机械臂毕业论文

机械臂毕业论文

　　机械臂控制技术的进步对提高劳动生产率，实现工业生产自动化具重要意义。 下文是学习啦小编为大家整理的关于机械臂毕业论文的范文，欢迎大家阅读参考!

　　机械臂毕业论文篇1

　　浅析采摘机械臂的国内外研究现状

　　摘要:采摘作业约占整个果蔬生产作业量的40%,自动化程度仍然很低,目前国内采摘作业基本上都是手工进行,因此研究采摘机械臂具有巨大的应用价值。

　　关键词:果蔬;采摘;机械臂;自由度

　　在果蔬生产作业中,采摘作业约占整个作业量的40%。采摘作业质量的好坏直接影响到后续的储存、加工和销售。由于采摘作业的复杂性,其自动化程度仍然很低,目前国内采摘作业基本上都是手工进行,研究采摘机械臂不仅具有巨大的应用价值,而且具有深远的理论意义。

　　早在20世纪70年代,欧美国家和日本就开始了对苹果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等采摘机械臂的研究。1983年,美国研制出了第一台番茄采摘机械臂。随着农业机械化的发展,各个国家对采摘机械臂进行了更加深入的研究。

　　1 多功能黄瓜采摘机械臂

　　1996年,荷兰农业环境工程研究所研制出一种多功能黄瓜采摘机械臂。研究是在荷兰2hm2的温室里进行,整个机械臂由行走车、机械臂和末端执行器组成,末端执行器则由机械臂爪和切割器构成,行走车上装有完成采摘任务的全部硬件和软件。为采摘任务的完成提供最初的定位服务。此采摘机械臂有7个自由度,采用三菱RV-E2型6自由度机械臂,在底座增加了一个线性滑动自由度。温室中黄瓜种植方式为高拉线缠绕方式吊挂生长。在采摘过程中,机械臂对单个黄瓜进行采摘,采摘成熟黄瓜过程中不伤害其它未成熟的黄瓜。

　　2 全自动番茄采摘机械臂

　　2004年,美国加利福尼亚番茄机械公司推出了两台全自动番茄采摘机械臂。这类采摘机械臂首先将番茄连枝带叶割倒后卷入分选仓,仓内有能识别红色的光谱分选设备,可以挑选出红色的番茄,并将其通过输送带送入货舱内。这类番茄采摘机械臂每分钟可采摘1吨多番茄,1小时可采摘70吨番茄。

　　3 柑桔采摘机械臂

　　西班牙研究人员发明了一种柑桔采摘机械臂,它是由一台装有计算机的拖拉机、一套视觉系统和一个机械臂组成,能够从柑桔的大小、形状和颜色判断出是否成熟。这类机械臂每分钟可摘柑桔60个,并且摘下来的柑桔能够按大小马上分类。

　　4 关节型机械臂

　　日本早在20世纪80年代也开始了对采摘机械臂的研究。1984年,日本Kyoto大学开始了对番茄采摘机械臂的研究,并研制出了一个5自由度的关节型机械臂。1993年,日本Kondo等人研制的番茄采摘机械臂具有7个自由度,其末端执行器由两个机械手指和一个吸盘组成,视觉传感器主要由彩色摄像机来寻找和识别成熟果实,利用双目视觉方法对目标进行定位,行走装置采用4轮结构。与此同时,Kondo等人还针对草莓的高架栽培模式和传统模型研制出了相应的草莓采摘机械臂。该机械臂具有5个自由度,视觉系统与番茄采摘机械臂类似,末端执行器采用真空系统加螺旋加速切割器。

　　5 草莓采摘机械臂

　　国内对采摘机械臂方面的研究始于20世纪90年代中期,相对于发达国家起步较晚,目前还处在起步阶段,并且集中在高等院校和研究所进行研究。

　　中国农业大学张铁中等在草莓采摘机械臂方面已取得喜人的成果;此外,中国农业大学通过综合运用机器视觉、Bayes分类判别模式识别、机械设计、传感器等技术,对温室黄瓜采摘机械臂的视觉系统及末端执行器也做了大量试验性的研究。

　　6 视觉技术番茄采摘机械臂

　　南京农业大学的张瑞合等运用双目立体视觉技术对红色番茄进行定位,将成熟番茄与周围干扰环境分开,在番茄采摘机械臂的视觉方面取得了很大的成绩。

　　江苏大学的陈树人等人提出了基于神经网络的番茄采摘机器人双目视觉空间定位方法,构建了采摘机器人双目视觉实验硬件系统,通过神经网络计算建立了从图像坐标到世界坐标的复杂映射关系的双目视觉定位模型,而且针对重叠和被枝叶部分遮挡的成熟番茄以及受光照影响或成熟程度不同引起的边界缺失,导致目标空间定位误差过大的问题,通过引入主动视觉和仿生学思想,区别传统的番茄定位中所采用边缘轮廓特征信息的配准方法,提出了使用三维番茄表面信息的定位方法,满足了机械臂采摘番茄的定位精度要求。

