工业机器人装箱与码垛工作站数字孪生系统设计与优化

为优化工业机器人装箱与码垛的作业效率,结合数字孪生技术,在Visual Components软件中搭建了数字孪生模型,完成了基于Siemens S7和Modbus协议的信息物理融合系统架构设计,实现了物理实体与数字模型的实时链接。采用遗传算法规划了工业机器人装箱与码垛最优路径,利用Visual Components软件完成了编程与数字孪生同步验证。利用搭建的数字孪生模型对动力辊道线和机器人的参数进行优化后消除了码垛机器人的怠工状态,同时将装箱与码垛工作站的工作效率提高了13%。该研究可对装箱与码垛工作站提供参考和理论依据。     

基于数字孪生的码垛机器人工作站在线监测研究

采用数字孪生技术对码垛机器人工作站进行研究,针对码垛机器人工作站的基本工艺流程,提出一种数字孪生模型构建方法,设计并完成了码垛机器人工作站在线监测系统,通过通信协议(Transmission Control Protocol, TCP)技术和机器人操作系统(Robot Operating System, ROS)共同完成物理码垛机器人工作站与虚拟码垛机器人工作站两者之间数据交互与实时通信,实现对码垛机器人工作站的工作状态进行可视化在线监测。研究表明,所构建的码垛机器人工作站孪生体可与物理实体实时随动,通过对物理实体工作状态的数据采集,完成实时可视化在线监测,保证了六轴协作臂对物块的抓取和定位准确率高达99.17%,可以进行准确的位置码放。     

基于数字孪生技术的工业机器人故障预测方法

为了提高工业机器人的运行效率,采用数字孪生技术和卷积神经网络算法设计了工业机器人故障的预测方法。首先设计了工业机器人故障预测的基本架构,然后利用数字孪生技术构建了虚实映射的工业机器人的物理模型,并提取工业机器人的运动姿态特征,最后利用卷积神经网络算法构建了工业机器人电机故障的预测模型,通过对故障特征信号特征提取和分类,实现了故障的实时预测。仿真结果表明：通过孪生虚拟模型获取的工业机器人运行状态与实际运行状态高度重合,采用提出的故障预测方法对100组数据处理,得到的正确率、精确率、召回率和F1值4个性能指标分别为0.961 7、0.903 5、0.925 4和0.923 1,均明显高于其他两种对比方法,为工业机器人进行故障诊断和预测提供有力的技术支持。     

工业机器人去毛刺工作站数字孪生系统设计与优化

为优化工业机器人去毛刺工作站的作业效率,利用数字孪生技术搭建了由1台机器人和2台变位机组成的去毛刺工作站数字孪生模型,实现了物理实体与数字模型的实时通信。采用遗传算法规划工业机器人去毛刺最优路径,利用去毛刺自动跟踪系统提高去毛刺的质量,利用搭建的数字孪生环境对机器人的工具中心点（Tool Center Point,TCP）速度轨迹曲线和作业能耗进行优化分析,使去毛刺工作站的作业效率提高了3.64%。该研究可对工业机器人去毛刺工作站开展相关工作提供参考和理论依据。     

工业机器人码垛线的设计

工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备,是综合了计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能以及仿生学等多学科而形成的高新技术。现有国内的生产线中,考虑到成本及技术原因还无法实现全自动化无人生产,但在后端劳动力大量集中的成品码垛上,本身的成本过高及人力消耗巨大,工业机器人码垛线的出现是可以马上适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而取代人工作业。     

工业码垛机器人运动学与轨迹插值算法研究

针对码垛机器人运动控制和实际应用问题,对码垛机器人运动学与轨迹插值进行了深入的研究。首先利用码垛机器人平行四边形结构特点,建立了连杆相互之间的坐标系,进行了正运动学描述。其次利用了位姿分离法简化了运动学方程,同时使用牛顿迭代法解决了运动学反解的问题。再次,对四自由度码垛机器人进行了数据采集分析,验证了牛顿迭代法解决运动学的正确性。最后,讨论了散乱节点插值算法在机器人轨迹规划中的应用,利用该算法对机器人路径轨迹进行插值以使得机器人运动轨迹更为平滑。实验结果表明,牛顿迭代运动学算法和散乱点插值算法具有很好的鲁棒性,对于机器人的精确运动和动力学控制有着重要的意义。     

