们打算尽快制造出这个机械手原型。

致谢这项工作得到了韩国国家研究基金会支持，由韩国政府教育科学和技术部资助。

参考文献系统可以完成多样工作例如水下焊接，搜索，捕捉等等。

这篇文章中，我们提出了种基于四连杆海星捕捉机械手，把它安装在平台下方，如图中。

机械手由个刚性连杆组成，以及个有着灵活刷子工具链接在其末端。

在四杆和工具链接之间转换关节是无电源，但是有个扭转弹簧在上面。

扭转弹簧有个定向界限，使得工具在反方向旋转时候只能逆时针旋转，不能顺时针旋转。

图表示了按照时间顺序进行捕捞海星过程机器人操作者在水外面，通过在平台头部装备摄像头，来操纵机器人平台。

当操作者发现组海星或者它们栖息地时候，就控制机器人朝着海星移动机器人在合适位置保持悬停来收集海星和，当杆曲柄转动时候，机械手上刷子就会把许多海星带到机器人里面当刷子把海星带进收集框盒中，刷子就会沿着轨迹向前运动就像机器平台向前运动来进行下次捕捞。

扭转弹簧使得工具使得工具反向链接，因此刷子不会把海星推开重复上述到过中文汉字出处年第次国际控制自动化和系统会议年月日，在会展中心举行，韩国光州关于水下机器人平台基于四连杆机械手几何参数优化设计摘要这篇论文，我们关于种水下机器人提出了基于四连杆摘海星机械手。

