新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

2-RPS/UCR并联机构的构型设计与位置分析

目的针对口罩包装线中,操作简单且重复性高的装盒工序采用人工成本过高情况,提出一种2-RPS/UCR并联机构用于口罩装盒工序。方法建立2-RPS/UCR并联机构的模型;采用螺旋理论的方法以及修正的G-K公式分析此机构所具有的自由度;机构的位置逆解可以采用闭环矢量法结合杆长的约束条件求出;该机构的工作空间通过Matlab软件求出。结果该机构可以实现两转一移的运动,其工作空间形状规则,范围较广,可以运用于口罩装盒。结论2-RPS/UCR并联机构工作稳定,具有良好的工作性能和连续无空洞的工作空间,可以满足口罩包装线中口罩装盒所需的运动和工作范围。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。     

飞灰包装智能产线设计与虚拟调试

目的 设计一种全自动飞灰包装智能产线,旨在为某垃圾焚烧厂的飞灰包装产线的自动化改造项目提供可行性方案。方法 从飞灰包装的实际工艺需求出发,介绍产线总体设计和工位布局。针对吨袋开口装置和机器人专用手爪的设计与工作原理进行介绍。推导理论套袋力公式以指导专用手爪和出灰筒等机构的设计。在产线结构设计的基础上,为进一步验证该结构和布局是否能够无障碍地实现飞灰包装的所有工序流程,采用基于NX MCD和虚拟PLC的虚拟调试的方法,并结合PLC程序为整个包装产线进行工序流程仿真。结果 仿真显示该产线可以在PLC程序控制下全自动地、无障碍地实现飞灰包装的11个工序。产线的6个工位均可以实现无人运行。结论 可以通过添加开口装置与机器人等设备,改造原有半自动的包装产线,并为原产线解决了大型吨袋的自动开口、取袋、套袋的问题。     

双模式可重构并联机构的构型及其在酒盒产线中的应用

目的 为实现酒盒生产线上酒盒胶线点胶和酒盒底座清废环节的自动化,提出一种双模式可重构并联机构。方法 基于螺旋理论分析该机构在2种模式下的自由度,利用闭环矢量法和D-H法求得对应模式下的位置逆解,采用数值法求解机构工作空间、灵巧度和转动能力指标,给出该机构的应用实例。结果 该机构在2-URU/RRC模式下具有3T自由度,2-URU/URC模式下具有3T1R自由度,工作空间连续且无空洞,获得2-URU/RRC模式下灵巧度指标分布规律和2-URU/URC模式下动平台转动能力。结论 该机构在2-URU/RRC模式下可满足胶线点胶作业需求,在2-URU/URC模式下可满足底座清废作业需求,提高了酒盒生产线自动化程度。     

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。     

应用于药品包装生产线的2-UPR/RSPR并联机构的工作空间分析

目的针对药品包装生产线后端对工人数量需求多、劳动强度大等问题,提出一种具有较大工作空间的2-UPR/RSPR并联机构,可应用于药品包装生产线的装箱和码垛环节。方法建立2-UPR/RSPR并联机构的螺旋矩阵,并应用G-K公式进行机构自由度的求解和验证,综合应用闭环矢量法和D-H法求解机构的运动学逆解。通过三维模型进行运动仿真获得机构的可达工作空间,联合使用SolidWorks和Matlab软件验证机构的工作空间。给出该机构在药品包装生产线上的应用实例。结果2-UPR/RSPR并联机构具有4个自由度,机构工作空间为双伞形,动平台最大执行角度可达90°,能满足药品包装的需求。结论2-UPR/RSPR并联机构应用于药品包装生产线的后端,不仅提高了包装效率,也提升了药品包装的智能化程度。     

基于3-(RRR)E(RR)S并联机构的多运动模式分析

目的 多模式机器人具有智能型可重构和变结构特性的能力，能够主动或被动适应多变的环境，设计一种能够在包装工程领域应用的多运动模式并联机构。方法 从螺旋理论出发，通过研究线矢量与偶量在不同几何空间中的相关性，得出在一定条件下约束力可以转化为法向约束力偶，为并联机构实现多模式运动提供了理论支撑。结果 通过3-(RRR)E(RR)S并联机构变形，得出该机构的具有3R、2T1R和2R1T等3种运动模式，在各种运动模式下的自由度均为3，具有全周性。结论 基于3-(RRR)E(RR)S并联机构，通过变化支链约束力线矢空间位置关系来改变机构的约束条件，使该并联机构能够实现3R、2T1R和2R1T多模式运动，满足物流分拣、抓放定位、产品空间姿态调整等需求。     

2-RPU/UPS并联机构自由度和位置分析

目的 针对目前包装流水线末端需要对大量物品进行码垛和搬运,而生产线末端自动化程度不高等问题,提出一种2-RPU/UPS并联机构,并应用于包装流水线上后期物品拾取和码垛来提高工作效率.方法 首先用SolidWorks软件画出机构的三维图,然后用螺旋理论对该机构进行自由度分析,并用修正的K-G公式对该机构的自由度进行验证.用封闭矢量法求出该机构的位置逆解,并根据位置逆解和该机构之间的相互约束条件,运用Matlab软件编程求出该机构的可达工作空间.结果 2-RPU/UPS并联机构具有两转(绕x轴y轴的转动)一移(沿z轴方向的移动)3个自由度,拥有较大的工作空间,并且在运动过程中没有出现奇异点.结论 该机构具有较大的工作空间,自由度多,运动灵活,运动性能良好,可以应用于包装领域的码垛与搬运.     

