柔性关节机械臂的非线性控制策略研究_王海

柔性机械臂动力学建模

柔性机械臂动力学建模 一,研究现状 柔体动力学建模方面国内外出现很多研究,主要针对关节柔性与柔性臂杆进行建模。 其中,Chang-Jin Li, T、S、 Sankar, 利用拉格朗日方程及假设模态法对柔性机械臂进行建模,提出的该方法可以降低运算量,并用单连杆柔性机器人进行证明验证; B、Subudhi ,A、S、Morris, 基于欧拉-拉格朗日法与假设模态法对多柔性杆与柔性关节进行动力学建模; Gnmarra-Rosado VO,Yuhara, EAO,利用牛顿-欧拉公式与有限元分析法对两柔性两转动关节推导动力学方程; 危清清,采用拉格朗日及假设模态法建立柔性机械臂辅助空间站舱段对接过程的动力学方程; 谢立敏,基于动量、动量矩守恒关系与拉格朗日假设模态法对双柔性关节单柔性臂建模;王海,在考虑外部干扰下对柔性关机机械臂进行动力学建模;刘志全,基于精细模型的空间机械臂对柔性关节进行建模。 1，建模过程原理 1）坐标系的选择(根据机械臂运动姿态选择不同的坐标系,一般包括绝对坐标系与相对坐标系,如表1所示) 设柔性体的变形始终处于弹性范围内,因为任何一个弹性体都具有无限多自由度,忽略轴向变形与剪切变形的影响,仅考虑弯曲变形,通常都将柔性体离散成有限自由度作为近似分析模型。(对变形场进行离散化后得到的常微分方程将有利于对柔性多体系统动力学建模研究的进一步深入)如下表2所列。

根据原理的不同一般常用的可分为牛顿-欧拉方法,拉格朗日方程(第二类),以及凯恩方程。如表3所示。 表3 动力学建模方法 二,单杆柔性机械的建模过程 1,模型简化假设 关节建模时需要注意关节齿轮传动间隙,间隙的存在使得传动机构存在误差,输出运动与输入运动不再就是线性关系;另外,关节臂驱动力就是通过电机来提供,电机中的电感电阻等元件,会影响电机力矩的产生,即关机建模的精细化问题,这里只进行简单的处理,不考虑精细化问题。柔性关节主要由分体式永磁同步电机,谐波减速器,永磁制动器,光电编码器与圆光栅等组成。谐波减速器为柔性关节的减速与驱动装置,一般把把关节视为转子-扭簧系统。

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

柔性机械臂动力学建模

柔性机械臂动力学建模 一，研究现状 柔体动力学建模方面国内外出现很多研究，主要针对关节柔性和柔性臂杆进行建模。 其中，Chang-Jin Li, T.S. Sankar,利用拉格朗日方程及假设模态法对柔性机械臂进行建模，提出的该方法可以降低运算量，并用单连杆柔性机器人进行证明验证； B.Subudhi ,A.S.Morris, 基于欧拉-拉格朗日法和假设模态法对多柔性杆和 柔性关节进行动力学建模； Gnmarra-Rosado VO,Yuhara, EAO利用牛顿-欧拉公式和有限元分析法对两柔性两转动关节推导动力学方程； 危清清，采用拉格朗日及假设模态法建立柔性机械臂辅助空间站舱段对接过程的动力学方程； 谢立敏，基于动量、动量矩守恒关系和拉格朗日假设模态法对双柔性关节单柔性臂建模；王海，在考虑外部干扰下对柔性关机机械臂进行动力学建模；刘志全，基于精细模型的空间机械臂对柔性关节进行建模。 1，建模过程原理 1）坐标系的选择（根据机械臂运动姿态选择不同的坐标系，一般包括绝对坐标系和相对坐标系，如表1所示） 2），柔体离散化方法 设柔性体的变形始终处于弹性范围内，因为任何一个弹性体都具有无限多自由度，忽略轴向变形和剪切变形的影响，仅考虑弯曲变形，通常都将柔性体离散成有限自由度作为近似分析模型。（对变形场进行离散化后得到的常微分方程将有利于对柔性多体系统动力学建模研究的进一步深入）如下表2所列。 表2变形体离散化方法

3）动力学的建模方法 根据原理的不同一般常用的可分为牛顿-欧拉方法，拉格朗日方程（第二类），以及凯恩方程。如表3所示。 二，单杆柔性机械的建模过程 1，模型简化假设 关节建模时需要注意关节齿轮传动间隙，间隙的存在使得传动机构存在误差, 输出运