　　7 基于神经网络的采摘机械臂

　　华南农业大学在室内模拟环境下对直径大于4cm的红色和黄色类果实图像进行了去噪、灰度变换、边缘提取、图像分割等操作,定量分析了各种颜色特征在分割中的表现,找到了果实图像分割的最合适的特征;除此之外,还建立了图像处理系统的界面,并且将BP神经网络用于CCD摄像机标定,确定了神经网络中的各个参数,使系统根据采集到的左右图像中目标的形心坐标直接得出其空间坐标。

　　8 结语

　　目前研制成功的采摘机械臂除了上述几种以外,还有葡萄采摘机械臂、蘑菇采摘机械臂、西瓜采摘机械臂和茄子采摘机械臂等。

　　参考文献

　　[1] 方建军.移动式采摘机器人研究现状与进展[J].农业工程学报, 2004,2(20):273-275.

　　[2] 宋健,等.果蔬采摘机器人研究进展与展望[J].农业机械学报,2006,5(37):158-160.

　　[3] 赵匀,等.农业机器人的研究进展及存在的问题[J].农业工程学报,2003,1(19):20-23.

　　[4] 赵金英,等.西红柿采摘机器人视觉系统的目标提取[J].农业机械学报,2006,10(37):201-203.

　　[5] 周增产,等.荷兰黄瓜收获机器人的研究开发[J].农业工程学报,2001,6(17):77-80.

　　机械臂毕业论文篇2

　　浅谈机械臂的研究与进展

　　【摘要】将机械臂到目前为止的发展分为三个阶段表述，第一代机械臂，即按事先示教的位置和姿态进行重复的动作的机械，第二代机械臂，即具有如视觉、触觉等外部感觉功能的机械臂，第三代机械臂，这类机械臂除了具有外部感觉功能外，还具有规划和决策的功能。并举了相应的几个例子，通过一直来的发展推测了将来机械臂的发展方向。

　　【关键词】机械臂;研究;发展

　　1.引言

　　随着机器人技术的不断发展，为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务，跟上智能化的步伐，机器人的操作终端，如机械臂、手爪的作用越来越重要。这对机械臂的结构设计也提出了更高的指标，要求高的负载自重比，操作更加灵活，强稳定性和安全性等[1]。

　　2.机械臂的发展

　　机械臂(Manipulator)是模拟人的上臂而构成的。为了保证机器人手部有6个空间自由度，其主动关节数目一般为6。一般情况下，全部关节皆为转动型关节，而且其前3个关节一般都集中在手腕部。关节型机械臂的特点是结构紧凑，所占空间体积小，相对的工作空间最大，还能绕过基座周围的一些障碍物，是机械臂中使用最多的一种结构形式，比较典型的如PUMA[2]、SCARA[3]等。多关节机械臂[4]的优点是：动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作，目前广泛应用于工业自动化生产线上。机械臂发展状况如下：

　　(1)第一代机械臂，即按事先示教的位置和姿态进行重复的动作的机械。它也可以简称为示教/再现方式的机械臂或是T/P方式(Teaching/Playback)的机械臂。目前国际上使用的机械臂大多仍是这种工作方式。由于这种工作方式只能按照事先示教的位置和姿态进行重复的动作而对周围环境无感觉的功能，其应用范围受到一定的限制，主要用于材料的搬运、喷漆、点焊等工作。

　　1996年樊炳辉等申请的专利，一种用于煤矿巷道、隧道、室内墙壁及一般机械行业喷涂工艺的四连杆机械臂机构。该机构主要包含行走组件、大臂组件、平衡拉杆组件、小臂组件四大部分，其中又包含四组按一定比例关系构成的四连杆机构，它能使喷枪在喷涂过程中，容易实现垂直起落，并始终保持对受喷面垂直、等距的关系[5]。

　　1997年乌克尔，戈道斯等申请的专利，一种用缝合针将病人的第二血管缝合到冠状动脉上的最小侵入性手术方法。该系统采用机械臂连接的手术器械。这些器械具有能够被操作来抓取和缝合组织的末端操作装置。该机械臂通过一个控制器与一对主操作手柄联结。手柄可以由外科医生移动来产生末端操作装置的一个相应移动[6]。

　　(2)第二代机械臂，即具有如视觉、触觉等外部感觉功能的机械臂。这种机械臂由于具有外部的感觉功能，因此可以根据外界的情况修改自身的动作，从而完成较为复杂的作业。如：

　　李彦涛等研制一种将Simulink控制程序和助餐机器人目标机无缝链接、下载的方法，实现机器人的实时控制，实时满足不同伤残患者的助餐要求。在Matlab/xPC实时目标环境的基础上，开发了助餐机器人的硬件接口模块和上位机软件模块，设计了助餐机器人模块化控制平台及基于脚踏开关、语音识别和图像识别的三种人机交互方式。实现了机械手3个关节控制器、运动学计算、路径规划控制算法[7]。

