索牵引并联机器人中变长度柔索的动力学分析

现有索牵引并联机器人研究中大多将柔索处理成简单的索杆单元,没有充分考虑柔索的动力学特性对末端执行器定位精度的影响。为此,本文提出了一种柔索长度慢速变化时的索牵引并联机器人动力学模型。文中首先推导了描述变长度柔索动力学特性的偏微分方程,空间离散化后采用有限差分法将其转换成普通微分方程。然后,根据末端执行器与柔索之间的动力耦合关系,得出索牵引并联机器人的动力学模型,模型中同时包含有柔索和末端执行器的自由度。最后,给出两个算例来验证本文模型的有效性,同时说明工作空间巨大时考虑柔索动态特性的必要性。     

一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究

绳牵引摄像机器人具有索单向受力、冗余驱动以及高速机动等特性,因而其稳定性问题的研究与解决是一个难题。现有的研究中,大多没有考虑摄像机器人的高速稳定运动特性及控制方法。为此,提出一种基于末端位置空间PD修正前馈控制规则保证摄像机器人的稳定运行。通过牛顿-欧拉法建立了末端执行器的动力学方程以及驱动系统的动力学模型;在此基础上得到了整个系统的动力学模型;在系统动力学模型的基础上,提出基于末端位置空间PD修正前馈控制规则的绳牵引摄像机器人跟踪控制策略,通过Lyapunov稳定性理论论证了控制策略的稳定性;通过数值算例说明了摄像机器人的稳定跟踪性能,并且验证了控制策略的有效性。     

一种柔索并联机器人的动力学建模与主动控制

柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件，它结合了并联结构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜（FAST）粗调系统是通过六根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动，其工作特点类似并联机器人，因此也被看作柔索并联机器人。基于FAST5m缩比实验模型，首先进行了逆运动学分析；其次，采用拉格朗日方程建立了柔索并联机器人的逆动力学模型；最后，针对结构特点模拟作用在馈源舱上的随机风荷，设计了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来控制馈源轨迹跟踪的风振响应。数值结果验证了该主动控制策略能够有效衰减风荷振动，从而提高了馈源轨迹跟踪精度。     

基于等效模型的索牵引并联机器人的刚度分析

现有索牵引并联机器人研究中,由于柔索长度较短大多将其处理成仅能受拉的直线索单元,没有考虑柔索垂度的影响,刚度分析过程与刚性支腿并联机器人相同.为考虑垂度影响,该文采用悬链线方程建立了大跨度柔索的静力学模型,推导出柔索的刚度矩阵.然后提出了一种刚度等效模型,将柔索等效为三根两两相互垂直的弹簧.于是便可将索牵引并联机器人等...     

柔索驱动并联机器人运动控制研究

针对柔索驱动并联机器人的工作特点,研究柔索驱动并联机器人的运动控制方法。通过对柔索驱动并联机器人系统动力学的强非线性、参数不确定性以及受到外界干扰等系统特性的分析,探讨了系统适用的控制策略。进一步,设计了一种将常规PI控制和Fuzzy控制相结合的Fuzzy-PI混合离散控制策略来实现柔索驱动并联机器人轨迹跟踪控制。这种控制策略不仅能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应快的特点,而且具有常规PI控制器的动态跟踪品质和稳态精度。在此基础上,为了进一步提高Fuzzy-PI混合离散控制系统的适应能力,设计了一种带有自调整因子的模糊控制规则。数值结果表明,在相同给定条件下Fuzzy-PI控制算法、常规模糊控制和离散非线性PID控制算法跟踪期望轨迹时,沿X方向、Y方向和Z方向的跟踪误差分别在 ±10cm、±7cm、±3cm,±15cm、±8cm、±5cm,±15cm、±9cm、±4cm的范围内。     

基于并联机器人的块状食品包装定位方法

目的为提高包装过程中并联机器人定位精度。方法基于自抗扰控制设计一种机器人末端执行器定位方法。在传统并联机器人结构的基础上配置2台工业相机。根据双目立体视觉检测原理来确定块状食品在生产线上具体位置。为避免干扰因素降低机器人末端执行器抓取精度,设计一种自抗扰控制器,主要包括跟踪微分器、非线性反馈器、扩张状态观测器。最后,搭建实验平台并进行相关验证。结果实验结果表明,实际位置与抓取位置之间偏差距离的最大值为0.3 mm;平均误差只有0.20 mm。所设计自抗扰控制器与PID控制器相比,响应时间仅增加了1%,平均抓取精度却大幅提高。结论所述基于并联机器人的块状食品包装定位方法可使末端执行器在非常短的时间内到达指定位置;运动过程稳定、可靠,不会出现振动现象,可确保抓取精度。     

