新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

基于改进目标检测算法的AGV避障方法研究

目的 针对食品包装的抓取和装配,利用人工成本高且容易装错等问题,基于方位特征(POC)方程的并联机构结构综合方法,提出一种以3PUPaR并联机构为主体的抓取机器人机构。方法 计算3PUPaR并联机构的自由度、方位特征集以及耦合度等拓扑特性,验证机构具有空间纯移动的运动特性,建立机构的运动学逆解方程,基于此,采用数值法得到机构的工作空间与运动灵巧度。并研究参数尺寸大小对工作空间与全局灵巧度的影响,以全局灵巧度和工作空间为优化目标,选择具有Pareto解的NSGA-II算法完成多目标参数优化。结果 结果表明,机构具有较大且连续的工作空间。结论 该新型三自由度并联机器人能够满足食品包装的抓取和装配时运动范围。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。     

斜导面直线驱动关节机器人工作空间仿真及优化

目的针对一种新型并联式机构码垛机器人的工作空间进行仿真优化,并阐述其结构特征。方法利用数值方法通过Matlab软件编程求解运动学方程,得到工作空间三维图和二维截面图,在此基础上,进一步利用采样法对工作空间进行仿真计算,研究斜导面丝杠行程x、驱动臂丝杠行程y和结构参数c,h对工作空间的影响。结果增大丝杠行程x,y,斜导面机器人执行码垛动作有效工作空间高度增加,范围变大;增加结构参数c尺寸,工作空间横向(宽度)范围变宽;增加结构参数h尺寸,工作空间纵向(高度)范围升高。结论斜导面机器人并联结构存在非线性问题,即不能直接通过运动学方程研究结构参数对工作空间的影响。通过上述方法仿真得到丝杠行程x为50~320 mm、丝杠行程y为80~330 mm、结构参数c为200 mm、h为180 mm时,工作空间有效二维截面为一个450 mm×700 mm的矩形区域,且具有较好的工作空间位置分布,满足作业要求。     

码垛机器人的连杆参数优化

目的 对码垛机器人的连杆参数进行优化,以保证垛型完全位于码垛机器人工作空间内.方法 通过改变连杆长度l2、l3、关节转角θ3的值,根据运动学方程,利用Matlab编程计算得到码垛机器人工作空间的三维立体图以及xOz平面投影图,经过对比分析选取符合条件的连杆参数.结果 θ3的范围满足要求,无需优化.当l2和l3长度为2290 mm时,码垛机器人的最大工作空间包含任务工作空间.结论 对连杆参数进行了优化设计,机器人的工作空间符合工作要求.     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

新型四轴码垛机器人机构设计与动力学仿真分析

目的针对生产线码垛作业,设计一种四轴码垛机器人以满足货物搬运需求。方法利用平行四边形机构对码垛机器人进行结构设计。根据码垛机器人的结构特点,采用运动D-H方法对该机器人进行运动学分析,通过SolidWorks建立码垛机器人实体模型,并将其导入Matlab中,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用Simulink添加控制模块、驱动模块和检测模块,建立完整的仿真模型。通过SolidWorks与Matlab两者的结合进行机器人动力学仿真分析。结果运用SolidWorks与Matlab联合仿真,可以缩短设计周期,有效地获取其动力学特性参数。结论四轴码垛机器人可以有效解决生产线上的码垛作业问题。     

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．     

三自由度并联打磨机器人设计与仿真

该文根据空间三自由度并联机构结构稳定、逆解易得的特性,设计了一种空间三自由度的并联打磨机器人。建立了机构运动方程,得到了动平台姿态与3条支链变形量的关系。基于Adams软件对建立的三维模型进行仿真,并通过样机模拟得到机构的工作参数。仿真和试验结果表明,这种打磨机器人能够完成空间曲面的打磨,该机构结构简单,控制方便,具有广泛的应用价值。     

6_PUS并联机器人动力学性能参数优化设计

为优化一种风洞6_PUS并联支撑机器人的动力学性能参数,采用螺旋理论推导了该机构的力雅可比矩阵和Hessian矩阵,并基于一、二阶影响系数法,在全域工作空间内,对影响6_PUS风洞并联支撑机器人动力学性能指标的主要结构参数进行了优化分析.对该机器人动平台、球铰位置、拉杆长度、平行梁宽度等参数对动力学性能的影响进行了仿真.从仿真结果来看,6_PUS并联机器人的动力学性能较差,要使机器人获得最佳的综合性能,则需要对这些参数进行综合优化.通过对这些参数和性能关系之间的全面考虑,最后选定了并联机器人的主要设计参数,使机构性能达到了设计要求.     

面向光纤作业的精密并联机器人系统研制

研制出了面向光纤作业的精密并联机器人,它是一种六自由度、高精度的新型定位系统。介绍了该机器人结构的设计特点、工作原理及由伺服电机控制的半闭环控制系统,并给出了该机构的控制方法。同时还设计了一种新型虎克铰链,它能有效地减小因接触变形而产生的误差。另外由于借助了DSP技术,很好地解决了机构运动学反解的实时计算问题。最后给出了在不同姿态下,并联机器人工作空间边界的仿真图及机构重复度测试的结果。仿真和实验结果表明,该精密并联机器人具有工作空间大、系统控制精度高、机构重复精度高等优点。     

码垛机器人的工作空间分析

目的分析在机器人设计和托盘码垛布局规划过程中码垛机器人的工作空间。方法用D-H法则建立运动学方程,根据运动学方程对四轴型的码垛机器人进行分析,最后利用矩阵变换法建立码垛机器人位姿变化关系,求解运动学的正逆解,并用Matlab软件的图形用户界面(GUI)对求解结果进行仿真。结果得到了机器人的可达工作空间图,工作空间在x-y平面投影图和工作空间在x-z上的平面投影图。结论通过分析Matlab软件的仿真结果,可以直观地得到该码垛机器人的工作空间。     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

应用于药品包装生产线的2-UPR/RSPR并联机构的工作空间分析

目的针对药品包装生产线后端对工人数量需求多、劳动强度大等问题,提出一种具有较大工作空间的2-UPR/RSPR并联机构,可应用于药品包装生产线的装箱和码垛环节。方法建立2-UPR/RSPR并联机构的螺旋矩阵,并应用G-K公式进行机构自由度的求解和验证,综合应用闭环矢量法和D-H法求解机构的运动学逆解。通过三维模型进行运动仿真获得机构的可达工作空间,联合使用SolidWorks和Matlab软件验证机构的工作空间。给出该机构在药品包装生产线上的应用实例。结果2-UPR/RSPR并联机构具有4个自由度,机构工作空间为双伞形,动平台最大执行角度可达90°,能满足药品包装的需求。结论2-UPR/RSPR并联机构应用于药品包装生产线的后端,不仅提高了包装效率,也提升了药品包装的智能化程度。