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

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

一种多关节智能机械手臂控制系统设计

一种多关节智能机械手臂控制系统设计 摘要：在制造业飞速发展的今天，工厂和企业为了提高自己生产上的绩效，而且也可以在一定程度上提高产品质量，还可以提高企业整体机械自动化的程度。工业机器人和工业自动化的水平关系到一个国家整体制造业发展的水准，所以国家的制造业要想得以快速发展，就必须要意识到工业机器人和工业自动化建设的重要性。因此，本文首先概述了机械手臂的组成和工作模式；其次，根据机械手臂以上的基本理论和原理的基础上，设计一种多关节智能机械手臂控制系统，进而使得机械手臂的工作效率大大提高，智能性也逐步增强。 关键词：机械手臂；智能；控制系统；设计 前言 由于机械手臂是近现代制造业发展中出现的新型的技术形式，它的逐步发展使得企业整体的生产水平得以进一步提高，因此在这种条件下开发研制一种多关节智能机械手臂，但是这种机械手臂所要涉猎学科广泛，包括机械学、力学和计算机信息技术等，这就使得机械手臂在控制上常常出现一些不足，因此本文主要基于机械手臂的工作原理和构成，采用CAN总线对于机械手臂进行智能控制，可以使得机械手臂的控制能力大大提高。 1.概述机械手臂的组成和工作模式 1.1机械手臂的组成 机械手臂主要是由控制系统和驱动装置、执行装置组成。首先，执行装置主要由手掌和腕部、手臂等组成，主要的用来抓取一些部件和工具，而且它可以根据不同抓取物的大小和形状变换不同的方式抓取；驱动装置主要是使得手臂变换不同的形态对于抓取物进行灵活抓取；控制系统主要是利用网络和多媒体信息技术对于整个机械手臂的自由度进行控制，进而使得机械手臂的自由度进一步提升，相对于以前的点动和连续性控制效率大大提高。由于现在大多的工厂采用伺服电动和计算机信息技术进行机械手臂控制的[1]。 1.2机械手臂的工作模式 机械手臂的伺服驱动装置，主要是通过关节的驱动对于机械手的基本动作进行控制，目前机械手臂主要是采用闭环控制的原理进行控制。伺服电机的基本原理是计算主机给出的关节应该操作的位置和计算机探测到的关节应该操作之间出现的误差，该误差通过数据模型的转换和功放之后，这样可以使得机械手臂和关节操作更加精准。各种伺服电机是现在经常使用的驱动装置，由于一般伺服电机输出的速率较高，输出转矩小，但是关节带动的力度和转速不足，但是力矩却较大。因此，在电机与负载间需要一种优质的驱动装置，使得转矩和转速在一定意义上达成一致。

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

多关节机械臂运动控制中的重力因素分析

1 双关节旋转空间机械臂动力学模型 γ 均表示作用在机械臂关节处的控制力矩； 2 均表示机械臂两连杆转动时经过的角度； 示机械臂两连杆的质量；l和l均表示机械臂两连杆的长度。 空间机械臂的运动控制设计 空间机械臂的动力学设计。结合图 间机械臂的动力学模型，得出空间机械臂两连杆的质心向量表达式为： 轴上的单位向量。设定空间其中，（i=1，2）表示X i i T，由此可以推断机械臂相邻两连杆的旋转变换矩阵为 i+1 出位于连杆i上的力平衡方程式如下： i F =i f i-i+1i T i+1f i+1 i 由于该空间机械臂系统的机械手末端不受外力作用，

96 Computer CD Software and Applications M （θ）表示惯性矩阵；V （θ， 哥氏力及离心力矩阵；G （θ）表示重力载荷向量矩阵；（θ， 个关节的重力载荷向量矩阵的表达式为：结合上述机械臂动力学模型来看，当我们对机械臂的轨迹跟踪进行控制时，若θ为常值，那么轨迹跟踪控制的 e=θd -θ其中， （θ）表示重力载荷向量矩阵的估算值。此时应分地面装调阶段和空间应用阶段两种情况讨论：参考文献： [1]郝峰.空间机械臂回转臂式微重力模拟装置研究[D].哈尔滨工业大学,2010,06,01. [2]陈钢,张龙,贾庆轩,孙汉旭.基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划[J].宇航学报,2013,08(01). 作者简介：孙承志（1975－），男，江苏赣榆人，讲师，硕士，主要研究方向：智能检测、目标识别与跟踪、运动控制等。作者单位：三江学院电气与自动化工程学院，南京 210012 ， ， 另外，在期望位置方面，θ 图a 1号关节的控制输入 图b 2号关节的控制输入图2 空间机械臂各关节的控制力矩仿真曲线图图a 1号关节位置跟踪输出 图b 2号关节的位置跟踪输出 图3 空间机械臂各关节跟踪输出仿真曲线图

