針對機(jī)械臂物體抓取的研究

Category: STEM國際競賽 Date: 2020年3月22日下午9:16

機(jī)械手臂是一種能按既定的程序或要求，自動完成物件（如材料、工件、零件或工具等）傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞動。較高形式的機(jī)械手還能模擬人的手臂動作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。機(jī)械手臂廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、工業(yè)、醫(yī)療、軍事、以及太空探索等領(lǐng)域。今天小編想要介紹的內(nèi)容是機(jī)械臂的一個科研項(xiàng)目，密歇根探究項(xiàng)目：機(jī)械臂物體抓取的模擬與控制。

課題簡介

盡管在大多數(shù)科幻影視以文學(xué)作品里，機(jī)器人常常是以智能擬人型的狀態(tài)出現(xiàn)，機(jī)器人(Robotics)的定義卻不僅僅局限于類人形機(jī)器人（Humanoid Robot）, 它涵蓋著感知，設(shè)計(jì)，制造和運(yùn)作等方面，并且廣泛的運(yùn)用在當(dāng)代社會。這其中就包括著本課題的中心：機(jī)械手臂。它是具有仿人手臂功能并可完成各種作業(yè)任務(wù)的自動控制設(shè)備。機(jī)械手臂擁有多關(guān)節(jié)連接并節(jié)允許其在平面及三維空間中進(jìn)行各種運(yùn)動，也正是這種特性，使其成為了在教學(xué)及工業(yè)界最頻繁使用的一類機(jī)器人。

本課題將圍繞機(jī)械手臂，從應(yīng)用和科研的角度涉足機(jī)器運(yùn)動規(guī)劃，運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)等等多種實(shí)用的機(jī)器人相關(guān)知識。我們將從基礎(chǔ)線性代數(shù)及幾何學(xué)開始，逐漸深入講解機(jī)器人理論知識，并讓學(xué)生基于虛擬機(jī)械手臂模擬空間運(yùn)動，強(qiáng)化并運(yùn)用所學(xué)知識從而達(dá)到課題目標(biāo)。通過本課題的學(xué)習(xí)，學(xué)生將對機(jī)器人學(xué)有所認(rèn)知，并對以后的相關(guān)學(xué)習(xí)起到幫助。

科研方法

計(jì)算機(jī)仿真模擬

計(jì)算機(jī)仿真模擬是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件建立抽象模型、模擬真實(shí)條件并進(jìn)行分析的技術(shù)。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模，解放了普通實(shí)驗(yàn)對于器材的苛刻要求，具有可多次進(jìn)行、反復(fù)試錯的優(yōu)點(diǎn)。同時，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)黑箱化了復(fù)雜的理論推導(dǎo)與數(shù)據(jù)計(jì)算，能夠以直觀的方式呈現(xiàn)研究的成果，對于初次涉獵科學(xué)研究的高中生而言，也更為簡單易學(xué)、容易上手。

例如：在設(shè)計(jì)外太空的衛(wèi)星軌道時，受制于客觀條件，科研工作者無法在地球上重現(xiàn)外太空的環(huán)境，因此，只能借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對外太空的情況和衛(wèi)星的軌道進(jìn)行模擬、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并基于模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，完成科學(xué)的軌道設(shè)計(jì)。