基于MATLAB的工业机器人码垛单元轨迹规划

针对在线示教再现编程方法受不确定因素影响较大的缺点,在MATLAB软件环境下应用D-H法则对工业机器人本体建立运动学模型,并对码垛工作单元进行了整体建模;在对机器人重复定位精度进行实验验证的基础上,依据实际码垛任务在笛卡尔空间内对机器人末端执行器路径进行了设计,并返回关节空间内对该路径进行了运动学仿真,完成了码垛任务的末端执行器轨迹规划,在模拟工作单元动态特性基础上,提出了一种多变的工作空间内机器人轨迹规划方法。     

混联码垛机器人误差分析

论文以所研制的串并联混合的MJR混联码垛机器人为研究对象,介绍了四自由度垂直移动关节与回转关节组合式串并联的混联机器人机构特点,并进行了运动学分析,提出了这种机器人的误差分析方法,利用摄动法建立了广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位姿影响的误差模型,并通过数值仿真分析了广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位置误差的影响程度,计算结果证实了位姿误差模型的正确性,为机器人的位置误差补偿及精度优化设计提供了依据.     

基于PID迭代学习控制的码垛机器人研究

以平行四杆件的码垛机器人为研究对象,运用机器人动力学中的拉格朗日功能平衡法建立码垛机器人的动力学模型。在经典PID控制的基础上,运用迭代学习控制(ILC)对系统未知参数和干扰进行补偿,实现机器人系统各关节对期望运行轨迹的跟踪控制。通过对控制系统的分析和仿真可得,在机器人系统稳定工作的前提下,将迭代学习率设置为0.75,经过10次迭代学习之后,系统的误差绝对值最大值与期望轨迹的比值能够控制在10%以下。实验结果表明,码垛机器人的PID迭代学习轨迹跟踪控制可以获得较高的跟踪精度。     

工业机器人几何参数混合优化辨识与标定

为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,文章提出了基于圆点分析法(CPA)与最小二乘法相结合的机器人几何参数混合优化辨识标定方法。首先利用CPA对机器人模型进行几何参数初辨识,然后以初辨识结果建立机器人几何误差模型,采用最小二乘法优化求解实现精辨识,再通过距离误差来验证标定效果。通过对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行辨识标定实验研究,结果表明:采用文中方法对机器人几何参数辨识标定后其绝对定位误差的最大值、平均值和标准差明显小于理论模型和CPA辨识模型的结果,证明文中方法可以有效辨识标定机器人模型的几何参数,提高机器人的绝对定位精度。     

基于独立负载口控制的码垛机升降气动位置伺服系统研究

码垛机与粉煤灰砖压制成型机配套使用,广泛应用于砖坯压制成型后的码垛作业,码垛过程中出现定位精度低,码垛质量差,存在安全隐患等缺点,为改善这些缺点,采用负载口独立控制技术对码垛机气动位置伺服系统进行改进,对气缸两腔分别采用位移闭环和压力闭环控制,并且对垂直方向负载进行平衡,有效减小了定位误差,提高了码垛机的定位精度和响应速度,同时,使位移控制腔处于低压值。独立负载口控制有效地提高了码垛机的生产效率和能源利用率。     

机器人视觉定位精度的灰色评定方法研究

在不确定性动态扰动作用下,机器人视觉系统的各个位姿分量会产生不同量级的定位误差。为了量化各位姿分量的误差大小,提出一种视觉定位精度的灰色评定方法。首先,利用P3P特征点建模方法,建立机器人视觉系统的坐标映射模型;然后,利用GM(1,1)模型,分别对摄像机内参标定参数、2D坐标参数、3D坐标参数建立有干扰和无干扰条件下的灰色标准差模型;最后,将高斯噪音误差引入灰色标准差模型中,分析各视觉参数对机器人定位精度的量化影响。实验表明机器人视觉系统的位置精度优于±6mm,姿态精度优于±1.2°。     

基于预标定基坐标系及MIEKF算法的工业机器人标定方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度和标定效率，提出一种基于预标定基坐标系及改进迭代扩展卡尔曼滤波(MIEKF)算法的运动学标定方法。该方法的优点在于用采集的位置数据进行基坐标系和工具坐标系预标定，节省两者拟合的时间。在建立位置误差模型时利用相关系数和复共线性分析去除模型的冗余参数。用MIEKF算法辨识模型的几何参数误差。通过实验对比验证，机器人经补偿后的绝对定位精度提高了88.07%。     

六自由度机器人的运动学分析及码垛轨迹规划

现如今生产过程中的码垛场景多为专用的四自由度码垛机器人,通用性和灵活性较差。为提高码垛过程中机器人的通用性和灵活性,实现六自由度串联机器人的码垛,根据改进D-H法,在UR5机器人各关节末端建立固连坐标系,推导出UR5的正运动学变换矩阵及逆运动学各关节表达式。使用梯形速度控制,确定了码垛过程中直线轨迹部分的运动规律,得到了码垛过程中圆弧轨迹部分的坐标转换关系及机器人末端运动过程。在空间中规划出码垛时机器人末端轨迹,并进行仿真。绘制了各关节运动曲线,表明机器人在码垛过程中轨迹平滑,运行平稳,对六自由度串联机器人的码垛研究具有参考意义。     

