近年來海參以其特有的營養(yǎng)價(jià)值走入市場,養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)逐漸擴(kuò)大,但繁瑣的捕獲過程令人困擾。目前的海參捕獲方法多為人工捕獲,效率低且潛在危險(xiǎn)大。故本文針對海參捕獲的問題研制了捕獲機(jī)械手。首先對海參的生活習(xí)性等進(jìn)行了調(diào)研,對比分析了相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,結(jié)合海參特點(diǎn)、捕獲環(huán)境等,創(chuàng)新性的提出以阿基米德多面體為基本構(gòu)型的捕獲手爪,并對13種阿基米德多面體進(jìn)行拆解分析,利用其自身的高度對稱性將多面體劃分為頂面、支鏈和底面三部分,依據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇了 3種符合條件的多面體即截角立方體、截角八面體和大斜方截半立方體。對三種多面體進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)與分析,分別對輸入件、支鏈和底面進(jìn)行設(shè)計(jì),最終確定了整個(gè)多面體捕獲機(jī)械手的構(gòu)型,并根據(jù)海參捕獲的應(yīng)用背景確定了多面體捕獲手爪的構(gòu)型尺寸。分析所設(shè)計(jì)的捕獲機(jī)械手構(gòu)型,繪制機(jī)械簡圖,分別進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析和動力學(xué)分析,并在Adams中建立虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真,可實(shí)現(xiàn)三種捕獲機(jī)械手的展開及閉合。對三種捕獲機(jī)械手的輸入件和捕獲底面的位移曲線、速度曲線、加速度曲線、運(yùn)動軌跡等進(jìn)行了對比分析,總結(jié)出三種捕獲手爪的運(yùn)動特點(diǎn)及各自適應(yīng)的應(yīng)用場合。并對大斜方截半立方體捕獲手爪進(jìn)行工程設(shè)計(jì),包括運(yùn)動副的實(shí)現(xiàn)方式,固定的連接的方式,電機(jī)的選擇與控制等,利用3D打印制作了大斜方截半立方體手爪樣機(jī),對樣機(jī)進(jìn)行裝配及實(shí)驗(yàn),可通過開關(guān)控制捕獲手爪的開合,實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的抓捕。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于手爪的設(shè)計(jì),將阿基米德多面體作為捕獲機(jī)械手的基本構(gòu)型,利用其對稱性劃分出機(jī)械手結(jié)構(gòu),并利用串聯(lián)的四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多級傳動,與手指式的機(jī)械手相比,降低了對海參的傷害,提高了捕獲的成功率,為捕獲類機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供了新思路。該多面體捕獲機(jī)械手的研究有望提高我國海參捕獲的智能化水平,推動我國海洋漁業(yè)智能化的發(fā)展,同時(shí)該技術(shù)也可以繼續(xù)在海洋捕撈、漁業(yè)捕獲等領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展研究,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP241
【部分圖文】：

保苗階段為稚參餌料、馬尾藻粉等。養(yǎng)殖階段為成參飼料。海參的??養(yǎng)殖環(huán)境的水質(zhì)條件有相關(guān)的養(yǎng)殖水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)必須控制在國標(biāo)??以內(nèi)。隨著科技的發(fā)展，尤其是傳感技術(shù)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖已經(jīng)由原來的粗養(yǎng)轉(zhuǎn)??變?yōu)榫B(yǎng)，甚至工業(yè)化高密度的方式。為保證更穩(wěn)定的養(yǎng)殖環(huán)境，養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)??也在一步步完善，利用相應(yīng)傳感器可監(jiān)測水質(zhì)中ｐＨ值、鹽度、溶解氧、溫度等參??數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)傳送到客戶端，對養(yǎng)殖進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。海參的養(yǎng)殖方式繁多，??主要有蝦池養(yǎng)殖、海上筏式養(yǎng)殖、人工控溫工廠化養(yǎng)殖等方式。本文所研宄的養(yǎng)??殖方式，是灘涂養(yǎng)殖，即面積有限，深度有限，人工干預(yù)有限的特殊環(huán)境，灘涂??養(yǎng)殖方式水深大約為１０－２０米。??海參在一年的養(yǎng)殖周期內(nèi)有春季和秋季兩個(gè)捕撈季節(jié)。目前的海參捕撈主要??都是人工進(jìn)行的，如圖１－１［２］所示，由兩個(gè)“海猛子”配合，兩人全副武裝，靠氧??氣管相連，一人下水捕撈海參，一人負(fù)責(zé)觀察下海者狀態(tài)，如果出現(xiàn)緊急情況便??將其拉上岸，這種捕獲方式明顯存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。海參的兩個(gè)捕獲季節(jié)氣溫比較??低，且下水捕獲的設(shè)備繁重，對捕獲人員的身體素質(zhì)要求很高。而且水下環(huán)境復(fù)??雜，海參的生活周圍可能存在礁石，水下壓強(qiáng)很大，對捕獲人員會造成一定的身??體傷害。因此，關(guān)于海參捕獲的相關(guān)研究對海參養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)具有重大意義。??

