機械臂畢業(yè)論文

　　機械臂控制技術(shù)的進步對提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化具重要意義。 下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的關(guān)于機械臂畢業(yè)論文的范文，歡迎大家閱讀參考!

　　機械臂畢業(yè)論文篇1

　　淺析采摘機械臂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　摘要:采摘作業(yè)約占整個果蔬生產(chǎn)作業(yè)量的40%,自動化程度仍然很低,目前國內(nèi)采摘作業(yè)基本上都是手工進行,因此研究采摘機械臂具有巨大的應(yīng)用價值。

　　關(guān)鍵詞:果蔬;采摘;機械臂;自由度

　　在果蔬生產(chǎn)作業(yè)中,采摘作業(yè)約占整個作業(yè)量的40%。采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)的儲存、加工和銷售。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性,其自動化程度仍然很低,目前國內(nèi)采摘作業(yè)基本上都是手工進行,研究采摘機械臂不僅具有巨大的應(yīng)用價值,而且具有深遠(yuǎn)的理論意義。

　　早在20世紀(jì)70年代,歐美國家和日本就開始了對蘋果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等采摘機械臂的研究。1983年,美國研制出了第一臺番茄采摘機械臂。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展,各個國家對采摘機械臂進行了更加深入的研究。

　　1 多功能黃瓜采摘機械臂

　　1996年,荷蘭農(nóng)業(yè)環(huán)境工程研究所研制出一種多功能黃瓜采摘機械臂。研究是在荷蘭2hm2的溫室里進行,整個機械臂由行走車、機械臂和末端執(zhí)行器組成,末端執(zhí)行器則由機械臂爪和切割器構(gòu)成,行走車上裝有完成采摘任務(wù)的全部硬件和軟件。為采摘任務(wù)的完成提供最初的定位服務(wù)。此采摘機械臂有7個自由度,采用三菱RV-E2型6自由度機械臂,在底座增加了一個線性滑動自由度。溫室中黃瓜種植方式為高拉線纏繞方式吊掛生長。在采摘過程中,機械臂對單個黃瓜進行采摘,采摘成熟黃瓜過程中不傷害其它未成熟的黃瓜。

　　2 全自動番茄采摘機械臂

　　2004年,美國加利福尼亞番茄機械公司推出了兩臺全自動番茄采摘機械臂。這類采摘機械臂首先將番茄連枝帶葉割倒后卷入分選倉,倉內(nèi)有能識別紅色的光譜分選設(shè)備,可以挑選出紅色的番茄,并將其通過輸送帶送入貨艙內(nèi)。這類番茄采摘機械臂每分鐘可采摘1噸多番茄,1小時可采摘70噸番茄。

　　3 柑桔采摘機械臂

　　西班牙研究人員發(fā)明了一種柑桔采摘機械臂,它是由一臺裝有計算機的拖拉機、一套視覺系統(tǒng)和一個機械臂組成,能夠從柑桔的大小、形狀和顏色判斷出是否成熟。這類機械臂每分鐘可摘柑桔60個,并且摘下來的柑桔能夠按大小馬上分類。

　　4 關(guān)節(jié)型機械臂

　　日本早在20世紀(jì)80年代也開始了對采摘機械臂的研究。1984年,日本Kyoto大學(xué)開始了對番茄采摘機械臂的研究,并研制出了一個5自由度的關(guān)節(jié)型機械臂。1993年,日本Kondo等人研制的番茄采摘機械臂具有7個自由度,其末端執(zhí)行器由兩個機械手指和一個吸盤組成,視覺傳感器主要由彩色攝像機來尋找和識別成熟果實,利用雙目視覺方法對目標(biāo)進行定位,行走裝置采用4輪結(jié)構(gòu)。與此同時,Kondo等人還針對草莓的高架栽培模式和傳統(tǒng)模型研制出了相應(yīng)的草莓采摘機械臂。該機械臂具有5個自由度,視覺系統(tǒng)與番茄采摘機械臂類似,末端執(zhí)行器采用真空系統(tǒng)加螺旋加速切割器。

