可重构环保机器人模块设计

设计了一个可重构机器人模块系统,该系统由行走模块、连杆模块、关节模块、末端执行模块等子系统组成。各子系统中有多种结构及尺寸的模块,能根据工作要求选择不同的模块组合构成所需的机器人,满足实际工作要求,从而达到快速设计制造机器人和降低制造成本的目的。     

可重构机器人设计理论与研究

可重构机器人系统主要是由标准模块构成,模块和模块之间通过接口进行互联和通信,根据不同的实际需求,各个模块可以实现快速组合成不同的构形,故可以实现可重构,可以很好的满足工业化发展的现状,节约成本,高产高效,有效的提升企业的竞争力。本文对可重构机器人的设计理论进行了相关研究和讨论,从构形设计理论出发,以构形设计问题为主要对象,覆盖了涉及的各方面重要内容,构建了模型,对系统进行了优化设计,证明了构形设计方法的正确性和有效性。     

微型可重构数控机床本体研制

面向数控机床微型化、可重构等应用需求,研制了两组合模式(数控车床、数控铣床)微型数控机床。兼顾组合的柔性、精度、易操作性及机床功能等因素,将机床分解为主轴、工作台、床身、立柱等基本模块进行设计,解决了组合过程中的装配、调节误差等问题。机床配置EAMA-3000i型车铣通用数控系统,目前已实现产品化。应用结果表明,该机床重构简便,设备运行稳定可靠,加工范围、精度完全满足设计要求。     

可重构虚拟仪器的设计

从硬件和软件两个方面探讨了虚拟仪器的重构方法,可以灵活的搭配出各种仪器组合,仪器之间可以连动和触发,减少了测量时间,提高了测量精度。建立了统一的接口,降低了二次开发的难度。     

可重构机床模块化设计技术研究

可重构模块化机床是可重构制造系统的主要组成部分,其设计方法是实现制造过程可重构的关键。本文对可重构机床的模块化设计方法进行了探讨,系统分析了可重构机床区别于传统机床的模块化设计和特点。阐述了实现可重构机床模块化设计的关键技术难点,间接勾画了可重构机床的模块化设计理念,接着论述了可重构机床应着重加强研究的内容。     

可重构机床模块化设计技术研究

可重构模块化机床是可重构制造系统的主要组成部分,其设计方法是实现制造过程可重构的关键.本文对可重构机床的模块化设计方法进行了探讨,系统分析了可重构机床区别于传统机床的模块化设计和特点.阐述了实现可重构机床模块化设计的关键技术难点,间接勾画了可重构机床的模块化设计理念,接着论述了可重构机床应着重加强研究的内容.     

可重构机床及其关键技术的研究

阐述了可重构机床的定义,及其与其它机床的对比,指出了可重构机床的一些关键技术。可重构机床技术是一项非常有前景的技术,但其属不成熟阶段,需要我们深入研究。     

基于蛇形魔方机构分析的模块化可重构机构理论

蛇形魔方是一种由相同的27个正方体模块串接组成的模块化机构,在对该机构综合分析的基础上,着重于研究模块的几何描述、运动干涉检测、正逆运动学的计算以及机构的等价变化等重构理论问题。应用Clifford代数对正方体模块进行几何描述。建立机构运动过程中的约束关系,并通过逆运动学计算获得到达目标构型的转角序列。针对运动模块的特殊几何形状,采用柔性关节等价替换的方法,实现机构到达目标构型的运动。为了有效检测机构在运动过程中存在的干涉,提出一种基于Clifford代数的模块运动干涉检测算法。进而提出一种新的机构离散运动的表达方式——运动变化序列,并与指数积公式结合实现机构的正运动学计算。通过仿真试验验证所提出理论的正确性,并在仿真结果分析的基础上实现了面向特定目标构型的机构等价简化。     

可重构并联机器数控系统的设计

数控系统是可重构并联机器开发中的一个重要部分。在可重构并联机器的数控系统的软件开发中,使用面向对象建模语言UML建立了逆解运动学的模型,将动态库技术用于重构条件下并联机器的逆解运动学模块与数控系统执行层次的通讯,实现了一套数控系统能够控制可重构并联机器的多种构型。     

可重构机床的模块化设计

可重构机床是可重构制造系统的重要组成部分 ,其设计方法是实现制造过程可重构的关键。本文对可重构机床的模块化设计方法进行了探讨 ,系统分析了可重构机床区别于传统机床的模块化设计方法和特点。针对可重构机床设计任务驱动、运动重构的需求 ,在对机床结构进行拓扑图抽象描述的基础上 ,基于螺旋理论对加工任务进行运动分析和机床运动建模 ,提出了一种可重构机床模块化综合的设计方法 ,以生成满足加工任务运动需求的机床重构可行方案。     

KINEMATIC DESIGN OF A RECONFIGURABLE MINIATURE PARALLEL KINEMATIC MACHINE

The kinematic design of a reconfigurable miniature parallel kinematic machine is dealt with. It shows that the reconfigurability may be realized by packaging a tripod-based parallel mechanism with fixed length struts into a compact and rigid frame with which the different configurations can be formed. Utilizing a dual parameter model, the influences of the geometrical parameters on the dexterous performance and the workspace/machine volume ratio are investigated. A novel global performance index for the dimensional synthesis is proposed and optimized, resulting in a set of dimensionless geometrical parameters.     