柔性关节机械臂刚度的研究

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/ec14516788.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

关节型机器人机械臂结构设计

《认识平行四边形》说课稿 大家好!今天我要为大家讲的课题是《认识平行四边形》。首先，我对本节教材进行简单分析: 一、说教材 1、教材地位分析 《认识平行四边形》是义务教育课程标准实验教科书（苏教版）数学四年级下册的内容，是“平行四边形和梯形”的第一课时。这节课是在学生已经直观认识平行四边形，初步掌握了长方形、正方形的特征及垂直概念的基础上，通过一系列的探究实践活动继续认识平行四边形的特性、底和高，为以后学习平行四边形面积打基础，有利于提高学生动手能力，增强创新意识，进一步发展学生对“空间与图形”的学习兴趣。 2、教学目标 根据上述教材分析，考虑到学生已有的认知结构心理特征，我将本课的教学目标定为以下几点： 知识目标：使学生在图形具体的活动中认识平行四边形，知道它的基本特征；能正确判断平行四边形；认识平行四边形的底和高，能正确测量和画出它的高。 能力目标：使学生在观察、操作、比较、判断等活动中，经历探索平行四边形的基本特征的过程，进一步积累认识图形的经验，发展空间观念。 情感目标：使学生体会平行四边形在生活中的广泛应用，培养数学应用意识，增强认识平面图形的兴趣。 3、重点，难点 本着课程标准，在吃透教材的基础上，我确立了如下的教学重点、难点： 重点：掌握平行四边形的特征；认识平行四边形的底和高；会测量平行四边形底所对应的高。 难点：会画平行四边形底所对应的高。 二、说教法 新课标指出教无定法，贵在得法，就是教学活动必须建立在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础之上。因此本节课，我将以学生为主体，发挥教师的组织、引导与合作的作用，运用以下教法组织教学： 1 1、直观演示法。 凡是需要知道的事物，都要通过事物本身来进行教学，由于小学阶段的学生的逻辑思维仍须以具体形象为支柱，所以在教学中我选用了长方形框架教具演示长方形渐变为平行四边形的过程、用各种生活中常见的图片使学生感知平行四边形。这样不仅把数学的抽象概念形象化了，而且还发展了学生的观察能力和思维能力。 2、活动体验法。 《课标》指出：“学生是数学学习的主人，教师是数学学习的组织者、引导者与合作者。”学生只有亲身经历知识的形成，才能真正理解知识和运用知识。在本节课中，通过“感知-猜想－操作－测量－演示－验证－结论”等一系列“做数学”的活动，让学生在体验中学会探究、学会创造。既锻炼了学生的动手操作能力，也使学生在学到数学知识的同时还体验到了成功的喜悦。 三、说学法

柔性机械臂振动控制

柔性机械臂振动控制 1引言 随着人类科技水平的不断进步，机器人的应用越来越广泛。新一代机器人正向着高速化、精密化和轻型化的方向飞速发展, 传统的将机器人视为刚体系统的分析与设计方法已显得愈加不适用。近二十年,计及构件及关节弹性影响的柔性机器人动力学分析与振动控制问题已受到国内外学者的广泛关注[1]。在工业、医疗、军事等领域内，它能够代替人类完成大量重复、机械的工作。近些年，人类对外太空的探索不断深入，空间机器人因为具有较强的恶劣环境的适应能力，且完成任务的精确程度较高，正受到越来越多科研机构的关注和重视。 机械臂作为机器人的重要组成部分，其未来的发展趋势是高速、高精度和轻型化。操作灵活、性能稳定的柔性机械臂，无论在航天领域还是在工业领域都具有很高的应用价值。柔性机械臂系统的动力学特点是大范围刚体运动的同时，伴随着柔性臂杆的小幅弹性振动。柔性臂杆的弹性振动将极大地影响机械臂末端的定位精度，甚至影响机器人系统的稳定性。 2研究背景及意义 随着工业自动化程度的提高，工业机器人的应用范围也从传统的汽车制造领域推广到了机械加工业、电子电气业、食品工业、物流、医疗等领域，机器人的科，类包括了焊接机器人、喷涂机器人、洁净机器人和医疗机器人等。 瑞典ABB公司制造的“IRB5400-12”喷涂机器人(图1所示)，具有6个自由度，工作时关节轴的最大转速137o/S，末端定位精度0.15mm，其性能特点是喷涂精确、工作域大、负载能力强且运行可靠性高。日本FANUC公司制造的“M-10iA”工业机器人(图2所示)，工作半径1420mm，重复精度士0.8mm，主要用途包括搬运、弧焊、机床上下料等。

