高速并联机械手抓放轨迹规划方法

在高速并联机械手门形抓放路径的基础上,阐述了在操作空间中用Gutman运动规律进行轨迹规划的方法。针对所述轨迹规划方法在运动始末端存在跃度突变,导致柔性冲击的问题,提出了一种基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法。以一种2自由度高速并联机械手为研究对象,通过运动学逆解和试验对比分析这两种轨迹规划方法的运动特征,结果表明:基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法所得到的跃度曲线没有突变,运动特性更优。     

二平动自由度高速并联机械手轨迹规划与运动控制

研究一种二平动自由度高速轻型并联机械手的运动控制技术。针对快速抓放操作的需要,给出了机械手在操作空间的轨迹规划方式和关节空间的精插补策略,理论上保证了机械手的速度和轨迹精度,并通过实验获得了机械手的位置和速度及其误差跟随曲线,结果证明该方式可靠有效。     

基于非对称输入的支链嵌套并联机械手残余振动抑制研究

以一种三自由度支链嵌套并联机械手为研究对象,针对该机械手启/停过程中的残余振动问题,基于非对称输入进行了实验研究。首先通过调节非对称系数确定了在不同位移下的关节轨迹。然后采用非对称曲线加减速方法对电动机输入信号进行规划。最后通过搭建振动检测系统测试了在不同输入下的机械手动平台的振动图样。实验结果表明通过调节非对称输入的参数可以抑制机械手的末端残余振动,提高其运行平稳性。     

五自由度电液伺服机械手运动控制系统研制

针对电液液伺服机械手在实际应用过程中存在运动精度低、运动平稳性差,控制模型存在非线性的问题,利用电液液伺服机械手具有负载能力强,能量密度大的优势,对机械手运动控制系统进行了研制。首先采用闭链矢量法对TCP进行了准确的位置矢量表示;其次,引入5阶B样条插值方法和改进型粒子群优化算法,得到了连续的TCP空间位移轨迹,实现了TCP位置的最优轨迹规划;最后,引入常规PID,IL-PID,NDI等控制策略,采用分级控制管理方案,实现了机械手各关节的运动控制,并利用5自由度电液伺服机械手进行了仿真和实际实验。研究结果表明:该运动控制系统能够准确地控制机械手在高负载,高精度要求下进行规定运动。     

交流伺服液压加载装置的研制

介绍一种基于交流伺服驱动的新式液压加载设备,该设备采用交流伺服电动机驱动,通过机械传动系统驱动液压缸进行加载。分析了该加载装置的结构和原理,简单介绍了该设备伺服电动机选用的计算方法,并和传统加载系统进行了对比。     

高速并联机械手PTP动作优化设计

高速并联机械手轨迹规划的目标为在给定位移与最大加速度的前提下,优化其末端执行器的运动轨迹,使得其运行时间和机械振动趋于最小。本文介绍了一种修正梯形的运动规律,并针对机械手PTP操作的典型工况作柔性路径优化,确定出了一种适合高速并联轻型机械手快速高精度PTP操作的最佳运动轨迹。     

■高速并联机器人动力尺度综合

研究一种新型四自由度高速并联机器人动力尺度综合方法。该机构以■为支链且具有单动平台结构,与采用双动平台结构的此类机构相比,末端动平台质量更轻,从而具有良好的加减速性能。建立机构运动学和动力学模型,并构造出可反映机构运动和力传递特性的链内/链间压力角,以及以单轴最大驱动扭矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在此基础上,综合考虑装配尺寸等几何约束和运动学性能约束,建立了以使机构动力学性能最优的机构尺度综合模型。在探究压力角和动力学性能随尺度变化规律后,给定具体约束条件,通过遗传算法优化得到一组最优尺度,并基于在Lamé抓放轨迹上运动仿真完成伺服电动机参数预估。     

