圆柱内壁工件的内撑式抓取与装配机械手设计

根据叶蜡石块生产压机特定的工作要求,设计了一种用于圆柱面内壁工件作业的内撑式抓取与下压装配机械手。该机械手主要包括内撑式三爪指系统和一个筒状手掌,手指系统与筒状手掌之间采用弹性连接;手指系统可以在装配作业中回缩与内藏于手掌内,以避让成型模腔中心的凸模。对机械手的结构与工作原理进行了介绍,对机械手关键参数的设计(包含内撑夹持力、稳定夹持物料转运条件、气缸驱动力的限制等)进行了论述。仿真分析与实验结果表明,该机械手可以满足特定作业对象的工作要求。相关研究为自动化装置的作业机械手的设计提供了新思路与实践。     

气动式柔性限自由度机械手指

介绍一种气动式柔性限自由度机械手指,多个手指可组合成操作机械手。机械手指的各关节采用圆柱或圆锥弹簧为柔性骨架,圆柱或圆锥弹性体受气压后膨胀作为肌肉动力。关节弯曲角度和抓握力与关节内的气体压强有关;采用弹性结构的关节,缓冲性好;限制了关节的自由度,使关节不会侧弯。文中给出了手指的结构、气动原理与控制方法。     

电动推杆驱动串联双铰链柔性机械手的状态分析

提出一种欠驱动柔性关节机械手,采用一个电动推杆驱动带有2个扭弹簧的串联双铰链机械手手指结构。介绍了该机械手结构和驱动原理,建立静态力学方程和几何平衡方程,通过Matlab软件的fsolve函数得出无刷直流电机输入电流与两个扭弹簧扭转角关系、输入电流与机械手手指张开大小的关系等,为串联双铰链柔性机械手抓取形状和尺寸变化、材质不同的特殊物体提供了理论依据。     

超欠驱动仿生机械手的机构设计与实验研究

利用多自由度差动驱动原理,设计了5自由度差动驱动系统用于驱动手指5个分支的运动.应用欠驱动原理,通过在各关节处设置弹簧,约束各分支关节的运动;同时手指关节之间用片簧连接实现铰链和恢复弹簧的两种功能,构成弹性铰.在对传动机构进行分析的基础上,设计了常开状态的仿生机械手,对仿生机械手进行三维造型和模型制作,并对其进行了抓取等实验研究.研究表明,设计的仿生机械手仅由一个原动力便可驱动手的15个关节差动运动,具有对抓取物体的自适应性.     

易碎叶腊石块生产装配机械手结构的实现及运动控制

根据人造金刚石合成原料——叶腊石块生产工艺要求,设计了一种用于易碎圆柱内壁件作业的内撑式抓取与下压装配机械手.该机械手将抓取物件和装配物件动作一起完成,将按压动作的结构设计为桶状手掌,把抓取转运动作的内撑式圆弧三手指嵌套在桶状手掌的内圆柱面内,通过指掌联合完成在狭窄空间内的装配作业.在介绍机械手整体结构的基础上,讨论了推送气缸的选取及气压控制系统;研究了采用不同运动规律控制机械手转运作业时对作业过程稳定性的影响.通过对运动规律的理论分析,以及对机械手转运作业过程采用Adams进行运动仿真,表明采用修正梯形运动规律控制机械手的转运运动,可以获得较好的运动性能.研究结果为改良机械手系统的运行奠定了一定的基础.     

复杂柔性车载液压机械手弹性动力学建模方法研究

利用动态子结构法研究一种柔性车载液压机械手的弹性动力学建模方法。考虑机械手动态设计和振动主动控制的实现,根据机械手各部件的实际边界约束条件,将机械手系统分解成由不同约束的连续梁构成的9个子结构,且在液压作动器的作用点设置约束模态坐标,以方便机械手振动主动控制方程的导出。在建立各子结构的动力学控制方程后,借助边界条件经综合得到系统的动力学模型。该方法易于实现、计算效率高,便于讨论结构参数对低阶模态的影响规律,也为机械手的振动控制提供了理论基础。     

基于MTMD的某注塑机械手振动控制研究

针对某注塑机械手产生较大振动问题,采用多重调谐质量吸振器(MTMD)技术抑制机械手取件手指的振动;提出MTMD参数优化设计方法和参数选择技术路线;扫频分析表明,安装36个TMD后,机械手手指三个方向的振幅得到有效抑制.设计的动力吸振器减振效果良好.     

供排气管对接机械手的机构研究与参数优化

根据水下救援作业中连接供排气管的需求,失事对象救生围壁的结构形式,遵循水下机械手机构选型原则,设计了一种专用的六功能气管对接水下机械手,并从机械手工作空间和轻量化要求两方面建立了机械手的数学模型,对其机构参数进行了优化设计.最后对优化结果进行了分析和工作空间的仿真.结果表明该机械手的设计能满足供排气管对接作业要求,达到了预期目的.     

