Stewart并联机器人局部灵活度与各向同性条件解析

构造出Stewart并联机器人操作机局部灵活度的解析模型,论证了各种灵活度指标取得极值条件的一致性,揭示出实现局部灵活度各向同性的尺度参数关系。基于对实现位姿能力和灵活度的综合考虑,提出一种尺度参数的综合方法。通过算例论证了若结构参数使得局部灵活度是满意的,则全域灵活度也一定是满意的。     

压力容器检测机器人的灵活性分析

针对某一种密闭压力容器检测机器人工作空间灵活性的问题,首先运用D-H法对该机器人进行建模,利用Monte Carlo法对机器人的工作空间进行Matlab仿真;然后借用服务球的概念建立了机器人工作空间任意点的灵活度的计算方法,利用灵活度的概念对机器人工作空间内给定点的灵活度进行了求解,对机器人给定工作空间截面上的灵活度分布进行了仿真与分析;最后研究了关节尺寸对机器人工作空间中给定点灵活度的影响。结果表明,机器人在工作空间满足任务需求的前提下,关节尺寸越小,灵活性越好。此研究为关节型机器人的尺寸优化、路径优化、灵活性分析提供了参考。     

排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法

针对传统机器人操作臂灵活度优化方法忽略了获取机器人雅克比矩阵奇异值,导致操作臂灵活度过程效率降低,排爆准确度得不到明显提高。提出排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法。首先对操作臂构造动力学模型,获取拉格朗日动力学方程及相关参数,对姿态概率系数和可操作度进行描述。以五自由度操作臂工作球为基础分析操作臂姿态概率系数;针对操作臂的可操作度,通过排爆机器人雅克比矩阵奇异值实现构造,建立操作臂在工作空间内的灵活度优化目标函数,通过遗传算法对目标函数进行求解,实现排爆机器人操作臂灵活度的优化。实验结果表明,所提方法优化性能佳,可有效提高操作臂灵活度。     

微创手术机器人灵活工作空间的分析与优化

以冗余八自由度微创手术机器人为研究对象,通过对手术机器人构型,采用D-H法和坐标变换相结合的方法,建立构件固连坐标系对机器人进行正运动学分析,利用蒙特卡罗法方法生成手术机器人的工作空间,满足了机器人的工作要求。以雅克比矩阵条件数的倒数为理论基础,通过MATLAB编制程序,求出微创手术机器人工作空间任意一点的灵活度,用图形仿真出工作空间任一点的灵活度分布以及灵活工作空间,为手术切口位置的布置及手术路径的规划提供了可靠数据。利用全局性能指标GCI作为优化指标,建立了优化目标函数,通过遗传算法进行优化计算,得出影响机构灵活工作空间的最优机构参数,满足了机器人灵活性的要求。     

内窥镜操作机器人结构设计及运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生劳动强度,减少病人痛苦.设计了一种辅助微创外科手术机器人,在机械结构上采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂度和缩短设计周期;采用了被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求.运用几何与解析法相结合的方式求得了机器人运动学逆解,通过灵活工作空间分析表明,该机器人具有足够大的灵活空间以满足实际工作需求.最后通过ADAMS运动学仿真,证实该机器人可以很好地完成所规定的任务.     

基于高条件数的机器人机构参数优化

提出了一种基于高条件数性能指标优化方法对机器人结构参数进行优化。在操作任务相同时,机器人的灵活度性能指标越高,各关节的驱动电机的转速会越低。在管道插接空间相贯线焊接任务中,焊枪的工作速度很慢,容易导致驱动电机速度过低。提出与传统灵活度性能指标相反的设计思路,适当降低机构的灵活度,有效的提高了电机的转速。以关节式焊接机器人的结构参数设计为例,验证了这种优化思路的有效性。     

一种新型变形移动机器人腿部机构灵活性分析

机器人的灵活性是机器人运动学中比较重要的一个性能;本文利用几何构图法和数值分析方法对一种可变形多足移动机器人腿部机构的灵活性进行了分析研究;研究证明了可变形多足移动机器人腿部机构在平面内的灵活度;并通过计算空间自由度,对可变形移动机器人腿部机构在空间内的灵活性进行了初步研究;通过解算几何关系,给出仿真结果;最后依据灵活性分析结果对腿部机构的工作性能和逆解存在状况进行了分析研究。     

