SCARA装配机器人的应用

结合为完成放射性物质装配任务的ＳＣＡＲＡ装配机器人的设计实例，介绍了该机器人工作原理、控制过程、多个末端执行器自动换接技术，并实现以主－从控制和ＰＴＰ控制两种方式完成作业．     

机器人末端执行器自更换机构设计及对接策略

为解决核电站机器人作业功能单一性的问题,研制了一种机器人末端执行器自更换机构。该机构采用同心三虎克铰并联的多力矩输出接口形式,为末端执行器及相关作业提供动力输入。在分析末端执行器自更换端与工具架之间双虎克铰被动柔顺对接特性以及容差条件的基础上,提出了一种基于接触力阈值的末端执行器自更换机构自动对接控制策略;完成了末端执行器自更换机构样机设计,利用SCHUNK 6自由度机械臂移动平台进行多种末端执行器的自动更换试验,验证了控制策略的有效性和机构的容差特性。试验结果表明:该机构能够完成较大容差柔顺对接并可以实现末端执行器动力传递功能。     

基于柔顺控制的机器人装配技术

针对复杂接触环境下机器人柔顺装配困难的问题,提出了一种基于受力信息精准获取与改进力/位混合控制算法的柔顺装配方法.在对机器人末端力传感器进行零点补偿及负载重力补偿后,通过矩阵变换实时计算出装配接触点处机器人末端执行器的真实受力,并在力控制过程中让机器人的运动遵循双曲正切速度-力关系.实验结果表明,机器人在装配过程中并未发生明显的抖动,所提算法具有良好的柔顺装配效果.     

一种直角坐标式装填机器人操作机的设计

介绍了一种工作在封闭，狭窄，有障碍物的特殊作业空间中的直角坐标式装填机器人操作机的设计过程，阐述了该机器人的特点。在直角坐标三自由度间加入回转关节，可同时完成作业中对末端执行器的位姿调整，即简化了机器人的设计，又达到了结构紧凑的目的。     

四自由度Delta机械手运动学逆解研究

并联机器人的运动学分析是研究并联机构的基础。为使Delta四自由度机械手达到完成工作的目的,根据Delta并联机械手的特点,改进了两种四自由度Delta机器人设计,简化模型,建立数学模型及运动方程,推算出运动学逆解公式。根据机械手末端执行器的位置和姿态,得到伺服电机需要转动的转角。     

一类平面关节型机器人运动学建模

针对实际应用中的搬运和装配工作,本文基于一款四自由度平面关节型机器人,采用D-H法则,建立了四自由度机器人直角坐标系,给出了D-H变换矩阵,建立了机器人正运动学方程,同时对逆运动学进行求解。求解结果表明,通过对各连杆变换矩阵的相乘得到运动学正解(即机器人末端执行器的位姿),同时结合代数法实现运动学逆解。该机器人在已知目标物体空间位置的前提下,实现了对物体的搬运和装配工作。该研究具有一定的实际应用价值。     

装配液袋阀门座机械手的末端结构设计

针对手工装配大型液袋的阀门座生产效率低及卫生条件差等问题,本文以6-DOFs工业机器人为例,对装配液袋阀门座机械手的结构进行设计。给出了装配机器人的的设计方案,为顺利抓取阀门座并保证抓取过程中阀门座中心位置不发生偏转,对机械手爪的定心机构进行设计。同时,为了缓冲机械手在靠近阀座时的冲击力,设计了一套弹簧装置,并对主要参数进行分析计算。为了保证机械爪装配在机器人末端时能够很好的定位,在安装结构上设置凹槽,与机械人末端关节进行配合设计,通过凹槽,将机械手结构准确的安装在机器人上。该设计实现了大型液袋自动生产过程中阀门底座的自动安放,满足了厂家的工作要求,提高了生产效率。     

