质量平衡原理在机器人机械臂设计中的应用

机器人的机械臂设计对机器人的操作性能具有决定性的影响,本文运用质量平衡原理,利用关节驱动电机自身的质量对自行研制的YJP-1型双臂冗余度机器人的操作臂进行了优化设计,实验结果表明,该设计方法对减小机械臂动力系统的耦合惯量影响,减轻驱动电机负载具有良好的效果。     

一种新型四自由度混联机器人的设计与分析

通过对机器人串并联结构的分析,设计了一种新型的四自由度混联机器人,克服了同类机器人腕部俯仰电机不容易被安放在机架上的困难。将控制电机都设计在机架上,大小臂电机不同轴,腕部俯仰电机与大臂电机同轴,通过一种双平行四边形机构实现腕部俯仰动作,结构简单、俯仰角容易控制,俯仰运动不受大小臂运动的影响而发生牵连运动。腕部俯仰驱动的传动件为连杆,与大小臂以并联的形式进行连接,对机器人模型进行静力学分析,分析结果表明这种腕部俯仰机构能够提高机械臂的抗弯刚度。     

一种上肢康复机器人重力支撑装置的设计与试验研究

在上肢康复机器人的设计中,由于患者悬臂及机器人臂自身重力的影响需要较大驱动力矩的驱动电机,且电机驱动力矩波动较大。为了防止在康复训练过程中驱动力力矩过大对患者造成的肌肉拉伤、脱臼等二次伤害,提出了一种运用气弹簧和拉簧相结合来部分抵消机器人及患者上肢重力的重力支撑装置。设计了支撑装置的运动机构。通过分析表明该装置可以有效地减小电机驱动力矩。最后,运用Pro/E对重力支撑装置进行了实体建模,导入ADAMS/View中做动力学仿真,得到了有支撑装置和无支撑装置情况下机器人主要关节驱动力矩的变化曲线;结合试验获得的驱动力矩的变化曲线,验证了该装置的应用使机器人驱动力矩的极值减小了50%以上。     

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.     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性，本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理，建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分，依据这四部分设计容错控制律，实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上，通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿，使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力，以此完成控制方法设计。分析实验结果可知，所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性，减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间，满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

管道机器人移动牵引机构设计

管道机器人是特种机器人研究领域中的热点.该文设计了管道机器人蠕动式移动牵引机构,采用电机驱动丝杠正反转,丝杠上丝杠螺母前移,前后两组支撑腿臂交替支撑住管壁,从而实现了机器人的蠕动式前行的驱动方案,并设计了该系统的电控部分.模拟管道中的实验验证了该方案的可行性.     

基于多线程技术的击鼓机器人单片机电气控制系统

为了参加机器人大赛展示组比赛,设计并制作出击鼓机器人.击鼓机器人是一个具有5个自由度的机器人,由3个电机驱动,能够实现击鼓的功能.机械臂本体由铝合金制作,底座由有机玻璃制作,控制电路分为主控制电路与子控制电路,主控制电路为单片机开发板及其配套系统,子控制电路为声音与触感示教系统.机器人有整体电路及单片机控制电路,通过离...     

形状记忆合金驱动的小型双足爬壁机器人

主要设计了一个以形状记忆合金作为驱动器的微型爬壁机器人并对其进行了介绍和讨论。小型双足爬壁机器人采用对称式的结构,两臂末端安装真空吸附盘进行吸附爬壁,并以形状记忆合金弹簧(SMA)替代传统的电机作为机器人的驱动元件,简化了驱动结构,同时也减轻了重量。利用DSP对形状记忆合金的通电加热控制,并根据机器人步态规划输出不同控制信号,从而实现对小型双足爬壁机器人的运动控制。通过样机的制作验证了SMA驱动小型爬壁机器人的可行性。     

