一种开放式的模块化自重构机器人

针对模块化机器人的控制和形态参数移植过程复杂的问题,提出了一种开放式的模块化自重构机器人EMERGE。首先基于自由度、外形特性和连接面的分类描述分析,确立了模块的基本特征。在此基础上,通过对模块的连接机制、控制系统的分析设计,给出了开放式的实体模块化机器人。然后在仿真环境中基于移动任务对由EMERGE模块所组建的机器人的形态参数和控制参数进行进化。最后将仿真中得到的模块化机器人的构型和控制参数移植到实体机器人上进行可移植性实验。实验测试表明,该机器人模块结构简单、组装容易、硬件开源、简单易用,具有快速构建、测试不同形态的机器人的能力,有效地减少了移植的时间成本和耗材成本。     

新型自重构机器人构型表达及空间变形线策略研究

设计了一种新型同构链式自重构模块化机器人M2SBot,它具备灵活的移动性和丰富的装配方式。针对传统构型表达方法不能准确的表达链式模块化机器人的空间构型问题,创新提出了空间装配矩阵SAM表示方法,它可以涵盖模块完整空间构型信息,实现空间构型与表达的一一对应关系,借助链式模块装配深度优先搜索算法,可获得模块各连接面装配信息CAN。针对链式模块化机器人空间自主变形问题,提出了一种新的空间变形线重构策略,该策略采用了分布式深度匹配方法,可以最大限度排除公共拓扑结构,缩小重构规划区域,极大的提高了重构效率。考虑到模块自由度对机器人支链运动的限制,借助工作空间分析,判断重构策略的可行性。最后给出一个十模块自重构机器人的仿真实例,证明空间变形线策略的有效性。     

一种自重构机器人及其重构策略研究

设计了新型均一性可移动空间多角度自重构机器人单元模块MSMAbot,由于其丰富的连接面与自由度,可在平面与空间组成多种不同构型。结合该模块的结构特点与图论理论,建立双模块动态连接边信息规则,提出了基于空间连接信息矩阵组的拓扑描述方法;利用有界深度优先搜索算法对构型进行识别,实现了任意构型的空间信息表达。通过对不同构型间的连接信息进行分层并行比对,得到构型最优公共拓扑匹配与最优模块匹配映射,并对非公共拓扑部分模块进行重构,有效减少了重构模块与步数,缩短了重构时间。最后,在ADAMS环境下对两种构型的重构进行了仿真实验,验证了分层并行重构策略的有效性。     

基于一体化关节的模块化六轴机器人技术研究

为适应不同应用场景机器人的定制化需求,研究基于一体化关节的模块化六轴机器人搭建技术。研制14和25两种型号关节,确定其机械与电气通信接口,并测试得到关节性能参数。选用BRR腕结构六轴机器人构型,通过MDH参数法得到该构型模块化机器人正运动学特性。通过分析机器人最大工况负载,研究臂展、加速度及负载之间关系。以设计的50 N负载机器人为例,仿真最大负载工况空间运动轨迹,并联合ADAMS软件进行动力学分析,验证机器人各关节的负载特性。基于模块化机器人技术,搭建两种臂展机器人,使用激光跟踪仪对机器人进行标定实验,并将机器人应用于巡检作业场景。结果表明：基于一体化关节的模块化机器人技术,可快速实现对臂展和负载的定制化需求。     

可重构液压自伺服机器人关节D H参数库建立与运动学分析

提出了一种利用迭代法求解可重构液压自伺服机器人逆解的方法。对可重构液压自伺服机器人关节做了定义,得出了相邻两动力模块较优连接方式表;探讨了3个动力模块之间的连接方式,建立了D-H参数库一,再根据动力模块与末端执行器之间的连接方式建立了D-H参数库二;介绍了机械臂数学模型,并选定了一种构型,根据该构型便可确定与其相对应的D-H参数,并得到了该构型的正运动学方程组;最后通过迭代法求得了可重构液压自伺服机器人逆解,并利用ADAMS软件验证了逆解的可行性。仿真结果表明:利用迭代法求可重构液压自伺服机器人运动学逆解是切实可行的,且迭代法适用于任何构型求逆解。     

基于关节模块的模块化工业机器人

在国内外工业机器人的研究基础上,开发了一种新型的用于教学实验的模块化工业机器人,设计了两大类关节模块--垂直关节模块和水平关节模块,在本体结构的基础上,通过采用两种模块在空间位置上的不同组合来重构成构型各异的工业机器人.在控制系统方面,通过建立单个模块的程序控制库,调用不同模块的控制策略嵌入到主体控制程序中,来生成相应的模块化工业机器人的控制策略,同时采用LED触摸屏来对工业机器人实现各种控制操作.文章设计的基于关节模块的模块化工业机器人,具有很强的自修理和自我容错能力,改变了传统工业机器人在工作范围方面的局限性,一定程度上扩大的工业机器人的应用领域.     