安保机器人数字孪生系统研究

针对安保机器人物理结构复杂、控制系统精度要求高、实时数据采集、数字端的传感器信号处理等问题致使安保机器人开发周期长、开发难度大的问题,设计了一个安保机器人数字孪生系统。对安保机器人数字孪生系统的系统管理模块、系统监控模块、功能模块3个子模块进行了详细设计,实现了对安保机器人数字孪生系统的管理、机器人主要部件的参数监控、传感器数据的采集和处理以及同类型机器人的二次快速开发。     

铣削工业机器人数字孪生驱动模型的构建与验证

针对工业机器人智能装备服役状态感知检测手段、智能控制能手段有限的问题,以工业机器人智能铣削装备为研究对象,设计一种数字孪生驱动模型构建方法。采用L-M算法对关键参数进行修正,使孪生模型对装备铣削轨迹的映射准确度从1.32 mm提高到0.15 mm,提高了近80%,验证了孪生驱动模型建立的正确性和关键参数修正的必要性。     

数字孪生车间机器人虚实驱动系统构建方法

针对目前数字孪生车间构建中工业机器人等虚拟实体建模复杂、开发周期长等问题,提出了一种数字孪生车间工业机器人虚实驱动系统的模块化构建方法,即将虚实驱动系统分为设置模型参数的交互层和按功能需求设计配置的控制层,然后将实体工业机器人等抽象为单功能原子模型耦合而成的仿真模型。模块化分层构建虚实驱动系统的方法能快速有效地实现工业机器人等数字孪生虚拟实体的建模,以及工业机器人在虚拟空间中的仿真运行模拟和虚实同步运行。     

基于PMAC的工业码垛机器人控制特性研究

以工业码垛机器人控制系统及其控制特性为研究对象,设计了一种基于工业控制计算机(IPC)+多轴运动控制卡(PMAC)的模块化分布式控制系统,探讨了工业码垛机器人控制系统的理论建构和工程实现问题,并通过工程样机长时间、多样式的码垛作业实验,证实该工业码垛机器人控制系统能可靠实现伺服控制、路径规划、状态监控和人机界面操作.     

基于数字孪生的工业机器人三维可视化监控EI北大核心

为实现对工业机器人的透明、实时可视化监控,提出一种基于数字孪生的工业机器人三维实时可视化监控系统。该系统基于改进的数字孪生系统框架建立机器人数字孪生体,实现了物理单元建模,以及孪生数据的采集、传输与解析,进而同步映射物理单元与虚拟单元,实现了对机器人的三维实时监控。通过采用所开发的原型系统进行验证,证明了所提系统的可行性和有效性。     

四轴工业机器人运动控制与视觉码垛

针对基于平行四连杆机构的码垛机器人运动控制与视觉抓取的问题,进行了相关运动学和视觉算法的研究。码垛机器人本体采用双四连杆结构,二轴驱动采用一组四连杆结构、三轴驱动采用一组四连杆结构,一轴及四轴由电机带动减速器直接驱动。在根据码垛机器人的结构特点,首先,建立了基于MDH法的连杆坐标系,其次从正、反运动学建模两个方面对拟人手臂进行了运动控制描述。然后,提出了一种Hough-链码视觉识别算法,以满足码垛机器人视觉功能需求。最后仿真结果表明,该码垛机器人可以有效解生产线上码垛作业问题。     

工业码垛机器人的视觉伺服技术

随着码垛机器人在物流自动化领域的广泛应用,市场对码垛机器人的智能化水平提出更高的需求。针对传统的"示教-再现"工作方式的码垛机器人功能单一、适应性差的问题,将机器视觉与码垛机器人控制技术相结合,搭建码垛机器人视觉伺服控制系统平台,并针对码放货物的特点,开展相关图像处理算法的研究。经试验验证,该码垛机器人视觉伺服控制系统平台可以快速准确的完成不同货物的检测、分拣和码垛,为后续码垛机器人视觉伺服技术的研究提供参考和依据。     