直轮驱动式自适应管道机器人通过性能研究

提出一种具有良好越障性能的直轮驱动式自适应管道机器人。首先建立机器人越障的动力学模型,并通过分析得出影响机器人越障的主要因素,然后对机器人通过环形障碍物的状态进行仿真分析,最后搭建实验平台,进行实验验证。研究表明：该机器人能够稳定越过障碍,且满足设计要求;管道机器人的质心会一直保持在管道的中心轴线上,而相应的3个驱动部分的质心会呈120°对称分布管道中心轴线周围,机器人最大越障高度为6mm;越障时,机器人的电机转矩随越障高度的增大而增加,但实际电机转矩始终小于电机最大转矩。直轮驱动式自适应管道检测机器人能在内径（160～180）mm左右的管道中爬行,能够越过不高于6 mm的障碍,对管道检测机器人的设计与研究具有重要的参考价值。     

一种新型伪四自由度并联机器人的设计与分析

通过对传统并联机器人结构与性能的分析,设计了一种新型的伪四自由度并联机器人,克服了传统机器人驱动电机数量与自由度数量相等的障碍,有效地简化了四自由度并联机器人的制作工艺。将旋转轴固定在静平台上,两根主动臂与从动臂固定于动平台上,构成二自由度并联机构;两输出轴驱动两根主动臂旋转,带动末端执行机构在二维平面内运动;旋转轴驱动动平台进行旋转,实现末端执行机构在三维平面内的运动。分析了伪四自由度并联机器人的结构特点以及工作原理,建立了运动学模型,对其工作空间进行动态仿真并搭建硬件平台进行实验测试。实验结果表明该伪四自由度并联机器人能够提高运行速度并能准确定位抓取,实现四自由度机器人功能。     

气动三自由度并联平移型机器人的同步控制

气动三自由度并联平移机器人由固定平台、动平台、3个辅助臂和3个驱动臂组成,3个辅助臂约束机器人动平台的转动,3个气缸驱动机器人动平台沿x, y, z方向的运动。根据并联平移机器人的机械结构及运动特征,得到动平台的运动学正解和逆解。在并联平移机器人的运动控制中,不仅要减少单个驱动臂的跟踪误差,还需考虑驱动臂间的运动协调性。由于气体的可压缩性、负载的时变性和摩擦力等因素,精确的驱动臂模型难以建立,因此针对单个驱动臂设计了线性自抗扰控制器;此外,根据机器人结构特点设计基于驱动臂跟踪误差分解组合的协调控制器,解决了运动协调的问题,进一步减小了空间轨迹的跟踪误差。实验证明了该控制策略的有效性。     

直接示教机器人全数字控制系统设计

针对机器人示教盒示教效率低、操作烦琐这一现状,提出一种基于力矩控制的直接示教方法。通过实时计算并补偿机械臂自重和摩擦力所产生的关节力矩,使得对机械臂的示教更为灵活、轻便。为降低机器人系统的成本,设计了适用于以直流伺服电机作为关节电机的,集控制和驱动为一体的机器人全数字控制器,并进行了样机试验,验证了本方案的有效性。     

直接驱动机器人动力学模型的符号推导与仿真

首先探讨如何根据拉格朗日-欧拉方法,用符号计算软件Mathematica推导机器人动力学方程,而后导出一个具有三个旋转自由度的机器人的动力学模型;其次在考虑机器人动力学、关节电机驱动动力学以及机器人的加、减速情况下,对机器人进行动力学仿真,计算力矩控制器的仿真结果表明所建立的模型可用于机器人控制.最后由仿真分析结果,为直接驱动机器人设计提供依据并为其选择驱动电机.该机器人主要用于视觉伺服控制和非线性控制研究.     

SSD—1型搬运机器人控制器的设计

１ＳＳＤ－１型搬运机器人简介ＳＳＤ－１型机器人是一种水平关节式机器人,具有大、小两个臂,有腰、肘两个回转关节,这两个关节是由步进电机加谐波减速器驱动。小臂末端安装了一种双支点单自由度手爪,手爪具有上下移动和夹紧松开两个开关量运动,由气缸直接驱动。该机...     

