工业机器人平衡缸参数的分析与优化

工业机器人平衡缸是用来平衡重力对机器人2轴所产生的力矩,其参数值直接影响到机器人2轴电机的力学性能,因此,对机器人平衡缸关键参数的分析优化至关重要,本文系统介绍了平衡缸参数的分析方法及过程,获得了合理的参数值,为平衡缸的设计提供了理论依据.     

XZ—1型机器人大臂自重弹簧式完全平衡装置的优化设计

本文简要介绍了ＸＺ－１型机器人大臂自重弹簧式完全平衡装置的结构组成和平衡原理，给出了大臂自重平衡中自重力矩、弹簧平衡力矩及弹簧变形量等的计算公式，讨论了弹簧式完全平衡装置优化设计的数学模型，最后对优化结果作了初步的分析。实践表明本文介绍的机器人大臂自重平衡装置，具有结构简单、紧凑、无碍机器人外观及平衡效果好等特点。     

XZ－1型机器人大臂自重弹簧式完全平衡装置的优化设计

本文简要介绍了ＸＺ－１型机器人大臂自重弹簧式完全平衡装置的结构组成和平衡原理,给出了大臂自重平衡中自重力矩、弹簧平衡力矩及弹簧变形量等的计算公式,讨论了弹簧式完全平衡装置优化设计的数学模型,最后对优化结果作了初步的分析。实践表明本文介绍的机器人大育自重平衡装置,具有结构简单、紧凑、无碍机器人外观及平衡效果好等特点。     

基于动力学的PT1300型码垛机器人弹簧平衡机构设计

随着实际应用中负载和速度要求的不断提高,码垛机器人的动力学特性被赋予了更高的要求,而优化机器人弹簧平衡机构对于改善其动力学性能和运动中的平稳性具有重要意义.基于凯恩(Kane)方程的动力学算法,以PT1300型码垛机器人为研究对象建立码垛机器人刚体逆动力学模型.在给定机器人运动路径及运动规律前提下,基于动力学层面提出一种弹簧平衡机构设计方法.研究结果表明,采用该方法设计的弹簧平衡机构可明显降低关节驱动力矩,达到了预期效果.     

3自由度气浮台力学性能研究——自重作用下平台结构平衡敏感性分析

基于运动弹性动力学理论建立3自由度气浮台平台的力学模型。根据航天器姿态动力学理论推导出自重作用下在气浮台姿态变化过程中平台质心变化公式和所需配重公式,从而获得气浮台平台不平衡力矩的计算公式。应用有限元法计算不同结构参数值组合时平台自重变形产生的不平衡力矩;探究结构各方向刚度相同时参数的变化对不平衡力矩的影响,提出使平台结构不平衡力矩为零的平衡点概念;分析平台结构参数变化对不平衡力矩影响大小即平衡敏感性与平台结构刚度之间的关系。结果表明,平台结构中存在许多使平台各方向刚度相等从而不产生不平衡力矩的平衡点。在每个平衡点处,结构参数值的略微变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响相差很大。结构刚度越大,结构参数值变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响越小,即平衡敏感性越低。     

转盘式变惯量飞轮的力矩平衡研究

针对一种转盘式变惯量飞轮力矩不平衡的问题,首先建立了飞轮转盘的离心力矩和弹簧力矩的数学模型,通过matlab仿真分析了两力矩的变化规律,在此基础上提出了使用变刚度平衡弹簧替代原来定刚度弹簧的思路,最后对改进后的变惯量飞轮的离心力矩和弹簧力矩进行了仿真分析。仿真结果表明:使用变刚度平衡弹簧的变惯量飞轮两力矩基本上实现了平衡,不需要气缸产生额外的力矩去补偿变惯量飞轮的弹簧力矩与离心力矩之间的差值,减少了能量的消耗,达到了节能的效果。     

机器人平衡系统的设计

在工业机器人的设计过程中,平衡系统的设计是很关键的。通过平衡系统的正确设计,可以大大降低机器人关节驱动器的最大扭矩,减小驱动器的重量和尺寸,并使机器人驱动器负载分布均匀,同时,还可以改善机器人的动力学特性,消除一些非线性量,简化动力学计算。因此,研究平衡机构已成为提高机器人性能的有力措施之一。机器人的平衡系统形式多样,要根据机器人的功能及使用场合,结合机构设计及控制系统设计,更有效地改善和提高机器人的性能。 机器人的平衡系统可分为质量平衡、弹簧平衡和受控力平衡(以气、液缸及力矩电机做为平衡力源)三类。下面分别…     

