机构学研究现状与发展趋势的思考

在人类文明和社会发展的进程中,制造业始终是创造社会财富的主要来源,是衡量国家综合国力的重要指标。当今世界经济全球化,各国的综合国力和竞争能力体现于机械产品的设计能力。因为制造业的灵魂是设计,而制造和被制造机械的灵魂是机构,所以现代机构学的理论研究是制造业的基础,是现代机械产品发明创造的源泉,是提高国家制造业水平和国际竞争能力的关键。机构创新设计决定了产品的创新性。如果机构的设计有缺陷,则制造出的将会是先天不足的产品或称之为“有残疾的机械”。对产品的创新而言,机构拓扑创新设计具有原创的特征性质,是机械发明中最具有挑战性和发明性的核心内容。所以,现代机构学的研究对提高我国机械产品的自主设计、创新和国际竞争能力有着十分重要的意义。机构学研究的发展趋势应该是研究现代机构设计的新理论和新方法、实现特殊功能的机构设计理论以及应用关键技术、微操作和微尺度机械的机构学、机构与机器人动力学、新型移动与操作机器人、仿人与仿生机器人和微纳机器人等。现代机构学研究的最高任务是揭示自然和人造机械的机构组成原理,创造新机构,研究基于特定性能的机构分析与设计理论,为现代机械与机器人的设计、创新和发明提供系统的基础理论和有效实用的方法。     

四足机器人机械系统虚拟设计及转弯机构理论分析

针对当前四足机器人机械本体多为刚性体的问题,将机器人机械本体作为一个柔性整体,进行了其机械系统的虚拟设计及转弯机构的理论分析.提出了四足机器人系统总体设计方案和整体机械结构组成,并讨论了其关键机构的设计.其中,重点讨论了机器人转弯机构的设计,通过理论分析得到脊柱弯曲控制函数和步长控制函数,配合行走机构实现了机器人的行走与转弯.     

全自动咖啡奶茶饮品工作站的虚拟仿真

工业机器人由于自身优良的特点,在工业领域被广泛应用,随着"中国制造2025"的提出,工业机器人将更大范围地应用于各行各业。全自动咖啡奶茶饮品的工作站是工业机器人在应用领域的一个创新设计理念,以ABB工业机器人为研究对象,通过创新思维的方式,将工业机器人的应用延伸到食品饮品制作销售行业。依托CATIA V5R20三维造型软件设计仿真工作中的机械结构,采用工业机器人仿真软件RobotStudio构建了全自动咖啡奶茶饮品的仿真工作站;利用软件中smart组件的功能,进行信号的设置和关联,设计咖啡、奶茶的制作动作过程;通过仿真的方式,展示了工业机器人在食品饮品行业的工作过程。     

压电式微型仿生六足分节机器人结构设计与加工工艺研究

介绍了压电式微型仿生六足分节机器人的理论设计原理,阐述了适用于该微机器人的动力学模型,研究了该微机器人机身和压电驱动器的加工工艺,并对加工出的压电驱动器进行了测试和分析。把在微机械方面应用极广泛的压电驱动器应用到微型仿生六足分节机器人上,结构简单、新颖,不仅使微型仿生机器人在驱动研究的新领域有所突破,还使其在整体机械结构设计上有所创新。     

气动仿生农业机器人的设计与实现

基于第十届全国大学生机械创新设计大赛(慧鱼组),介绍了一种基于气动控制系统简单、高效等特点的用于农业领域的气动仿蚯蚓运动的农业机器人设计方案,包括机械结构设计、气动回路设计和远程监控系统设计,最后对该机器人进行了调试与实现。其具备的多功能让其具有一定的推广应用价值。     

苹果采收机器人结构设计与仿真分析

为了提高苹果采摘机器人的工作效率,运用TRIZ理论进行结构创新设计.通过矛盾矩阵分析实现了采摘收集一体化;直接运用TRIZ理论中抛弃与修复的发明原理,简化了采摘步骤及末端执行器结构;运用分离原理解决了物理矛盾,提高了机械臂的灵活性.完成了机器人结构设计,分析了机器人的工作空间,通过D-H法建立了运动学方程,通过ADAM...     

基于TRIZ理论苹果采摘机器人的设计与分析

针对现阶段人工采摘苹果效率低、劳动强度大、采摘设备功能单一的问题，以TRIZ理论为基础，通过发明原理的启发，对苹果采摘机器人的末端执行器、运输装置、收集箱和其他结构进行了创新设计，设计出一款集采摘、收集、分拣功能于一体的机器人。建立采摘机械臂的D-H模型，运用Matlab对机器人的工作空间进行了分析；通过Adams对机器人采摘过程进行运动仿真，并制作1∶3实验样机，对各部分功能可行性进行了验证。结果表明，该机器人的各部分功能完善、设计合理、运行可靠、满足使用需求，为后续机器人的进一步研制和改进提供了理论支撑。     

运载火箭自动加注机器人结构设计及有限元分析

针对运载火箭推进剂加注自动化过程的实现,设计了一种能够与箭体连接头自动对接与脱离的加注机器人。该机器人以管道机械臂作为机器人本体,配合激光雷达实现自动定位与跟踪。机械臂既是机器人定位跟踪的载体也是推进剂加注管道,加泄连接器安装在机械臂末端,作为与箭体连接头对接的机械载体。利用建模软件建立机器人三维实体模型,将模型简化后导入SolidWorks Simulation进行有限元分析,得到了其应力云图以及变形位移图,通过分析验证了机构设计的可靠性和合理性。     