基于双结构光视觉的机器人运动学参数标定方法

为解决机器人因运动学参数误差而导致的绝对定位精度损失,提出一种基于双结构光视觉的关节机器人运动学标定方法,具体研究了双结构光光源配合双目视觉在求取光源发射装置空间位置中的应用、推导了出光源装置位置误差与连杆参数误差的误差方程。通过采集机器人若干末端的机器人坐标系位姿与世界坐标系位姿数据,再基于最小二乘理论求取机器人坐标系与世界坐标系的单应性矩阵,将之后采集的点通过单应性矩阵转换到机器人坐标系下的位姿。再通过误差方程来获取连杆参数误差,并对其真实参数进行修正,从而提高机器人定位精度。最后讨论了该方法在SK-10R关节机器人上进行标定的实验结果,结果表明该方法能实现机器人空间位姿的标定,在低成本的条件下大幅提高机器人的绝对定位精度。     

基于有限元法的码垛机器人模态分析

介绍了码垛机器人的设计原理和总体结构。利用有限元分析软件COMSOL,以模态分析为理论基础,建立了码垛机器人的有限元模型,选择了码垛机器人3种典型的位姿,并对各阶固有频率进行了分析,得出各阶固有频率下的模态振型。结果表明:各种位姿的机器人的前六阶固有频率集中在15~130 Hz之间;小臂和前后大臂是主要的动态特性影响因素,可以通过适当的增加壁厚或者提高材料的刚度来进行改进;整个机器人的固有频率较低,可以通过优化手臂平行四边形机构来提高整体结构的刚度,从而提高机器的固有频率,改善其振动特性.     

柱坐标熔焊机器人分层算法与成形效果分析

在对柱坐标熔焊成形设备介绍的基础上,提出适用于回转框架结构的自适应分层、填充算法,通过三次择优筛选,减少网格的无效判断次数;建立了叠层堆积的误差模型,结合截面轮廓曲率变化动态计算适应成形精度要求的分层厚度;以NURBS作为基函数对分层轮廓进行最小二乘拟合,通过遗传算法寻找最佳拟合权值优化拟合结果.结果表明,成形过程中焊枪运行平稳,悬臂摆振较小;采用柱坐标特有的回转结构进行圆弧填充,避免了各焊缝间的成形时间等待和折线轮廓带来的过堆积现象,最后通过实际案例验证了分层软件的稳定性与可行性.     

微轴零件自动测量及双工位码盘控制系统设计与实现

传统数控走心机下料后,微轴类零件的尺寸测量以及分选码盘几乎都是由人工作业完成,效率低下,容易出错。针对以上问题,提出一款稳定可靠、生产高效的自动化测量与双工位码盘机械设备。该控制系统基于西门子S7-300 PLC和博途软件开发,硬件组态、多语言混合编程、人机界面等都在该平台下统一设计,实现了微轴零件皮带输送、方向校正、转运缓存、尺寸测量、双工位码盘等过程的自动化。该设备已经开发完成并应用于生产,检测质量与码盘效率得到很大提高。     

基于单目视觉的工业机器人拆垛系统设计与实验

基于单目视觉提出了工业机器人拆垛系统构想。为实现工业机器人视觉拆垛系统中机器人精确运动控制与工件位姿识别,运用D-H位移矩阵法建立了机器人运动学模型,得到机器人末端相对机器人坐标系的位姿信息。基于形状模板匹配法提出目标图像识别算法,得到各个目标图像在相机坐标系下的位姿信息;将三维视觉模型与机器人运动学模型进行信息融合,建立机器人视觉拆垛控制系统数学模型。基于CCD工业相机、4-DOF工业机器人搭建视觉定位抓取实验系统。通过对空间目标进行抓取的实验,验证基于单目视觉的工业机器人拆垛系统的正确性、精确性、鲁棒性。     

Effective γ-surfaces in {111} plane in FCC Ni and L12 Ni3Al intermetallic compound

The well-known concept of γ surfaces originally suggested by Prof. Vitek is extended to the case of a shift of one part of a crystal with respect to the other part in two adjacent {111} planes of a stacking fault. The proposed approach is used to construct the effective γ surfaces in the {111} plane in fcc Ni and L1₂ Ni₃Al of intermetallic compound. It is shown that Ni₃Al can have five metastable stacking faults in this plane, namely, an intrinsic superlattice stacking fault, an extrinsic superlattice stacking fault, a complex stacking fault, an antiphase boundary, and a complex extrinsic stacking fault. The existence of the latter in the {111} plane in the L1₂ Ni₃Al intermetallic compound has not been reported previously. The shift of the crystal in two close-packed planes in fcc Ni makes it possible to avoid the formation of a high-energy stacking fault which arises when constructing an ordinary γ-surface, as well as to self-consistently include the extrinsic stacking fault into consideration.     