机械臂关节控制系统及轨迹规划研究

机械臂关节控制系统及轨迹规划研究 【摘要】关节是机械臂中相当核心的构成要素之一，其在整个机械臂的运动过程当中，需要完成的动作包括：动力产生、动力传递、运动精度控制、运动平稳性控制、以及运动安全性控制这几个方面。在当前技术条件支持下，机械臂关节部分的主要构成元素涉及到以下几个方面：其一为建立在电机基础之上的动力源，其二为行星齿轮或谐波齿轮所构成的传动装置，其三为位置传感器装置，其四为限速管理装置，其五为数据采集与处理电路，其六为驱动电路，其七为运动轴系部分。文章以机械臂关节控制作为研究视角，首先分析了在考虑柔性系统概念下的机械臂关节控制系统控制要点，进而简要分析了几类有关机械臂关节轨迹跟踪规划的技术方法，希望以上问题能够引起各方工作人员的高度关注与重视。 【关键词】机械臂；关节；控制系统；轨迹规划 本文在对柔性系统影响下，机械臂关节控制系统要点进行分析的同时，探讨了机械臂关节轨迹规划的主要方法，具体研究如下： 1．机械臂关节控制系统动力学建模分析 在本文针对机械臂关节控制系统数学模型进行构建与分析的过程当中，主要借助的技术方法有两个方面，其一为牛顿-欧拉分析方法，其二为拉格朗日分析方法。前者为作用力的平衡研究方法，需要从运动学的视角上入手，求解被分析对象在运动过程当中加速度水平，对内力作用予以消除。后者为建立在能量平衡基础之上的分析方法，仅需要完成对加速度的分析工作，省略对内力作用问题的分析。因此，在机械臂关节控制系统力学分析中更具优势。对于机械臂关节控制系统而言，在拉格朗日方法下所构建的方程主要与以下影响因素相关：其一为动能取值，其二为位能取值，其三为整个机械臂控制系统所对应的广义坐标，其四为整个机械臂控制系统所对应的广义速度；其五为与广义坐标相对应的广义力；其六为与广义坐标相对应的广义力矩取值。下图（见图1）即为双连杆刚性机械臂所对应的坐标示意图。 图1：双连杆刚性机械臂坐标示意图 结合图1来看，假定整个双连杆机械臂关节控制系统以正常状态运行，且运行期间所对应的转矩作用力为t1~2，质量为m1~2，以连杆末端点质量表示，长度取值为，l1~2。 根据动力学建模分析认为：整个机械臂关节传动系统的主要组成部分包括谐波齿轮减速器以及伺服电机两个方面。为了利用拉格朗日方法推定机械臂关节控制所对应的动力学方程，就需要结合机械臂关节控制系统的实际运行状态，明确

多关节机械手臂系统设计

摘要 机器人是近30年来发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手是机器人的一个重要分支。它的特点是可通过变成完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其是体现了人的智能和适应性，机器作业的准确性和在各种环境完成作业的能力。本设计完成了多自由度关节式机械手的运动方案设计和驱动方式选择，并对机座，手臂及末端执行器等机械装置进行了结构设计[8]。 机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识。其一，它能迅速地代替人完成某些操作；其二，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置要求来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作某些必要的机具进行焊接和装配，从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，因而受到各先进国家的重视，都投入大量的人力和物力去研究和开发[4]。在高温、高压、粉尘浓度高、严重噪音以及带有放射性和化学污染的场合应用的尤为广泛。在我国，近几年也有较快的发展，并取得了一定的成效，受到机械工业和铁路工业部门的重视[6]。 关键词：机械手，电驱动，嵌入式控制

ABSTRACT The robot is a high-tech automated production equipment developed in recent 30 years. Manipulator is an important branch of robot. It is characterized by a complete tasks in a variety of expectations, in the structure and performance of both people and machines to their respective advantages, especially reflected people's intelligence and adaptability, accuracy of machine operation and finish the homework in a variety of environmental capacity. Completed the design of multi degree of freedom motion scheme of articulated manipulator design and driving mode selection, and on the base, mechanical arm and end effector for the structure design of [8]. The rapid development of the manipulator is due to its positive role is increasingly recognized. First, it can quickly replace man to complete some operations; secondly, it can be in accordance with the requirements of the production process, follow certain procedures, time and location requirements to complete the transfer and handling of the workpiece; thirdly, it can operate some necessary equipment for welding and assembly, thus greatly improving working conditions, significant to improve labor productivity, accelerate the realization of industrial production mechanization and automation pace, and thus have the advanced national attention, have invested a lot of manpower and material resources to research and development of[4]. In the high temperature, high pressure, high dust concentration, serious noise as well as the application of radioactive and chemical pollution situation is particularly widespread. In our country, in recent years have rapid development, and achieved certain results, by the machinery industry and railway industry attention [6]. Key words:Mechanical arm，Electrically driven，Embedded control