直列四缸机平衡措施分析

某直列四缸机在工作时存在不平衡的二阶往复惯性力，为从根本上消除或减弱激振源，原机在设计之初，欲采用同向旋转双轴平衡方案，分析结果表明，同向旋转双轴平衡方案可100％平衡二阶往复惯性力，在中低转速工况下，双轴平衡机构所产生的附加力矩可部分抵消倾覆力矩的激振作用，但在发动机高转速下，双平衡轴所产生的附加力矩远远超过了原倾覆力矩的作用效果，引起发动机的剧烈振动。为此作者提出反向旋转双轴平衡方案．通过分析，反向旋转双轴平衡方案不再产生附加力矩，可以用于某直列四缸机的平衡机构。     

基于非线性弹簧模型的轮腿自平衡机器人跳跃算法研究

轮腿式自平衡机器人兼具轮式的高速高效性和足式的地面适应性，在面对非结构化地形时可以进行跳跃越障。按照腿部自由度可将其分为单自由度式和二自由度式，其中单自由度式轮腿自平衡机器人结构更简单、质量更轻、控制难度更低。但在跳跃轨迹规划问题上，一方面单自由度腿部结构对髋关节出力需求更高，采用双质量块线性弹簧模型轨迹规划方法能够达到的最大越障高度有限；另一方面机器人在高度调整过程中整体质心会产生x向位移，对跳跃的准确性与稳定性造成影响。针对单自由度式轮腿自平衡机器人跳跃问题展开研究，首先提出了基于腾空动力学模型的轮部控制算法，使机身俯仰姿态在跳跃过程中始终可控，进而保证了跳跃的稳定性。之后提出了基于双质量块非线性弹簧模型的跳跃轨迹规划方法，相比基于线性弹簧模型的规划方法具有轨迹规划更加灵活，对髋关节出力要求更低等优点；然后进一步利用轮部在腾空过程中对机身俯仰角的控制效果，设计了一种机器人原地跳远方法，使机器人可以在更短的起跳时间和起跳距离下达到相同的跳跃距离；最后建立了单自由度式轮腿自平衡机器人三维简化模型及其运动学、单腿静力学以及腾空动力学模型，并通过Simulink-Adams联合仿真验证了轨...     

关节型机器人平衡机构的设计和实验研究

本文对文献中关节型液压机器人的肘关节和肩关节的偏重力矩进行了精确测定和分析。依据偏重力矩的变化规律,在特定的空间结构下,对平衡机构进行了重新设计和计算。通过实验验证了所设计的平衡机构平衡偏重力矩的有效性。     

某车载雷达俯仰平衡机构设计

为实现某车载雷达天线阵面在运输状态和工作状态下的俯仰翻转功能,设计了俯仰平衡机构。扭簧和 四连杆相结合的力矩平衡机构平衡天线阵面的重力矩,蜗轮蜗杆与俯仰电机等结合的锁定及驱动机构实现对天 线阵面的位置锁定及翻转驱动。对扭簧和四连杆的结构设计及分析表明,力矩平衡机构能够平衡天线阵面的重 力矩,从而使得锁定及驱动机构承载较小,能够满足翻转机构的轻量化、快速响应性和易维护性等设计要求。     

A 2-dof gravity compensator with bevel gears

This paper presents a 2-dof gravity compensator used for roll-pitch rotations, which are often applied to the shoulder joint of a service or humanoid robot. The 2-dof gravity compensator is comprised of two 1-dof gravity compensators and a bevel differential. The rollpitch rotations are decoupled into two rotations on the moving link by the bevel differential; the two 1-dof gravity compensators are applied to the two rotations. The spring coefficients are determined through energy and torque analyses in order to achieve complete static balancing. The experiment results indicate that the proposed gravity compensator effectively counterbalances the gravitational torques and can also be operated in the hemispherical work space.     