产品重构中同构搜索算法研究

重构状态的表示以及重构中相同子结构的搜索是产品重构规划研究的两项重要内容。可重构产品由模块构成,本文使用接口状态数与邻接关系图相结合的方法对模块的重构状态进行描述,考虑了模块接口的信息。基于此描述方法,改进子图同构的VF2算法,提出了一种适合产品重构的同构搜索算法,快速有效地搜索出产品重构中的相同子结构。同构搜索算法在Visual C 下实现,最后以可重构并联机器在不同构型间重构的实验作为例子验证了此方法。     

高精度可重构工业机器人的轨迹规划方法

为解决高精度制造业中机器人适应性差,无法重复利用的问题,将可重构工业机器人应用到制造业中。针对不同构型的机器人,提出了一种确定可重构6自由度机器人运动学参数的方法。定义单个模块坐标系和模块间坐标系的转换关系,并将与机器人构型变化相关的信息存储在专用库中,通过可重构的正向运动模块动态生成末端执行器在笛卡儿空间中的位置和方位;提出采用5-3-5样条曲线的机器人轨迹规划方法;建立单样条曲线和多样条曲线轨迹规划方程,求解不同参数下的最佳运动轨迹,保证了所生成的轨迹在位置、速度上是连续可微的,并且在开始和结束时具有0阶连续的加加速度轮廓;通过MATLAB进行轨迹跟踪仿真,与其他轨迹跟踪误差控制方法进行对比,仿真结果证明:所提出的轨迹规划方法具有良好的控制精度,并可使机器人无振动地平稳运行。     

面向管道机器人的模块划分方法研究

传统管道机器人机械结构相对固定,可完成的工作任务单一,且在不同种类的产品结构设计上存在着大量重复的问题,无法快速应对不断变化的市场需求。通过对现有管道机器人的系统结构进行分析,提出一种公理化设计方法和IDEF功能建模方法相结合的模块划分方式,对不同类型的管道机器人系统进行模块划分。该方法利用功能-结构的映射关系及产品功能活动之间的关系,以自顶向下的方式划分出产品功能模块,并提炼出不同类型管道机器人系统中的通用模块和特殊模块,最终获得具有一定通用性的模块化管道机器人资源平台,实现部件级通用互换,形成资源共享,更加适应市场需求。     

基于ORB特征和里程计信息的机器人视觉导航

提出一种基于ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征和里程计信息的移动机器人视觉导航方法。该方法提取输入场景的ORB特征作为显著路标,同时提取机器人里程计信息计算行为模式,将显著路标和行为模式作为状态节点进行机器人环境拓扑地图的构建。基于特征匹配技术进行机器人的状态定位,并选择状态中对应的行为模式实现机器人的路径跟踪导航,且在导航过程中有防止偏移既定路线的调整机制。实验表明:文中的方法能够较好的完成机器人的导航任务,并且对环境中的动态信息具有一定的鲁棒性。     

一种模块化自重构机器人的设计与实现

介绍了一种新的模块化自重构机器人HitMSRII的设计与实现过程,包括机器人模块的机构设计和控制系统的软硬件设计两个部分.HitMSRII在HitMSRI的基础上加入了接触传感器;引入了无线通讯网络;设计了兼具销孔式可靠性和平面式灵活性的新型的模块分离、连接机构;并将控制方式由原来的集中式改为集中式和分布式相结合的方式,使系统能在不增加传感器的情况下自动采集机器人的整体信息.HitMSRII比HitMSRI的体积更小,质量更轻,驱动和通讯能力也更强.     

模块化机器人结构设计及运动特性分析

针对传统机器人关节在运动过程中的偏转角度、俯仰承载能力受限问题,以提高机器人偏转、俯仰运动能力为目标,提出单电机驱动双轴式、具有大偏转角度特性的偏转关节模块,和基于平行四边形结构及弹簧部件、具有低功耗高承载能力特性的俯仰关节模块,进行了偏转模块、俯仰模块运动特性分析。建立基于新型模块的机器人运动学模型,对比分析相同尺寸及工作条件下新型机器人与基于传统关节机器人的工作空间,结果表明：同等条件下新型机器人工作空间明显大于传统机器人结构,所提出新型关节模块可有效提升机器人运动灵活性。     

工业机器人机械结构模块化参数化设计

为提高工业机器人的设计效率,对工业机器人进行功能分析及模块划分,将工业机器人分为4种通用模块,分别是执行器模块、旋转臂模块、俯摆臂模块及底座平台模块4种模块;建立模块之间的3种标准连接接口;对工业机器人各模块进行三级参数化设计,一级参数驱动机器人总体结构尺寸,二级参数驱动机器人各模块的结构尺寸,三级参数驱动机器人各零件的结构尺寸,制定机器人产品序列相关参数;最后利用该方法完成一种搬运机器人的三维模型设计,通过D-H方法建立了搬运机器人运动学模型及方程,推导出机器人的运动学正解及逆解,对模型机械结构的合理性和可达性进行了验证,并为机器人轨迹规划及实时控制提供了理论基础。用户进行机器人产品设计时,只需要根据实际工况选择合适的产品系列及模块种类并按照一定的方式进行模块装配,即可完成机器人设计,有效缩短了机器人设计周期和设计难度。     

