机械臂毕业论文参考范文

　　机械臂作为迄今为止人工智能程度最高的科技产品代表,其应用已经涉及制造业、医疗、农业等方面。下文是学习啦小编为大家整理的关于机械臂毕业论文参考范文的内容，欢迎大家阅读参考!

　　机械臂毕业论文参考范文篇1

　　浅论瓜果采摘机械臂的改进与试验研究

　　摘要 现代农业的发展离不开现代化的农业机械，而现有的瓜果采摘机械臂难以满足全方位采摘瓜果的需要，针对这种不足，通过改进瓜果采摘机械臂设计原理及方法，创制了能在任意空间目标点采摘瓜果的机械臂，并对新改进的机械臂进行了试验，取得了预期的结果，这对现代化农业的发展是大有益处的。

　　关键词：瓜果采摘，农业机械，机械臂改进

　　1.瓜果采摘机械的现状及改进的意义

　　现代化农业的发展是我国农业发展的必然趋势，而现代农业的发展离不开农业科技技术的不断进步，未来农业生产的发展也离不开机械化。而现有的瓜果采摘机器人的机械臂存在着不少问题，如它们大多直接购买现有工业机械手，而这些机械手不但成本较高，且所占空间大，在采摘瓜果的过程中往往不尽如人意，这些问题无疑会影响农业生产。因此针对现在瓜果采摘机械臂的这种不足，通过改进瓜果采摘机械臂设计原理和设计方法，创制了能在采摘范围内的任意目标点采摘瓜果的机械臂，并对新改进的机械臂进行了验证试验，验证了这种新创制了瓜果采摘机械臂的有效性和实用性，这对现代化农业的发展是大有益处的。

　　2.农业采摘机械臂设计原理的优化与创新

　　瓜果采摘的机械化是现代农业的需要，而使用农用机械进行瓜果采摘仍需要遵循瓜果采摘的一般要求，那就是这些机械设备要占地面积小，采摘的范围要大，采摘瓜果要灵活且准确率高，并且要减少采摘给瓜果原株成长造成的伤害。因此，这些就决定了瓜果采摘机械臂的设计要尽可能满足这些要求，另外还要降低采摘成本，提高采摘瓜果的效率，适应现代市场经济发展的需要。而传统的农用瓜果采摘机器人所使用的机械臂，多是直接购买现有工业机械手，它们不但成本较高，且所占空间大，在使用过程不尽人意。为了保证新改进的机械臂采摘的灵活性，研制出新型的瓜果采摘机械臂，而改进了传统瓜果采摘机器人的设计原理和设计方法。

　　传统农业机器人的结构设计主要包括四大类：直角型、圆柱型、坐标型和关节型。对这四种机器人的优劣进行了综合的分析对比，最终选择了关节型的瓜果采摘机器人的结构设计。理论上6个自由度的机械臂设计虽然可以达到三维空间的任何点，但这种按照这种理论设计出来的机械臂往往结构比较复杂，在采摘瓜果的过程中不易控制。而同样是通过三维空间来确定采摘瓜果的目标位置，采用了4个自由度来控制机械臂灵活性的设计更具优势和实用性。

　　3.瓜果采摘机械臂设计方法的改进

　　对瓜果采摘机械臂进行改进使之更能满足瓜果采摘的实际需要，改进机械臂的设计原理只是创制新机械臂的基础，还需要在此基础上在具体设计过程中进行改进。首先，改进机械臂设计的结构参数，来确定瓜果采摘的空间范围，这需要计算出机械臂腕关节最小的回转角度;其次，瓜果采摘机械臂的设计需要考虑相关的设计变量，这些变量包括机械臂底座的高度、机械臂的长度、腕关节的长度以及机械臂腰部的回转角、肩关节和肘关节的转角范围、腕关节的转角等，通过分析瓜果采摘过程中的实际需要，最终对除了底座的高度和腕关节的长度外的其他变量进行改进，进而确定采摘瓜果的空间范围，此外，还根据机械臂本身与目标瓜果之间的位置关系以及机械臂自身结构的限制等因素，来改进设计机械臂的变量等。其次，还需要改进机械臂的结构参数，是机械臂设计结果更加合理。整个机械臂的改进都经过详细的计算和重新设计，才使新创制的机械臂在使用过程中更加便捷。

　　4.对新创制机械臂的试验及分析

　　为了验证新创制的瓜果采摘机械臂是否能准备定位目标果实的空间位置及是否能准确采摘到瓜果，因此对新创制的机械臂进行了试验。选择了目标瓜果采摘范围内的若干个制定的采摘位置，和随机选取的若干个采摘位置进行试验，并对数据进行记录和分析。通过对比瓜果采摘的理论数值、实际采摘数值及误差值进行对比分析，我们发现新创制的机械臂能准确到达目标采摘范围中的任意位置，并且在采摘过程中机械臂工作稳定、机械臂本身无明显抖动现象。这充分表明新创制的机械臂的合理与成功。