　　5 草莓采摘機械臂

　　國內(nèi)對采摘機械臂方面的研究始于20世紀(jì)90年代中期,相對于發(fā)達(dá)國家起步較晚,目前還處在起步階段,并且集中在高等院校和研究所進行研究。

　　中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中等在草莓采摘機械臂方面已取得喜人的成果;此外,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)通過綜合運用機器視覺、Bayes分類判別模式識別、機械設(shè)計、傳感器等技術(shù),對溫室黃瓜采摘機械臂的視覺系統(tǒng)及末端執(zhí)行器也做了大量試驗性的研究。

　　6 視覺技術(shù)番茄采摘機械臂

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的張瑞合等運用雙目立體視覺技術(shù)對紅色番茄進行定位,將成熟番茄與周圍干擾環(huán)境分開,在番茄采摘機械臂的視覺方面取得了很大的成績。

　　江蘇大學(xué)的陳樹人等人提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄采摘機器人雙目視覺空間定位方法,構(gòu)建了采摘機器人雙目視覺實驗硬件系統(tǒng),通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算建立了從圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的復(fù)雜映射關(guān)系的雙目視覺定位模型,而且針對重疊和被枝葉部分遮擋的成熟番茄以及受光照影響或成熟程度不同引起的邊界缺失,導(dǎo)致目標(biāo)空間定位誤差過大的問題,通過引入主動視覺和仿生學(xué)思想,區(qū)別傳統(tǒng)的番茄定位中所采用邊緣輪廓特征信息的配準(zhǔn)方法,提出了使用三維番茄表面信息的定位方法,滿足了機械臂采摘番茄的定位精度要求。

　　7 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的采摘機械臂

　　華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在室內(nèi)模擬環(huán)境下對直徑大于4cm的紅色和黃色類果實圖像進行了去噪、灰度變換、邊緣提取、圖像分割等操作,定量分析了各種顏色特征在分割中的表現(xiàn),找到了果實圖像分割的最合適的特征;除此之外,還建立了圖像處理系統(tǒng)的界面,并且將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于CCD攝像機標(biāo)定,確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的各個參數(shù),使系統(tǒng)根據(jù)采集到的左右圖像中目標(biāo)的形心坐標(biāo)直接得出其空間坐標(biāo)。

　　8 結(jié)語

　　目前研制成功的采摘機械臂除了上述幾種以外,還有葡萄采摘機械臂、蘑菇采摘機械臂、西瓜采摘機械臂和茄子采摘機械臂等。

　　參考文獻

　　[1] 方建軍.移動式采摘機器人研究現(xiàn)狀與進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2004,2(20):273-275.

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　　機械臂畢業(yè)論文篇2

　　淺談機械臂的研究與進展

　　【摘要】將機械臂到目前為止的發(fā)展分為三個階段表述，第一代機械臂，即按事先示教的位置和姿態(tài)進行重復(fù)的動作的機械，第二代機械臂，即具有如視覺、觸覺等外部感覺功能的機械臂，第三代機械臂，這類機械臂除了具有外部感覺功能外，還具有規(guī)劃和決策的功能。并舉了相應(yīng)的幾個例子，通過一直來的發(fā)展推測了將來機械臂的發(fā)展方向。

　　【關(guān)鍵詞】機械臂;研究;發(fā)展

　　1.引言

　　隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，為了能更好地與環(huán)境進行交互、操縱物體、完成任務(wù)，跟上智能化的步伐，機器人的操作終端，如機械臂、手爪的作用越來越重要。這對機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的指標(biāo)，要求高的負(fù)載自重比，操作更加靈活，強穩(wěn)定性和安全性等[1]。

