关节机器人定位精度影响因素分析

通过调查研究找出机器人定位精度的影响因素,进行机器人运动学分析,建立以D-H模型为基础的MDH机器人运动学误差模型,结合已设计完成的机器人,利用SolidWorks软件的公差分析插件分析由零件制造误差、装配误差和关节间隙引起的运动学误差,得出机器人各关节精度偏差的极限值。分析结果得出在运动学因素的影响下,机器人名义位姿与实际位姿之间的误差较大,影响了机器人的定位精度,需进一步对其进行补偿。     

新型导管搬运机器人的静刚度及动态特性分析

为提高航空导管的加工效率,配合数控弯管机进行直管弯曲加工工作,设计了一种新型三坐标式导管搬运机器人.该机器人在搬运导管的工作过程中,其静刚度与动态特性是影响工作质量与精度的重要因素.针对该三坐标式搬运机器人的特点,利用旋量理论求解出该机器人的雅可比矩阵;利用有限元仿真软件对其进行静刚度分析,找出机器人工作的极限位姿,并对该机器人位姿进行模态仿真分析;结合静刚度映射理论对其进行静刚度辨识试验并求解出其刚度矩阵,进行了模态试验;试验分析结果与仿真结果进行对比,误差均不超过10％,验证了所建立模型的有效性.从而保证了搬运机器人较高的工作质量与连续性.     

3-RSS同轴驱动布局并联机构的打磨机器人设计与运动分析

针对目前串联型打磨机器人在打磨球面时存在刚度不足的问题,提出一种3-RSS同轴驱动布局并联机构工具型打磨机器人.同轴驱动布局是将驱动布置在同一轴线,主体由基柱和3组可以绕基柱旋转的机械臂构成,每个机械臂外接支链杆簇,3组支链杆簇与末端打磨头相连.通过构型分析、结构设计,建立同轴驱动布局打磨机器人模型,并对模型进行运动学分析,通过雅可矩阵分析奇异位置,获得打磨机器人的灵活工作空间;经过运动仿真,对比预设路径与仿真轨迹,进行运动误差分析,验证了驱动方案的可行性.研究结果为并联机构打磨机器人拓展工作空间、提高刚度提供了理论与技术支持.     

旋转型与直线型Delta机器人全空间工作特性研究

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证,可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵,通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性,并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明,在可达空间体积近似的情况下,直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好,而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。     

基于李群理论的并联码垛机器人构型综合

码垛机器人是一种用于生产线上物料堆垛与机床上下料的机器人,现有的码垛机器人多采用串联结构,而串联结构又具有误差累计大、刚度差、精度差等缺点。并联机构是一种动静平台通过多条支链联接而成的机构,具有刚度大、误差累积小、负载能力强等优点,将并联机构引入码垛机器人领域有望解决现有的串联码垛机械手的误差累积大、刚度差等问题。而现有的并联机构还未成熟,尤其是可用于码垛行业的构型明显不足。采用李群理论进行了并联码垛机器人的构型综合,获得了多种能满足搬运码垛任务的并联机构。     

挠性陀螺十字铰链模型的建立与分析

在对动力调谐陀螺刚度和漂移误差分析的基础上,建立了由内外挠性接头装配后铰链所形成的十字型铰链的模型,并利用伪刚度体理论对该模型进行了分析。得出了内外挠性接头两铰链的相对位置关系对十字型铰链模型的影响曲线。通过影响曲线的分析,得出内外挠性接头铰链方位上的偏差对十字型铰链模型的刚度的影响程度,而模型刚度变化则对整个陀螺的装配精度提出了同轴以及正交的要求,对整个陀螺仪的装配和调试起到了指导作用。     

3-TPT+RTPTR混合型机器人运动学分析

分析了3-TPT+RTPTR混合型机器人的结构,求得该机器人执行端的位置和速度正反解,对辅助支链进行了相应的运动学分析。利用Matlab的GUI模块及绘图功能,设计了求解该机器人运动学的人机交互界面。通过分析计算可以看出,机器人执行端的位置运动学只与3-TPT并联机构的主动输入有关,而执行端的转动仅与辅助支链RTPTR的输入有关。该分析结果对该机器人进行控制研究提供理论依据。     

