7篇关于运动学分析的计算机毕业论文

今天分享的是关于运动学分析的7篇计算机毕业论文范文, 如果你的论文涉及到运动学分析等主题,本文能够帮助到你

船舶岸电七自由度无线充电机械臂的研制

这是一篇关于船舶岸电,无线电能传输,磁耦合谐振,充电机械臂,运动学分析的论文, 主要内容为随着国际海事组织温室气体减排战略的实施和我国双碳战略的出台,船舶岸电作为减少船舶靠泊期间大气污染物排放的最有效措施之一,越来越受到业界重视。但传统的有线充电方式存在机械磨损严重、定位要求苛刻、漏电隐患大等固有缺陷难以适应新时代航运业绿色发展的需要。无线充电消除了岸船两侧的刚性物理连接,具有安全性好、灵活性高和易于维护等优势。目前应用的船舶岸电无线充电技术自由度较少,无法完全匹配海上停靠船舶的实际运动状态。在此背景下,本文提出了一种新型船舶岸电无线充电解决方案,设计七自由度机械臂作为充电载体,采用基于耦合磁场的无线充电方式实现了多自由度非传导性无线电能传输。本文主要工作内容如下:首先,设计并实现了搭载无线充电机构的多自由度充电机械臂。分析海上停靠船舶实际运动状态,对充电机械臂的自由度设计及性能指标提出要求;确定构型及驱动方式,建立机械臂D-H坐标系,对正、逆运动学模型进行计算分析,为后续工作空间仿真和实体结构建立提供理论基础;基于运动学分析结果,对系统运动工作空间进行仿真求解,仿真结果证明工作空间符合设计要求;完成整机设计后对关键零部件进行力学有限元分析校核,保证设计的可靠性;装配完成的机械臂实物分为底部、腰部、大臂、小臂和末端关节,可实现七自由度的运动。其次,设计并实现了安装于机械臂末端的无线电能传输磁耦合机构。完成了磁耦合谐振式无线充电装置的方案设计,介绍其组成部分和工作原理;然后基于建立的松耦合变压器互感模型,得到发射侧、接收侧等效电路;在此基础上对比分析了四种谐振补偿网络的优缺点,对综合考虑后选取的S-S型谐振补偿网络完成了输入输出功率和充电效率的特性分析;根据设计磁耦合机构的三维仿真模型,构建了实物装置。最后,完成机械臂运动控制系统及无线电能传输电路的硬件设计与调试,结合其对应实物结构,搭建了船舶岸电无线充电系统实验平台,完成了机械臂运动控制实验及无线电能传输实验,验证了本文提出系统的可行性和有效性;实验结果证明,机械臂可根据上位机指令完成各自由度的平滑运动,工作高度范围为2.2m,宽度范围为1.1m;无线充电磁耦合机构达到谐振状态,可实现无线电能传输。