考虑柔索振动影响时索牵引并联机器人的动力学分析与控制

现有索牵引并联机器人研究中,大多没有考虑柔索振动对系统运行精度的影响。为此,本文提出了一种适用于慢速运动的索牵引并联机器人动力学模型,模型中将柔索的运动分解为稳态运动与小幅振动两部分。系统的期望运动可由柔索的稳态运动来实现,柔索偏离稳态位置的运动可由对应的小幅振动来描述。针对稳态运动和小幅振动分别设计了相应的控制器,稳态运动的控制器保证系统可按期望的轨迹运行,小幅振动的控制器则用来抑制柔索在运动过程中出现的振动,这种振动是不希望出现的。最后,给出了一个数值算例来验证本文动力学模型及控制算法的有效性。     

Delta并联机器人的运动学分析及虚拟样机仿真

并联机器人具有高速高加速的优势,作为末端执行器极大提高了操作效率,在自动化生成线中具有广阔的应用前景。本文对典型的三自由度Delta并联机器人的结构进行了优化,建立了运动学反解模型,基于该模型对Delta机器人的工作空间进行了研究。此外,基于ADAMS搭建了虚拟仿真平台,对Delta并联机器人在作螺旋线运动时驱动臂的角速度、角加速度以及驱动电机的转矩和功率进行了研究,为电机选型和动力学优化提供了依据。     

驱动链高速轴断裂所致FAST索牵引并联机器人的冲击振动仿真分析

介绍了FAST望远镜的巨型柔索牵引并联机器人的构型和工作方式。对FAST柔索牵引并联机器人的塔-索-舱柔性悬挂系统在某一套索驱动单元的电机高速轴发生断裂,卷筒上的低速轴安全制动器随即启动的极端工况所引发的卷筒溜索量和柔性悬挂系统的冲击振动力进行了有限元仿真分析;总的仿真分析可分为三步进行,即柔性悬挂系统的静力学找形分析、卷筒溜索量分析和基于溜索量-时程曲线的系统动力学仿真分析;与此同时,仿真中采用了模拟塔柔性的质量-弹簧振子模型、简化的安全制动器制动力时程曲线和模拟索驱动设备的绳索-质量滑块系统等简化模型。计算结果表明,因高速轴断裂引发的冲击造成了柔性悬挂系统的大幅震荡,需要在系统详细设计中认真考虑。     

雕刻并联机器人刀具导向期望加工位置研究

为了增强雕刻并联机器人对其末端执行器位置监测以及对其工作环境、状态的主动认知的能力,引入了双目主动视觉的思想,建立了一种新型的基于圆形轨道的双目主动视觉监测平台,实现了并联机器人对空间工作环境的监测,并研究了在双目主动视觉监测平台下使并联机器人将刀具导向期望加工点的方法.研究结果表明,利用视觉信息解决了雕刻并联机器人导向矢量的确定问题,为机器人工作路径自规划提供了一种新方法.     

基于ADAMS的冗余驱动并联机器人动力学仿真研究

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.     

中医推拿机器人末端执行器工作空间分析

 构造了一种新型中医推拿机器人末端执行器的结构形式．通过坐标变换,建立了机构的运动学模型,并进行了反解分析．针对推拿机器人的手法要求,探讨了结构参数对该并联机构工作空间的影响规律,为工作空间的综合提供了依据．基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对此并联机构的工作空间进行了数值解的描绘．并利用Pro/E建立末端执行器机构的三维模型,导入ADAMS就其运动轨迹进行模拟和分析,仿真结果表明中医推拿机器人末端执行器的设计符合推拿要求,验证了机构设计的正确性．推拿机器人末端执行器的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求,为中医推拿机器人的实用化提供了理论依据．     

基于可拓自适应理论的三轴并联机器人控制系统设计

为了提高并联机器人的轨迹跟踪控制精度,以平面二自由度并联机器人为研究对象,构建了一种可拓自适应控制器用于其控制系统中.利用自适应控制器善于处理不变和慢时变问题,可拓控制器善于处理时变和突变问题,将2种控制器的优点结合起来,设计了一种新型的可拓自适应控制器.仿真结果表明,可拓自适应控制器能较大地提高并联机器人关节位置精度和末端执行器的轨迹精度,能够满足机器人的控制要求.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对并联机器人的控制具有普遍的应用意义．     

索支撑系统的动力学分析与跟踪控制

索牵引并联机器人中的柔索在做大范围运动的同时会伴随有低频振动.建立了此类柔索的动力学方程,得出柔索张力与索长之间的关系,在此基础上建立了索牵引并联机器人系统的较精确动力学模型.然后采用反馈线性化方法设计了轨迹跟踪的PID控制器,同时引入虚拟采样技术来弥补测量设备采样率较低的缺点.数值算例证明了所提方法的有效性.     