六自由度装配机器人的动态柔顺性控制

为了提升工业机器人装配的精确性与柔顺性,提出适合工业六自由度装配机器人的动态柔顺性控制策略,使之不仅能够实现快速高精度的参考轨迹跟踪,而且能够动态地切换到工件装配时的接触力控制,并能够保持良好的柔顺性接触力.构建机器人关节空间的标准动力学模型,并变换到末端执行器操作空间,获得操作空间的动态特性.给出该控制策略,主要包含参考轨迹给定模块、内环的轨迹跟踪控制器以及动力学参数辨识模块等.采用滑模算法设计轨迹跟踪控制器;采用阻抗滤波器,生成装配作业时末端执行器的期望运动轨迹;采用sigmoid函数设计轨迹跟踪与接触力控制的判别模块;采用最小二乘算法,设计动力学参数辨识模块.采用Lyapunov函数证明了该控制策略的大范围渐进稳定性和收敛性.基于装配实验台上进行现场装配和动态轨迹跟踪的对比性仿真实验研究.仿真实验结果表明：与典型的比例微分（PD）控制相比,动态柔顺性控制能够在较宽广的范围内实现更精确的空间轨迹跟踪和接触力柔性控制,平均相对误差可以有效地控制在-4%到+4%之内.     

巡线机器人末端执行机构的参数化设计与优化设计方法

给出了超高压输电线路巡线机器人结构方案,建立了基于巡线机器人末端执行结构几何参数的数学模型与力学模型;阐述了末端执行机构中的异形片刹车机构与末端执行器开合机构参数化设计与优化方法及实现过程;运用数值分析软件实现了末端执行机构的多目标规划和优化设计;利用有限元分析软件对优化设计前后的末端执行机构进行强度与变形分析,分析结果验证了机构模型的合理性及优化设计的可行性。     

基于机器人采摘的柑橘机械特性研究

柑橘果实的机械特性,是设计针对柑橘采摘机器人末端执行器的重要依据.该研究利用弹性力学的赫芝(Hertz)理论对柑橘果实的受力与变形量的关系进行了理论分析,并通过对成熟柑橘进行匀速加压试验验证了该理论的分析结果,同时得到了该类柑橘果实的抗压机械特性.另外,还通过实验进一步分析研究了柑橘果实与硅胶材料之间的摩擦特性和柑橘果柄的切割特性,从而为设计实现柑橘抓持与果柄切割的柑橘采摘的机器人末端执行器提供准确的依据.     

异形销孔零件机器人装配作业的分析

提出了任意凸形销孔零件及多凸形销孔零件的装配策略,并研制了带有力功能机器人末端微操作器和ＰＵＭＡ５６２机器人组成的装配系统。实验结果表明,本装配系统能完成任意凸形销孔零件沿任意方向的装配作业。     

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题，设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题，提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向，以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向，自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿，使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线，实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性，最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.     

液袋阀门体装配用6-DOFs机器人轨迹规划

为实现集装箱液袋上阀门自动装配和拧紧,本文采用6-DOFs工业机器人自动装配阀门,合理进行轨迹规划,确定位姿。装配机器人从零位开始,通过装于手臂末端自主设计的装配工具,将阀门体从输送带取下,安放于阀门底座上,并将阀门体上的8个紧固孔与阀门底座上的螺孔对准,然后带动两把对称布局的电动扳手,经过4个位姿拧紧8个螺钉,最后机器人返回到零位。同时根据装配过程要求,设计出各工作阶段末端装配工具的位姿,并利用逆向运动学求出各阶段的关节角,再根据轨迹算法,对关节空间的角度、角速度和角加速度进行分析与运动轨迹仿真。仿真结果表明,所获取阀门轨迹为0-11-12,阀门按放轨迹为12-21-22,阀门拧紧轨迹为22-1r-2r-3r-4r,回归零位为4r-0。该研究实现了完整的装配轨迹规划。     