場的仿生機(jī)器人，這款機(jī)器人的五個(gè)手指均可自由活動，并獲得了英國最高工程??獎(jiǎng)。自２０世紀(jì)８０年代開始，仿生靈巧手進(jìn)入飛速發(fā)展的階段。１９８０年，美國麻??省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制的Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手，如圖１－２所示，瑞士在２０１３年推??出全新具有觸感的仿生手，計(jì)劃用作人體移植。之后英國成立了第一家“仿生手”??工廠，旨為客戶定制假肢。仿生機(jī)器人最初只能進(jìn)行簡單拆裝，逐步發(fā)展的越來??越智能化，具體手指的關(guān)節(jié)控制，末端的觸覺傳感器等使該領(lǐng)域快速發(fā)展。??圖１－２美國Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手?圖１－３靈巧手模型??Ｆｉｇ．?１－２?ＵＳ?Ｕｔａｈ／ＭＩＴ?Ｈａｎｄ?Ｆｉｇ．?１?－３?Ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ?ｈａｎｄ?ｍｏｄｅｌ??關(guān)于仿生靈巧手的研究國內(nèi)也積極推進(jìn)，王華對水下靈巧手做運(yùn)動學(xué)分析并??進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種三指的水下仿生靈巧手，結(jié)構(gòu)模型如圖１－３所示，指頭采用??模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)手指含三個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，在軟件中建立運(yùn)動學(xué)模型，求解運(yùn)動方??程及運(yùn)動逆解，在手指上安裝傳感器對手指運(yùn)動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，??３??

場的仿生機(jī)器人，這款機(jī)器人的五個(gè)手指均可自由活動，并獲得了英國最高工程??獎(jiǎng)。自２０世紀(jì)８０年代開始，仿生靈巧手進(jìn)入飛速發(fā)展的階段。１９８０年，美國麻??省理工學(xué)院和猶他大學(xué)聯(lián)合研制的Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手，如圖１－２所示，瑞士在２０１３年推??出全新具有觸感的仿生手，計(jì)劃用作人體移植。之后英國成立了第一家“仿生手”??工廠，旨為客戶定制假肢。仿生機(jī)器人最初只能進(jìn)行簡單拆裝，逐步發(fā)展的越來??越智能化，具體手指的關(guān)節(jié)控制，末端的觸覺傳感器等使該領(lǐng)域快速發(fā)展。??圖１－２美國Ｕｔａｈ／ＭＩＴ手?圖１－３靈巧手模型??Ｆｉｇ．?１－２?ＵＳ?Ｕｔａｈ／ＭＩＴ?Ｈａｎｄ?Ｆｉｇ．?１?－３?Ｄｅｘｔｅｒｏｕｓ?ｈａｎｄ?ｍｏｄｅｌ??關(guān)于仿生靈巧手的研究國內(nèi)也積極推進(jìn)，王華對水下靈巧手做運(yùn)動學(xué)分析并??進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種三指的水下仿生靈巧手，結(jié)構(gòu)模型如圖１－３所示，指頭采用??模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)手指含三個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，在軟件中建立運(yùn)動學(xué)模型，求解運(yùn)動方??程及運(yùn)動逆解，在手指上安裝傳感器對手指運(yùn)動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，??３??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2856964