排水管道树根清理机器人设计及识别定位技术研究

这是一篇关于管道清理机器人,树根清理,运动学分析,目标识别,双目视觉的论文, 主要内容为管道清理机器人在排水管道非开挖清理工作中发挥着重要作用,但目前缺少针对排水管道内树根清理的管道清理机器人。针对这一问题,本文设计了一款排水管道树根清理机器人,并对排水管道内树根的识别和定位技术进行研究,主要研究内容如下:首先,进行排水管道树根清理机器人方案设计。确定排水管道树根清理机器人的功能和设计要求,根据设计要求对机器人的行走机构、清理机械手、清理执行器和视觉系统进行设计。行走机构采用轮式和壁压式结合的运动方式,由腿式壁压机构和机架组成;清理机械手为五自由度串联机械手,安装在行走机构的机架上;清理执行器安装在清理机械手末端,采用链锯切割树根,对链锯的主要零件进行选型设计;对视觉系统的相机数目和布置方式进行选择,对视觉系统的工作流程进行介绍。其次,对清理机械手进行运动学分析。使用D-H法建立清理机械手的运动学模型,进行正、逆运动学分析。在Matlab中对清理机械手进行正、逆运动学仿真分析,仿真结果验证了运动学分析结果为正确。在清理机械手运动学分析的基础上,使用蒙特卡洛法仿真分析清理机械手的工作空间,验证了工作空间符合设计要求。然后,基于改进YOLOv5算法对排水管道中的树根进行识别。为了提高对排水管道中树根的识别精度,对YOLOv5算法进行改进。改进了YOLOv5的边界框回归损失函数,用Focal-EIOU Loss替代CIOU Loss;在YOLOv5的Neck部分添加NAM注意力。对模型进行训练并测试性能,实验结果表明,改进YOLOv5算法的m AP@0.5提高了0.7%,达到96.2%,对排水管道中树根的识别精度更高。最后,获取排水管道中树根的切割点并进行定位。对双目相机进行标定,搭建模拟排水管道实验环境。进行树根切割点定位实验,基于U-Net算法分割出排水管道中树根的二值轮廓图像,对树根轮廓进行形态学处理,然后提取树根轮廓中v值最小的像素点作为树根切割点,结合SGBM算法立体匹配得到的树根切割点的视差值,计算出树根切割点的三维坐标。实验结果表明,对树根切割点定位的绝对误差:Z方向在9mm以内,X、Y方在5mm以内,定位误差满足设计要求。本文对排水管道树根清理机器人的结构和视觉系统进行设计;对清理机械手进行运动学仿真;研究了改进YOLOv5排水管道树根识别算法、U-Net排水管道树根图像分割算法;基于双目视觉技术,结合改进YOLOv5算法和U-Net图像分割算法,实现了对排水管道中树根切割点的识别和定位。为城镇排水管道中入侵树根的非开挖清理工作提供了一种参考方法。

基于MBD的五自由度工业机器人设计及运动控制

这是一篇关于MBD法,工业机器人,结构设计,运动学分析,运动控制的论文, 主要内容为随着轻型工业机器人的运用和快速发展,对机器人的本体设计和运动控制提出了新的要求。传统设计方式无法在设计前期进行有效直观地检查处开发设计中的不足,后期再进行二次选型设计导致设备成本的提高、设计周期过长、开发效率低。这要求新的机器人设计方法能够解决上述问题,同时要求机器人末端执行器的高重复定位精度、运行平稳,各关节负载保证足够大以执行焊接任务,本文设计了一种适用于企业提升工艺和制造水平的基于MBD五自由度轻型工业机器人。本文对五自由度轻型工业机器人设计和控制进行研究,采用基于模型设计的方法设计机器人本体结构,校核后快速选型主要部件以搭建机器人样机,设计机器人运动仿真实验平台验证算法和运动控制系统去实现精准控制,按规划好的轨迹驱动机器人运动。首先初步选型机器人重要部件,利用Solidworks软件建立机器人三维模型后,借助Adams软件完成重要零部件的校核,确定选型后,搭建机器人样机。其次,进行机器人运动学分析,包括:机器人D-H模型建立;机器人的正逆运动学分析;机器人工具箱(Robotic Toolbox)验证正逆运动学算法。接着研究关节空间插值轨迹规划和笛卡尔空间直线轨迹规划控制算法,并搭建Matlab和Vrep机器人联合仿真平台对轨迹规划控制算法进行验证。然后,选用倍福PLC为机器人控制核心,Matlab和Twincat3为软件控制系统开发平台,与搭建好的机器人硬件控制系统适配和测试,设计出一种通用的基于模型的机器人运动控制系统。最后对机器人控制系统进行测试和分析,结果表明基于模型设计的方法可加快机器人本体结构和运动控制系统的设计,能够最大限度传递、继承设计信息和将问题暴露在设计规划环节,降低后期改进的时间和成本。图[64]表[10]参[71]

