一种柔性冗余度机器人振动抑制的复模态法

研究了柔性机器人末端振动的抑制控制问题,方法是将机器人动力学方程进行分解,再将分解得到的柔性振动动力学方程写成状态空间的形式,根据复模态分析的原理对其进行分析,利用柔性冗余度机器人具有的自运动优化能力,提出了一种自运动优化选择的复模态法,该方法通过自运动的优化选择在复模态空间中零化低阶模态的激励力,以实现对机器人末端振动的抑制。针对一个末杆为柔性杆的3维4自由度机器人进行了控制仿真,仿真同时对比使用了其它2种同类方法,仿真结果验证了本方法的有效性,并显示复模态法取得了比其同类方法好很多的末端振动抑制效果。     

基于虚拟力的冗余度机器人自主避障研究

针对具有末端位姿约束的冗余度机器人,提出了一种实现障碍回避的新方法。该方法将虚拟力和多体动力学引入冗余度机器人的自主避障中,机器人在避障力、任务路径吸引力等综合作用下实时地回避障碍物。避障算法对机器人的工作区域进行划分,并实现末端关节避障力的精确计算。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,提高了系统的实时性。     

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。     

空间冗余度机器人动力学优化的虚拟仿真研究

这里提出了一种基于虚拟设计技术的空间冗余度机器人动力学优化分析新方法。首先构建空间冗余度机器人的虚拟样机模型，然后对末端任务空间自由度采用速度三次插值并参数化，从而得到参数化的任务空间轨迹；并以电机力矩平均值差值的乘积以及电机的力矩和作为目标函数，进行机器人的动力学优化研究。研究表明，本方法是可行的，有较好的可靠性和实用价值。     

基于蒙特卡洛法的喷涂机器人工作空间分析及仿真

根据喷涂机器人工作情况,在求解多关节喷涂机器人的工作空间时,比较当前各种机器人工作空间求解方法,提出采用蒙特卡洛法分析其工作空间并通过机器人正向运动学方程求解得到机器人末端点的集合,从而有效地得到六自由度喷涂机器人的可达工作空间,取得了良好的效果.     

基于双种群混沌搜索粒子群算法的机器人喷涂轨迹协同优化

针对笛卡尔空间与关节空间的映射非线性,喷涂轨迹和关节轨迹不满足混合约束的问题,提出基于双种群混沌搜索粒子群优化(DCSPSO)算法的机器人喷涂轨迹协同优化.根据预选取的轨迹特征点构建关节角度序列,以机器人的喷涂效率和运动稳定性为目标建立关节轨迹多目标优化模型,利用DCSPSO算法求解优化模型得到Pareto最优解,使关节轨迹满足机器人运动学约束,最后根据理论轨迹与反馈轨迹的弦高误差和漆膜厚度误差建立喷涂轨迹误差模型,并验证最优解的质量,使喷涂轨迹满足加工精度约束.通过实例表明,DCSPSO算法较多目标遗传算法等经典多目标优化算法具有更强的全局和局部搜索能力,利用轨迹误差模型可合理增加特征点,使理论轨迹与反馈轨迹的最大弦高误差从12.619 mm降至1.587 mm,最大漆膜厚度误差从11.47 μm降至1.18 μm.     

空间内表面喷涂的9轴机器人系统轨迹规划方法

针对复杂空间内表面的喷涂作业问题,提出了一种适用于9轴机器人系统的喷枪轨迹规划方法。为实现工件内表面的自动化喷涂作业,在6轴工业机器人基础上引入3轴转台形成9轴机器人喷涂系统。为解决在该系统下如何生成3轴转台与机器人联动的喷枪轨迹这一难点问题,基于机器人离线编程软件进行了二次开发;并以涂层厚度方差最小为目标,给出了确定喷枪轨迹间距这一影响喷涂效果关键参数的方法。将上述轨迹规划方法应用于尾筒型工件,针对工件内表面的几何特征对喷涂高度和喷枪速率进行了优化。仿真结果表明工件内表面涂层厚度和均匀度均能满足要求,说明所提出的喷枪轨迹规划和优化方法是合理的。     

机器人喷涂轨迹计算与仿真

工业机器人因其灵活性、可编程以及低成本而在自动化喷涂应用中前景广阔。采用离线编程技术规划喷涂轨迹可以大大提高工件的喷涂效率,实现自动化喷涂作业。在分析了复杂曲面的喷涂轨迹规划涉及到的算法问题后,提出了一种基于球坐标的涂料沉积模型和最小厚度约束的轨迹生成方法。首先,建立在球坐标系中描述的涂料沉积模型;其次,给出待喷涂曲面上一点处的喷涂累积厚度计算方法;然后,针对最小厚度约束,提出了喷涂轨迹规划算法;最后,利用机器人离线仿真平台对喷涂轨迹进行了验证,并对喷涂区域的累积厚度进行仿真。结果表明可以得到满足喷涂厚度要求的曲面喷涂轨迹。     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

PJ-1型喷漆机器人

为了适应复杂形面多品种自动喷涂需要,国家机械委北京机械工业自动化研究所研制了微型机电液伺服控制、五个自由度、关节式喷漆机器人,可手把手连续轨迹示教喷涂,并能自动再现喷涂作业。这种机器人     

冗余度机器人力控制的研究与实现

运用冗余度机器人运动学逆解的一种局部优化算法-梯度投影算法,针对冗余度机器人与环境的接触力建立控制的目标函数,以及机器人末端轨迹和速度极限的约束函数,并结合ADAMS和MATLAB对平面三自由度机器人进行仿真,结果表明此方法的合理性和有效性,为冗余度机器人力控制提供了一种有效的方法.     

