主动激励触觉传感机械手系统振动特性研究

摘要

近年来，随着机器人技术的高速发展，人们对机器人的要求也越来越高。而作为机器人重要组成部分之一的机械手，也随着机器人的技术发展而对机械手有了更高的要求。在以往，机械手更多的是应用在工业生产中，进行一些机械反复的动作，所有的工作过程都是由控制系统事先设定好的。而现在的机械手更多的是应用在服务业、医疗行业等，这就对机械手的控制要求以及灵活性变得越来越高。所以一直以来，实现机械手软抓取都是众多的研究学者们不断的追求。本设计通过利用机械状态监测诊断技术完成了对主动激励触觉传感机械手的设计装调。 本文首先对机械状态监测诊断技术进行了概要分析，最终选定声学共振的方法来对机械手进行激励和振动特性的检测。其次在声学共振检测技术的基础上设计了一种新型的主动激励触觉传感器结构及其信号调理电路，将其安装于机械手上进行实验。然后利用LabVIEW软件对声学共振信号进行采集，并在频域范围内对声学共振测试系统的重复性和稳定性进行了验证分析，以及提取了主动激励触觉传感机械手系统在抓取不同物体、不同状态时振动的特征参数。最后利用了小波包理论对声学共振信号进行了消噪处理，并得到机械手在各个状态的功率谱及相应的能量特征值。通过对这些特征参数的分析，确定了该主动激励触觉传感机械手系统结构的振动特性，并获得了一组机械手不同负载稳定状态的“特征指纹”标记，为后续机械手软抓取的研究提供了理论基础。

目录

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 机械手研究的发展及现状分析

1.2.1 机械手触觉传感研究现状

1.2.2 机械手软抓取研究现状

1.2.3 机械状态监测诊断技术的发展现状

1.3 本文研究的主要内容

1.3.1本文的主要内容

1.3.2拟解决的关键问题

1.4 本文结构

1.5 本章小结

第二章 机械手振动状态检测方法

2.1 机械振动的产生及分类

2.2 声学共振检测原理

2.3 激励方式的选择

2.4 本章小结

第三章 基于声学共振的振动信号采集系统设计

3.1 激励信号

3.2 换能器

3.3 硬件调理电路

3.3.1 功率放大电路

3.3.2 音频放大降噪模块

3.4 数据采集

3.4.1 NI USB-9234

3.4.2 振动信号采集软件

3.4.3 软件滤波

3.5 本章小结

第四章 机械手振动信号的频域分析

4.1 振动信号的频域处理

4.2 数据的预处理

（1）数据归一化

（2）数据平滑

4.3 实验重复性评估

4.4 频域特征提取及分析

4.5 本章小结

第五章 振动信号的时频分析

5.1 小波分析理论基础

5.1.1 连续小波变换

5.1.2 离散小波变换

5.1.3 多分辨分析

5.1.4 信号分解与重构的Mallat算法

5.2 小波包理论

5.2.1 小波包定义及性质

5.2.2 小波包的空间分解

5.2.3 小波包的分解与重构

5.2.4 小波包最佳分解

5.3 小波包信号去噪

5.3.1 小波或小波包降噪方法

5.3.2 声学共振信号的消噪实验

5.4 声学共振信号的频带能量特征提取

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

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