中医推拿机器人末端执行器工作空间分析

 构造了一种新型中医推拿机器人末端执行器的结构形式．通过坐标变换,建立了机构的运动学模型,并进行了反解分析．针对推拿机器人的手法要求,探讨了结构参数对该并联机构工作空间的影响规律,为工作空间的综合提供了依据．基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对此并联机构的工作空间进行了数值解的描绘．并利用Pro/E建立末端执行器机构的三维模型,导入ADAMS就其运动轨迹进行模拟和分析,仿真结果表明中医推拿机器人末端执行器的设计符合推拿要求,验证了机构设计的正确性．推拿机器人末端执行器的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求,为中医推拿机器人的实用化提供了理论依据．     

自动制孔系统振动控制器的设计与建模

由于固有刚度不足,机器人自动制孔系统在外界激励的作用下,会导致振动甚至颤振,严重影响制孔精度以及刀具使用寿命,因此对机器人自动制孔过程中的振动进行隔离至关重要。本文主要采用隔振加动力吸振的方法抑制从钻头传递到机器人末端执行器的轴向振动。在电主轴与末端执行器之间进行隔振器结构设计并为其建立模型;采用ADAMS对所设计结构进行运动学仿真,仿真结果显示所建模型准确。揭示出隔振器参数变化对机器人末端执行器绝对位移传递率的影响规律;仿真分析表明所设计振动控制器具有良好的隔振效果。     

4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析EI北大核心CSCD

4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。     

多传感信息融合机器人标定方法

该文提出一种基于多传感信息融合技术进行机器人运动学标定的方法。首先通过对机器人的指数积(POE)正向运动学模型取微分的方式建立末端执行器的误差模型,利用ROMER-RA7520绝对关节臂测量机和安装在末端工具上的多个传感器分别采集末端执行器的位置和姿态信息;随后根据坐标统一原理将测量机的位置测量数据和多传感器的姿态量测数据转换到机器人基础坐标系下,实现位姿数据的空间配准;接着运用自适应加权融合算法融合处理经过空间配准后的位姿数据,得到末端执行器位姿测量值;最后应用迭代最小二乘法求解出参数偏差。KR5arc机器人标定仿真实验表明:该方法可大幅度提升机器人在任意位姿下的定位、定姿精度。     

码垛机器人末端执行器的设计

目的为了满足码垛机器人能够完成不同类型和规格包装件的码垛作业要求,根据具体的作业要求提出了2种不同末端执行器的设计方案。方法通过详细的分析和动力学计算,完成了末端执行器的结构设计,并在Pro/E平台中建立了该末端执行器的三维模型,最后分析了末端执行器气动系统问题。结果该末端执行器能高效地处理各种形态、结构、尺寸不同的包装件,同时又能对同一包装件采用不同方式处理。结论这2种末端执行器具有很高的实用性和广阔的应用前景。     

机器人定位精度标定技术的研究

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度。为了提高机器人的位姿精度，需要对机器人进行标定，为此必须研究机器人运动学模型的建立方法。基于MDH模型和微分运动学，识别出机器人的各个连杆几何参数误差对机器人位姿精度影响程度，并结合最小二乘算法，对机器人的定位精度进行修正。实验表明，该方法适合对机器人几何参数误差的标定，并且能够提高机器人的综合性能。     

农业采摘机器人设计与研究

随着农业现代化的不断发展和完善,农业自动采集机器人的需求也越来越广泛。文章所研究的农业机器人主要由视觉采集系统模块、末端执行器感知系统模块和控制模块所组成。在研究过程中,主要在对农业采摘机器人的总体结构进行设计的基础上,对农业采摘机器人的视觉采集系统、末端执行感知系统以及控制系统的具体设计进行详细的分析。     