柔索驱动仿生机体弯曲动力学建模与仿真

基于四足生物躯体运动机理,提出一种柔索驱动的四足机器人仿生机体。它由前机体、后机体、仿生脊柱和柔索驱动组件组成,可实现仿生机体的侧向和上下俯仰弯曲。采用坐标变换法进行了该仿生机体的运动学分析;基于拉格朗日法和浮动坐标系法进行了仿生机体动态弯曲的刚柔耦合动力学分析,确定了仿生机体弯曲所需柔索驱动力,对比分析了不同刚度机体的动态弯曲特性。基于虚拟样机技术进行了仿生机体弯曲仿真分析,验证了理论分析的正确性,为提高四足机器人在非结构化环境中的机动性的研究奠定了理论基础。     

基于并联机器人的包装分拣系统设计

目的针对我国食品生产和包装存在的效率低、分拣精度不高等问题,基于并联机器人设计一种包装分拣控制系统。方法根据机器人自动分拣系统的结构,采用一种基于时间和工件位置的图像去重复算法,以去掉重复信息。为了提高抓取精度,基于PID算法设计一种位置跟踪控制器,能够判断物体位置并实时调整并联机器人末端执行器,以实现目标物体的动态跟踪和抓取。结合工业控制机和运动控制卡搭建控制系统,并进行实验研究。结果实验过程中最快分拣速度可达到120次/min,漏抓率为0,误抓率小于0.2%。结论所述控制系统具有较高的稳定性和准确性,可满足实时性要求。     

机器人力控末端执行器综述

随着制造业的智能化发展,机器人抛光、打磨、去毛刺和装配等连续接触式作业的需求日益增加。力控末端执行器作为机器人力-位混合控制与连续接触式作业的关键部件,其性能对于提升机器人作业质量和拓展应用范围具有重要影响。因此,对现有机器人力控末端执行器进行研究,分析其性能特点与关键技术,指明其发展方向,对于高性能力控末端执行器的研制具有重要意义。首先,介绍了力控末端执行器的发展背景,阐述了其组成与分类、工作模式和工作原理;其次,简述了力控末端执行器研发中涉及并联机构构型综合理论与优化技术、恒力补偿作动部件设计技术、质量力补偿技术、柔性碰撞技术、解耦控制技术和力波动抑制技术等;然后,分别对机械式、气动式和电驱式等单自由度与多自由度力控末端执行器的国内外研究现状进行了概述,并分析了各自的优缺点;最后,指出力控末端执行器将向高精度、高频响、电驱化、多自由度柔顺、重载化、高集成化和智能化等方向发展。分析表明,当前普遍应用的力控末端执行器多为机械式或气动式,但存在迟滞大、响应速度较慢和力控制精度不高等缺点,且仅能实现单自由度恒力控制,因此,开展高精度高频响的智能电驱式多自由度力控末端执行器的研制,对于提高机器人连续接触式作业系统的力控制精度、曲面适应性、加工装配质量和效率具有重要意义,可有效提升工厂机器人智能化作业水平。     

码垛机器人多箱抓取末端执行器设计与实现

目的为了提高码垛效率,设计一种能够满足多种产品规格的码垛机器人末端执行器多箱抓取装置,并通过编程实现码垛控制。方法详细分析末端执行器的结构设计,借助Solid Works软件平台完成执行器的三维模型。完成真空吸附回路的设计以及真空吸盘的选型计算,最后通过PLC编程完成产品位置点的计算,并进行实验验证。结果末端执行器依垛型规划软件的垛型高效地完成了多箱抓取任务。结论此真空吸附式末端执行器具有较高的实用性,能提高码垛效率。     

新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

多传感信息融合机器人标定方法

该文提出一种基于多传感信息融合技术进行机器人运动学标定的方法。首先通过对机器人的指数积(POE)正向运动学模型取微分的方式建立末端执行器的误差模型,利用ROMER-RA7520绝对关节臂测量机和安装在末端工具上的多个传感器分别采集末端执行器的位置和姿态信息;随后根据坐标统一原理将测量机的位置测量数据和多传感器的姿态量测数据转换到机器人基础坐标系下,实现位姿数据的空间配准;接着运用自适应加权融合算法融合处理经过空间配准后的位姿数据,得到末端执行器位姿测量值;最后应用迭代最小二乘法求解出参数偏差。KR5arc机器人标定仿真实验表明:该方法可大幅度提升机器人在任意位姿下的定位、定姿精度。