　　通过分析机械臂试验数据还可以发现，机械臂实际工作中的数值与理论数值之间存在着误差，对目标果实定位误差的存在虽然是不可避免的，但还是对误差产生的原因进行分析，主要包括以下两点：第一，机械臂个部件加工装配的原有误差，是机械臂各个连接杆之间产生了位置上的误差;第二，机械臂各关节的电动机采用的是独立的控制方法，它们在同时运行时由于惯性及重力等的影响，导致机械臂各关节在角度的控制上产生了误差。针对上述影响误差的因素，可在以后机械臂设计研究过程中采取相应的补救方法：首先，可以采用先进的计算机技术来补偿由加工装配偏差所引起的位置误差。其次，采用其他先进的控制方法或通过机械模型的控制方法，来提高机械臂在采摘瓜果工作中的精准度。

　　5.结论

　　针对现有瓜果采摘机械手不但成本较高，且所占空间大，在使用过程不尽人意的诸多缺点，通过改进机械臂设计原理及方法，创制了能在任意空间目标点采摘瓜果的机械臂，这种机械臂设计不仅结构简单紧凑，采摘范围广而所占空间较少，且操作的灵活度高。此外，新创制的瓜果采摘机械臂生产所使用的材料简单易得，生产成本大为降低。对新创制的机械臂进行了试验，结果表明：新创制的机械臂能准确到达目标采摘范围中的任意位置，并且在采摘过程中工作稳定、机器本身无明显抖动现象，能满足瓜果采摘的任务需要。这无疑说明新创制的机械臂是合理且有效的，只是机械臂在精准定位瓜果的空间位置时存在一些误差，这需要在以后的工作做进一步研究和改进。

　　参考文献：

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　　机械臂毕业论文参考范文篇2

　　浅谈基于人体工程学的仿人机械臂构型

　　[摘 要]本文围绕仿人机械臂构型问题，提出具体的筛选方法，在串联结构方式下，选择出和人臂特征最符合的仿人机械臂构型。结合人体解剖学，对人臂的运动机理进行有效的分析，对于人体测量学和机器人学相关的原理进行有效的结合，将各个构型的运动灵活性性能的分布图进行绘制。以人臂的运动特征为基础，对于人臂的运动工作空间进行有效的分析，对比各个构型仿人机械臂工作空间，通过筛选，选择出最佳的仿人机械臂构型。为以后的运动规划奠定坚实的基础。

　　[关键词]人体工程学;仿人机械臂;构型

　　一、人臂运动机理

　　人臂是人类自然进化最伟大的产物，人臂运动的机理非常复杂。主要有关节和骨骼以及肌肉群三个部分构成。针对人臂的机构学，肌肉群可以被当作是驱动器，而关节可以被看作是运动副，骨骼可以被看作是刚性连杆，神经系统发挥支配的作用，三者进行协作，将各种动作进行完成。

　　从人体运动解剖学出发，人臂主要包括肩关节和大臂以及肘关节、前臂、腕关节。完成动作主要依靠关节。人臂一共具有7个自由度，其中肩关节包括三个，而肘关节则占据一个，其余的三个由腕关节形成。人体上最灵活的关节就是肩关节，肱骨头和肩胛骨共同构成肩关节，周围具有很多的肌肉，这也是人体当中非常复杂的肌肉系统，可以对肩关节的稳定性进行有效的维护，也会是肩关节发生运动。球窝关节和肌肉群形成有效的配合，可以有效的旋转三个基本运动。肘关节连接着肱骨和尺骨。腕关节包括桡关节和腕骨关节组成，这两个关键是独立的，可以进行独立的运动，因此腕关节分成上下两个部分。上部分包括桡骨和尺骨，对肘关节进行有效的连接，肌肉群发挥有效的作用，可以产生旋转运动。下部分包括桡侧关节和尺侧关节，对手掌进行连接。

　　二、仿人机械臂构型的构建

　　(一)以串联的方式构建模型

　　我们感觉人体的动作非常简单，但是要想实现机械结构，就显得比较复杂和困难。相应动作的关键部分就是构建出合理的模型。上文已经提到人的手臂主要包括7个自由度，肩关节占据3个，腕关节占据3个，肘关节占据1个。人类手臂当中比较灵活的部分就是肩关节，肩关节属于一个球窝关节。肩关节主要包括肱骨头和肩胛骨，再加上四周的肌肉组织，这样就形成了完成且又复杂的肌肉系统。这个行程的系统不仅对肩关节起到稳定作用，还可以对肩关节的运动起到驱动作用。球窝关节和肌肉系统共同进行有效的配合，使肩部可以完成基本运动轴的旋转、如果没有相应的机械构造，那么在设计仿人机械臂的过程中，可以采用类似关节镜有效的代替。针对这种代替，主要利用两种具体的方式，其中一种方式就是利用自由度球面对关节进行并联。另外一种方式就是充分利用各个串联的关节，进行组合代替。

