基于软PLC的Delta机器人运动控制设计及实现

以实现空间3自由度的Delta机器人运动控制为研究目的,基于IEC61131-3国际标准,在CODESYS开发平台上设计了Delta机器人运动控制模块,包括点到点插补运动、直线插补运动、圆弧插补运动等,并通过模块之间的组合实现Delta机器人的连续运动。为了操作方便,开发出相对应的运动控制指令,在可输入界面进行指令编程即可,克服了传统控制卡控制复杂、拓展性差的缺点。采用3-4-5多项式轨迹规划出的门型路径,在Delta机器人上机实验,结果表明机器人能稳定运行并且各方向加速度与理论加速度一致,证明了机器人运动控制设计成功。     

Delta并联分拣机器人的运动学分析及仿真

以典型的3-RSS型Delta并联分拣机器人为研究对象,进行了机器人结构的设计、运动学分析,推导了该机器人工作位置的正逆解方程,采用MATLAB进行了正逆工作位置方程的求解,并对该机器人执行器末端工作空间进行了运动学仿真,得到了并联机器人的工作空间,对Delta并联分拣机器人的运动控制具有较为重要的参考意义。     

Delta机器人分拣平台的机构尺度综合与分析

Delta机器人以其刚度大、精度高、速度快等优点在轻载分拣领域有着庞大的市场需求,其尺度综合是产品设计的重要环节.针对3自由度Delta机器人基于矢量法,建立了单支链运动约束方程,进而推导出其逆解、雅可比矩阵及可达工作空间边界的解析方程.为满足实验平台作业现场的分拣需求,以设计工作区域与可达工作空间边界的距离权值最小为...     

Delta机器人结构参数与期望工作空间之间关系研究

研究了Delta机器人结构参数与其期望工作空间之间的关系。工作空间是机器人性能的重要指标之一。但并联机器人工作空间边界是不规则的凸起,当在边界附近运动时,机器人容易陷入奇异位姿。因此,用规则的期望工作空间取代实际工作空间是一个很好的选择。机器人工作空间的大小直接有机器人的结构参数决定,因此研究机器人结构参数与工作空间之间的关系非常有意义。在归一化空间中绘制了Delta机器人结构参数与内接期望工作空间体积之间的映射关系图,并讨论了它们之间的关系。结果对Delta机器人的机构设计等具有指导意义。     

基于运动学正解的Delta机器人工作空间分析

基于并联机器人机构学理论,对Delta机器人机构进行位置分析,建立Delta机器人运动学逆解模型,并通过几何法求得Delta机器人运动学正解。在运动学正解的基础上,分析了Delta机器人的工作空间,并利用MATLAB的计算与绘图功能,画出Delta机器人的工作空间,为Delta机器人的应用提供了重要参考依据。     

一种Delta机器人定位技术

相较旋转型Delta机器人,直线型Delta机器人具有更高的控制精度和更大的工作空间,是机器人应用的典型代表。定位技术是机器人应用的基础,但当前对直线型Delta机器人定位技术的研究较少,且方法复杂。针对上述问题,提出一种Delta机器人定位技术。该方法在矢量分析运动学的基础上,将结构关系转换成数值关系,建立了伺服电机进给量与动平台空间位置之间的联系。通过对约束条件的限定,有效地解决了逆运动学多解问题。因简洁的数学分析及逆运动学多解问题的有效解决,所以更利于结构化编程。实验结果证明了该方法的可行性与准确性。与传统方法相比,该方法省去了复杂的坐标系变换及矩阵运算,因而适用于工程应用。     

Delta机器人综合位置误差研究及其耦合特性分析

以Delta机器人为分析对象,研究了动平台的位置误差模型,并对误差源的耦合特性进行了分析。首先,利用从动臂的位置特性,依据几何空间矢量法,建立了Delta机器人机构误差模型;其次,以数理统计与空间矢量原理为基础,推导出Delta机器人关节间隙误差模型;然后,基于空间有限元理论,在建立系统弹性动力学模型的基础上建立了其柔性误差模型;综合考虑这3种误差源,建立了Delta机器人综合位置误差模型;最后,利用Adams与Workbench联合仿真、Matlab数值计算和FARO激光跟踪仪的现场试验验证了位置误差模型的正确性,并对误差源的耦合特性进行了分析,阐述了方向位置误差与坐标轴方位之间的关系。结果表明,影响Delta机器人动平台位置误差的各个误差源间并不是简单的叠加,而是具有明显的耦合特性,并且动平台方向位置误差会随着坐标轴方位的变化而变化。     

Delta并联机器人的动力学研究

尺度参数优化是并联机器人设计的最终目标。对研制的Delta并联机器人进行动力学分析,基于虚功原理,建立Delta并联机器人系统的动力学方程,利用奇异值分解理论,以在末端单位加速度下单轴最大输出扭矩在整个工作空间的最大值最小的动力学性能指标作为评价指标,从而获得满足设计需求的一组最优尺度参数。     

球面2-DOF冗余驱动并联机器人控制仿真及实验

以球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,进行力/位混合控制仿真及实验研究。首先在工作空间内对该机器人末端轨迹进行了运动规划,其次,基于Sim Mechanics与Simlink搭建了机器人系统力/位混合控制仿真模型,并通过数值算例,验证了该方法的正确性与可行性。最后基于仿真结果对样机进行力/位混合控制实验,验证了冗余驱动分支输入通过驱动力优化得到的驱动力矩时,能最大限度减小非冗余分支的驱动力矩,使三个分支驱动力矩更加均衡。     