机器人力控末端执行器综述

随着制造业的智能化发展,机器人抛光、打磨、去毛刺和装配等连续接触式作业的需求日益增加。力控末端执行器作为机器人力-位混合控制与连续接触式作业的关键部件,其性能对于提升机器人作业质量和拓展应用范围具有重要影响。因此,对现有机器人力控末端执行器进行研究,分析其性能特点与关键技术,指明其发展方向,对于高性能力控末端执行器的研制具有重要意义。首先,介绍了力控末端执行器的发展背景,阐述了其组成与分类、工作模式和工作原理;其次,简述了力控末端执行器研发中涉及并联机构构型综合理论与优化技术、恒力补偿作动部件设计技术、质量力补偿技术、柔性碰撞技术、解耦控制技术和力波动抑制技术等;然后,分别对机械式、气动式和电驱式等单自由度与多自由度力控末端执行器的国内外研究现状进行了概述,并分析了各自的优缺点;最后,指出力控末端执行器将向高精度、高频响、电驱化、多自由度柔顺、重载化、高集成化和智能化等方向发展。分析表明,当前普遍应用的力控末端执行器多为机械式或气动式,但存在迟滞大、响应速度较慢和力控制精度不高等缺点,且仅能实现单自由度恒力控制,因此,开展高精度高频响的智能电驱式多自由度力控末端执行器的研制,对于提高机器人连续接触式作业系统的力控制精度、曲面适应性、加工装配质量和效率具有重要意义,可有效提升工厂机器人智能化作业水平。     

基于并联机器人的块状食品包装定位方法

目的为提高包装过程中并联机器人定位精度。方法基于自抗扰控制设计一种机器人末端执行器定位方法。在传统并联机器人结构的基础上配置2台工业相机。根据双目立体视觉检测原理来确定块状食品在生产线上具体位置。为避免干扰因素降低机器人末端执行器抓取精度,设计一种自抗扰控制器,主要包括跟踪微分器、非线性反馈器、扩张状态观测器。最后,搭建实验平台并进行相关验证。结果实验结果表明,实际位置与抓取位置之间偏差距离的最大值为0.3 mm;平均误差只有0.20 mm。所设计自抗扰控制器与PID控制器相比,响应时间仅增加了1%,平均抓取精度却大幅提高。结论所述基于并联机器人的块状食品包装定位方法可使末端执行器在非常短的时间内到达指定位置;运动过程稳定、可靠,不会出现振动现象,可确保抓取精度。     

码垛机器人多功能末端执行器的设计

为满足码垛机器人完成不同类型和规格包装件的码垛作业要求,提出了一种新型的码垛机器人多功能末端执行器的设计方案。该方案采用气动驱动,通过夹持机构、抓取机构和吸附机构,实现各类包装件和托盘以及垫纸等的夹持、抓取、吸持等动作。在总体方案的基础上,通过详细设计分析与计算,完成了末端执行器的结构设计,并在SolidWorks软件平台上建立了末端执行器的三维CAD模型,最后进行了气缸选型和气动系统设计。该末端执行器设计合理,迎合了实际情况和需求,具有良好的应用前景。     

空间机器人姿态与末端抓手协调运动的鲁棒自适应控制

本文讨论了载体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机器人协调运动的控制问题。借助于虚拟扩展系统的输入与输出,得到了一组关于惯性参数呈线性函数关系的系统控制方程。以此为基础,针对空间机器人系统中不确定参数与未知参数并存的复杂情况,设计了载体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的鲁棒自适应控制方案。利用两杆空间机器人系统进行了系统仿真运算,仿真结果证实了上述控制方案的有效性。由于对系统待估计参数作了分类,并充分利用系统信息对系统不确定参数采用保持鲁棒性而不是在线估计的方法,提到的控制方案具有计算量小的优点,有助于缓解机载计算机运算能力有限的矛盾。     

基于几何参数标定的串联机器人精度提升

为了提升串联机器人绝对定位精度,提出了基于零参考模型(ZRM)的机器人几何参数标定方法。建立了包含方向矢量和连接矢量的机器人零参考模型;针对模型特点,利用改进遗传算法(IGA)优化求解零位方向分量和位置方向分量,给出了用IGA标定几何参数目标函数值计算方法及求解几何参数误差的具体步骤。通过对ER10L-C10工业机器人不同测点下仿真标定及实测研究结果表明:IGA方法能够快速对机器人ZRM的几何参数实现标定,当标定点设定为50个左右时,标定后的机器人在测试点的精度提升泛化能力较好,对ER10L-C10机器人在整个工作空间内实测标定其末端绝对定位精度提升约90%,该方法适于在有高定位精度要求的串联机器人中推广应用。     

On the comparison of bilinear, cubic spline, and fuzzy interpolation techniques for robotic position measurements

