桥梁检测轻质长臂机器人的设计与研究

针对高墩、大厚度、宽幅桥梁主梁的快速、便捷检测需求,设计了一种桥梁检测轻质长臂机器人.在桥梁检测轻质长臂机器人机构分析与结构设计的基础上,建立桥梁检测轻质长臂机器人运动学模型,进行运动学反解.根据运动特性分析,规划桥梁检测轻质长臂机器人长臂关节的运动,实现视觉检测云台的位姿调整.通过运动仿真计算,得到桥梁检测轻质长臂机器人各关节参数的规划值.     

基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

基于单目视觉的并联机器人末端位姿检测

高效、准确地检测机器人末端位姿误差是实现运动学标定的关键环节。提出一种基于单目摄像机拍摄立体靶标序列图像信息的末端执行器6维位姿误差辨识方法,构造具有平行四边形几何约束的四个空间特征点,并以平行四边形的两个消隐点为约束,建立空间刚体位姿与其二维图像映射关系模型,实现末端位姿的精确定位,然后以Delta高速并联机器人为对象,进行了运动学标定试验,验证该方法的有效性,为这类机器人低成本、快速、在线运动学标定提供重要的理论与技术基础。     

阀体密封面变位焊接机器人系统运动学建模

为了获得与时间序列相对应的离散焊点位姿,以更易于求得焊枪—焊点间的相对位姿,提出基于弗莱那—雪列矢量理论的曲线焊缝中离散焊点的位姿求解及焊缝坐标系构建方法。基于变位机—机器人主、从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程,据此求得协同焊接过程中机器人和变位机的关节转角、角速度和角加速度。变位机—机器人协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场实验表明,该系统能够平稳、准确地完成预期的焊接任务,证实了所提协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行,为研发自动化焊接生产线奠定了必要的基础。     

基于DMP的双臂机器人装配策略研究

针对双臂机器人装配规划难题,提出了基于动态运动基元的双臂协调运动和装配策略。首先,分析双臂机器人运动空间,建立双臂运动约束模型,使每条手臂不仅满足自身任务要求,还满足双臂之间的相对位姿约束,然后将双臂之间的相对位姿约束与动态运动基元方法结合,使得生成的机械臂运动轨迹可以达到自避障的效果。其次,根据装配任务需求,分析双臂运动约束,设计双臂装配策略。最后,通过仿真和实验,验证了所提出方法的有效性。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

基于GA-PSO的地砖铺设机器人作业点优化

针对建筑移动机器人路径规划中移动小车作业点问题,提出了以最大可操作度为优化指标,基于遗传粒子群混合算法搜寻移动小车作业点的方法。阐述了地砖铺设机器人系统的组成及灵巧度优化指标;给出了移动机械臂铺砖的一般步骤;结合遗传算法和粒子群算法的优点,以机械臂可操作度最大为原则进行优化,以快速准确地得到最优作业位姿点。利用MATLAB软件编写程序对移动机器人贴地砖作业进行了仿真实验。结果表明:该路径优化方法能够精确地得到合理的作业点位置。     

基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测

针对工字梁、箱梁等焊接结构自动化生产中工件偏移和偏转问题,提出了一种基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测方法。建立了角焊缝位姿的弧长模型,分析了角焊缝位姿对弧长的影响规律;基于傅里叶分析,提出了角焊缝位姿解耦算法,实现了对角焊缝横向偏差、纵向偏差、坡口角度和工件偏转角度的检测;通过对存在坡口间隙和定位焊缝的角焊缝进行位姿检测试验。结果表明,所提出方法具有检测误差小、抗干扰能力强等优点,在焊接自动化生产中具有良好的应用前景。     