一种变胞式工业机器人时间最优轨迹规划

根据变胞式工业机器人工作原理,建立了其工作轨迹模型,并基于该模型提出了一种变胞式工业机器人时间最优的轨迹规划方法。该方法着重考虑机器人构态变换过程,将轨迹规划问题转化为内外层嵌套的优化问题进行分析。分别给出该优化问题的设计变量、目标函数以及约束条件,得到了变胞式工业机器人时间最优轨迹规划问题的数学模型。运用所提出的方法对本课题组自研制的变胞式码垛机器人进行轨迹规划研究,根据其工作轨迹模型,建立了优化设计问题数学模型,在给出关节角度插值函数系数的确定方法后,采用嵌套粒子群算法对该优化问题进行求解,得到了优化后的关节角度函数以及理论工作轨迹,与实验所得的实际工作轨迹进行对比,验证了所提方法的可行性。该研究工作为变胞式机器人的运动规划研究提供了参考。     

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率.而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行.为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法.基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提...     

Dynamic self-collision detection and prevention for 2-DOF robot arms using interval-based analysis

The problems related to self-collision detection and optimal collision-free trajectory planning for a robot arm subjected to dynamic constraints is investigated. First, a computed-torque method is used to obtain a linearized closed-loop system. For this linearized system, the reference state that the robot arm is capable of reaching is verified through phase plane analysis. This will ensure that the robot arm can be stopped before self-collision occurs. Dynamic constraints are taken into account for a continuous motion of deceleration by calculating the bounds of the commanded force/torques with interval evaluations. When the reference state e at t+δt is not valid for selfcollision avoidance, a new feasible state is determined by adhering to an interval-based method which allows decomposition of a complex constrained optimization problem into a simple two-stage optimization problem with relaxed constraints. The optimized feasible state not only secures the robot arm against self-collision but also allows the robot arm to track the original reference trajectory closely. Simulation and experimental results of a 2-dof robot arm show the effectiveness of the proposed interval-based approach.     

基于改进遗传算法的时间最优轨迹规划

提出一种工业机器人时间最优轨迹规划方法.将机器人关节空间的轨迹视为拟合关键点的三次样条曲线,以最优时间为目标建立最优时间轨迹规划的数学模型,同时考虑关节轨迹速度、加速度和加加速度的约束,结合目标函数值和约束条件提出一种用于进化算法的排序方法,以改进遗传算法为例优化关节空间的三次样条轨迹.应用谢菲尔德(Sheffield...     

A novel arc-spraying robot for rapid tooling

In order to reduce the process uncertainty and the labor intensity in manual metal arc spraying for rapid tooling, this paper presents a robot wrist design and a robot motion control method based on the cross-sectional contours and related surface normal vectors extracted from STL model, a de facto standard for representing a 3D part geometry in rapid prototyping (RP) industry. A computer controlled five-axis robot for the rapid tooling was built by using the wrist, which drives the spraying gun. The wrist comprises a linkage that can maintain the working position of the gun while changing its spraying orientation freely. Such a design ensures that adjusting the gun along the normal of the master surface to satisfy the process requirement will not result in any position change of the spraying point. A kinematic analysis on the wrist indicates this kinematic decoupling between the positioning mechanism and the orientating mechanism. The working trajectory of the gun is generated off-line by slicing the STL model of the master pattern. To bypass the need for any teaching or NC programming, the arc-spraying robot can carry out the tooling process automatically and efficiently fully based on the sliced data of the master pattern. In addition, a case study on the production of automobile body panel dies using this robotic tooling system is introduced.     

基于Pro/E的管道喷涂机器人运动仿真分析

利用ProE／Mechanism的运动仿真功能,模拟实现了冗余多自由度管道喷涂机器人手臂在S型管道内的运动特性。模拟仿真过程中通过输入由机器人逆运动学计算所得的手臂关节关键点的相对坐标,实现了机器人手臂按照规划路径运动的设计要求,从而检验出手臂是否与管道碰撞,为喷涂路径的优化提供了重要参考,最终实现了对机器入喷涂效果的最优化控制。     

基于贝塞尔曲线的机器人非时间轨迹跟踪方法

在复杂环境的轨迹跟踪过程中,针对移动机器人不确定时延导致控制品质下降问题,提出基于五次贝塞尔(Quintic Bezier)曲线的移动机器人非时间参考轨迹跟踪控制方法。首先,利用Quintic Bezier曲线对规划路径点进行平滑,并根据连续约束进行优化,完成多段Quintic Bezier曲线的光顺拼接,获得平滑且连续的轨迹;而后以Quintic Bezier曲线参数u作为中间映射量,构建路径长度与轨迹坐标间的状态映射模型,设计移动机器人非时间运动参考量;在此基础上,根据移动机器人运动学模型,提出一种奇异点旋转映射技术,消除奇异点对轨迹跟踪控制品质的影响。实验结果说明,所用方法能提高规划路径的平滑性与连续性,增强移动机器人不确定时延跟踪控制的鲁棒性,避免了奇异点的影响。     

点焊机器人轨迹能耗模型及其优化算法研究

提出一种点焊机器人最优能耗轨迹优化方法,将机器人关节空间中的关键点用五次多项式曲线连接,并基于机器人动力学建立了永磁交流伺服电机驱动的点焊机器人轨迹能耗模型。在考虑运动学、动力学及生产周期约束的情况下,采用蜜蜂进化型遗传算法求解了点焊机器人最优能耗轨迹。为保证算法全局寻优和收敛速度,构建了一种非线性适应度函数。仿真结果表明,与之前算法相比,求解效率更高,且最优能耗轨迹较最短时间轨迹能耗明显减少。