球形管道机器人设计

球形管道机器人是将球形机器人的结构应用于管道爬行这一背景中设计的一种机器人。它利用了球形机器人运动全向性、转弯灵活的特点,解决了目前管道机器人中普遍存在的转弯困难、运动速度慢的问题。介绍了球形管道机器人的机械结构,在水平面内对机器人做了运动原理分析。针对管道应用的特点介绍了机器人对于各种交叉管路的识别并具体分析了转弯过程。     

基于遗传算法的多PID控制器参数整定

为了解决多入多出系统和采用状态控制的单入单出系统的多PID控制器参数整定困难的问题，本文提出了基于遗传算法的多PID控制器参数整定方法，该方法只需给出大概的PID参数范围即可得到控制性能最优的PID参数，本文结合实例证实了该方法的有效性。     

电磁驱动结构的球形机器人研究

电磁驱动结构的球形机器人非常适合在缺少人为干预的恶劣环境(如外星球、高温管道等)中应用.新型球形机器人的驱动结构有六个电磁铁,利用电磁吸力改变球形机器人的重心,在重力作用下完成前进功能;通过一个步进电机和锥齿轮组合传动,使电磁铁旋转来实现机器人的转向功能.使用过程中不需要打开球形机器人,从而保证了球形机器人的封闭性,并且球形机器人总是平衡的,克服了翻车或跌倒的问题,没有被动摩擦轮,运动效率高.     

基于ADAMS的球形机器人加速特性分析

针对以配重改变重心为驱动的球形机器人进行了加速特性分析.通过牛顿一欧拉法建立了该类球形机器人直线运动的动力学模型,并对该非线性的动力学方程进行了简化,从而得到其加速度的振动微分方程.基于该方程分析了球形机器人的加速特性,以及机器人不同结构参数对其加速特性的影响.最后,利用ADAMS对球形机器人在硬质平坦路面上的运动进行了仿真,获得并分析了不同结构参数条件下球形机器人的加速度曲线,实验结果验证了动力学模型的有效性和准确性,为球形机器人的结构优化设计提供了依据.     

面向球面的喷涂机器人经线喷涂轨迹优化

针对复杂自由曲面喷涂轨迹优化中出现的球面喷涂轨迹优化问题,根据喷涂实验得到了涂层生长速率模型,基于曲面上用测地线规划喷枪轨迹的优点,采用球面上的经线规划球面的喷枪轨迹,基于经线规划喷枪轨迹的特点,我们运用改变喷枪喷射高度的方法来保证涂层的均匀性,根据许用喷射高度范围,运用bounding-box法对球面进行分片规划处理,并给出了喷枪轨迹的生成方法,重点讨论了每片上的涂层厚度计算方法和相关参数的优化问题,最后通过仿真实验证明该方法可有效地保证涂层的均匀性,并给出了喷枪速率与轨迹间距及喷炬半径的关系.     

基于遗传算法的微小型谐振机器人结构拓扑优化方法研究

采用基于遗传算法的结构拓扑优化方法,设计了一种弯曲和扭转固有频率值相等的新型微小型机器人谐振足.采用可行解变换法和分层罚函数的方法解决了遗传算法中遗传、交叉、变异后产生不连通结构、棋盘格式的问题,并在有限元分析之前进行了结构连通性分析,提高了计算效率.     

DELTA机构控制器参数整定方法研究

针对Delta并联机构,考虑随位姿实时变化的惯性负载对伺服控制系统的影响,提出了一类三自由度高速并联机器人控制器参数整定新方法.首先借助于矢量法导出Delta机构的逆运动学和逆动力学模型,消元法建立其正解模型.在此基础上,建立机电耦合控制模型,直接以机器人末端执行器在整个工作空间运动轨迹的均方根值误差作为综合性能优化目标,在无穷多PID参数非线性组合中离线整定出一组最优值,并通过进行前馈补偿,进一步提高系统精度.     