六自由度柔性机械臂的结构设计毕业设计论文

中国计量学院 本科毕业设计（论文） 六自由度柔性机械臂的结构设计Structure Design of Six-degree of freedom Flexible Mechanical Arms

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

郑重声明 本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 学生签名：日期：

分类号：TH721 密级：公开 UDC：62 学校代码：10356 中国计量学院 本科毕业设计（论文）六自由度柔性机械臂的结构设计 Structure Design of Six-degree of freedom Flexible Mechanical Arms 申请学位工学学士指导教师 学科专业机械电子工程培养单位中国计量学院 答辩委员会主席评阅人 2011 年 6 月

空间机械臂机电一体化关节控制设计探究

空间机械臂机电一体化关节控制设计探究 摘要：随着我国经济实力和科技水平的不断提升，我国的航天事业也得到了长 足的发展，空间机械臂是空间站的重要组成部分，是维护设备和组建空间站的关 键设备。机电一体化关节是空间机械手的关键组成部分，在空间机械手的应用中 发挥着重要作用。机电一体化接头的设计不仅影响空间机械手的控制精度，而且 影响空间机械手的整体性能。因此，要对机电一体化关节的控制和设计予以高度 的重视，以此来不断的提升空间机械臂的集成性和可靠性。本文阐述了空间机械 臂机电一体化关节的控制设计。 关键词：空间机械臂；机电一体化；关节控制；设计 引言：空间机械臂是空间站的重要组成部分，在航空領域中发挥着重要的作用。对于空间机械手，机电接头不仅可以促进稳定高效的操作，还可以提高其性能。因此，一定要对机电一体化关节的控制和设计予以高度的重视。 1.空间机械臂和机电一体化关节简介 太空机械手是空间站的重要组成部分，主要由结构系统，机构系统，地面控 制台，在轨控制系统，移动基座系统，末端执行器系统，关节驱动控制系统等组成。空间机械手的臂和关节的结构连接到末端执行器系统，并且空间机械手装置 需要依靠关节的旋转来完成相关的空间运动。空间机械臂在空间站中发挥着重要 的作用，不但可以为空间站的建设和维护提供强大的助力，还可以为航天员提供 相应的援助，以此来提升航天员的行动能力。另外，通过空间机械臂的应用，可 以很有效的减少航天员的出仓次数，不但降低了航天员的作业风险，也提升了航 天员在宇宙空间的安全性。机电一体化关节是空间机械手的重要组成部分。空间 机械手可以通过机电关节的速度，位置和力的闭环控制来完成多自由度旋转运动。机电一体化关节的功能性很强，第一，能够为空间机械臂提供操作的驱动力和负 载能力。其次，机电一体化关节可以实现空间机械手的紧急制动。第三，机电关 节还可以保护空间机械手的结构。第四，机电一体化关节可以有效地提高空间机 械手的工作精度。第五，通过机电一体化关节，空间机械臂能够和中央控制系统 实现信息的交互。空间机械臂的组成空间机械臂主要包括8个子系统：关节与驱 动控制结构、结构与机构、视觉、末端作业工具、移动基座、末端效应器、在轨 操作控制及地面遥控操作控制，图1所示为空间机械臂详细组成图。关节与驱动 控制结构中共有7个关节和驱动控制器，其分别布置在机械臂的腕部、肩部及肘部，关节和末端效应器是相互连接的，其中关节可以确保机械臂能够做三维空间 运动。图1.空间机械臂详细组成图： 2.空间机械臂机电一体化关节的设计 在设计机电一体化接头的过程中，首先要确保机电一体化接头具有传动，制动，驱动，驱动控制，温度信号采集，位置信号采集，速度信号采集和通信等功能。其次，要对机电一体化关节的重量和体积进行有效的控制。在满足机电一体 化关节功能需求的基础上尽可能的实现关节的小型化和轻量化。另外，由于宇宙 空间的环境较为特殊，机电一体化关节还应该具备较强的环境适应能力。在实际 的机电一体化关节设计过程中，首先，要根据实际的需求来制定出整体的设计方案。除了要重视前期的调研工作之外，还要科学合理的进行中心孔走线、传感器