本文關(guān)鍵詞：變約束連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械手的設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：作為農(nóng)業(yè)大國,我國每年都會生產(chǎn)大量的農(nóng)副產(chǎn)品,并且當(dāng)前物流快遞行業(yè)發(fā)展迅速,分揀工作繁重枯燥,耗費(fèi)極大的人力與物力。因此有必要研制出一種能夠適用于抓取形狀、大小不一致,材質(zhì)松脆且容易損傷的物體的機(jī)械手,以代替人類完成這種單調(diào)重復(fù)的體力勞動。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械手對大負(fù)荷、單一抓取對象有著良好的抓取效率并且應(yīng)用廣泛,但是不適用于前述的復(fù)雜抓取對象。為了解決這一問題,本文提出了一種變約束連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械手設(shè)計(jì)方案,以變約束連桿機(jī)構(gòu)作為柔性手指關(guān)節(jié)骨架,并設(shè)計(jì)有手指方向改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),通過連桿傳遞運(yùn)動與力,使得機(jī)械手既能保證足夠的抓取力、不損害抓取對象,又對不一致的抓取對象具有較好的柔順適應(yīng)性。首先,設(shè)計(jì)了機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu),包括手指結(jié)構(gòu)、手指方向改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)。重點(diǎn)對手指機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考了人類手指,使用六桿機(jī)構(gòu)模擬人手指機(jī)構(gòu),并引入變約束彈簧桿,使手指機(jī)構(gòu)具有柔性自由度和緩沖性,手指方向改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使機(jī)械手對于形狀不同的抓取對象具有較好適應(yīng)性。其機(jī)構(gòu)參考托盤抓手設(shè)計(jì),步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動交叉四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),并對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動分析。驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用絲桿螺母機(jī)構(gòu)配合直線軸承導(dǎo)桿實(shí)現(xiàn),使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,具有簡單可靠地的優(yōu)點(diǎn),便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。隨后利用三維設(shè)計(jì)軟件CREO設(shè)計(jì)了機(jī)械手整體的三維模型。手指機(jī)構(gòu)是機(jī)械手設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn),對手指機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析,創(chuàng)新地應(yīng)用CREO軟件中的骨架模型分析方法,驗(yàn)證了理論模型計(jì)算的正確性,研究了手指機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性,并對指根節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。對手指機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)進(jìn)行了研究探討,應(yīng)用ADMAS軟件對機(jī)械手進(jìn)行了抓取仿真分析。然后,設(shè)計(jì)了機(jī)械手的控制系統(tǒng)。使用工控計(jì)算機(jī)作為上位機(jī),硬件設(shè)計(jì)部分主要為下位機(jī)部分,包括AVR控制板電路、FSR402壓力傳感器信號變送電路。步進(jìn)電機(jī)采用帶編碼器的閉環(huán)驅(qū)動器驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)高精度位置-速度控制,上下位機(jī)通信通過USB轉(zhuǎn)串口模塊實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)程序利用Visual C++集成開發(fā)環(huán)境中的MFC模塊編寫。AVR控制程序采用CodevisionAVR軟件編譯調(diào)試。最后完成接觸力反饋控制系統(tǒng)調(diào)試,進(jìn)行了壓力傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn),位置-速度控制實(shí)驗(yàn),使用機(jī)械手進(jìn)行了不同抓取對象的抓取實(shí)驗(yàn)�？刂葡到y(tǒng)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,能夠感知接觸到抓取對象,并反饋控制步進(jìn)電機(jī)減速至停機(jī),達(dá)到不損傷抓取對象的目的。由于手指機(jī)構(gòu)具有柔性自由度和緩沖性,具有針對大小不一致的抓取對象的最大、最小樣本,通過接觸力反饋系統(tǒng)檢測,對步進(jìn)電機(jī)控制參數(shù)設(shè)定,實(shí)現(xiàn)對此類抓取對象的無反饋可靠抓取的潛力。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP241

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本文編號：1224734