■高速并联机器人动力尺度综合

研究一种新型四自由度高速并联机器人动力尺度综合方法。该机构以■为支链且具有单动平台结构,与采用双动平台结构的此类机构相比,末端动平台质量更轻,从而具有良好的加减速性能。建立机构运动学和动力学模型,并构造出可反映机构运动和力传递特性的链内/链间压力角,以及以单轴最大驱动扭矩全域最大值最小的动力学性能评价指标。在此基础上,综合考虑装配尺寸等几何约束和运动学性能约束,建立了以使机构动力学性能最优的机构尺度综合模型。在探究压力角和动力学性能随尺度变化规律后,给定具体约束条件,通过遗传算法优化得到一组最优尺度,并基于在Lamé抓放轨迹上运动仿真完成伺服电动机参数预估。     

机械手笛卡尔空间轨迹规划研究

研究PUMA560机械手在笛卡尔空间中的轨迹规划问题。通过分析机械手轨迹运动中的启停加减速和连续轨迹过渡算法,提出在机械手末端轨迹曲线的启停段加入正弦加减速过程,同时在连续轨迹的两条曲线间运用5次多项式过渡曲线的新算法,使得机械手末端轨迹速度连续平滑和加速度连续,有利于提高机械手的运行速度和减少机械手的机械本体的振动和关节磨损。该算法运用VC++6.0和Matlab联合编程并在计算机上仿真PUMA560机械手模型轨迹运动,验证通过轨迹规划算法。     

基于VBAI和MATLAB的三自由度并联机械手运动仿真

为了真实反映基于机器视觉的三自由度并联机械手抓放物体的情况,在对机械手的机械结构和运动轨迹进行建模的基础上,运用机器视觉技术对待抓取物体进行图像的采样和定位,并采用VBAI和MATLAB两款软件进行联合仿真的方法对机械手系统的目标获取、目标定位、机械结构、轨迹规划等部分进行建模和仿真,仿真结果表明所设计的机械手系统满足准确性和快速性的设计要求;机器视觉技术的引入对并联机械手的智能化和定位的精准化是有很大帮助的,进而证明该联合仿真方法是有效的。     

基于大行程柔性铰链的并联机器人刚度分析

基于大行程柔性铰链的并联机器人系统可以在立方厘米级的工作空间内提供亚微米级的运动精度。所采用的大行程柔性铰链的几何参数及其在空间内的布置,将会直接决定并联机器人的系统刚度,从而间接的影响整体系统的工作空间、承载能力和驱动负荷等一系列系统性能。提出了大行程柔性铰链基于刚度方程的弹性模型,采用刚度组集的方法并通过建立协调方程,构建得到整体系统的刚度模型。进而进行了系统刚度性能分析,得到系统刚度影响图谱,为这类新型的柔性并联机器人的设计与开发提供了有力依据。     

汽车自动驾驶机器人变速杆操纵机械手的设计与控制

汽车自动驾驶机器人变速杆操纵机械手的设计,其机械手可以沿X、Y轴两个方向移动,通过步进电机的驱动,机械手可以执行汽车变速器的各个换档动作,换档快速、平稳,挡位变换准确。控制系统采用工控机和驱动卡相结合,满足了控制的精度与速度,能够有效地实现汽车自动驾驶机器人对变速器的操纵要求。     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

双支链六自由度并联机构尺度设计与性能分析

提出了一种新型六自由度并联机构,该机构由两条运动支链组成,每条支链各包含一个主动球副。与常规六自由度并联机构相比,支链数目的减少可有效增大机构工作空间。基于封闭矢量法求得所提机构的运动学位置逆解,在此基础上分析了机构输入与输出的速度映射关系,建立了机构雅可比矩阵。以工作空间和全域灵巧度为性能评价指标,借助性能图谱法完成了机构尺度设计,基于该尺度参数,对特定工作姿态下的工作空间、灵巧度、承载性能及刚度性能进行了全面研究。最后,搭建了3D打印样机,并对其典型应用场景进行了分析。     

Modeling and control strategy of flexible joint servo system in humanoid manipulator driven by tendon-sheath