　　(二)构建

　　主要是利用串联的方式，构建出仿人机械臂模型，当前我国也深入的进行研究。如果说人的手臂属于一种冗余臂，拥有7个自由度，仿人机械臂要想对人的手臂灵活性进行模仿，那么仿人机械臂至少也要拥有7个自由度。在实际设计过程中，将一个自由度进行增加，那么结构的复杂程度就会随之增加，其成本也会增加。仿人机械臂要想实现最大简化，将成本进行节约，可以利用利用7个自由度模型，肩关节主要有三个串联的转动副进行代替。除此以外，利用三个转动副将关节进行代替，另外一个对关节进行代替。主要是借助串联的主要方式，将这些转动副进行有效的构建，利用6种不同的构型将肩关节有效的表现出来。但是针对腕关节，和肘关节，分别是2种和1种。实际在构型绘制的过程中，腕关节的两种形式要基本保持一致。因此仿人机械臂就是6种构型。

　　三、灵活性分析

　　人体运动解剖学处理，仿人机械臂主要是由7个自由度组成，属于一种冗余机械臂，针对那些非冗余的自由度机械臂，针对已经给定的操作空间当中的末端点，具体的关节位形是不必保持唯一的，不同的关节位形，其具体的性能指标也是不同的。如果末端点在固定的情况下，冗余自由度机器臂的主要关节，可以在一个大的关节空间，其中的子空间当中进行有效的运动。

　　(一)梯度投影法

　　针对冗余自由度的机械臂，其雅可比矩阵属于一种长方矩阵，无论有没有形成满秩，其中都不存在常规的逆，只是具备广义逆，但是当前对于冗余自由度机器人的相关的研究都是针对广义逆解法。利用这种方法，有效的分解逆运动学，使其变为最小的犯数解和齐次解两个部门。

　　(二)全部相对可操作度的指标

　　对于仿人机械臂的运动灵活性进行定量描述，在通常情况下，主要利用指标包括可操作度和方向可操作度以及最小奇异值等等，这些具体的指标被当作是量纲指标。在评价的过程中，都希望得到量纲一指标。对全局进行定义，其相对可操作度要向归一化方向转变。有效的分析仿人机械臂的时候，需要分析其灵活性，可以充分利用蒙特卡洛方法，选取一组关节角进行检验，将对应的末端点的坐标进行获得，可以将仿人机械臂的工作空间可以使其进行分散，成一系列的坐标点。对于采样的关键位形的主要可操作性能力进行判断，其中包含的最大值，使其成为性能指标值。

　　四、仿真分析

　　在实际工作空间当中，机械臂的运动灵活性要想直观的表现出来，可以利用可视化的方式，进行有效描述。可使仿人机器臂的工作空间实现网格化，如果对关节限制条件不考虑，那么主要利用6种不同的构型仿人机械臂，对其运动灵活性经有效的飞行，可以分别获得各种构型的运动灵活性性能的相关分布图。整个巩固走的空间是以对称方式进行分布，在剖视后，对于整体灵活性并不会产生影响。

　　五、基于人体工程学的仿人机械臂构型的定位功能

　　机械臂主要有变幅、折叠、回旋、旋转四个部分组成，这四个属于转动自由度，还有一个伸缩自由度。以测量单元所给出的空间坐标数据为依据和移除，可以针对机械臂的运动，实行有效的轨迹规划，针对每一个关节转动，将其位移量到校进行设置。随后对于这5个液压油缸进行有效的驱动，使其可以以设置的数值为基础，进行有效的移动，在实际移动过程中，利用在各个关节处安装传感器，将移动量反馈给控制单元当中，有效补偿与弄懂轨迹，这样才可将人际工程学的仿人机械臂构型的定位功能发挥出来。在控制的过程中，对于定位精度环节影响最终的就是最后的定位精度， 对于最终的误差影响也是非常不同的，要想将最终的定位精度可以达成，需要深入的分析每一个误差项。

　　结束语

　　通过以上综合的论述，以人体工程学为出发点，主要的探究对象就是人的手臂，仿人机械臂的研究当中加入人体的结构原理和运动规律。当前在各个方面，例如航天和医学等方面，仿人机械臂都得到广泛的应用，具有良好的发展前景，为我国社会各行各业都做出了非常重要的贡献，因此当前发展的必然方向就是构建其模型，可以更加方便的进行研究。

　　参考文献

　　[1] 赵京，宋春雨，谢碧云.基于任务优先级的仿人机械臂拟人运动规划[J]. 北京工业大学学报，2014，04：502-508.

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