6自由度机械臂的运动学综合数字化平台研究

这是一篇关于6自由度串联机械臂,运动学分析,OpenGL,WolframScript,综合数字化仿真平台的论文, 主要内容为6自由度串联机械臂作为工业机器人的典型代表,应用范围极为广泛。在6自由度串联机械臂的设计和开发过程中,机器人的运动学分析是后续研究的基础;而机械臂的运动学仿真可以加速运动学分析过程,提高开发效率。因此,本文旨在针对6自由度串联机械臂的运动学分析,设计和开发一个基于OpenGL的综合数字化仿真平台(ManiKASim),该平台可以对任意构型的6自由度串联机械臂进行运动学分析。主要的研究内容和创新成果如下:首先,基于倍矩阵新理论对6自由度串联机械臂的逆运动学分析进行建模和代数求解,然后对其他建模理论,如倍四元数法、对偶四元数法、D-H矩阵法以及对偶矩阵法进行了简单介绍,最后简要总结了这五种算法在应用于三轴平行型、三轴相交型、手腕偏置型、一般6R和1P5R时的适应性问题。其次,利用开源Assimp库加载6自由度串联机械臂的三维模型,并基于OpenGL开放式图像库,在图形界面开发工具Qt上,设计和开发了一个针对6自由度串联机械臂的运动学分析综合数字化仿真平台(ManiKASim)。ManiKASim可用于所有构型的6自由度串联机械臂运动学分析,如三轴平行型、三轴相交型、手腕偏置型、一般6R、1P5R或2P4R等。ManiKASim可以进行6自由度串联机械臂的正逆运动学分析、可达工作空间分析、灵活工作空间分析、姿态空间分析和奇异分析等。基于WolframScript进行设计的运动学分析模块使其能够实现即插即用,随时更改或者替换运动学分析方法。最后,从工业常用的三轴平行型、三轴相交型、手腕偏置型以及一般6R和1P5R机械臂中各选择了一个数值实例来进行仿真实验演示,仿真结果表明ManiKASim具有较好的可视性和交互性,并且针对不同构型的6自由度串联机械臂给出了不同运动学分析算法的计算时间,方便研究者选择使用,故而开发的ManiKASim能够为6自由度串联机械臂的运动学分析研究提供便利。

面向多关节水下机器人的控制系统设计

这是一篇关于多关节水下机器人,运动学分析,串级PID,分级控制,MOOS的论文, 主要内容为自主式水下机器人作为海洋资源开发的主要工具,已逐渐成为世界各国维护国家海洋权益的重要技术装备。随着人类对海洋资源开发的不断深入和海底环境复杂多样的因素,单体自主式水下机器人已无法胜任相关任务。而多关节水下机器人作为一种新型的海洋开发工具,目前已成为水下机器人发展的一个新趋势。控制系统作为水下机器人的设计核心,其性能直接影响机器人的优劣,因此本文致力于研究面向多关节水下机器人的控制系统设计,主要包括面向多关节水下机器人运动学分析、动力学建模、控制算法研究、软硬件设计以及样机研制和试验验证。首先,设计了两个单体自主式水下机器人,并且由被动关节串接构成四自由度的多关节水下机器人,对其进行模型建立、正逆运动学分析和仿真验真。同时对多关节和单体水下机器人进行了简单动力学建模和串级PID控制算法的仿真研究。其次,完成了面向多关节的单体自主水下机器人控制系统软件和硬件设计。在硬件系统方面,设计了“核心控制器+节点控制器”的分级控制方式和“星型网络结构”的通信方式;采用开源硬件,降低开发难度的同时,降低了开发成本;对机器人搭载的载荷设备进行选型和设计,同时基于所选载荷,对开源硬件进行二次开发。在软件系统方面,采用以MOOS系统为基础进行搭建,同时将软件控制系统分为监督层、使命层、执行层和设备层;在此基础上,对机器人的载荷设备分别进行了软件设计和测试。最后,研制了面向多关节的单体自主式水下机器人样机,其直径为3英寸、长为1m,空气中质量为3kg;并对单体水下机器人进行室内水池试验、棋盘山湖上试验和大连海上试验,分别让其执行水平面定向、垂直面定深和自主返航的不同任务,通过多次的试验测试,充分验证了本文所设计水下机器人控制系统的稳定性和完整性。