危险作业机器人机械臂设计及其运动学分析

从危险作业机器人的任务需求出发创新设计了一种带有平移自由度的六自由度机械臂,建立了机械臂的虚拟样机模型,机械手工作域的仿真分析表明较好的满足了设计要求。同时,运用D-H法建立机器人的连杆坐标系,进行了正向运动学分析,推导出机械臂的运动学方程以及手爪坐标系相对于基坐标系的位姿矩阵,针对运动学方程的特点,提出了解析法和基于正向运动学分析的可行解估计法相结合的试探搜索算法进行逆运动学求解,实例分析和编程验算表明该方法稳健可靠,计算精度和处理速度能够满足机器人实时在线控制的要求,并且可以应用于机器人轨迹规划和跟踪控制。     

基于ADAMS的四足仿生机器人单腿结构设计

利用ADAMS软件虚拟样机技术,设计了液压驱动的四足仿生机器人单腿机械结构。通过分析四足哺乳类动物身体结构及运动特性,设计了仿生机器人的机械机构,确定了机器人腿部自由度配置,建立了仿真模型。根据动物的实际运动步态,规划并设计了静步态及对角小跑两种步态,进行了逆动力学仿真,得到关节等关键部位输出数据。在仿真实验的基础上,设计了液压作动器的关键参数及四足仿生机器人单腿机械结构。     

小型冰雪清除机的整体设计

针对目前我国专门用于清除路面冰雪大多采用推土机、铲车以及人力的方法清除冰雪及机械设备不足,人力劳动强度大,效率不高等问题,结合工作原理,提出了新的设计方案,通过三维设计分析及试验和应用,证明此机结构设计简单,体积小,能实现刨冰、削冰、清除功能,可以弥补现有市场上的产品不足。     

数控气动爬梯子机器人

提出了一种仿生新型气动的爬梯子消防机器人的设计方案。该方案以气动作为动力,采用单片机控制电磁阀调节气路驱动气缸有序运动,用气缸活塞的运动带动连杆机构运动,来实现机器人自动沿梯子上下爬动,配合摄像头、水枪等消防器具使用,实现高空消防救援的目地。具体分析了该机器人的结构原理、气动系统、电路控制系统的设计。它结构简单,制造成本低,性能可靠。使用表明该控制策略可行、响应快速、控制可靠。因而这种仿生机器人在很多领域有着广泛的应用前景。     

悬挂行走式高压线除冰越障机器人的设计

通过对高压线除冰技术的分析,重点研究了高压线除冰技术中机械除冰方式的实现方法,通过大量的设想与实践,确定了高压线除冰机械装置的比较有效机构。设计了悬挂行走式高压线除冰越障机器人加强除冰能力。有助于在冰冻或大雪之后高压线上的冰块等破除,防止危险的产生。而且此机器人自行控制,减少了人力,提高了效率。     

可实现自动砌墙的建筑机器人设计

我国建筑业广泛采用砖砌块.分析了现代建筑采用工人手工砌墙工作效率低、劳动强度大、安全隐患多等缺点.提出了一种能够实现自动砌墙的建筑机器人设计方案.该方案是由机械手实现搬运并垒墙,由升降云梯来送砖,电机带动注射机构把水泥打到垒砖处,机器人整体步进移动,模拟人的垒墙动作.该机器人能提高砌墙工作效率和质量,解决了手工砌墙操作...     

超高压水射流破拆机器人液压系统设计与研究

采用大流量超高压水射流可以对混凝土进行破碎和拆除,利用水射流对混凝土进行破拆时喷枪会产生较大的反作用力而无法用人工来扶持,为实现混凝土建筑物破拆的自动化以及高效化,采用液压驱动的履带式移动机器人喷枪搭载平台被设计出来。研究了超高压水射流破拆机器人的组成和工作原理,并根据机器人执行破拆动作时,各机构特性以及工作参数,设计了超高压水射流破拆机器人液压系统,并针对机器人机械臂架翻转以及往复运动机构的驱动部件进行了详细的设计,最后对液压系统的特性进行了分析和总结。     

铰接体管道机器人的建模及理论计算和仿真

构造了由1个电机带动的铰接体管道机器人。在此基础上建立了机器人的数学模型，采用机械阻抗法进行理论计算，运用MATLAB模拟仿真，并制出样机进行试验验证。该设计把机械振动转化成行波波动，使机器人能够平稳地向前运动。     

应用于汽车操纵稳定性试验的转向机器人控制器设计

针对汽车操纵稳定性试验,设计转向机器人代替驾驶员操纵方向盘。在完成转向机器人机械部分设计的基础上,进行控制器设计,并进行转角跟踪测试试验。试验结果表明:转向机器人能够实现对方向盘的控制,完成转角的精确输入。     

五自由度机器人的结构设计及其控制

介绍了串联五自由度机器人的机械结构和机器人控制系统的设计.文中设计的五自由度机器人既可以用于实际生产,也可以用于教学和科研.用于实际生产既可以执行点位控制下的操作,也可以执行连续轨迹控制下的操作;用于教学和科研时,该机器人可用于机器人结构分析、机构运动学分析及机器人控制系统的教学演示和实验操作.它具有结构简单、操控方便等特点,而且可以做进一步的研发.     

基于PLC电气控制在数控系统上的应用

针对传统数控机床采用的继电器控制,对比分析证明了采用PLC控制的优点。以搬运机械手在机床上的控制为例,介绍了采用PLC实现控制的方法,包括控制总体方案、PLC选型、控制原理及梯形图的设计。试验结果表明,该控制系统能达到预定控制要求,灵活性和可靠性得到提高。