基于弹性动力学模型与遗传算法的Delta机器人模糊PID控制

为了提高Delta机器人控制的实时性与准确性,同时使控制过程简单方便、运行效率高,以Delta机器人为研究对象,基于空间有限元理论与拉格朗日方程,充分考虑主、从动臂间的运动及动力特性,建立了其弹性动力学模型。通过分析系统的结构特点,采用模糊比例—积分—微分(PID)控制器与传统PID控制器并联的形式对Delta机器人主动臂输入力矩进行控制。以动平台轨迹误差的平均值与系统前三阶固有频率平均值的倒数为目标函数,利用遗传算法优化得到模糊PID控制参数的取值范围,从而提高控制的实时性与准确性。通过ADAMS与MATLAB/simulink联合仿真和物理样机的现场实验,验证了控制策略的有效性与正确性。     

平面冗余与非冗余并联机器人工作空间图谱的比较研究

并联机器人的结构参数决定其工作空间的特性。本文对并联机器人的杆件尺寸参数采用无量纲处理方法,建立了平面冗余与非冗余并联机器人的结构参数与工作空间形状的函数关系,绘制了两者基于无量纲参数的工作空间图谱,比较了两类工作空间的特点与优缺点,为并联机器人的机构设计提供了系统的参考依据。     

行走·定位一体化飞机制孔六足机器人研究

根据飞机制孔的技术要求,设计了一种飞机制孔六足机器人。机器人采用行走-定位一体化的设计方案,并且具有冗余驱动。首先介绍机器人的构型,对机构的自由度进行了分析,然后建立机器人的运动学和动力学模型,重点研究了机器人的力/位置混合控制策略,最后进行了行走实验和工作平台位姿调整实验。实验表明,力/位置混合控制策略满足制孔机器人行走和定位的性能指标。     

关节空间和工作空间的混合轨迹规划算法研究

为了实现机器人的高速、高精度控制,必须对机器人进行合理的轨迹规划,同时,轨迹规划也是实现驱动电机力矩和功率得到充分利用的核心内容。将编写Python语言的轨迹规划程序,并使用关节空间和工作空间的五次样条函数混合轨迹规划法对Delta两自由度机器人进行轨迹规划,再利用动力学对轨迹规划结果进行相应的优化。生成的拟合曲线表明,机器人的混合轨迹规划法充分利用了关节空间和工作空间轨迹规划法的优点,并且动力学优化后的结果,对提高驱动电机的使用效率具有很好的指导性意义,最后通过实验验证了结果的正确性。     

旋转型与直线型Delta机器人全空间工作特性研究

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证,可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵,通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性,并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明,在可达空间体积近似的情况下,直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好,而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。     

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。     

Delta机器人期望工作空间求解算法研究

针对并联机器人工作空间存在一些病态的不连续空间,提出来了一种Delta机器人期望工作空间的求解算法。首先,由Delta机器人运动学出发,给出了机器人实际工作空间的表达式,并将工作空间分成上下界进行求解;然后,通过将给定形状的规则期望工作空间的上下界与机器人实际工作空间的上下界进行比较,从而得到期望工作空间;最后,在Matlab软件上对算法进行了验证。所提出的算法可适合于不同形状期望工作空间的求解,并且较几何分析法更简便、更易于编程实现。     

一种三平动并联机构的设计与运动学分析

针对Delta并联机器人在食品、医药、电子等轻工业上的广泛应用,对一种T型轴铰链Delta三平动并联机器人的构型设计进行了系统研究。分析了运动副在机构组合中自由度约束关系,得出了一种最小支路位移参数特性,以此遴选出3TOR并联机构所含的支路类型,综合出多组三平动并联机器人机构。经过机构演变法,设计出一种支路类型为HSOC{■}的新型T型轴铰链的Delta并联机器人机构。并基于位移参数特性,验算了其机构空间自由度。基于设计的Delta并联机器人机构,进行了运动学分析,建立了逆解位置模型、正解位置模型和速度模型。     

一种6-6UHU并联机器人的设计和实验研究

研制了一种新型结构的大工作空间 6 6UHU并联机器人。通过对虎克铰摆角极限对机器人工作空间的影响研究 ,在机构设计上解决了杆间干涉和下关节极限问题 ,简化了干涉检测算法 ,降低了运动控制算法的复杂性 ,并且增大了工作空间。研制出基于DSP的多轴控制器PMAC卡的交流伺服电机控制系统和实验系统 ,并进行了实验。给出了不同姿态下该机器人的工作空间分析。仿真数据和实验结果表明 ,所研制的新型 6 6UHU并联机器人 ,结构精巧 ,工作空间大 ,动平台的倾斜角达到 4 5° ;同时具有高刚度、高精度、操作性能好等特点。干涉防护系统能保证机器人在大工作空间机动运行情况下的安全     

基于运动学的Delta机器人优化设计

机器人雅克比矩阵最小奇异值与条件数是其工作性能的重要评价指标。因此,针对研发的Delta机器人进行运动学分析,根据Delta机器人雅克比矩阵奇异值随尺度参数的变化规律曲线,确定一组最优设计尺度参数。同时对该Delta机器人进行全域条件数分析,得到Delta机器人操作性能在全域的变化规律,根据这一变化规律能有效地提高Delta机器人的工作性能。通过上述分析能够很好地对Delta机器人进行优化设计。     

基于容错策略的球形机器人控制系统

基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服控制子系统,以提高控制系统的可靠性。其中,冗余双备份伺服控制子系统是由两个相同的备份模块组成的,通过故障检测、故障定位以及系统恢复实现容错功能,而且冗余结构能够根据故障情况进行重组。基于时间容错和信息容错的技术设计球形机器人的软件系统,并设计监控软件监视软件系统的运行状态。球形机器人的控制系统试验表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是可行的、有效的。