基于MBD的五自由度工业机器人设计及运动控制

葫芦科接穗苗盘上寻苗与上苗调整的方法研究

这是一篇关于穴盘接穗苗,寻苗,三维视觉,Mobile-UNet,运动学分析的论文, 主要内容为嫁接技术具有克服连作障碍、抵抗土壤病害等优点,是保证果蔬产量和品质的主要手段,提高嫁接效率对降低种植成本及增加果蔬产量具有重大意义。目前果蔬嫁接技术仍以纯手工或半自动机械为主,未实现上苗工序的自动化,人力成本高且嫁接效率无法保证,难以适应市场需求的扩增。针对自动嫁接中仍需人工辅助的取苗和上苗环节,本文以穴盘内的葫芦科接穗苗为对象,提出了一种高效的寻苗与上苗调整的方法,可实现对穴盘苗的定位、剪切、叶片参数提取和空间姿态调整,为全自动嫁接机的发展提供基础。本文的主要工作和研究内容如下:(1)基于三维视觉的接穗苗定位方法研究。本文首先根据接穗苗生长密度情况,搭建轻量化的视觉检测与切削一体化终端,计算得到视觉平台的工作景深在35.07～113mm,切刀相对于穴盘平面的活动高度为0～14.02mm。在进行激光线矫正和图像去畸变等预处理后利用三维视觉标定的方式得到散点集,采用7次最小二乘法拟合出定位光斑点的像素高度与实际空间纵深的关系,再通过空间几何变换得到侧向投影偏距;其次拼接融合单轮采集的图像,提高拟剪切目标的可选范围;最后在大感受野背景下采用最近邻优先策略实现剪切顺序规划,以夹具与苗茎的侧向间距误差在1mm内为合格标准,进行了200组样本测试,定位夹持成功率为97.5%。(2)基于Mobile-UNet网络的葫芦科接穗苗子叶分割模型研究。U-Net网络常用于数据集小、分割类别少但精度要求高的医学图像,故本文将其改进后应用到相似的接穗叶片图像分割任务中。利用Mobile Net V2骨干作为特征提取主干网络,在解码层中使用Ghost Module替换双重卷积,测试结果表明,模型改进后在MIo U、Precision、Recall和Dice系数等评价指标上分别达到了96.95%、98.38%、98.50%和98.44%,模型的计算量(FLOPs)和参数量(Params)分别下降了27.4%和35.3%。改进模型与Seg Net、Deep Lab V3+这两种经典语义分割模型相比也具有分割精度高、体积更小等优点,能成功部署到嵌入式终端;针对分割出的叶片,使用两端查找法搜索特征点并提取子叶方向角。经测试,所提取的方向角最大误差为1.4度。(3)机械结构设计及控制系统研究。本文针对嫁接工艺中的寻苗、切削和子叶姿态调整等工作,设计了一种同步带传动型的RPRR机械臂,整体结构由碳纤维管和铝制固定件装配而成,主控器采用树莓派4B,通过CAN总线扩展板实现与各伺服电机的通信,指令交互快捷稳定;结合机械终端进行了运动学分析和建模仿真,通过单轴加减速算法控制和多轴电机联动控制模式,驱动机械关节达到目标节点,实现对机械臂的运动控制;最后在所规划的运动路径上分别对剪切动作及子叶方向角的调整动作进行测试,经过多次实验验证,在误差允许范围内,定位剪切准确率为97.14%,子叶姿态调整合格率为98.5%,组合实验成功率为95.5%。

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