温度对六方系金属层错能影响的热力学模型

利用密排六方金属发生层错时在层错区域由密排六方(Hexagonal Close-packed,hcp)的AB排列转变为面心立方(Face-centered Cubic,fcc)的ABC排列的特点,通过计算hcp/fcc相变所需要的能量来计算hcp金属层错能.同时,在模型中引入了空位缺陷和温度等因素.利用此模型计算Mg,Zn,Ti等3种hcp纯金属的层错能,推导出层错能随温度变化的理论计算式,计算出变化值.计算结果表明:该热力学模型适用于hcp金属层错能的计算.Mg,Zn,Ti等hcp结构金属的层错能随着温度的升高逐渐降低,化学自由能变对层错能的影响占主导地位.空位有降低层错能的作用,随着温度的升高空位密度增大,层错能降低的幅度增大.     

基于非等径双球堆积模型和蒙特卡罗仿真模拟的纳米铜烧结互连机理分析

为了满足第三代半导体低温封装、高温服役的要求,纳米金属颗粒烧结封装互连逐渐替代传统钎料回流焊工艺,而高致密度烧结是实现高可靠性封装的必要条件之一. 为了研究纳米铜颗粒烧结互连机理,首先通过非等径双球三维密集堆积模型构建理论颗粒配比与堆积孔隙率之间的关系,然后采用蒙特卡罗仿真模拟不同粒径比的双球模型颗粒烧结过程,最后通过纳米铜混合烧结试验来验证理论推算和仿真模拟结果. 结果表明,根据3种三维密集堆积模型估算,孔隙率最低时的颗粒粒径比在10∶1 ~ 5∶1之间;仿真模拟结果显示,粒径比为5∶1时的双球模型收缩率最大;选择250和50 nm两种粒径纳米铜进行混合烧结试验,证实烧结致密度最佳条件时的颗粒质量比为8∶1,与理论计算结果相符. 由此可见,该方法可以为纳米铜烧结在第三代半导体封装互连中的应用和工艺优化提供了理论支持.     

预变形对Fe-Mn合金层错几率和阻尼性能的影响

探讨了Fe-Mn合金的高阻尼机制并采用G-L位错脱钉模型对其进行描述,同时通过测定层错几率,揭示了预变形(0-10%)对Re-Mn合金阻尼性能影响的本质.采用倒扭摆测试合金的阻尼性能,SEM和TEM观察显微组织,XRD测定物相体积分数和层错几率.结果表明,Fe-Mn合金的高阻尼性能来源于层错界面上Shockley不全位错的脱钉运动,实验结果很好地符合G-L位错脱钉模型;预变形量小于4%时,预变形处理虽然对合金的ε马氏体量没有太大影响,但明显增加了其层错几率,即Shockley不全位错的数量,合金的阻尼性能随变形量增加逐渐提高;预变形量大于4%时,由于ε马氏体和层错的相互交割,增大了Shockley不全位错的脱钉难度,所以合金的阻尼性能随变形量增加逐渐下降.     

Microscopic description of plasticity in computer generated metallic nanophase samples: a comparison between Cu and Ni

Simulations are reported on the plastic behavior of two model f.c.c. metals, Ni and Cu, with different stacking fault energies, and average grain sizes in the range of 3–12 nm. A change in deformation mechanism is observed: at the smallest grain sizes all deformation is accommodated in the grain boundaries. At higher grain sizes intragrain deformation is observed. Analysis of the atomic configurations shows that intrinsic stacking faults are produced by motion of Shockley partial dislocations generated and absorbed in opposite grain boundaries. In Cu the stacking faults are observed at smaller grain sizes than in Ni (8 nm in Cu, 12 nm in Ni) which is attributed to the lower stacking fault energy. Shockley partial dislocations appear on slip systems that are not necessarily those favored by the Schmid factor. Atomic displacement analysis shows that deformation starts at triple points, with grain boundary sliding followed by the creation of intragrain partial dislocations.     

精密加工中心直线轴复合误差建模研究北大核心

为提高精密机床加工精度,针对直线轴几何误差与热误差两类重要误差项进行分析,并提出一种复合定位误差建模方法。首先对两端固定式丝杠进给系统的热误差机制进行分析,建立正弦函数误差表达式,利用有限元法提取丝杠表面温度并作为输入量代入到热误差模型中。利用切比雪夫多项式建立静态几何误差预测模型。将两模型叠加,得到复合定位误差模型。对精密加工中心直线轴进行检测实验,实验值与预测模型对比后发现预测精度达到85%以上,验证了复合误差模型具有较高的预测精度,为直线轴定位误差补偿提供了参考。     

机器人铣削加工让刀误差建模与分析

在机器人切削加工工艺过程中,让刀误差是影响切削加工精度的重要因素之一。以球头铣刀铣削加工为研究对象,视其为准静态运动过程,根据机器人静弹性力学模型和球头铣刀切削力模型,建立了机器人切削过程的让刀误差数学模型。同时,提出了一种基于基因遗传算法的刀具姿态优化方法,以减小切削过程的让刀误差。最后,通过仿真分析了切削参数、刀具姿态和机器人刚度等因素对让刀误差的影响,验证了刀具姿态优化方法的可行性。