3-TPT型并联机器人工作空间解析与综合

以3-TPT并联机构为对象，构造出受杆长和虎克铰约束的工作空间边界及灵活度解析模型。结合灵活度分析，探讨了结构参数对3-TPT并联机器人工作空间的影响规律，提出了一种结构参数设计方法。     

内窥镜操作机器人机械结构设计和运动学仿真

机器人应用于腹腔、胸腔等外科手术中,可以提高手术质量,降低医生的劳动强度,减少病人痛苦。文中设计了一种辅助微刨外科手术机器人,该机器人采用模块化设计方法降低机器人结构的复杂程度,缩短了设计周期;采用被动式手腕关节结构使机器人更加符合实际需求。运用几何法求得了机器人运动学逆解,通过灵活工作空间分析表明该机器人具有足够大的灵活空间以满足实际工作需求。最后通过ADAMS运动学仿真,证实该机器人可以很好地完成所规定的任务。     

基于计算机软件的摄影机器人底盘结构优化设计

应用SolidWorks三维机械设计软件中的静力学算例、设计算例和拓扑算例对摄影机器人的底盘结构进行优化设计。对原有的摄影机器人底盘结构进行三维建模和静力学应力分析,确认厚度尺寸偏大,导致底盘质量偏大。应用设计算例对摄影机器人底盘的厚度进行寻优,根据寻优结果重新设计底盘模型。对重新设计的摄影机器人底盘模型进行拓扑计算,得到材料分布结果,并根据材料分布对底盘结构进行优化。通过结构优化,有效减小了摄影机器人底盘的质量。     

机器人加工精度在线控制的研究

提出一种基于KUKA机器人控制器的在线控制方法,用来实时补偿工业机器人在钣金加工中由于自身柔性所产生的加工误差。在已有机器人末端接触力与位置误差关系的基础上,根据机器人控制器自身限制条件和编程语言,设计出简化控制算法和相应的程序,用于对加工中的机器人末端位置进行实时补偿,以达到提升加工精度的目的。该在线实时控制的方法通过实验与分析后,被证实具有一定的可行性。     

Design of a novel robotic arm with non-backlash driving for friction stir welding process

Application of industrial robots in the field of manufacturing has increased over the years due to their advantages of large workspace, good flexibility and low cost. Industrial robots are trying to replace machine tools for heavy load manufacturing, for instance, friction stir welding (FSW). However, the stiffness of industrial robots is weak which affects the manufacturing precision seriously as well as driving backlash. This paper presents a novel robotic arm with non-backlash that used for FSW process. First, the structure of the robot and how to eliminate the backlash of the robot are introduced. Secondly, a semi-analytical method based on strain energy and the equivalent stiffness of bars obtained by finite element analysis (FEA) is proposed for calculating the overall stiffness of the robot, and the effectiveness of the method is verified through the integrated FEA results. Finally, a FANUC S900iB/400 robot that used for FSW is selected as a representative of industrial robots to be compared, the stiffness of the robot presented in this paper is better than the FANUC robot, which is beneficial to improve the welding quality.     

欠驱动蛇形机器人模块的设计研究

依据现有的欠驱动理论,结合摩擦盘运动分解合成机构,设计出一种欠驱动蛇形机器人模块,并研究其运动规律。通过分析研究表明运用这样的摩擦盘传动机构作为关节模型,可以建立起欠驱动蛇行机器人模块。由于采用了欠驱动方式使得结构紧凑,有利于降低机身的重量;使其具有更大的灵活性和适应性,对蛇形机器人走向实用具有重要的意义。     

基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节设计与分析

为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求,借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理,创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析,构建了关节整体刚度模型,并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计,研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明,基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围,可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制,实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节,能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。     

基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法

针对电网巡检机器人存在避障能力低下和路径规划不合理的问题,研究基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法.利用时间栅格法标识工作空间内障碍物,构建机器人电网巡检环境信息,通过最优搜索避障路径算法,全局规划机器人到达目标点的路径,结合改进势场法,通过调整斥力和引力势函数,计算合力实现机器人的局部避障及避障路径规划,形成全局和局部相结合的避障方法.试验结果表明,躲避静态障碍物和动态障碍物的平均躲避成功率分别为 ９８．３７％ 和 ９６． １２％ ,避障路径规划平均耗时为 １.５６ s ,具备快速、高效、精准的避障及路径规划能力,可提升机器人的动静态障碍物避障能力和路径规划效率.     