　　人脸肖像绘制机械臂是一种可以自动绘制人脸肖像轮廓图的智能机械系统，它由图像采集模块、图像处理模块、机械控制绘图模块组成，能够自动拍摄人脸照片，提取肖像轮廓，然后控制机械臂在画板上画出人脸线条画。人脸肖像绘制机器人是机器视觉的研究方向之一，广泛用于科普展览，其中提出的基于机器视觉的研究技术在生产和生活等各个方面都有着广泛的应用。研究绘图机械控制系统的硬件选型和控制算法，在Visual C++6.0中实现了外部对机械臂绘图动作的自动控制，设计机械臂绘画动作流程，完成人脸轮廓图的自动绘制[8]。

　　(3)第三代机械臂，这类机械臂除了具有外部感觉功能外，还具有规划和决策的功能。

　　从而可以适应因为环境的变化而自主进行的工作。第三代机器人目前还处于研究阶段，距离实际应用还有一段距离。如：邹建奇[9]等人以柔性机械臂为例，进行简单的逆运动学分析.并采用小脑模型神经网络方法对机械臂的逆运动学进行了数值仿真分析，小脑模型神经网络可在较短的学习次数中有效地控制机械臂的振动。

　　在普及第一代工业机器人的基础上，第二代工业机器人已经推广，成为主流安装机型，第三代智能机器人也占有一定比重。

　　3.机械臂技术的要素

　　(1)机械结构：以关节型为主流，80年代发明的适用于装配作业的平面关节型机器人约占总量的1/2。应汽车、建筑、桥梁等行业的需求，超大型机器人应运而生。CAD、CAM等技术已普遍用于设计、仿真和制造中。

　　(2)控制技术：大多采用32位CPU，控制轴数多达27轴，NC技术、离线编程技术大量采用。协调控制技术日趋成熟，实现了多手与变位机、多机器人的协调控制。采用基于PC开放结构的控制系统已成为一股潮流。

　　(3)驱动技术。新一代伺服电机与基于微处理器的智能伺服控制器相结合已由FANUC等公司开发并用于工业机器人中，在远程控制中分布式智能驱动新技术[10]。

　　(4)应用智能化的传感器。装有视觉传感器的机器人数量呈上升趋势，不少机器人装有两种以上传感器，有些机器人留了多种机器人接口。

　　(5)通用机器人编程语言。在ABB公司的20多个型号产品中，采用了通用模块化语言RAPID。该语言易学易用，可用于各种开发环境，与大多数WINDOWS软件产品兼容。

　　(6)网络通讯。大部分机器人采用了Ether网络通讯方式，占总量的41.3%，其他采用RS-232、RA-422、RS-485等通讯接口。

　　4.前景展望

　　从三代机械臂的发展来看，随着技术的发展，机械臂越来越高精度，多功能，且向着集成化，系统化，智能化的方向发展。

　　(1)高速、高精度、多功能化。

　　目前，最快的装配机器人最大合成速度为16.5m/s，有一种大直角坐标搬运机器人，其最大合成速度竟达80m/s。90年代末的机器人一般都具有两、三种功能，向多功能化方向发展。

　　(2)集成化与系统化。当今机器人技术的另一特点是机器人的应用从单机、单元向系统发展。百台以上的机器人群与微机及周边设备和操作人员形成一

　　个大群体。跨国大集团的垄断和全球化的生产将世界众多厂家的产品联结在一起，实现了标准化、开放化、网络化的“虚拟制造”，为工业机器人系统化的发展推波助澜。随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化以及机器人在FMS、CIMS系统中的群体应用，工业机器人也在不断向智能化方向发展，以适应“敏捷制造”(Agile Manufacturing)，满足多样化、个性化的需求。

　　参考文献

　　[1]谢涛.单马达驱动机械臂的研究与实现[D].华中科技大学,2009.

　　[2]戴齐,姚先启.一种求解PUMA机械手运动学逆问题的分解解法[J].西安大学学报,1989年04期.

　　[3]郑东鑫.SCARA机械手系统设计与规划控制研究[D].浙江大学,2011.

　　[4]郭炬.串联多关节机械臂设计与分析[D].华中科技大学,2008

　　[5]樊炳辉,逄振旭,李贻斌,苏学成,杨明.多重四连杆机械臂机构[P].中国专利:CN96248553.5,1998-02-08.

　　[6]Y・王;D・R・乌克尔;K・P・拉拜;J・维尔森;S・乔丹;J・赖特;M・戈道斯.施行最小侵入性心脏手术的方法和装置[P].中国专利:CN97193955.1,1997-02-19.

　　[7]张立勋,李彦涛,何锋,李成福,高峻,王婷.助餐机器人[P].中国专利:CN200610010497.0,2006-09-06.

　　[8]孟盼盼.肖像绘制机器人技术研究[D].中国科学技术大学,2011-08-15.

　　[9]邹建奇,郎英彤，张宪滨.采用神经网络方法研究柔性机械臂逆运动学问题[J].吉林建筑工程学院学报,2011-04.

　　[10]蔡鹤皋.机器人将是21世纪技术发展的热点.中国机械工程,2000,11(1-2):58-60.