Workspace analysis of a novel underactuated robot wrist based on virtual prototyping

The workspace denotes the work area of a robot, which is an important foundation of designing a robot. As formulating the suitable workspace models for a robot wrist is very crucial for analyzing its behavior, many researches have been focused on it in recent decades with a result of many valuable contributions. However, current researches always focus on rigid and full actuated robot wrist, while the robot wrist is always a multibody system, which can affect the accuracy of workspace analysis and simulation. This paper proposed a model of workspace analysis of a novel underactuated robot wrist based on virtual prototyping. After the conceptual design of a novel underactuated mechanism was introduced, the degree of freedom of the underactuated robot wrist was calculated. Then the detailed design of underactuated robot wrist was done. The whole workspace model of the robot system was then established. It was indicated that the working points in the workspace of the robot were distributed compactly and uniformly, which can meet design requirements with high efficiency. The workspace analysis of underactuated robot wrist and the accuracy analysis of underactuated robot wrist were also put forward. The result was testified by the simulation on Matlab, which demonstrated that the methodology is obviously helpful for robot design.     

Dynamic optimization of robot arm based on flexible multi-body model

This paper examines the effect mechanism of torsional stiffness on flexible joints and the dynamic optimization of a six Degree-of-freedom industrial robot arm. The design optimization of the robot arm is investigated based on the rotor-torsional spring model and finite element method. The flexible multi-body dynamic model of the robot arm are established by considering the flexible characteristics of arms and joints, and the natural frequencies of a robot arm are calculated to obtain the torsional stiffness of the flexible joints. Natural frequency results gradually increased with joint stiffness improvement. Using the established dynamic model, the topology optimization on the robot arm is carried out by regarding lightweight as design goal and total displacement as constraints. The tare-load ratio and dynamic performance of the optimized robot arm are significantly enhanced compared with the original design model. This research can provide the theoretical basis for the dynamic optimization and upgrade of lightweight robot arm.     

基于状态观测器的球形机器人状态反馈控制系统设计

基于能量耗散形式下的拉格朗日方程,建立了基于状态观测器的球形机器人的动力学方程,得出这是一个非线性的仿射系统。根据机器人的实际运动情况和理论仿真曲线对方程进行了线性化处理和仿射变换,在新建立的平衡点处应用线性理论进行控制系统的设计。考虑到某些状态变量的不可测量性,构建了状态观测器对系统的全维状态进行实时观测,在此基础上设计了系统的状态反馈控制器。仿真结果表明了所设计控制器的有效性。     

基于ADAMS的夹持机械手虚拟设计及其结构优化

提出了一种可以精确控制的夹持机械手新结构,并分析了机械手手爪部分的多杆机构各杆件参数与夹持工件半径的关系。在此基础上,着重借助虚拟样机技术软件adams建立了机械手手爪部分多杆机构的参数化模型,并利用adams中的DS(设计研究)、DOE(实验设计),对其进行了分析和优化设计。     

基于改进蝗虫优化算法的移动机器人路径规划

为提升蝗虫优化算法(GOA)在移动机器人路径规划中的应用效果,将基于Levy飞行的局部搜索策略和基于线性递减参数的随机跳出策略引入到GOA中,提出了改进蝗虫优化算法(IGOA)。相比于GOA,IGOA中的Levy飞行局部搜索策略增强了算法的随机性,线性递减参数的随机跳出策略降低了算法陷入局部最优的概率。移动机器人2种不同行驶环境的路径规划实例中,IGOA获得的结果更优。     

基于粒子群优化算法的小型足球机器人路径规划

为了解决足球机器人无法躲避动态障碍物和容易陷入局部极值的问题,在深入研究粒子群优化算法的基础上,提出了采用栅格法与粒子群优化算法相结合的路径规划算法。首先采用栅格法对小型足球机器人工作环境构造模型,再利用改进的粒子群优化算法进行最优路径搜索。该算法实现简单,收敛速度快,不易陷入局部极值,不仅能够满足足球机器人实时动态的路径规划要求,而且能满足不同环境下的路径规划要求。仿真实验表明,该方法可以很好地应用于足球机器人的路径规划中。     

