推荐5篇关于并联机构的计算机专业论文

今天分享的是关于并联机构的5篇计算机毕业论文范文, 如果你的论文涉及到并联机构等主题,本文能够帮助到你

基于双曲柄连杆的变掌机械手研究

这是一篇关于变掌机械手,并联机构,工作空间,轨迹控制,适应性的论文, 主要内容为电商行业的兴起,产生数量巨大的物流快递货品,其内包装货品配货、运输包装、按运输路线分拣、装入周转箱等工作枯燥繁重,人力资源耗费巨大,亟待机械手代替人工。物流快递内包装货品的外形、尺寸、材质等差别很大,对机械手的抓取范围适应性和抓持的可靠性有很高要求,而现有机械手手指指根的变位或转位操作无法同时进行,很难适应内包装货品要求。为此,本文提出了一种基于曲柄滑块机构的变掌式机械手,能够通过协同控制改变手掌构型,主动适应不同抓取对象的外形要求,结构简单、控制方便,有较好的适应能力。首先,进行机构原理分析和机械手结构设计。整个机械手属于两个电机驱动的平面并联机构,定位手指、安装板和其他固定件组成静平台,连杆上安装两个动手指并与可调曲柄共同组成动平台。通过协同控制改变手掌姿态,同时调节指根铰链底座的位置及其角度并自锁夹紧物体。此外,还可手动调节曲柄偏心距、手指安装位置和两曲柄的不对称度,进一步扩大抓取范围。机械手可实现三指向内抓取、三指平行抓取、两指平行抓取等三种抓取模式,具有抓取圆柱体、球体、椭球体、棱柱及不对称物体的能力。利用UG软件进行机械手的三维建模,并将模型导入至ADAMS中对抓取进行动态模拟,分别进行三种抓取模式下各手指接触力变化分析。随后,建立机械手的运动学模型,利用D-H变换矩阵计算机械手手指在运动过程中的实际位置坐标,使用MATLAB软件将坐标按顺序集合得到了机械手的实际工作空间,分析了工作空间内机械手几种抓取模式下的有效抓取范围情况。分析机械手各可调参数对工作空间的影响,进行手指接触力方向计算,并根据得到的结果针对三种抓取模式分别建立各自控制参数计算方程。然后,进行了变掌机械手的控制系统的设计,编写了配套的控制程序。可使用单片机开发板进行简单命令控制,完成双电机的简单控制和机械手的抓取动作,也可使用PC应用界面完成复杂抓取控制,实现了机械手的手动控制和自动控制功能。同时对抓取时手指的运动轨迹进行分析,得出手指直线运动时控制参数的变化曲线。最后,制作机械手实物,并进行了空载控制实验、实物抓取等实验,验证了机械手运动特性,检验了计算模型的准确性和机械手对多种抓取对象外形的适应性。结果表明,控制系统功能正常,机械手抓取效果和适应能力能够达到预想要求。

面向骨折医疗机器人的复位轨迹规划方法与软件实现

这是一篇关于并联机器人,并联机构,复位轨迹规划,碰撞检测,肌肉力分析的论文, 主要内容为针对骨折复位手术对微创化和精准性的临床需求,本文基于课题组研发的并联骨折复位手术与康复一体化机器人,开展了机器人骨折复位轨迹规划方法和自动化实现等研究工作,主要涉及粘连骨组织分割与重建、骨块碰撞检测、肌肉力仿真、骨折复位轨迹规划、软件开发与系统集成等,全文主要成果如下:1.基于CT数据的断骨分割与重建。分析CT成像原理以及CT图像存储格式,借助ITK和VTK数据处理管线,实现DICOM数据的解析与渲染。基于阈值分割和改进的OTSU方法,去除肌肉、皮肤等非感兴趣区域,并利用区域生长算法完成健侧骨、断骨等区域的提取。基于交互擦除工具和交替多区域生长分割方法,实现粘连骨组织的分割。利用移动立方体算法,进行三维重建并获得健侧骨、近端骨以及远端骨等模型。2.骨折复位轨迹规划。以患者健侧骨模型为复位参考,定义骨折复位的初始与目标位姿。定义碰撞检测阈值,基于八叉树搜索算法快速查找断骨间的最小距离点,实现断骨碰撞检测。由OpenSim的标准模型通过缩放特征建立个性化骨折肌肉模型,实时获取复位过程的肌肉牵拉力。以骨块无碰撞、肌肉牵拉力最小和路径最短为约束条件,设计A*算法的轨迹搜索节点与估价函数,实现轨迹自动式规划。借助VTK相机模型和鼠标交互事件,设计并研发鼠标交互控件,进行复位轨迹交互式规划。开展自动式与交互式轨迹规划方法的对比实验,自动式平均规划时间仅为3.2 s,比交互式方法耗时减小了两个数量级,平均复位路径长度为24.3 mm,减小了36.7%,平均肌肉力是96.4 N,减小了16.2%。实验结果表明,自动式轨迹规划耗时短、效率高且更安全可靠。3.面向骨折医疗机器人的复位规划软件开发。基于CT数据计算断骨与并联机器人的相对位姿,通过位置逆解获得机器人支链长度参数。分析软件需求、划分功能模块、梳理业务逻辑、设计存储结构以及用户界面,并基于C++、QT、VTK、ITK以及Open Sim等工具,研发一套面向骨折医疗机器人的复位轨迹规划软件。开展模型实验,验证了机器人复位轨迹规划方法以及软件系统的有效性。本文面向并联骨折复位手术与康复一体化机器人,提出融合肌肉力仿真、碰撞检测、路径优化的机器人复位轨迹规划方法,开发出复位轨迹规划软件系统,提高了机器人复位手术的效率和安全性,为微创精准的骨折复位治疗提供了理论和技术支撑。