三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真

目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink和Adams进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。     

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。     

新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

基于ADAMS的六轴机器人动力学仿真分析

目的 为了解决六轴机器人包装行业中装箱、搬运等工序的应用问题,主要基于包装生产线的搬运工序设计作业机器人并对其动力学进行研究.方法 根据包装生产线搬运工序的作业特点,将机器人结构设计为六轴关节型机器人,每个关节均通过伺服电机连接减速器驱动,通过牛顿-欧拉法对机器人进行动力学分析,建立机器人模型,并运用ADAMS软件对其动力学进行仿真分析.结果 所设计机器人关节的运动轨迹曲线平稳变化,轨迹平滑连续,角速度和角加速度曲线平滑、无突变.结论 机器人运动平稳,在运动过程中振动较小,证明了结构设计的合理性,为六轴机器人的优化设计提供了理论基础.     

新型四轴码垛机器人机构设计与动力学仿真分析

目的针对生产线码垛作业,设计一种四轴码垛机器人以满足货物搬运需求。方法利用平行四边形机构对码垛机器人进行结构设计。根据码垛机器人的结构特点,采用运动D-H方法对该机器人进行运动学分析,通过SolidWorks建立码垛机器人实体模型,并将其导入Matlab中,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用Simulink添加控制模块、驱动模块和检测模块,建立完整的仿真模型。通过SolidWorks与Matlab两者的结合进行机器人动力学仿真分析。结果运用SolidWorks与Matlab联合仿真,可以缩短设计周期,有效地获取其动力学特性参数。结论四轴码垛机器人可以有效解决生产线上的码垛作业问题。     

基于包装生产线的3-PUU并联机器人的动力学研究

目的 为了提高机器人在包装生产线上抓取、码放包装物品时的控制精度和稳定性,需要准确地了解机器人的动力学特性,对3-PUU并联机器人的动力学特性进行研究.方法 以现在常用的3-PUU型并联机器人为研究对象,介绍了其基本结构,运用达朗贝尔法对其动力学进行数学建模分析计算,然后建立机器人实体模型,导入Adams软件中进行仿真计算,并与在Matlab中编程计算得到的结果相比较.结果 得到了机器人的动力学方程,仿真得到机器人驱动滑块的位移、速度、加速度曲线,与Matlab编程计算得到的结果相吻合,且曲线平滑连续,无突变.结论 验证了数学模型的正确性,可以为机器人的电机选型及精确控制等提供理论基础.     

基于ABB机器人的双追踪传送包装系统设计

目的为提高物流、包装等行业物料包装的效率,设计基于ABB并联机器人的物料和包装盒传送带的包装系统,实现物料的动态拾取及放置。方法在系统中,建立传送带基坐标和物料移动工件坐标,当物料进入追踪队列后,被链接上物料移动工件坐标,DSQC377B追踪模块对物料的位置信息进行记录,机器人根据DSQC377B追踪模块反馈的信息,实现物料和包装盒的动态追踪。结果通过实验验证,该系统可以实现物料和包装盒的生产线的动态追踪,机器人平均拾取放置速度可达到每分钟60个,拾取传送带漏抓率小于0.2%,产品盒放置率达到100%。结论该系统大大提高了物料包装的效率,降低了成本,并具有较高的稳定性和准确性,可满足工业实际要求。     

一种装箱作业并联机器人机构的运动性能

目的针对目前食品、药品等装箱作业要求,将一种新型二自由度平面并联机器人用于装箱生产线的作业机构,并对其进行运动性能研究,确定其能否满足生产要求。方法对并联机构进行运动学分析,建立并联机器人的雅可比矩阵,利用几何法求解位置正、逆解;引入稳定性、运动分辨率和刚度性能指标,对机构进行运动性能分析,绘制稳定性和运动分辨率在工作空间内的性能分布图谱,研究机构在竖直方向上的刚度性能。结果该并联机构在实际装箱作业中的运动性能较为稳定,抓取或者放置物体阶段具有较高精度,且竖直方向的刚度较高。结论该新型二自由度平面并联机器人能够满足产品的装箱作业,在实际装箱作业中取得了广泛应用。     

基于袋装食品装箱的并联机器人的轨迹规划研究

目的 为了使机器人能够更加准确高效地完成袋装食品的装箱工作,对自动完成袋装食品装箱的并联机器人的工作空间和轨迹规划进行研究。方法 根据食品包装生产线上自动装箱的工况,介绍一种对轻小型袋装食品完成自动装箱操作的四自由并联机器人的基本结构,并运用Matlab软件对其进行工作空间分析,通过修正梯形轨迹规划算法对其进行轨迹规划,并运用ADAMS软件验证分析。结果 由得到的机器人工作空间图及机器人动平台的运动曲线图可知,机器人的作业范围能够达到半径300 mm、高度140 mm,动平台的速度曲线和加速度曲线均变化平滑,无突变,在机器人启停时速度与加速度均为0。结论 验证了机器人设计的合理性及修正梯形轨迹规划的可行性,此轨迹规划可以很好地适用于袋装食品装箱工序。