玻璃基板搬运机器人的设计

讨论了FPD产业中玻璃基板搬运机器人的常用构型,确定了圆柱坐标型玻璃基板搬运机器人的设计方案.结合玻璃基板搬运机器人的设计过程和构型特点,着重介绍了玻璃基板搬运机器人R向伸缩模块、θ向旋转模块和Z向升降模块的功能及实现各模块功能的机械结构和运动机理,并以R向伸缩模块为例,从转矩匹配和转动惯量匹配两个方面校核了电机与负载的匹配性能.验证结果表明,玻璃基板搬运机器人所选电机与负栽的匹配性能良好,且R向伸缩模块的转动惯量具有周期性变化的规律.     

工业机器人语言解释器设计

针对机器人语言解释器结构复杂、工作效率低下的问题,提出一种解释器模块化的方法,解释器分为错误检查、预编译、编译3个模块。解释器主要就是对示教文件进行解析,生成中间代码。在控制器系统中,运动规划器获取中间代码进行运动规划,进而控制机器人正确运动。解释器通过C++编程实现。最后,以六自由度工业机器人为研究对象,对解释器的相关功能进行验证,所生成的轨迹能够满足工业生产的需求。     

蠕动式污水管道清淤机器人

采用模块化方法对污水管道清淤机器人中的管道清理单元、推进舱、阀组和控制单元等模块加以组合,并对其进行了总体方案设计,给出了机器人蠕动行走液压油路方案,分析了其蠕动行走过程。介绍了系统上、下位机联合控制方案,同时描述了下位机在控制系统中的功能及其对应程序流程。在此基础上,研制了一台污水管道清淤机器人,并对其进行了实验。结果表明：该机器人在现有方案下能够实现预定的设计目标,管道清理检测质量良好,可降低工人工作强度。     

基于C集的少自由度并联解耦机器人构型综合

针对并联机器人各支链间相互运动耦合的特性以及各支链基座在世界坐标系的位姿问题,提出基于C集的一种少自由度并联完全解耦机器人的构型综合方法。阐述C集的基本概念并分析其运算法则;在C集理论的基础上,通过分析机构的组成特性,给出少自由度并联完全解耦机器人构型综合的具体步骤;依据此综合理论,实现三平动(3T)解耦并联机器人构型综合,得到了末端具有3T运动特征的并联机构组合。进而,以传统运动副、对称结构的3T并联机构为主要研究类型,构型出一种并联机构3-PRRR,并分析该机构的雅可比矩阵。结合ADAMS仿真软件验证新机构的解耦性能,结果显示:机构3-PRRR完全解耦,验证了所提方法的有效性。     

高架与爬壁重构的船舶外板喷涂机器人设计

针对船舶外板喷涂机器人的设计,应用重构设计理论,提出了基于高架机器人与爬壁机器人的模块化重构设计思想,对重构机器人的关键技术进行了分析,包括高架关键技术、爬壁关键技术、共通关键技术,并进行了技术对比。最后,以某船厂的实际应用为例,对重构机器人设计指标、重构系统原理、重构机械模块和控制系统重构模块进行了设计与研究。     

基于视觉的工业机器人离线编程系统的设计

针对传统离线编程系统通用性差、可靠性低和二次开发难度大等问题,开发一套基于机器视觉的工业机器人离线编程系统。基于模块化思想,将该系统划分为机器视觉模块、虚拟环境模块、运动学模块、轨迹规划模块、离线程序模块和外部通信模块。借助机器视觉模块解构视觉系统与机器人末端位姿的坐标映射关系,得到规划机器人运动所需的位姿数据;基于虚拟现实建模语言构建机器人虚拟仿真环境,基于运动学模块与轨迹规划模块将位姿数据转化为机器人的作业〖JP2〗指令;基于离线程序模块与外部通信模块实现控制器指令与虚拟仿真环境的无缝衔接。最后,以一种六轴工业机器人为测试对象验证了该离线编程系统的基本功能。实验结果表明:该系统定位误差最大为0.4 mm,精度高,可满足工业应用需求。     

一种3 PUPU并联机构的位置分析与动态仿真

针对串联机器人和3-PUU并联机器人机构的结构特点和运动学特性,提出了一种3-PUPU并联机器人机构。研究描述了该并联机器人机构的几何关系,其具有三条相同的支链,且每条支链均以两个移动副作为驱动副。以该机构的运动学位置理论分析为基础,利用SolidWorks建立了该机器人机构虚拟样机,并在ADAMS软件中对机构位置作动态仿真。仿真结果验证了该运动学正反解的正确性。