基于双编码器设计的机器人关节定位精度分析

机器人关节绝对定位精度受到多种因素影响,往往很难获得较高的关节定位精度,从而影响整个机器人的精度。介绍一种基于双编码器设计的机器人关节,该设计中包含电机端的增量式角度编码器以及减速机输出端的绝对值角度编码器,分别用于提高关节的转速控制精度及绝对转角控制精度。该关节形式对于机器人整臂绝对定位精度的提高具有十分重要的意义。     

基于COMSOL的SMA-电机复合驱动夹持器仿真分析

针对机器人末端执行器的位置精度控制要求,设计基于形状记忆合金和电机复合驱动的夹持器及其结构,建立电机和形状记忆合金的本构模型,利用COMSOL软件研究电机驱动和形状记忆合金相变对夹持手指位移的影响.仿真结果表明:采用复合驱动的夹持器,发挥了电机和形状记忆合金的优点,实现了机器人末端执行器的精准位置控制.     

一种教学用采摘竞赛机器人

针对中国机器人大赛采摘机器人子项目,设计了一种教学用采摘竞赛机器人.首先,根据竞赛要求,设计教学用采摘机器人的机械系统,确定了四轮独立驱动的电机布局及差速转向的轮式结构;设计了四自由度串联机械臂,二指回转型机械爪和自动卸载的储物筐.以STM32F103ZET6单片机为核心,搭载底盘控制模块、颜色识别模块和采摘机械臂模块,构建了采摘机器人的控制系统.根据比赛要求和流程,编写了机器人基本运动子程序、颜色识别子程序、机械臂控制子程序以及系统整体流程.并搭建实物进行测试,结果显示该设计满足竞赛基本要求,能够为学生参加竞赛提供一定的参考.     

圆弧形腿机构六足机器人的结构和控制系统设计

针对轮式移动机器人越障能力不足的问题,设计出了一种兼具轮式和足式移动机构特点的圆弧腿仿生六足机器人。完成了基于飞思卡尔MC568037型DSP及CAN总线的机器人控制系统的设计;对机器人的运动步态、静力学及运动学模型进行了研究,并采用ADAMS仿真软件对运动学模型进行了验证;提出了一种基于三角函数规律的电机转速曲线。最后对电机驱动系统、机器人的越障及转向性能进行了测试。实验结果表明,机器人驱动电机的控制系统具有良好的响应特性,机器人可通过30 cm高的障碍,并且具有较小的转向半径,环境适应性强。     

科尔摩根为Universal Robots轻型机械臂提供驱动电机

<正>UR5和UR10是Universal Robots公司特为中小型企业开发的机械臂。这两款机械臂可处理5~10 kg的有效载荷,其自身质量仅为18和25 kg,使其能方便移动,无需复杂的子组件。这些多功能机器人在操作时也同样灵活,这得益于其用户友好型软件,无需专业的机器人知识也可进行编程。六关节机器人的动力来自于科尔摩根公司特殊改装的KBM直驱电机。净重和承载力的特殊比率是先进的轻质结构带来的结果,采用该驱动技术后,可将科尔摩根的无框组件电机直接集成至关节轴中。机器人具有电机底座的功能。整体来看,UR所使用的组件通常拥有多功能,并大大减少了机械部件,如球轴承、联轴器或轴,从而减小了整个系统的质量和外观尺寸。此外,由于拥有大功率,科尔摩     

十二自由度四足机器人的腿机构设计与步行实验

针对四足机器人研究中存在电机驱动不强和效率低的问题,采用耦合驱动的腿机构来构建四足机器人。设计了具有复合运动模式的耦合驱动髋关节,通过髋关节两个电机选取不同的旋转方向和速度,产生多角度的复合运动。运用此腿机构研制具有12个主动自由度的原型样机。根据静态稳定裕度,设计了机器人静态行走步态,运用分布式CAN总线搭建机器人的运动控制系统。实验证明:四足机器人运动平稳,一个运动周期移动距离为32 cm,单足抬起高度为4 cm,满足设计的要求。