TriMule与Tricept机器人刚度解析与比对

为分析比对TriMule机器人与Tricept机器人中两种1T2R并联机构的刚度性能,基于旋量理论,通过力/变形雅可比将支链层面的界面刚度矩阵映射为机构末端笛卡尔刚度矩阵,构造出二者的刚度半解析模型。在此基础上,结合两种1T2R并联机构为球坐标机构的构型特点,推导出二者在给定参考位形下切向线柔度特性各向同性条件的显式表达,并提出评价两种机构切向、法向柔度特性的局部与全域刚度性能评价指标。利用该模型,揭示出两种机构中主动与从动支链的夹角对局部和全域刚度性能的影响规律。研究结果表明,对于一组相同的尺度、结构和任务空间参数,两种机构的刚度性能相当,且其局部与全域刚度性能均是强线性相关的,进而可用前者准确地表征后者。     

全柔性并联机器人支链静刚度矩阵的建立

设计了一种新型非对称全柔性3-RRRP平移微动并联机器人机构。在柔性铰链静刚度矩阵及柔性移动副静刚度矩阵的基础上,先建立该微动机器人机构单个支链的一般模型,利用坐标矩阵变换（D—H矩阵变换）的方法,推导出一般支链静刚度矩阵求解的理论过程,进而求得该支链端部的静刚度矩阵。最后,通过理论计算-简单模型,并用ANSYS对理论计算结果进行模拟。模拟结果显示,理论计算的静刚度矩阵与模拟结果很相近,说明一般支链静刚度矩阵理论推导过程具有一定的准确性。     

Mecanum轮全方位移动机器人的速度修正

Mecanum轮的制造精度较高,加工难度较大,而且加工装配的误差会引起辊子与轮毂轴线夹角α的误差.分析了α的偏差对机器人运动精度影响,提出一种α角的标定方法并应用到自主设计制造的Mecanum轮全方位移动机器人上.实验证明,标定前机器人沿横向平移和原地旋转的速度误差分别为17.4%和8.8%,标定后机器人相应的速度误差只有2.4%和3.1%.结合理论分析和实验结果,对α角进行标定能够减小制造误差对机器人速度的影响,提高运动控制精度.此外,该方法对于降低加工制造难度,扩大Mecanum技术的应用具有积极的作用.     

新型切削加工机器人的模块化设计及应用

在分析传统的切削加工机器人刚性差、精度低的基础上,利用模块化设计并开发了一种新型的切削加工机器人,通过对二维自由曲面的实际加工,结果表明开发的切削机器人是可靠而实用的。     

Robot machining: recent development and future research issues

Early studies on robot machining were reported in the 1990s. Even though there are continuous worldwide researches on robot machining ever since, the potential of robot applications in machining has yet to be realized. In this paper, the authors will first look into recent development of robot machining. Such development can be roughly categorized into researches on robot machining system development, robot machining path planning, vibration/chatter analysis including path tracking and compensation, dynamic, or stiffness modeling. These researches will obviously improve the accuracy and efficiency of robot machining and provide useful references for developing robot machining systems for tasks once thought to only be capable by CNC machines. In order to advance the technology of robot machining to the next level so that more practical and competitive systems could be developed, the authors suggest that future researches on robot machining should also focus on robot machining efficiency analysis, stiffness map-based path planning, robotic arm link optimization, planning, and scheduling for a line of machining robots.     

Hand–eye calibration and positioning for a robot drilling system

In the aircraft manufacturing, drilling large amount of assembly holes in aircraft board is one of the key bottlenecks of production efficiency. To enhance the efficiency and quality of assembly holes' manufacturing, robot drilling system replacing manual operation becomes more and more urgent. Normally, a robot system needs accurate mathematical models of the manufactured object and the environment when it's working; as a matter of fact, because of the manufacturing error, the homogeneity between aircraft board and its mathematical model is dissatisfied. So a hand–eye vision system is introduced to realize the positioning of the end effector in order to improve the flexibility and robustness of a robot drilling system. The paper discusses the calibration and positioning of a hand–eye vision system for a robotic aircraft board drilling system. Because the drill must be vertical and keep a fixed distance to the aircraft board surface before drilling, the depth information of hand–eye relationship is neglected and by defining an intermediate scene coordinate system the hand–eye relationship between the robot coordinate system and the vision coordinate system is established. Then the position of target point can be described in the robot coordinate system by using the calibrated hand–eye relationship, and thus the navigation information for the robot drilling system can be provided. Experimental results of the calibration and positioning of the hand–eye vision of a robot drilling system is provided, and the main factors that affect the positioning error are analyzed.     