This paper describes a novel technique for position error compensations of robots based on a fuzzy error interpolation method. A traditional robot calibration implements either model or modelless methods. The compensation of position error in a model-less method is to move the robot's end-effector to a target position in the robot workspace, and to find the target position error online based on the measured neighboring four-point errors around the target position. For this purpose, a stereo camera or other measurement device can be used to measure offline the position errors of the robot's end-effector at predefined grid points. By using the proposed fuzzy error interpolation technique, the accuracy of the position error compensation can be greatly improved, which is confirmed by the simulation results given in this paper. A comparison study among various interpolation methods, such as bilinear, cubic spline, and the fuzzy error interpolation technique is also made via simulation. The simulation results show that more accurate compensation results can be achieved using the fuzzy error interpolation technique compared with its bilinear and cubic spline counterparts.     

Joint position-based impedance control with load compensation for robot arm

As part of compliant motion control for a robot arm, the force sensor is usually installed at the wrist of the robot arm to measure the force/moment caused by the external force and the load (the end-effector and the extra object). The robot arm will fail to achieve the desired compliance if the effect of the load is not considered. In this study, a strategy of joint position-based impedance control with load compensation method for the robot arm is proposed, even if the load is unknown. It will distinguish between the external force and the gravitational effect of the load in compliant motion control. Experimental results show that the proposed control method can successfully remove the effect caused by the load, and the robot arm performs compliant motion correctly, in accordance with the impedance characteristic.     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法。首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型。其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人基座标下的坐标值。并建立该坐标值的理论值与实际值偏差的误差模型,从而建立标定方程组,利用最小二乘法辨识出运动学参数误差并修正参数。最后,通过将这些参数更新到理想运动学模型中,比较标定前后测量点之间的位置偏差。实验表明,平均误差和标准差分别减小了50%和42%以上。     

基于激光跟踪仪的协作机器人标定算法与实验研究

为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了一种基于激光跟踪仪测量的机器人几何参数标定方法,对协作机器人的参数误差进行辨识和补偿。为了避免机械臂相邻两个轴平行时会出现奇异性的情况,采用了MDH参数法建立误差模型;为了把测量数据定义在同一坐标轴上,结合了机器人工具坐标系转换（靶球中心点相对于机器人末端坐标系的平移变换）;进而用最小二乘优化算法(LM)辨识出机器人的模型参数误差。通过对JAKA协作机器人的仿真、实验计算和标定,机器人的位置误差平均值、标准差、误差最大值分别降低了70.58%、56.76%、57.44%。实验结果表明:该标定算法可以有效地辨识出机器人的模型参数误差,对机器人的模型参数进行补偿后,提高了绝对定位精度。     

双臂空间机器人协调运动的模糊基函数网络控制

该文研究了在本体位置不受控、姿态受控的情况下,漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间协调运动的轨迹跟踪问题。针对存在外部扰动和未知系统惯性参数的情况,设计了一种基于模糊基函数网络的自适应调节控制方案。用模糊基函数网络对双臂空间机器人系统建模,利用鲁棒技术处理建模误差和外部扰动在内的不确定性。所提控制方案的特点是:不需要动力学方程中的惯性参数符合线性规律,也无需预知系统的惯性参数;同时可以利用学习规则在线自适应调节模糊基函数网络的所有权值和参数,因此控制方案是灵活的。该文稳定性分析证明了控制方案的全局稳定性和良好的轨迹跟踪性能。仿真算例表明了该方案能有效地控制双臂空间机器人的本体姿态和末端爪手协调地跟踪期望的运动轨迹。     

机器人的运动时变可靠性分析

机器人系统存在的多种不确定性会导致其运动精度下降,为此开展机器人运动时变不确定性建模与分析,以期提高机器人运动精度。首先基于运动学分析建立了机器人末端执行器参考点位姿误差模型,随后基于机器人位姿误差模型提出了末端执行器位置精度的点（静态）可靠性、时变（区间）可靠性模型以及机器人运动的系统可靠性模型,最后给出了实现上述可靠性模型高效、高精度求解的包络方法,并以斯坦福机器人为实例验证了所提模型和求解方法的有效性。研究表明,所提出的可靠性模型能够有效获得机器人各坐标分量上的时变可靠度以及机器人运动的系统可靠度。研究工作为提高机器人运动精度提供了新方法。     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。