研究中，笔者选择了安装在航天器外部的空间机械臂作为研究对象，这一柔性关节机械臂本身由关节、臂杆和前端执行器构成，配置有6个转动自由度且每个自由度设置为一个关节，肩部、肘部与腕部是这一关节的主要设置位置。而对于这类柔性关节机械臂的关节来说，电机与谐波减速器是其关节的具体构成，而为了较好就这一柔

仿生机械鱼研究新进展

“如果看到一只游动的鱼，你会想到什么？”如果有人问起这个问题，按照笔者的思维，准是会回答：“清蒸的的话会是非常的鲜美，红烧的的话口感应该会更加香。”而带着同样的问题，笔者走进仿生机器鱼课题组，组员们给出的答案却超出了日常生活，他们的回答是：“看见尾鳍的一摆一动，勾起我们的是如何能进一步改进控制算法，在仿生鱼身上更完美地实现鱼类的波动推进方式。” “用智能算法来理解鱼之乐” 按预约的时间，笔者来到了仿生鱼课题组所在的办公室——自动化大厦9层906室。课题组成员王硕研究员热情地将我们请到了十三层咖啡厅，点上一壶茶水，在茶叶的沉落之间，为我们一一讲述关于仿生机器鱼的话题。 仿生机器鱼的研究工作由复杂系统控制与管理国家重点实验室的谭民研究员组织和指导，多名研究员、副研究员和在读博士生、硕士生共同合作开展。 一边品茶，王硕一边回忆起课题组的情况。顺着时间的脉络，他将课题组的情况进行了简要的回顾。 王硕告诉笔者：“仿生鱼作为课题组的研究内容，已经长达十余年之久。最早是在2001年，谭民老师和北京航空航天大学王田苗教

授交流时，谈到是否可以将研究所智能控制算法应用于工业设计中。受其启发，课题组开始了仿生鱼的研究。”2001年算是探索起步阶段，这一时期主要是对鱼类的跟踪模仿。 到2003年前后，课题组的研究进入到一个新的阶段：三维仿生运动阶段。为了提高任务的环境适应性，需要机器鱼具有水中的三维运动能力，也就是需要机器鱼除了推进外还要能够上浮下潜，甚至维持某一深度。课题组在已有多关节仿生机器鱼的基础上，总结设计了一种新型机器鱼，基于改变胸鳍攻角法，完成仿生机器鱼的俯仰和浮潜运动，设计的机器鱼既可实现俯仰和浮潜，响应迅速，动态特性好。 到2004年，课题组提出一种基于重心改变法的仿生机器鱼俯仰姿态与深度控制方法,用于实现机器鱼水中的浮潜运动。据介绍，这种方法利用一种可调整位置的配重块结构，以改变机器鱼的重心位置，进而实现机器鱼俯仰姿态的调节。 2005年之后，课题组开始了仿生机器鱼转身、快速起动、运动中变速和转向、倒游、定深、制动等高机动控制研究。 经过十多年的坚持和攻坚，课题组在对鱼类深入观察的基础上，结合仿生学、机器人学、材料学、机械学和智能控制，深入探讨了鱼类游动的机制，形成了身体/尾鳍推进、胸鳍推进、子母式、长鳍、两栖、海豚式推进等多个系列，聚焦高机动、高游速两大指标，目前已实现利用多模式控制技术将多种性能集成到高性能机器鱼平台。课