Corridor navigation of the mobile robot using image based control

In this paper, the wall following navigation algorithm of the mobile robot using a mono vision system is described. The key points of the mobile robot navigation system are effective acquisition of the environmental information and fast recognition of the robot position. Also, from this information, the mobile robot should be appropriately controlled to follow a desired path. For the recognition of the relative position and orientation of the robot to the wall, the features of the corridor structure are extracted using the mono vision system, then the relative position, the offset distance and steering angle of the robot from the wall, is derived for a simple corridor geometry. For the alleviation of the computation burden of the image processing, the Kalman filter is used to reduce search region in the image space for line detection. Next, the robot is controlled by this information to follow the desired path. The wall following control scheme by the PD control scheme is composed of two control parts, the approaching control and the orientation control, and each control is performed by steering and forward-driving motion of the robot. To verify the effectiveness of the proposed algorithm, the real time navigation experiments are performed. Through the result of the experiments, the effectiveness and flexibility of the suggested algorithm are verified in comparison with a pure encoder-guided mobile robot navigation system.     

柔性装配系统设计中若干问题的研究

研究了柔性装配系统设计中的装配规划,提出通过计算装配关联图割集,利用分离可行性和可行分离路径判据,求出可行拆卸顺序,以与/或图给出装配顺序。还研究了机器人装配工作站规划,提出了把机器人装配成功率最高的位姿作为装配点,把位姿误差最小的构形作为抓取点,适当调整工作点,缩短机器人运动路径,实现工作站的合理布局。     

Dynamic characterization of machining robot and stability analysis

Machining robots have major advantages over cartesian machine tools because of their flexibility, their ability to reach inaccessible areas on a complex part, and their important workspace. However, their lack of rigidity and precision is still a limit for precision tasks. Innovations and design optimization of robotic structure, links, and power transmission allow robot manufacturers to propose business solutions for machining applications. Beyond accuracy problems, it is also necessary to quantify the vibration phenomena that may affect, as in machine tools, the quality of machined parts and the tools and spindle lifespan. These vibrations occurred at specific machining conditions depending on robot and spindle dynamic properties. The robot’s posture evolved significantly in its workspace and induces dynamic’s changes observed at the tool tip that in turn impact the stability of the machining process. The objective of this paper is to quantify the dynamic behavior’s variation of an ABB IRB 6660 robot equipped with a high-speed machining (HSM) spindle in its workspace and analyze the consequences in terms of machining stability. Through an experimental modal characterization, significant variability of modal parameters is observed at the tool tip and impacts the stability of machining. The results show that an adjustment of the cutting conditions must accompany the change of robot posture during machining to ensure stability.     

视觉与力觉结合的卫星部件机器人装配

针对卫星特殊部件的装配需求,为了使机器人具有适用不同工况的柔性并在卫星多变的装配工况中获得较高的应用效率,本文研究视觉引导与力反馈控制下的机器人装配技术,给出一种视觉与力觉结合的机器人装配方案:在装配孔位安装辅助销钉,通过视觉引导将部件引导至销钉的锥面导向范围内,而后在销钉导向下对机器人采用力反馈控制,实现工件的准确装配到位。采用红外相机结合合作靶标的方式实现稳定地视觉识别与目标定位,设计了探针式测量工具,并给出测量方法,实现了目标点位的柔性便捷测量。给出了一种已知空间对应点对条件下,求位姿变换矩阵及机器人目标位姿的计算方法。采用力/位混合控制方法实现柔顺销钉导向控制。实验结果表明:装配对应孔位的测量匹配误差在2.9 mm以内,机器人在视觉引导下,可以将工件运送至销钉的导向范围内,并在销钉导向及力反馈控制下将工件准确装配到位,力控制阈值为30 N。证明了本文所采用的技术可以满足卫星部件装配的工程实施要求。     

功分网络绝缘支撑自动贴装系统设计与应用

针对空气介质功分网络绝缘支撑的贴装,设计了绝缘支撑自动贴装系统。该自动贴装系统由四自由度直角机器人、贴装头、涂胶机构、送料机构和控制系统组成,其中,贴装数据表的设计增加了该贴装系统的柔性。该自动贴装系统经过实际应用,证明比手工装配提高了效率和贴装精度。