　　2.機械臂的發(fā)展

　　機械臂(Manipulator)是模擬人的上臂而構(gòu)成的。為了保證機器人手部有6個空間自由度，其主動關(guān)節(jié)數(shù)目一般為6。一般情況下，全部關(guān)節(jié)皆為轉(zhuǎn)動型關(guān)節(jié)，而且其前3個關(guān)節(jié)一般都集中在手腕部。關(guān)節(jié)型機械臂的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對的工作空間最大，還能繞過基座周圍的一些障礙物，是機械臂中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，比較典型的如PUMA[2]、SCARA[3]等。多關(guān)節(jié)機械臂[4]的優(yōu)點是：動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件，并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線上。機械臂發(fā)展?fàn)顩r如下：

　　(1)第一代機械臂，即按事先示教的位置和姿態(tài)進行重復(fù)的動作的機械。它也可以簡稱為示教/再現(xiàn)方式的機械臂或是T/P方式(Teaching/Playback)的機械臂。目前國際上使用的機械臂大多仍是這種工作方式。由于這種工作方式只能按照事先示教的位置和姿態(tài)進行重復(fù)的動作而對周圍環(huán)境無感覺的功能，其應(yīng)用范圍受到一定的限制，主要用于材料的搬運、噴漆、點焊等工作。

　　1996年樊炳輝等申請的專利，一種用于煤礦巷道、隧道、室內(nèi)墻壁及一般機械行業(yè)噴涂工藝的四連桿機械臂機構(gòu)。該機構(gòu)主要包含行走組件、大臂組件、平衡拉桿組件、小臂組件四大部分，其中又包含四組按一定比例關(guān)系構(gòu)成的四連桿機構(gòu)，它能使噴槍在噴涂過程中，容易實現(xiàn)垂直起落，并始終保持對受噴面垂直、等距的關(guān)系[5]。

　　1997年烏克爾，戈道斯等申請的專利，一種用縫合針將病人的第二血管縫合到冠狀動脈上的最小侵入性手術(shù)方法。該系統(tǒng)采用機械臂連接的手術(shù)器械。這些器械具有能夠被操作來抓取和縫合組織的末端操作裝置。該機械臂通過一個控制器與一對主操作手柄聯(lián)結(jié)。手柄可以由外科醫(yī)生移動來產(chǎn)生末端操作裝置的一個相應(yīng)移動[6]。

　　(2)第二代機械臂，即具有如視覺、觸覺等外部感覺功能的機械臂。這種機械臂由于具有外部的感覺功能，因此可以根據(jù)外界的情況修改自身的動作，從而完成較為復(fù)雜的作業(yè)。如：

　　李彥濤等研制一種將Simulink控制程序和助餐機器人目標(biāo)機無縫鏈接、下載的方法，實現(xiàn)機器人的實時控制，實時滿足不同傷殘患者的助餐要求。在Matlab/xPC實時目標(biāo)環(huán)境的基礎(chǔ)上，開發(fā)了助餐機器人的硬件接口模塊和上位機軟件模塊，設(shè)計了助餐機器人模塊化控制平臺及基于腳踏開關(guān)、語音識別和圖像識別的三種人機交互方式。實現(xiàn)了機械手3個關(guān)節(jié)控制器、運動學(xué)計算、路徑規(guī)劃控制算法[7]。

　　人臉肖像繪制機械臂是一種可以自動繪制人臉肖像輪廓圖的智能機械系統(tǒng)，它由圖像采集模塊、圖像處理模塊、機械控制繪圖模塊組成，能夠自動拍攝人臉照片，提取肖像輪廓，然后控制機械臂在畫板上畫出人臉線條畫。人臉肖像繪制機器人是機器視覺的研究方向之一，廣泛用于科普展覽，其中提出的基于機器視覺的研究技術(shù)在生產(chǎn)和生活等各個方面都有著廣泛的應(yīng)用。研究繪圖機械控制系統(tǒng)的硬件選型和控制算法，在Visual C++6.0中實現(xiàn)了外部對機械臂繪圖動作的自動控制，設(shè)計機械臂繪畫動作流程，完成人臉輪廓圖的自動繪制[8]。