一种新型两自由度柔性并联机械手的主动振动控制及其仿真

针对一种新型两自由度柔性并联机械手,在含有压电元件的有限元模型基础上,基于模态理论和滑模变结构理论,研究其振动主动控制问题。采用有限元法和模态理论建立系统的动力学模型。根据系统的性能要求,采用最优化方法确定滑移面,基于Lyapunov直接法设计滑模控制器。控制器能对系统的前几阶模态实施控制,实现机械手的振动主动控制。仿真结果表明,该控制器可有效地抑制柔性构件产生的弹性振动,减小并联机械手动平台的位置误差,从而验证了该控制器的可行性和有效性。     

周期弹簧振子结构振动带隙及隔振特性研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动(弹性波)带隙,带隙频率范围内的振动(弹性波)在该结构 中无法进行传播。在计算无限周期弹簧振子结构振动(弹性波)带隙的基础上,采用数值方法计算并讨论了有限周 期弹簧振子结构的振动传输特性及隔振特性,最后以双质量周期弹簧振子结构为例,对其振动传输特性及隔振特 性进行了试验验证。     

带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为有效地抑制柔性机械臂的残余振动 ,提高其定位精度 ,本文提出了带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制 ,并进行了一系列系统的实验研究。首先将柔性机械臂的运动分成两个阶段 :第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动 ;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时 ,通过逻辑开关 ,将柔性机械臂末端加速度反馈量接通 ,以产生抑制弹性振动的控制力矩 τ′0 ,实现终点定位的残余振动控制。然后进行了一系列的实验研究包括与传统的 PID控制和带有加速度反馈的全闭环反馈控制的比较 ,结果显示带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制能够实时、有效地抑制柔性臂的残余振动     

带有应变反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为实时,有效地抑制柔性机械臂的残余振动,提高春定位精度,提出了柔性机械臂的开关变结构控制,并进行了实验研究,将柔性机械臂的运动分成两个阶段：第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时,通过逻辑开关,将柔性梁应变反馈量接通,以产生控制力矩,实现残余振动抑制,与传统的PID控制和带有应变反馈的全闭环反馈控制的比较结果显示,开关变结构控制能够有效,实时地抑制柔性残余振动。     

双柔性臂机器人的建模和主动振动控制

针对双柔性臂机器人在操作过程中出现的结构振动和残余振动影响控制精度的问题,提出了采用多组压电换能器对柔性臂进行主动振动的控制方法.设计了基于超声电机驱动的双柔性臂机器人,采用拉格朗日法和假设模态法对双柔性臂进行了动力学建模,并考虑了在协作搬运过程中双柔性臂机器人需要满足的闭链约束条件.提出了采用独立关节PD反馈控制器和正位置反馈控制器相结合的混合控制方法.Matlab仿真表明,所提出的混合控制器能使柔性机器人在准确完成目标物体轨迹运动的同时,实现对柔性臂的振动抑制,提高了双柔性臂机器人的搬运精度和效率.     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。     

柔性机器人躲避振动的一种方法

对于柔性机器人而言 ,系统柔性所引起的振动使得机器人很难准确地跟踪预定的末端轨迹 ,因此如何有效地减小柔性机器人的振动是一个非常重要的研究课题。本文对柔性机器人躲避振动的方法进行了研究。首先分析了影响柔性机器人末端振动变形的因素 ,在此基础上得出了在结构参数和末端运动轨迹不变的情况下 ,通过适当调整关节运动参数可以使柔性机器人有效躲避振动的结论 ;然后研究了机器人末端运动参数与关节运动参数之间的关系 ,提出了通过规划机器人末端运动参数从而调整关节运动参数 ,以使机器人能够有效躲避和减小柔性振动的方法 ,并且给出了相应的算法 ;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性     

基于PSO自整定PID控制器的柔性臂振动控制

针对压电柔性机械臂运行过程中的弹性振动问题,提出了基于粒子群优化算法（particle swarm optimization,简称PSO）自整定比例积分微分（proportional integral differential,简称PID）控制器参数的柔性臂振动抑制方法。采用标准粒子群优化算法,以时间乘绝对误差积（integrated time and absolute error,简称ITAE）准则为适应度函数,整定PID控制器的3个控制参数K-p,K-i和K-d,并采用Matlab Simulink平台建立双连压电柔性机械臂振动控制仿真模型,研制基于虚拟仪器技术的柔性臂振动控制试验系统。仿真与试验结果表明,采用常规PID控制算法和基于PSO自整定的PID控制算法均能有效地抑制柔性机械臂的弹性振动,但后者的振动抑制效果、鲁棒性与稳定性优于前者。     

柔性机械臂前馈控制的实验研究

基于零极点对消技术,提出柔性机械臂的前馈延时控制,得到了零极点对消应满足的条件,对不同工况,不同材质的柔性臂做了一系列系统的前馈处时控制及比较实验,结果表明合理选择施加制动力矩时刻及方向将有效地抑制柔性臂的残余振动,反之则加剧柔性臂的残余振动,证明了前馈延时控制的正确性和有效性。     

一种三自由度支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制

针对三自由度支链嵌套可连续回转并联机器人末端残余振动问题,提出了基于经典正脉冲输入整形和最优S形轨迹曲线相结合的主动控制方法。首先采用拉格朗日法对刚性杆柔性部件组成的支链嵌套并联机器人进行刚柔耦合动力学建模,并通过动态特性分析确定对末端残余振动影响较大的低阶模态。结合实验分析和仿真获得共振频率和阻尼比,并根据线性化二阶欠阻尼系统在脉冲序列作用下的残余衰减振动模型,采用前反馈正脉冲输入整形与最优S形轨迹曲线相结合来改变驱动器的输入信号,从而达到对支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制。最后通过实验和数值分析对该方法进行了验证。实验结果表明,应用该方法后此种支链嵌套并联机器人末端残余振动的衰减时间缩短了14%,最大振幅降低了22%,有效提高了并联机器人在高速高精度硅片搬运过程中的定位精度和轨迹精度。     

一种基于 D-H 参数的 7 自由度机械臂 机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对 D-H 参数公差优化分配,为机械臂的精 度设计提供理论依据。 以一种基于双电机伺服驱动关节的 7 自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目 标为 1. 4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定 位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对 D-H 参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分 析,机械臂的最大几何定位误差为 1. 226 7 mm,均值为 0. 485 9 mm,方差为 0. 216 5 mm,满足设计要求。 为该机械臂的制造装 配提供了理论参考依据。 与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确 保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。