基于PLC与工业机器人的码垛工作站控制系统设计

结合车间的码垛工艺,提高码垛的效率,设计了一种基于PLC与工业机器人的码垛工作站控制系统。该系统以ABB工业机器人和西门子S7-200 smart为控制核心,采用以太网通信,结合威纶通触摸屏技术、变频器技术设计了码垛工业机器人的控制系统,该系统能自动完成物料准备、机器人自动拾取工具、取物料、码垛、送料等功能。系统设计完毕后在某电子设备厂进行码垛测试,原厂两班制8人、24 h连续生产情况下,受限于员工技术,产能存在±8%波动,同时受限于员工身体疲劳状况,码垛出错率为3～5%。测试结果表明,所设计系统的码垛准确率达99%,生产线中实现了自动码垛。实际应用证明,该控制系统投入生产后,效率明显提高,人力成本降低,准确率率提高,在码垛行业具有广阔的应用前景。     

基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统

为解决当前盾构换刀机器人缺乏有效监控方式的问题,设计了基于数字孪生的盾构机换刀机器人监控系统。系统通过Unity3D仿真平台构建孪生模型,利用机器人运动学模型在实时数据驱动下映射物理实体的运动状态,实现换刀机器人可视化监控,并利用虚拟现实技术提高系统沉浸性和可交互性。同时,针对有限元仿真软件获取力学数据的方式耗时较长、难以满足监控系统实时性要求的问题,构建了基于BP神经网络的换刀机器人力学数据监测模型,可快速获取末端执行器的应力和形变数据以保证系统安全性。最后,开发了盾构机换刀机器人数字孪生监控系统原型样机,验证了所提监控系统的有效性和可行性。     

码垛机器人控制系统的设计与实现

针对搬运机器人的需求,提出了一种码垛机器人控制系统的设计方案。首先介绍了码垛机器人的机构类型,然后分别对控制系统的硬件及软件结构设计做了详细的研究。控制系统基于嵌入式ARM硬件平台进行开发,采用Linux操作系统和Qt界面。阐述了码垛机器人的轨迹规划方法,经实验平台测试验证控制系统的可行性和合理性。     

码垛机器人的控制系统

介绍用于物料系统的码垛机器人，采用微型计算机作为主计算机，利用分布式二级控制结构实现系统的监控和作业管理，协调各关节的运动，准确地跟踪轨迹规划，使速度达到完全可控。     

基于工业互联网的数字孪生生产线应用

随着工业制造的发展,目前的先进制造也不光局限于单纯的生产任务了,更多的引入了工业互联网及数字孪生技术的应用,提高了企业的实际产能,解决了企业的实际问题。本文基于工业互联网与数字孪生的定义,分析了数字孪生技术的典型应用,以自动装配生产线和机器人生产线为例,阐述数字孪生在生产线中的应用。     

基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统

为提高遥操作机器人的示教编程效率和在线示教的安全性,提出了面向遥操作机器人在线示教的数字孪生框架,建立了机器人及其工作场景的虚拟模型,实现了物理实体到数字孪生模型的映射;设计并实现了基于RGB-D图像和姿态示教器的遥示教方式,通过鼠标和姿态示教器规划虚拟机器人末端执行器的路径和姿态,并利用增强现实技术,实现了虚实融合示教,提高了遥操作机器人在线示教的人机交互性;构建了机器人及其工作场景的八叉树模型,在机器人按照规划的路径和姿态运动时,可以预测机器人与工作场景之间的碰撞干涉;系统将未发生碰撞干涉的规划路径和姿态指令发送给物理机器人控制器控制物理机器人运动,从而实现基于数字孪生遥操作机器人在线示教功能,提高在线示教系统的安全性。     

码垛机器人运动学分析与仿真

高速重载码垛机器人属有色冶金领域关键共性技术。以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象,设计开发了一台4自由度关节型码垛机器人,并采用D-H法对该机器人的运动学方程进行研究分析,对机器人运动进行正运动学求解,得到了各关节变量与末端位置运动方程,并应用ADAMS软件对机器人进行运动学仿真分析。仿真结果验证了理论推导的正确性,为以后机器人的静、动态特性分析做参考。