The control effect of rotational speed in joints directly affects the motion accuracy of a humanoid manipulator driven by tendon-sheath. The dynamic parameters of the joint have time-varying characteristics due to the posture change of the manipulator. The joint driven by tendon-sheath has a specific torsional stiffness, so flexibility should be considered in the humanoid manipulator’s servo system. The time-varying of the parameters in the servo system and the joint flexibility can cause fluctuation of the output speed. To improve the motion accuracy of the humanoid manipulator, a fuzzy-tuned PI control strategy is used to suppress the instability of the output speed. First, the change law of the inertia on the motor side of the flexible joint is calculated by the dynamics equation of the humanoid manipulator. Next, a mathematical model of the joint is established, and the transfer function from the load speed to the electromagnetic torque is obtained. Furthermore, according to the pole-placement strategy, the fuzzy-tuned PI controller parameters are selected appropriately for the manipulator in different postures. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by numerical simulations and control experiments of the manipulator. The results show that the fuzzy-tuned PI control strategy can significantly reduce the tracking errors and improve the control performance of the manipulator.

     

A method to calculate working capacity space of multi-DOF manipulator and the application in excavating mechanism

Working capacity refers to the velocity output and force output of a manipulator. It is usually be represented by output capacity space. In this paper, the method of Linear Programming and a geometric method are proposed to calculate working capacity spaces in different situations. With the consideration of gravity effect of every component, the output force capacity space of heavy duty manipulators is calculated. The results show that the effect of the gravity is a translation of the capacity space. This paper gives a method for the output capacity express especially for heavy duty manipulators. The output capacity space can be helpful to the driving parameters selection. With the consideration of the gravity effect of every component and the friction at the joints, the excavating force capacity space of the heavy-load excavating mechanism is calculated and is represented as a multi-dimensional polytope. The results show that the effect of the gravity and friction is to translational act on the capacity space.     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5 m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。     

Compound Impedance Control of a Hydraulic Driven Parallel 3UPS/S Manipulator

The hydraulic parallel manipulator combines the high-power density of the hydraulic system and high rigidity of the parallel mechanism with excellent load-carrying capacity. However, the high-precision trajectory tracking control of the hydraulic parallel manipulator is challenged by the coupling dynamics of the parallel mechanism and the high nonlinearities of the hydraulic system. In this study, the trajectory control of a 3-DOF symmetric spherical parallel 3 UPS/S manipulator is evaluated. Focusing on the highly coupling and nonlinear system dynamics, a compound impedance control method for a hydraulic driven parallel manipulator is proposed, which combines impedance control with the spatial motion characteristics of a parallel manipulator. The control strategy is divided into the inner and outer loops. The inner loop controls the impedance of the actuator in the joint space, and the outer loop controls the impedance of the entire platform in the task space to compensate the coupling of the actuators and improve the tracking accuracy of the moving platform. Compound impedance control does not require force or pressure sensors and is less dependent on modeling precision. The experimental results show that the compound impedance control e ectively improves the tracking accuracy of the moving platform. This research proposes a compound impedance control strategy for a 3-DOF hydraulic parallel manipulator, which has high tracking precision with a simple and cheap system configuration.     

基于对转双转子电机的无级变速并联混合驱动系统

提出一种新型并联混合驱动系统,该系统由发动机、对转双转子电机、行星机构等组成,通过调整电机转速,在不使用变速器条件下实现混合驱动输出时的无级调速功能;分析了系统的各种工作模式以及在各种工作模式下的输出转速与转矩。以某连接方式为例,分析了并联混合驱动模式下的无级变速范围以及系统中相关构件的结构参数对输出速比范围的影响。     

基于多并联机械手的锂离子电池自动分拣装备控制系统设计

开发旨在提高锂离子电池分选自动化程度和效率的生产线,该生产线由多个高速、轻型并联机械手构成。利用PXI平台及双多轴运动控制器,提出一种基于集散控制结构(DCS)的开放式数控系统软硬件平台以及基于任务均衡和总移动距离最短原则的分拣策略。此外,研究并应用高速数据缓存技术、高速数据同步通信技术及高速中断信息捕捉和输出技术等旨在提高单机分拣效率和多机协同作业的若干核心运动控制技术。集成基于网络的数据库通信技术并控制系统,测试结果表明：该方案对多机械手的网络化控制十分有效,该装备具有高信息集成度、高分拣效率及高可靠性等优点而可以应用于企业生产,并成为国内首例成功应用并联机械手自动分选锂电池的装备。