机器人加工几何误差建模研究:Ⅱ参数辨识与位姿优化

根据所构建的空间运动链,机器人加工几何误差一方面与手眼/工件/工具位姿参数辨识误差有关,另一方面与机器人关节运动学误差与弱刚度变形有关.针对这一问题,研究基于运动学误差补偿的手眼位姿参数辨识、考虑测量缺陷影响的工件位姿参数辨识、基于实际加工曲面误差估计的工具位姿参数辨识等新方法,解决位姿参数辨识精度受限于机器人运动精度、现场测点不封闭/密度不均/高斯噪音、加工抖动/受力变形/回转轴误差等多种因素影响的问题;综合考虑关节运动学误差、弱刚度变形、误差补偿,以整体误差控制为目标,建立加工误差补偿与机器人位姿优化通用模型,可推广应用于法向深度(磨削/铣削)、切向滑移(制孔)、角度倾斜(切边)等多种机器人加工误差控制;完成手眼/工件/工具位姿参数辨识试验、整体误差补偿与机器人加工试验,验证所提方法的有效性.     

动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化

采用当前方法优化动车组底部智能巡检机器人机械结构参数时,由于在构建参数优化函数过程中未考虑机械结构参数约束条件,使得最终优化效果差、优化后巡检机器人运动性能差,因此,提出新的动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化方法。根据动车组底部巡检机器人故障检测过程中,机械探测装置因电压正负极排斥产生的位移倾角,推导巡检机器人动力学方程,并将这一方程输出的巡检机器人机械结构参数矩阵与参数约束条件相结合,构建机械结构参数优化函数,利用量子进化算法求解该函数,根据函数输出结果实现巡检机器人机械结构参数优化。实验结果表明,所提方法优化效果好,优化后巡检机器人运动性能强,实际应用效果更好。     

稳定平台中活动线缆的虚拟布局设计方法

针对稳定平台中活动线缆布局设计不合理造成的弹性干扰力矩较大的问题,提出一种基于运动仿真的活动线缆虚拟布局设计方法。该方法首先从拉伸、弯曲和扭转等方面考虑了线缆的物理属性,并建立基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,在此基础上建立了以活动线缆干扰力矩最小为目标的布局优化模型,针对无干涉约束、无过弯约束和长度约束进行了仿真过程中的约束条件检测,并以线缆两端的位置、姿态和线缆长度为变量参数,通过交互的和自动相结合的优化迭代方法获得了最小干扰力矩值下的布局方案。最后以某产品的稳定平台为实例,分别进行了仿真计算和实物布线,并对比分析了初始布线方案与优化后的布线方案相对应的弹性干扰力矩,结果表明提出的方法能够有效减小活动线缆所引入的干扰力矩值。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

Trajectory coordination planning and control for robot manipulators in automated material handling and processing

Motion coordination planning and control play a crucial role in robot application to Cartesian task operations with taking into account kinematics and dynamics constraints. This paper presents a unified approach to coordination planning and control for robot position and orientation trajectories in Cartesian space. The concept of generalised robot pose is defined as the robot configuration consisting of position and orientation, in which the orientation is described by a vector equivalent to the rotational angular displacement. The robot pose ruled surface is formed as a three-dimensional motion locus of its configuration vector. The unified treatment of the end-effector positions and orientations is based on the robot pose ruled surface concept and used in trajectory interpolations. The coordination planning of pose trajectories for the robot end effector is accomplished by generating and optimising the pose ruled surface under the constraints of kinematics and dynamics performances. The coordination control is implemented through controlling the motion laws of two end points of the orientation vector and calculating the coordinates of instantaneous corresponding points. The simulation experiment using PUMA 560 robot in arc welding and surface finishing processes are carried out to verify the feasibility of the proposed approach and demonstrate the capabilities of generation and control models.     

弧焊机器人焊炬姿态规划系统的研究

为提高弧焊机器人的适应性和自动规划功能，研究了一种空间全位置焊接条件下的焊炬姿态自动规划系统。该系统借助于相应的摄像机标定软件，计算测试软件和焊炬姿态规划软件，协调计算机视觉，信号采集，图像处理等模块检测焊缝的空间信息，然4后查询焊炬姿态优化数据库，运行离线偏程等离子模块，实现自动规划弧焊机器人的焊炬姿态，采用研制的爆炬姿态规划系统在空间全位置条件下进行焊接实验，结果表明，该系统能保证爆接中焊缝的成形良好。     

一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性,将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则,完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上,提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块,该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能,且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。