基于机器视觉的表针自动码垛系统

为了解决表针生产过程中的自动码垛问题,设计了基于机器视觉的表针自动码垛系统。在表针自动码垛系统中,通过安装在平面关节型机器人上的工业相机,对送料转盘进行图像采集。结合几何轮廓定位和斑点分析等图像处理技术,对图像特征进行提取,获取送料转盘上随机分布的表针位置信息与正反面信息。借助优化后的表针吸嘴和手眼标定技术,通过平面关节型机器人以一定间隔交替分拣正面表针和反面表针。正面表针由平面关节型机器人直接码垛,反面表针经过180°旋转机构翻转后再进行码垛,从而实现表针的全自动码垛。通过试验确认,基于机器视觉的表针自动码垛系统可以满足多种不同规格表针的码垛要求,定位精度、效率与稳定性高,误差小。     

A target-approachable force-guided control with adaptive accommodation for complex assembly

In this paper, a target approachable force-guided control with adaptive accommodation for complex assembly is presented. Complex assembly (CA) is defined as a task which deals with complex shaped parts including concavity, or whose environment is so complex that unexpected contacts occur frequently during insertion. CA tasks are encountered frequently in the field of manufacturing automation and various robot applications. To make CA successful, both the bounded wrench condition and the target approachability condition should be satisfied simultaneously during insertion. The bounded wrench condition can be satisfied by properly designing accommodation parameters, which depends on the tolerable stiffness for an assembly task, not to exceed the prescribed contact wrench. On the other hand, the target approachability condition can be satisfied by determining an admissible twist minimizing the deviation between the current and target twist. By applying convex optimization techniques, an optimum target approaching twist can be determined at each instantaneous contact state as a global minimum solution. Incorporated with an admissible perturbation method, a new CA algorithm using only the sensed resultant wrench and the target twist is developed without motion planning or contact analysis (which requires the geometry of the part and the environment). To verify the feasibility of the new assembly algorithm, a wench sensor model based on a minimum distance algorithm has been developed and used to estimate contact wrenches in graphic assembly simulation. Finally, a VME bus-based real-time control system is built for experiments on various CA tasks. The T-insertion task as a planar CA, and the double-peg assembly task as a spatial CA, were successfully executed by implementing the new force-guided control with adaptive accommodation.     

十字龙门式机器人的研究

设计了一种用于装配作业的十字龙门式机器人,该机器人可用于工业生产上的精密化装配作业,能提高作业效率、减轻劳动强度.文中结合十字龙门式机器人的特点,完成了机器人的总体方案设计;然后根据技术要求,进行了机器人的总体结构设计、传动方案设计、驱动单元设计及传感器设计;确定方案后,又进行了传动丝杠、驱动电机及编码器的参数计算,从而对相应的部件进行选择.在对十字龙门式装配机器人的设计过程中,结合机器人的特点,设计了大刚度的龙门结构,大大提高了系统的刚度和精度.     

冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载的仿真分析

采用有限元方法建立了冗余度柔性机器人协调操作柔性负载的模型。首次对两4R冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载进行了不同目标任务的对比数值仿真分析,指出任务空间和初始角度均是影响系统性能的因素,在设计任务时应选择较好的机器人可操作空间给定任务,使机器人采用较好的初始位形进行运动以提高系统性能。在对系统精度要求较高并且负载与机器人杆件具有接近的尺寸、材料更轻、刚度相近或更小时,需要考虑负载的柔性,以获知精确的负载位姿信息,利用运动补偿等方法消除不利因素,提高系统精度。     

基于工业机器人的水接头自动装配系统设计

水接头装配是相控阵雷达液冷系统装配的重要工序,自动装配系统可以解决传统手工装配方式效率低、装配质量一致性差、装配过程数据无法记录的问题。文中依据水接头装配工艺,分析了水接头装配的定位要求,结合机器人的技术特点,设计开发了一套基于工业机器人的水接头自动装配系统,通过增加第七轴运动系统和基于机器视觉的独立误差修正机构解决了机器人覆盖范围小以及绝对定位精度低的问题。系统由六轴工业机器人、第七轴运动系统、交互式水接头供料系统、螺钉自动供钉锁固系统、独立误差修正系统、水接头移栽系统、控制系统等共同构成,实现水接头装配自动化,装配过程数据采集智能化。系统在实际使用中性能稳定、可靠,满足产品生产装配要求。     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

Error detection and recovery in flexible assembly systems

This study investigates error detection and recovery for flexible assembly systems. A method for error recovery based upon an expert system is presented. An expert system is used to control the assembly cell, but the robot controller controls the assembly operation. This ensures adequate speed of the assembly cycle. The robot signals the expert system when an error occurs. It determines the cause of the error and recommends a preprogrammed recovery procedure to correct the error automatically. The system is flexible and new error recovery routines are easily added to the system. The proposed method was implemented in the Mark II assembly cell at 1VF-KTH in Stockholm. The reliability of the assembly cell increased considerably after installation of the error detection and recovery system. The error detection did not affect the cycle time and error recovery took less than 10 seconds on average.