球面五杆变胞机械手运动分析与手掌综合

摘要

本文从工程实际出发，运用球面机构运动几何学、最优化方法、计算机数值计算和CAE仿真技术等学科的理论成果，对球面五杆变胞机械手掌的机构尺寸综合进行了深入系统的研究，建立了球面五杆变胞机械手掌尺寸综合的模型，并编制了相应的优化综合程序。 首先，建立了球面五杆机构的机构运动模型，采用位移旋转矩阵方法对球面五杆机构的机构运动进行分析，在此基础之上详细介绍了球面五杆变胞机械手的抓取特性。运用机械手指工作平面法向量的运动轨迹进行机械手工作性能的分析研究，并采用三指共线条件对机械手指的正确抓取姿态性能进行了评价。采用变胞机械手三个的机械手指的工作空间三角形的面积作为球面五杆变胞机械手的工作空间评价标准。在此基础上提出了以变胞机械手实现更多正确抓取姿态以及各个抓取姿态的工作空间最大为目标的球面五杆变胞机械手掌尺寸优化综合模型。 接着，依据变胞机械手掌的综合模型提出了分自由度降维优化综合的方法，按照球面五杆机械手掌两自由度的控制输入将其划分为安装机械手指的球面开式三连杆和实现机械手掌机构变胞的球面开式二连杆两个机构，分别建立综合模型进行结构尺寸优化，然后将两组开式机构组合成球面五杆变胞机械手。最后，依照球面五杆变胞机械手掌的综合模型采用遗传进化和鞍点规划思想编写了球面五杆变胞机械手掌综合的优化程序，并进行了实例计算，通过对综合所得的一组尺寸的变胞机械手机构进行性能分析，详细评价了该变胞机械手在各个抓取姿态的工作空间和正确抓取近似程度。并用Pro/Engineer进行机械手的三维建模，仿真了机械手的抓取姿态。验证了球面五杆变胞机械手掌机构综合模型的有效性。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1论文背景

1.2文献综述

1.3本文的研究方法

1.4本文的主要工作

2球面连杆机构运动分析

2.1球面机构介绍

2.1.1球面运动

2.1.2球面连杆运动

2.2球面五杆机构的运动分析

2.2.1机构运动分析方法

2.2.2球面五杆机构的介绍

2.2.3球面五杆机构的矩阵解析模型

2.2.4球面五杆机构的运动分析

3球面五杆变胞机械手的手掌综合模型

3.1球面五杆变胞机械手介绍

3.1.1球面变胞手掌

3.1.2机械手指工作平面

3.1.3变胞机械手指正确抓取条件

3.2球面五杆变胞机械手的手掌综合模型

3.2.1球面五杆变胞机械手的抓取工作空间

3.2.2分自由度降维优化综合方法

3.2.3安装机械手指的球面开式三连杆结构优化

3.2.4变胞机械手掌的变胞机构的综合

4球面五杆变胞机械手综合算例

4.1采用遗传算法进行安装机械手指的球面三杆结构尺寸优化综合

4.1.1遗传算法的求解步骤

4.1.2开式球面三连杆机构综合的遗传优化流程

4.1.3开式球面三连杆机构综合算例

4.2采用鞍点规划的思想进行球面开式二连杆的变胞机构综合

4.2.1球面开式二连杆变胞机构综合流程

4.2.2球面开式二连杆变胞机构综合算例

4.3优化综合所得球面变胞手掌工作性能分析

4.3.1球面五杆变胞手掌性能分析软件编写

4.3.2球面五杆变胞手掌综合结果的工作性能分析

4.4球面五杆变胞机械手的实体建模

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