液压平衡回路动态特性仿真分析及实验研究

以一种液压举升系统的平衡回路为研究对象,根据实际工况,对平衡液压缸负载、平衡阀弹簧刚度及预紧力、控制阻尼孔大小等主要结构进行参数计算。运用AMESim仿真软件建立液压平衡回路的仿真模型,设置相关仿真参数并进行动态特性分析。设计了试验回路,对仿真的平衡回路进行台架试验,验证仿真分析的正确性,得出适当调整弹簧刚度、阻尼孔等结构参数可提高液压平衡回路工作性能,为液压平衡回路的优化设计及参数匹配提供借鉴。     

Static balancing of planar articulated robots

Static balancing for a manipulator’s weight is necessary in terms of energy saving and performance improvement. This paper proposes a method to design balancing devices for articulated robots in industry, based on robotic dynamics. Full design details for the balancing system using springs are presented from two aspects: One is the optimization for the position of the balancing system; the other is the design of the spring parameters. As examples, two feasible balancing devices are proposed, based on different robotic structures: The first solution consists of linkages and springs; the other consists of pulleys, cross mechanisms and (hydro-) pneumatic springs. Then the two solutions are compared. Pneumatic, hydro-pneumatic and mechanical springs are discussed and their parameters are decided according to the requirements of torque compensation. Numerical results show that with the proper design using the methodology presented in this paper, an articulated robot can be statically balanced perfectly in all configurations. This paper therefore provides a design method of the balancing system for other similar structures.     

Performance enhancement of robot arms through active counterbalancing

Current robot designs utilise a fixed counterweight approach to balance the robot arm. The different links are generally equipped with counterweights so as to increase their load carrying capacity for a given link actuating motor. The counterweights are either designed to balance the link alone, in which case the torque due to the load is carried by the link actuating motor, or is designed to balance the link plus a portion of the maximum load intended. While this fixed counterweight approach is adequate for the majority of industrial and manufacturing applications, it fails to provide adequate balancing for high performance applications where large loads and high operating speeds are involved. This paper describes an active counterbalancing system that provides advantageous balancing to the robot arm links throughout the operation cycle, thus enhancing the load carrying capacity and the operation speed. A simplified dynamic analysis of a robot arm equipped with this counterweight system is presented. The paper also presents the control scheme necessary for the operation of the active counterweight.     

基于虚拟样机技术的冷锻压力机平衡缸设计

针对冷锻压力机的结构特点,设计了与滑块部件相关联的平衡缸部件。基于虚拟样机技术,对平衡缸部件的多种布置方案、不同摩擦条件和不同的平衡载荷等工况进行了分析与仿真。根据仿真结果得到了作用不同平衡载荷所需的驱动转矩,以及平衡载荷对滑块位置精度的影响,给出了平衡缸部件的设计和平衡载荷的选择依据。以此设计的压力机可提高滑块的运动平稳性和整机的工作可靠性。     

重力引起的3自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响

为了提高3自由度气浮台的仿真精度,减小重力引起不平衡力矩的影响,提出气浮台弹性不平衡力矩的计算及补偿方法。建立气浮台重力引起的静态、弹性、重力梯度和总不平衡力矩的计算模型,分析重力引起的各类不平衡力矩关系及影响。通过对比发现气浮台质心位置相对回转中心较远时,静态不平衡力矩起主要作用。随着质心位置接近回转中心,弹性不平衡力矩逐渐成为影响气浮台平衡的主要因素,此时质心位置与回转中心距离的减小已不起作用,说明弹性不平衡力矩是制约气浮台精度提高的主要因素。提出静态不平衡力矩与弹性不平衡力矩相互补偿的原理,给出自动调平衡系统补偿算法。试验结果表明采用补偿方法是减小气浮台不平衡力矩的有效措施。     

基于MATLAB对游梁式抽油机平衡参数优化的研究

游梁抽油机的平衡效果决定了抽油机的工作性能以及使用寿命,其中平衡体与游梁的夹角以及曲柄平衡相位角的选取是抽油机平衡设计的关键。文中应用MATLAB语言开发了优化软件并进行了实例计算,实践证明优化后的参数有效降低了减速器净扭矩峰值,使扭矩曲线变化更加平缓,从而为抽油机平衡设计和改进提供了有效的工具。     

基于多目标遗传算法的圆柱螺旋压缩弹簧方案设计

基于圆柱螺旋弹簧的设计特点,建立了解决该类问题的非线性约束多目标优化数学模型。采用NSGA-Ⅱ算法,对圆柱螺旋压缩弹簧进行了优化,验证了多目标优化模型的正确性和实用性,并实现了多方案设计,为弹簧的优化设计与决策奠定了基础。