可重构六维加速度感知机构的动力学及性能标定

这是一篇关于并联机构,六维加速度传感器,重构,动力学,性能标定的论文, 主要内容为空间技术领域的不断发展催生了六维加速度传感器的发展,使得六维加速度传感器领域展现出了广阔的应用前景。由于多输入量与多输出量之间的强非线性耦合关系,相比于目前发展较为成熟的一维、三维加速度计而言,六维加速度传感器在理论、技术层面上有着本质的区别,其实现机理和潜在的关键核心问题要复杂得多。感知机构是六维加速度传感器的核心模块,其本质是一个并联机构。可重构设计赋予了机构“可变结构”的新特性,故对感知机构进行可重构设计,能够提高六维加速度传感器的环境适应能力。本课题以可重构六维加速度感知机构为研究对象,对其动力学、性能标定等内容展开研究,具体为:(1)基于Kane方程建立了感知机构的动力学模型及误差补偿算法。首先,根据偏速度、偏角速度、主动力和惯性力之间的关系,推导了六维加速度感知机构的广义主动力和广义惯性力。接着,基于Kane方程建立了感知机构的反向动力学方程,求解并验证了加速度与支链力之间的映射关系。随后,构建了一种“半闭环”算法,实现了解耦误差的实时补偿,并通过实验验证了误差补偿的有效性。“半闭环”算法的基本思路为:第一步,基于四类状态特征点,定义四个状态观测量;第二步,基于外部振动信号的特征,给出状态特征点的判定依据;第三步,根据判定依据构建一种反馈环路,当中间变量处于状态特征点时,对其进行实时误差补偿。(2)基于变胞质量块结构,设计了一种可重构的六维加速度感知机构。变胞质量块结构包括中心球体、弧形滑块及角件。中心球体的表面被环形滑槽等分出若干个大小相同的三角块,环形滑槽的底部沿滑槽面开设有弧形卡槽。去掉中心球体表面一个三角块上的三个角,形成弧形凹槽以便安装弧形滑块。角件安装在弧形滑块上,利用弧形滑块与中心球体的配合关系实现角件的扭转和滑移,结合支链的装拆达到感知机构的几何重构和拓扑重构目的。其重构过程类似于“魔方还原”操作。(3)在三维加速度场景下,对比研究了六维加速度感知机构与三维加速度感知机构的测量误差、奇异位形、解耦精度及灵敏度。首先,基于3-RPR并联机构设计了一种2T1R加速度感知机构,作为三维加速度的测量对照。接着,根据Kane方程推导了2T1R感知机构的反向动力学方程,并针对加速度解耦过程的误差累积效应建立了误差补偿算法。随后,基于静刚度与解耦精度的关系,对比研究了两类感知机构的结构参数对其解耦精度的影响规律。最后,对比研究了两类感知机构的灵敏度随结构参数的变化规律。(4)设计了一种加速度感知机构的标定平台,并搭建了一套实验系统。通过改变标定齿轮与标定齿条、第二从动齿条与第三从动齿轮、第一从动齿条与第二从动齿轮之间的配合关系,标定平台可输出四种运动模式:有线加速度且有角加速度、有线加速度但无角加速度、无线加速度但有角加速度、无线加速度且无角加速度。利用ADAMS模拟标定平台所提供的运动形式,分析了“6-6”、“9-3”、“9-4”和“12-6”四种拓扑构型感知机构各支链的受力情况。对所得到的数据进行拟合,明确了当安装在该标定平台上时,传感器各支链之间的受力关系。设计了基于Visual Basic 6.0的Solid Works二次开发程序。搭建了标定平台实验系统,包括传感器模块、数据采集和处理模块,并通过实验得到了感知机构各支链的零点漂移量,降低了零点漂移所造成的测量误差。(5)对感知机构的工作频率、灵敏度进行了理论研究,完成了相应的标定实验,并进行了单性能优化和综合性能优化。根据第二类Lagrange方程建立了并联式六维加速度感知机构的无阻尼自由振动微分方程,通过求解该方程建立了感知机构的基频模型。对影响感知机构基频的两个结构参数(质量块质量、支链刚度)进行了分析,揭示了最大工作频率与基频之间的内在关系,即最大工作频率的波动范围处于基频的[1/36,1/32]区间内。利用标定平台开展了工作频率的标定实验,验证了最大工作频率理论模型的正确性。结合感知机构的正向动力学模型,分析和计算了“6-6”、“9-3”和“12-6”三种拓扑构型感知机构的灵敏度,得到了其结构参数和灵敏度之间的关系。通过灵敏度的标定实验,验证了灵敏度模型的正确性。利用ADAMS软件的二次开发,基于基频和灵敏度指标,完成了“6-6”、“9-3”和“12-6”三种拓扑构型的性能优化工作。