基于全位姿测量优化的机器人精度研究

随着机器人在高端制造业、航空航天、医疗等领域广泛应用,对其全位姿精度要求越来越高。采用激光跟踪仪对机器人末端执行器进行全位姿实测,研究基于几何参数标定的机器人精度提升方法。首先,建立了串联机器人(MDH)模型;其次,提出了基于拟随机序列产生初始位置的改进乌鸦搜索算法(ICSA)用于标定机器人几何参数,建立了用ICSA标定机器人几何参数目标函数的数学模型,给出了标定的详细步骤。最后,对Staubli Tx60工业机器人进行了实测标定,结果证实:采用提出方法能够快速标定机器人几何参数,标定后的机器人在工作空间内随机选择的测试点其平均绝对位置和姿态误差由标定前的0. 309 6 mm和0. 232 2°减小为标定后的0. 092 6 mm和0. 082 9°,精度大幅提升。该方法简单易实现,效率高,鲁棒性强,稳定性好,适宜于在位置和姿态均有高精度要求的机器人中推广应用。     

一种球形移动机器人传感系统设计

文章为了解决球形机器人自主控制的问题,根据球形机器人结构和运动的特殊性,设计了一种球形机器人的传感系统。建立了无滑动条件下球形机器人运动模型,根据运动模型由惯性测量系统和光电码盘数据组合得到机器人位姿。利用激光测距传感器获取周围障碍物信息。通过全局CCD视觉传感器跟踪识别目标物体,使用手眼CCD视觉传感器和超声传感器定位目标物体并协调机械臂实现对操作目标准确快速的抓取、放置。     

基于滚动优化的智能环形叠放立体车库系统设计研究

目前市场上的立体车库种类繁多,然而绝大多数都存在:空间利用率低、管理混乱、系统运行不稳定等问题。设计了一款新型的智能环形叠放立体车库,该立体车库系统主要包括车辆运载模块、车辆识别模块和WIFI智能管控模块。车辆识别和智能管控模块使用数字化、可视化的界面,极大的方便了车库系统的管理、提高了系统运行效率。车辆运载模块使用三个控制精度高的步进电机,相比于传统的开环控制或是PID控制,设计的MPC控制器实现了滚动时域内的优化,使得电机控制更精确、系统运行更稳定。实物模型测试结果,表明该立体车库系统可以高效地存/取车辆、并且能够很好地适应复杂负载,同时有效地提高了资源利用率。     

基于遗传算法的网络控制系统调度优化研究

网络控制系统NCS(Networked Control system)是基于网络的分布式控制系统,具有强实时性。结合控制网络的实时调度与系统控制性能,应用单调速率RM(Rate Monotonic)方法对一组周期性的网络控制传输任务进行调度,采用遗传算法实现NCS的调度优化,同时满足了网络传输的优化调度与控制系统传输误差最小化的要求,提高了网络控制系统的性能,最后给出了优化实例。     

基于BLDC的新型五自由度并联机器人运动控制

在自主研制的新型五自由度并联机器人的基础上,设计完成了以微机、无刷直流电机、PCI接口测控卡为基础的控制系统硬件部分,应用ADAMS软件求解了机构的位置反解曲线,利用C 语言编写了机器人系统的控制软件,实现了并联机构连续轨迹运动.实验结果验证了本并联机构及其控制系统的可行性.     

基于方向可操作度的机器人灵巧手抓持优化研究

以三指灵巧手的速度可操作性椭球和力可操作性椭球研究为基础,定义了机构的速度方向可操作度和力方向可操作度。在给定灵巧手操作位姿的条件下,以方向可操作度为目标函数,给出了灵巧手最佳传速方向和传力方向的优化方法。最后,以三指灵巧手为算例进行演示,得出了灵巧手在给定位姿下的最佳传速方向和传力方向,为灵巧手的抓持规划提供了值得借鉴的方法。     

基于PCL的自动化机器人视觉形状特征识别算法分析

目前提出的自动化机器人视觉形状特征识别算法识别时间过长,导致识别精准度较低.为了解决上述问题,基于PCL技术研究了一种新的自动化机器人视觉形状特征识别算法.通过云数据采集、数据预处理、提取特征点、分割处理图像完成阈值图像处理.从形状轮廓的长度、直径、离心力、斜率以及曲率、角点这几个决定性因素作为特征分析的切入点实现轮廓...