　　(3)第三代機械臂，這類機械臂除了具有外部感覺功能外，還具有規(guī)劃和決策的功能。

　　從而可以適應(yīng)因為環(huán)境的變化而自主進行的工作。第三代機器人目前還處于研究階段，距離實際應(yīng)用還有一段距離。如：鄒建奇[9]等人以柔性機械臂為例，進行簡單的逆運動學(xué)分析.并采用小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對機械臂的逆運動學(xué)進行了數(shù)值仿真分析，小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可在較短的學(xué)習(xí)次數(shù)中有效地控制機械臂的振動。

　　在普及第一代工業(yè)機器人的基礎(chǔ)上，第二代工業(yè)機器人已經(jīng)推廣，成為主流安裝機型，第三代智能機器人也占有一定比重。

　　3.機械臂技術(shù)的要素

　　(1)機械結(jié)構(gòu)：以關(guān)節(jié)型為主流，80年代發(fā)明的適用于裝配作業(yè)的平面關(guān)節(jié)型機器人約占總量的1/2。應(yīng)汽車、建筑、橋梁等行業(yè)的需求，超大型機器人應(yīng)運而生。CAD、CAM等技術(shù)已普遍用于設(shè)計、仿真和制造中。

　　(2)控制技術(shù)：大多采用32位CPU，控制軸數(shù)多達(dá)27軸，NC技術(shù)、離線編程技術(shù)大量采用。協(xié)調(diào)控制技術(shù)日趨成熟，實現(xiàn)了多手與變位機、多機器人的協(xié)調(diào)控制。采用基于PC開放結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)已成為一股潮流。

　　(3)驅(qū)動技術(shù)。新一代伺服電機與基于微處理器的智能伺服控制器相結(jié)合已由FANUC等公司開發(fā)并用于工業(yè)機器人中，在遠(yuǎn)程控制中分布式智能驅(qū)動新技術(shù)[10]。

　　(4)應(yīng)用智能化的傳感器。裝有視覺傳感器的機器人數(shù)量呈上升趨勢，不少機器人裝有兩種以上傳感器，有些機器人留了多種機器人接口。

　　(5)通用機器人編程語言。在ABB公司的20多個型號產(chǎn)品中，采用了通用模塊化語言RAPID。該語言易學(xué)易用，可用于各種開發(fā)環(huán)境，與大多數(shù)WINDOWS軟件產(chǎn)品兼容。

　　(6)網(wǎng)絡(luò)通訊。大部分機器人采用了Ether網(wǎng)絡(luò)通訊方式，占總量的41.3%，其他采用RS-232、RA-422、RS-485等通訊接口。

　　4.前景展望

　　從三代機械臂的發(fā)展來看，隨著技術(shù)的發(fā)展，機械臂越來越高精度，多功能，且向著集成化，系統(tǒng)化，智能化的方向發(fā)展。

　　(1)高速、高精度、多功能化。

　　目前，最快的裝配機器人最大合成速度為16.5m/s，有一種大直角坐標(biāo)搬運機器人，其最大合成速度竟達(dá)80m/s。90年代末的機器人一般都具有兩、三種功能，向多功能化方向發(fā)展。

　　(2)集成化與系統(tǒng)化。當(dāng)今機器人技術(shù)的另一特點是機器人的應(yīng)用從單機、單元向系統(tǒng)發(fā)展。百臺以上的機器人群與微機及周邊設(shè)備和操作人員形成一

　　個大群體?？鐕蠹瘓F的壟斷和全球化的生產(chǎn)將世界眾多廠家的產(chǎn)品聯(lián)結(jié)在一起，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化的“虛擬制造”，為工業(yè)機器人系統(tǒng)化的發(fā)展推波助瀾。隨著計算機技術(shù)的不斷向智能化方向發(fā)展，機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展和深化以及機器人在FMS、CIMS系統(tǒng)中的群體應(yīng)用，工業(yè)機器人也在不斷向智能化方向發(fā)展，以適應(yīng)“敏捷制造”(Agile Manufacturing)，滿足多樣化、個性化的需求。

　　參考文獻

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