A framework for rapid local area modeling for construction automation

Rapid 3D positioning and modeling in construction can be used to more effectively plan, visualize, and communicate operations before execution. It can also help to optimize equipment operations, significantly improve safety, and enhance a remote operator's spatial perception of the workspace. A new framework for rapid local area sensing and 3D modeling for better planning and control of construction equipment operation is described and demonstrated. By combining human-assisted graphical workspace modeling with pre-stored Computer-Aided Design (CAD) models and simple sensors (such as single-axis laser rangefinders and remote video cameras), modeling time can be significantly reduced while potentially increasing modeling accuracy.     

SCARA机械手的轨迹规划及运动学分析

针对药品包装机(DPP-400铝塑平板泡罩机)上使用的SCARA机械手进行轨迹规划,使用运动学逆解求出目标点处各关节的变化量,采用五次多项式插值的关节空间规划法对机械手进行轨迹规划,并结合MATLAB软件的ROOT工具箱建立机械手的三维模型,通过仿真得到位移、速度和加速度3个光滑连续运动曲线;然后在ADAMS中建立1:1的虚拟样机简化模型,通过编写五次多项式驱动函数,仿真得到关节在X、Y、Z三个方向的光滑连续的受力曲线,最后综合分析运动曲线和受力曲线证明轨迹规划的函数满足使用要求。     

基于PLC的气动机械手精准位置控制系统的设计

以气动回路及PLC为控制核心,设计了物料气动机械手;分析了利用步进电机精确位置控制的方法及程序,完成了气动机械手运行系统设计与应用。该系统具有运行稳定可靠、控制简单灵活、精度准确等优点,其应用前景十分广泛。     

捡拾机器人机械手运动学分析与仿真

为解决训练场高尔夫球、网球、乒乓球等小球类物体捡拾问题,设计一种五自由度捡拾机器人机械手结构。采用D-H法建立机械手坐标系和参数表,推导出末端坐标系位姿模型,并求解出运动学逆解。运用正运动学分析求解机械手工作空间,证实其空间满足小球类物体目标工作区域。在ADAMS环境中完成虚拟样机的建立,选定目标捡拾点和放置点,根据逆运动学求解结果,对各关节设置相应驱动函数,进行实例仿真验证。结果表明:机械手活动范围在工作空间内,运动规律合理,逆运动学求解正确,能够完成小球类物体捡拾任务。     

圆柱内壁件下压装配机械手结构实现及弹簧参数优选

根据特定产品生产工艺要求,设计了一种用于圆柱内壁件作业的内撑式抓取与下压装配机械手。该机械手在手指系统与筒状手掌之间采用弹性连接。在高速作业过程中,这类弹性连接形成手指系统的残留振动。在对机械手结构设计思想与结构介绍的基础上,对机械手系统采用Adams运动仿真,分析了弹簧系统参数对手指系统的残留振动的影响,并对影响机械手振动特性的关键参数——连接弹簧的参数进行了优化选择。实际机械手的运行结果表明,该机械手结构与弹性参数的选择可以很好地满足特定对象的作业要求。     

六自由度机械臂反向动力学递推算法研究

针对多自由度串联型工业机械臂反向动力学求解问题,提出一种基于解耦自然正交补的反向动力学递推算法。通过六维旋量描述相邻连杆的速度约束,用自然正交补矩阵构建关节速度与六维旋量之间的关系。采用非解耦的Newton-Euler方程建立机械臂的动力学模型,当考虑连杆间的速度约束时,将该动力学模型用基于自然正交补的方法进行解耦,形成机械臂反向动力学递推算法,得到动力学模型的最小阶形式。以KUKA KR5六自由度机械臂为例,在仿真环境下对所提算法的有效性进行验证。结果表明:与其他4种算法相比,该算法计算复杂度低、计算效率高;该算法计算效率比ADAMS高67.7%。     

串联机械手工作空间的求解

针对串联机构工作空间求解的问题,运用了一种不同于蒙特卡洛的方法即仿真法进行了求解。该方法是借助于Matlab/Simulink中的SimMechanics工具箱,根据串联机械手简易模型参数创建出串联机械手仿真模型,然后利用仿真的形式跟踪串联机械手的末端轨迹,并记录其末端点到达位置坐标,以此绘制出串联机械手的工作空间。最后,将此方法与蒙特卡洛方法进行了比较,结果证明用该方法求解工作空间不仅避免了繁复的运动学方程求解过程,而且得到的工作空间图形效果更优于蒙特卡洛方法。     

An open-source multi-DOF articulated robotic educational platform for autonomous object manipulation

This research presents an autonomous robotic framework for academic, vocational and training purpose. The platform is centred on a 6 Degree Of Freedom (DOF) serial robotic arm. The kinematic and dynamic models of the robot have been derived to facilitate controller design. An on-board camera to scan the arm workspace permits autonomous applications development. The sensory system consists of position feedback from each joint of the robot and a force sensor mounted at the arm gripper. External devices can be interfaced with the platform through digital and analog I/O ports of the robot controller. To enhance the learning outcome for beginners, higher level commands have been provided. Advanced users can tailor the platform by exploiting the open-source custom-developed hardware and software architectures. The efficacy of the proposed platform has been demonstrated by implementing two experiments; autonomous sorting of objects and controller design. The proposed platform finds its potential to teach technical courses (like Robotics, Control, Electronics, Image-processing and Computer vision) and to implement and validate advanced algorithms for object manipulation and grasping, trajectory generation, path planning, etc. It can also be employed in an industrial environment to test various strategies prior to their execution on actual manipulators.     

基于Visual C++的6R机械手仿真平台的程序设计

为了实现六自由度机械手的运动仿真,采用Visual C++设计了三维运动仿真系统。通过对结构参数和位置参数的设置,可以清楚地显示出6R机械手的结构外形以及尺寸链驱动,并自动演示机械手末端的运动轨迹。实验表明,使用该系统进行机械手仿真能使使用者直观了解机器人在整个运动过程中的情况。     

基于DSP的柔性绳索并联机构控制系统

针对某被动防护系统对平台姿态的控制要求,设计了一种新型的柔性绳索并联机构,并为该机构设计一款控制系统。建立基准坐标系和动平台固连坐标系,在上述坐标系下分别用球坐标角和欧拉角表示动平台的姿态,并给出两种姿态表示的转换关系。分析该机构的运动反解模型,建立关于索长的PID控制模型。通过电机转动角度改变绳索的长度。根据建立的模型与控制要求设计控制系统的软件和基于DSP的硬件。最后通过实验和仿真验证：该控制系统各个模块工作稳定、高效,控制模型正确、有效,达到控制要求,实现了预期的功能。