高压输电线路带电更换防振锤机器人的研制

针对人工带电更换防振锤作业劳动强度大、效率低、危险性高的问题,研制具有双作业末端的带电更换防振锤机器人。首先,设计机器人行走轮、夹持机构、作业末端等构型,完成本体测控平台及远程管理主机控制平台的集成设计。其次,制定机器人更换防振锤的作业规划,并提出一种易于扩展、通用性强的多臂多动作机器人关节运动模型及其H∞控制方法,增强机器人关节运动的鲁棒性及其对作业环境的自适应能力。最后,通过对机器人进行工频耐压试验与实际线路作业试验,验证了该机器人结构设计合理,完成跨越防振锤及拆取、安装防振锤等作业任务连贯流畅,关键动作满足定位要求。     

容差柔顺手的设计与研究

分析了机器人手爪刚度对轴孔装配作业中装配力的影响,在此基础上设计了一种原理和结构全新的柔顺装配装置一容差柔顺手,并在ＰＵＭＡ－２６２机器人上,完成了精密配合轴孔的装配作业。     

基于雅可比矩阵分析法的多关节机器人机构设计技术研究

鉴于多关节机器人机构参数的设计是极其复杂的难题,研究出一种平面6自由多关节机器人的机构设计方法。通过分析小载荷6自由度多关节机器人机构设计的特征,提出一种从末端工作载荷任务反推各个杆件所需驱动力与功率作为选取驱动部件、设计机构依据的思路。通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,引入雅可比矩阵解决机器人逆运动学解析问题,得到多关节机器人各关节的运动速度,在速度选定基础上,计算出驱动力矩,综合考虑性价比选择出电机与减速器,根据电机与减速器的外形尺寸,从多关节机器人末端反向设计出机构外形。设计实例表明,该机器人结构具有良好的运动特性,为多关节机器人的详细结构设计提供了一种简单、有效途径。     

力/位置混合控制的新型机器人装配系统

介绍了新研制的一种适用于一般销孔零件装配的机器人末端微操作器，该操作器具有力觉功能和５自由度，采用主被动混合方式，与ＰＬＭＡ５６２机器人组成宏－微操作系统，可由一台ＩＢＭ－ＰＣ机控制，成功地完成零件装配作业，并能对不同的装配策略和方案进行实验评价．     

足球机器人车体三维仿真优化设计

对MicroSot足球机器人车体进行了细节分析和设计,并基于Pro／E的强大功能完成了机器人车体的三维实体设计、虚拟装配和行为建模,实现了其优化设计,为足球机器人开发设计提供了一种新思路．     

工业机器人校正技术及软件设计

机器人末端执行器准确到达预先指定位姿的能力是其重要的技术指标之一,而机器人位姿误差校正补偿技术正是提高机器人位姿精度的有效方法.本文采用机器人位姿误差局部校正方法,建立了机器人工作空间位姿转换矩阵及误差模型.以AdeptOne机器人为对象,利用光电检测手段,自行设计研     

一种满足末端姿态约束的工业机械臂分布式变密度路径搜索与简化方法（英文）

在许多机器人操作场景中,末端执行器的运动姿态约束是机器人完成焊接、喷涂、搬运、码垛等常见任务必不可少的。同时,姿态约束下的路径规划过程中涉及到逆运动学、碰撞检测和空间搜索等关键问题,在实际应用中难以兼顾令人满意的效率和约束效果。针对这些问题,提出一种带末端约束的工业机器人分布式变密度路径规划方法（DVDP-AC）。首先,针对运动学逆解提出位置–姿态约束重构（PACR）方法。然后,设计了具有单步安全球（SSS）的分布式有向距离场（DSDF）模型,以提高碰撞检测的效率。在此基础上,在笛卡尔空间中采用变密度路径搜索方法,并进一步提出一种考虑路径可达性的前向路径简化方法（FSPS）,以自适应地快速消除冗余的路径点。最后,实验结果验证了所提出的DVDP-AC方法在末端执行器姿态约束下的性能和有效性,并与目前主流路径规划方法进行比较,说明了该方法的特点和优势。