并联髋关节康复机器人控制系统的设计与实现

这是一篇关于并联机构,髋关节康复,轨迹跟踪,模糊自适应PD的论文, 主要内容为康复机器人是医疗领域自动化发展出来的一种医疗设备,主要用来给偏瘫等对骨骼肌肉康复有需求的患者提供规范的康复训练。下肢髋关节作为人体各种运动的重要关节,其康复训练尤为重要。但是,康复训练与患者情况密切相关,给机器人控制带来了挑战。另外,髋关节作为一种三自由度的球窝状关节,各自由度有相应的肌群,这就要求对各自由度以及复杂运动进行跟踪。因此,本文从康复机构控制系统实现和轨迹跟踪算法等方面展开研究。首先,基于一种单腿为3-RRPS并联式髋关节康复机构进行虚拟样机建模,该机构左右腿对称分布,每条腿包含3条支链,末端与人腿进行连接,可进行屈曲伸展、外展内收、内旋外旋等运动。利用虚拟样机验证了其运动范围,建立了该机构的坐标系统,基于坐标系使用封闭矢量法建立人机正运动学模型和逆运动学模型,并基于MATLAB用运动学正解和Adams对人机系统运动学逆解进行验证,验证了逆运动学模型的正确性。基于逆运动学模型,探究了人机系统运动学的运动耦合性能。其次,基于所述3-RRPS并联式髋关节康复机构进行了硬件选型,然后完成了驱控供电电路和电流监测单元的电路设计,组建了并联髋关节康复机构的通信网络,完成了并联髋关节康复机器人物理样机实验平台的搭建。进行了手动康复和自动康复的程序设计,基于下位机实验平台和康复训练需求,使用Qt设计了上位机界面。最后,基于建立的逆运动学模型进行控制,针对常规PD控制在非线性系统上快速性和稳定性方面的不足,提出了模糊自适应PD算法结构,通过模糊控制器自适应调整比例和微分系数,通过单电机仿真进行验证,结果表明,模糊自适应PD有更好的跟踪性能。另外利用建立的Adams模型进行运动学轨迹跟踪仿真,验证了控制器姿态轨迹跟踪性能。为了获得更好的非线性轨迹跟踪效果,通过系统辨识得到了电机的模型,设计了模糊前馈补偿的模糊自适应PD控制器,通过实验验证了其有效性。另外,基于前馈补偿的模糊自适应PD控制器开展了屈曲/伸展康复训练、外展/内收康复训练实验,进行了步态轨迹数据的采集,完成了参考步态轨迹的康复训练实验,支链角度跟踪以及电机力矩信息表明,康复机构能够达到设计需求。