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。     

基于改进目标检测算法的AGV避障方法研究

目的 针对食品包装的抓取和装配,利用人工成本高且容易装错等问题,基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,提出一种以3PUPaR并联机构为主体的抓取机器人机构。方法 计算3PUPaR并联机构的自由度、方位特征集以及耦合度等拓扑特性,验证机构具有空间纯移动的运动特性,建立机构的运动学逆解方程,基于此,采用数值法得到机构的工作空间与运动灵巧度。并研究参数尺寸大小对工作空间与全局灵巧度的影响,以全局灵巧度和工作空间为优化目标,选择具有Pareto解的NSGA-II算法完成多目标参数优化。结果 结果表明,机构具有较大且连续的工作空间。结论 该新型三自由度并联机器人能够满足食品包装的抓取和装配时运动范围。     

具有一移动两转动并联机构设计及运动学分析

目的 针对食品行业包装工作量大,人工成本逐级提高且易出错的现状,设计一种能实现复杂运动的新型并联机构.方法 利用螺旋理论分析支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构自由度.根据机构学和几何学关系,建立机构输入、输出参数关系方程;通过位置关系方程,得到机构输入、输出的速度和加速度关系方程.由于机构速度雅克比矩阵复杂,将判断矩阵是否满秩问题转化为多元函数求极值问题.根据机构约束条件,计算机构运动平台工作空间.建立机构位置正解的适应度评价函数,将改进的粒子群优化算法与迭代法相结合,求解机构位置正解.利用五次多项式对动平台中心点运动位姿进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律.结果 机构具有一移动两转动自由度.通过对上述问题数学模型的求解发现,机构不存在明显奇异位形,且工作空间连续,姿态角运动范围大.求得了机构高精度位置正解,驱动副运动学参数变化平稳,符合轨迹规划预期.结论 该新型并联机构满足食品抓取和装箱时所需的大工作空间要求,可以实现平稳运动,计算结果为机构动力学分析和实时控制奠定了理论基础.     

2-SPR/UPU新型并联机构运动性能分析

目的 针对流水线中对安全质量有要求的产品分拣过程,提出一种2-SPR/UPU并联机构为主体的机器人,用于产品的分拣与装箱,便于减少人力,提高效率.方法 首先用螺旋理论和修正的G-K公式对并联机构进行自由度的分析;其次采用封闭矢量法求解机构的位置反解;最后利用SolidWorks软件求解机构的工作空间,并在Matlab中进行编程绘制出机构的空间图.结果 该并联机构具有3个自由度(两转一移),在X,Y,Z 3个方向的空间运动范围分别是-35°～35°,-35°～35°,290～380 mm.机构的工作空间呈蜘蛛网状,内部连续无空洞,说明其工作空间没有奇异点的出现,运动性能良好.结论 2-SPR/UPU并联机构结构简单、平稳性良好且工作空间范围大,其具有的两转一移特性可以提高产品的检测分拣与装箱的效率.     

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。     

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。     

新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

目的 针对生产线码垛作业货物搬运需求,设计一种3T1R码垛并联机器人机构.方法 利用方位特征方程分析机器人机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑结构特性.根据运动副的构型建立运动学逆解模型,考虑到码垛机器人运动范围的精度需求,采用一种新型的数值搜索法实现并联机构工作空间的快速高效搜索,同时,分析结构参数对工作空间体积的影响,选择鲸鱼优化算法对结构参数进行最优化设计.结果 分析得到的机构工作空间较大且连续性较好,新型的数值搜索法可快速有效地搜索,得到准确的工作空间边界.结论 优化后的并联机构具有良好的工作空间和较好的应用前景.     

2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构的运动学分析及应用

目的 针对产品加工包装流水线上的印刷和装箱环节,提出一种具有双构型的2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构。方法 基于螺旋理论,分析得出机构在2种构型下自由度的数目及性质;根据修正的Kutzbach-Grübler公式,验证自由度的计算结果;采用封闭矢量法计算2种模式下机构的运动学反解;求解机构在2种模式下的可达工作空间;分析应用实例,研究机构在进行印刷和装箱2个环节作业时驱动支链线位移的变化,使得机构满足喷码和装箱工作需求。结果 2-UPS/UPR/(rT)PS并联机构具有2R1T、2R2T等2种运动模式,工作空间内部连续。结论 2-UPS/UPR/(rT)PS可重构并联机构通过运动副轴线变化,使机构可在2R1T、2R2T这2种运动模式下进行切换,可应用于产品印刷、装箱环节。     

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。     

3-CRS-S并联机构的运动学分析及仿真

目的 对3-CRS-S并联机构进行运动学分析及仿真,验证该机构是否具有优良的运动学性能.方法 运用修正的Kutzbach-Grübler公式对机构进行自由度计算,并分别采用D-H法和数值算法中的粒子群优化算法(PSO)对该3-CRS-S并联机构的位置正逆解进行分析,运用Adams软件对3-CRS-S并联机构进行角度和角速度分析.结果 得出该机构的位置逆解和正解,以及运动学仿真后的角度、角速度图像,该图像曲线均呈现为有规律、周期性的变化,且曲线没有出现有任何断点和突变点,运动范围相对稳定,说明该机构在运行过程中运行平稳.结论 该机构在运动过程中运行平稳,具有良好的运动学性能,在自动化包装机械领域具有广阔的应用前景.     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

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。     

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。     

面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

目的 为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置,提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。方法 应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系,得出该机构的自由度,验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法,求解得出机构的位置反解,建立速度雅可比矩阵。使用搜索法,借助Matlab求得机构的工作空间,分析机构输入与输出运动关系。结果 求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间,其形状为球形曲面;分析表明,该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。结论 驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动,驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动,因此可使工作臂末端到达工作面所需位置,最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。     

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。