这个机械手由根杆组成，个弹簧和个电机。

模型链接长度和弹簧常量都是参数化，我们解决了运动学和动力学并获得了机械手末梢执行器轨迹。

捕获末梢执行器接触地面时行程和位移可以用来实现主要目标，来提高捕捉能力。

个长度链接和个扭转弹簧常量用来实现设计变量化。

支反力，矢量和些几何情况在优化过程中被处理成不等约束。

通过优化机械手捕捉行程比原始行程提高了。

关键词水下运动机械手系统，四连杆机构，优化设计，柔性机构。

介绍海星问题给海岸渔业生态造成了巨大破坏。

蝙蝠海星和阿穆尔海星被看作是给渔业带了破坏个主要物种。

成千上万这些海星在渔场生存并吃孵化场鱼。

因为海星不能很快地移动，所以贝壳类渔场面临海星带来最大问题。

不仅仅是海岸渔场，而且自然湖泊也是受到这些海星威胁。

澳大利亚大堡礁连续不断地报道海星数量爆炸性增长问题，并且过去些消除海星努力不仅花费巨大而且不够有效。

由于海星具有强大捕食和繁殖能力，因此全世界每年都会花费巨大财力和人力来消灭海星。

已经出现了些关于发展海星捕捞系统研究，但是结果由于多种原因，在实践中并不是非常有效。

在现场，渔民抬起渔网用手来分离海星，或者潜水员潜入海水中来抓海星。

渔场由政府或者相关地方政府进行资助。

但是这些消减海星数量方法耗费了大量人力和物力。

水下遥控操作运动系统可能是这个问题种解决方法。

已经有了比较有效关于水下运动机械系统研究，并且各种各样水下机械手也在发展。

但是考虑到抓海星这简单而且重复运动，这些高复杂度和高自由度机械手并不适合。

这篇论文，我们提出了种应用四连杆机构海星捕捞机械手。

利用个电机，个连杆可以根据特殊轨迹实现种重复性回转运动。

对于优化连杆轨迹已经有了些研究，例如由蜥蜴后脚轨迹启发机器人，使用四连杆膝盖两足机器人行走轨迹。

然而，它们局限于具体应用并不直接适应海星捕捉。

尤其在这篇文章中，水下运动环境特点被考虑了进来，并且种兼容工具链接附加在了四连杆上。

机械手翻倒轨迹不仅由运动学也由动力学决定。

通过使用四连杆机构，机械手可以不用个接个识别海星来捕捉几个海星。

而且，机械手可以克服海流干扰，克服海星位置变化，克服地形走向变化来保持运动平稳性。

这篇文章组织如下首先在第部分，介绍了机械手概念性设计。

在第部分，定义了优化问题并且在第部分展重复上述到过程，机械手就可以连续捕获许多海星。

机械手模型仿真在这篇论文中，我们进行了机械手处于水下环境运动仿真，并且通过动态仿真模块对于机械手运动轨迹进行了计算，如图所示。

四连杆由个长度分别为和杆组成。

杆固定在平台上，电机带动着杆进行转动。

工具通过个定向扭转弹簧链接到四连杆上，弹簧常数为既然工具链接上刷子是灵活，那么刷子就会因为外力而非线性地改变形状，使得分析动力学运动非常困难。

因此，我们把刷子简化成两根长度分别为和杆，他们之间有个扭转弹簧。

利用简化机械手模型，我们对它进行了动力学分析，得到了它轨迹。

并且计算了价值函数，这个会在第部分提到。

首先我们把整个系统看作是离散系统，并且进行了每个无穷小倍准静态运动学动力学分析。

如果我们没有扭转弹簧话，仅仅动力学有必要来得到轨迹然而我们有个扭转弹簧，因此有必要解决动力学问题。

水动力阻力，扭转弹簧存储力以及杆件之间内部力在动力学分析中都会进行考虑。

优化设计问题定义主要功能在这篇文章中，我们定义了机械手运动作为它捕捉海星工作效率。

为了最小化工作圈海星数量，我们把捕捉冲程作为主要功能，就是刷子扫过地面位移。

在图中，指出了捕捞冲程和其他重要因素，将会在部分进行讨论。

设计变量存在许多因素可以让机械手工具出现不同轨迹。

首先，曲柄工作电机角速度决定了轨迹。

当角速度增大时，水动力阻力也会增大使得工具更加向后弯曲。

另外，机器人平台距离地面高度也会改变捕捉冲程。

根连杆长度和个扭转弹簧弹簧常数也会决定工具轨迹。

我们固定上述因素中个工作电机角速度是，并且平台距离地面高度是。

我们把在优化过程中要用设计变量整理表格Ⅰ中。

约束捕捉冲程并不是存在于每个设计变量随机值中。

首先根连杆长度，需要组成个曲柄连杆机构。

这个就是格拉晓夫准则。

连杆要组成曲柄腰杆结构，必须符合下面算式另外，存在个如下几何约束。

弹簧常数和必须在合适范围内，这样轨迹才不会沿着不规则方式偏离。

甚至，当机械手工具收敛到个特殊轨迹时候，伸出舌结构可以碰到地面。

这样，刷子才能聚集些海星，但是两杆链接关节处点也不会碰到地面。

当设计变量都在个合适范围时，捕捉行程可以进行计算，并且优化也能够完成。

伸出过程中最小高度当圈工作完成时候，刷子向前运动开始下次工作，刷子必须与地面保持个最小高度。

当刷子在伸出过程中低于这个最小高度，就优化结果设计变量初始值和优化值在表中进行了归纳总结，在图中也进行了相关表示。

弹簧常数和与每个关节圆圈和半圆大小成正比。

初始变量和优化变量模拟轨迹如图所示。

初始变量捕捞冲程是，优化变量冲程是，这就意味这我们通过优化获得了增益。

我们在第部分对于不等式约束进行了检验并发现了它们适值如下，。

检验发现所有约束都是小于，没有个约束在优化点上是正，这就意味着优化结果是在约束合适情况下局部最小值。

设计变量优化值比图中所示原始值差距不是很大，是非常重要。

但是，去造成了主要功能轨迹巨大变化，如图至于优化值和原始值非常相近原因可能是适合第个约束条件变量范围并不是非常大。

设计变量微小改变可以改变轨迹形状和大小，也可能使其不满足其中个约束。

设计变量微小改变就使得主要功能提高了，意味着捕捞冲程和轨迹对于杆件长度和扭转弹簧刚度，是非常敏感。

因此精确制造和组装过程也是非常必要。

结论这篇论文中，我们对于水下机器人平台基于四连杆海星捕捞机械手进行了优化设计。

通过运动学和动力学分析，得出了机械手在水下环境中末梢执行器轨迹。

为了最大化捕捉能力，用捕捞冲程来表示主要功能。

个几何长度和个弹簧常数成为了优化中约束条件。

结果，优化后设计变量与初始设计相比可以提高主要功能。

我示了优化结果。

最后第部分关于几何机械手优化研究进行了总结。

基于四连杆机械手海星捕捉机械手设计我们提出了种悬停水下机器人平台，如图中所示。

许多不同应用模块可以在平台上面和下面进行装备，因此系统可以完成多样工作例如水下焊接，搜索，捕捉等等。

这篇文章中，我们提出了种基于四连杆海星捕捉机械手，把它安装在平台下方，如图中。

机械手由个刚性连杆组成，以及个有着灵活刷子工具链接在其末端。

在四杆和工具链接之间转换关节是无电源，但是有个扭转弹簧在上面。

扭转弹簧有个定向界限，使得工具在反方向旋转时候只能逆时针旋转，不能顺时针旋转。

图表示了按照时间顺序进行捕捞海星过程机器人操作者在水外面，通过在平台头部装备摄像头，来操纵机器人平台。

当操作者发现组海星或者它们栖息地时候，就控制机器人朝着海星移动机器人在合适位置保持悬停来收集海星和，当杆曲柄转动时候，机械手上刷子就会把许多海星带到机器人里面当刷子把海星带进收集框盒中，刷子就会沿着轨迹向前运动就像机器平台向前运动来进行下次捕捞。

扭转弹簧使得工具使得工具反向链接，因此刷子不会把海星推开重复上述到过程，机械手就可以连续捕获许多海星。

机械手模型仿真在这篇论文中，我们进行了机械手处于水下环境运动仿真，并且通过动态仿真模块对于机械手运动轨迹进行了计算，如图所示。

四连杆由个长度分别为