可重构星球探测机器人的机构设计

基于可重构思想设计了一种可重构星球探测机器人系统。系统由一个母体和几个子机器人组成,其中子机器人包括车轮和手臂两部分,可以作为独立作业的机器人,具有移动状态和工作状态两种模式。子机器人具有在一个驱动力作用下处于不同约束环境中时,表现为不同形式输出的特点,容易实现两种模式下的灵活运动。并深入研究了机构参数对子机器人运动的影响,用试验和仿真进行了验证,这为机器人的参数化设计及运动中的参数化调整提供了重要的理论依据。     

可重构混联机械手--TriVariant的误差建模与灵敏度分析

针对少自由度并联构型装备,必须通过误差建模将影响末端可控和不可控误差的几何误差源进行分离,从而指导机构的精度设计和运动学标定的问题,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种少自由度并联构型装备的误差建模方法。该方法可有效分离出影响末端不可控误差的几何误差源,得到由UP支链连架胡克铰的加工和装配误差,以及套筒导轨扭角误差引起的末端姿态误差为不可控误差,从而得到仅需控制恰约束支链的制造和装配误差,便可有效抑制末端的不可控姿态误差的重要结论。在此基础上,借助灵敏度分析方法,在统计意义下定量揭示出上述几何误差源对末端不可控姿态误差的影响。分析结果表明,胡克铰两轴线不相交误差对末端不可控误差的影响最大。     

5自由度大工作空间/支链行程比混联机械手的概念设计与尺度综合

研究一类新型5自由度可重构混联机械手的创新设计和尺度综合问题,该机械手模块由-2自由度球面并联机构和一条通过滑移副与之串接的两转动-移动串联运动链组成.该混联机械手由于将定点转动与相对滑移运动解耦,因此具有工作空间/支链行程比大的特点,适合高速轻载作业,可作为即插即用模块用于搭建不同类型的加工制造装备.在建立2自由度球面并联机构的速度映射模型的基础上,分析该机构的奇异性和各向同性问题,并以速度雅可比矩阵最小奇异值的全域均值为操作性能指标,研究2自由度球面并联机构的尺度综合问题.通过单调性分析揭示出尺度参数对该指标的影响规律,进而将尺度综合问题简化为求解杆长等式约束问题.最后给出一组算例,使该尺度综合方法的有效性得到验证.     

模块化可重构三腿并联机器人的运动学控制

基于局部指数积公式,提出了利用Paden-Kahan子问题法直接解析求解模块化三腿并联机器人关节角位移的逆运动学方法,进行在线位置轨迹规划与控制。由于在求解主动关节位移的同时被动关节位移也可一并求出,因此和迭代法相结合可以提高在线计算前向运动学的效率,实现位置轨迹的在线监控。通过对球面工件进行加工的演示,验证了子问题法在并联机器人运动控制中应用的实用性。     

DESIGN OF RECONFIGURABLE MANUFACTURING SYSTEMS WITH STRONGLY COUPLED NATURE

Today's manufacturing environment forces manufacturing companies to make as many product variations as possible at affordable costs within a short time. Mass customisation is one of most important technologies for companies to achieve their objectives. Efforts to mass customisation should be made on two aspects: ① To modularize products and make them as less differences as possible; ② To design manufacturing resources and make them provide as many processes variations as possible. This paper reports our recent work on aspect ②, i.e. how to design a reconfigurable manufacturing system (RMS) so that it can be competent to accomplish various processes optimally; Reconfigurable robot system (RRS) is taken as an example. RMS design involves architecture design and configuration design, and configuration design is further divided in design analysis and design synthesis. Axiomatic design theory (ADT) is applied to architecture design, the features and issues of RRS configuration design are discussed, automatic modelling method is developed for design analysis, and concurrent design methodology is presented for design synthesis.     

机械传动概念设计解与动态性能分析集成建模

基于可扩展单元线性图(Extensible elementary linear graph,EELG)的改进模型,通过增设两个运动特征定义弧,用来描述机械传动组件,以得到包含运动学与动力学信息的拓扑矩阵以及运动特征矢量,实现机械传动概念设计解与动态性能分析的集成.其中拓扑矩阵自动生成系统动力学方程并求解,完成定量分析,而运动特征矢量则是对传动功能进行定性分析.在该模型基础上,构建机械传动功能原理解知识库,通过智能化求解模型,产生满足设计需求的多个原理解,并且自动仿真原理解的动态性能,为设计者优化选取设计方案、配置组件的类型及设定关键参数提供依据.     

基于任务的可重构模块机器人构形确定方法

可重构机器人为柔性加工系统提供了更多的选择,但复杂多变的任务、环境以及机器人模块无穷组合,为机器人构形的确定带来了很大的难题。采用遗传算法和迭代算法分两级搜索对机器人构形组合进行优化设计:运用遗传算法对机器人构形进行进化设计,满足工作空间的可达性、环境避障、线性和角度误差、末端操作灵巧度、运动关节的动力学要求、期望模块数目等性能指标要求。运用迭代算法对构形进行运动学逆解求解,计算空间工作点的可达性适应度。根据可装配的模块机器人及模块化思想,建立各个模块的速度、加速度等动力学表达式及相关修正公式,采用补偿迭代法来自动生成动力学方程,计算运动模块驱动性能的适应度。用专家经验对搜索得到适应度较高的构形进行修正,得到满足工作要求的机器人构形。最后给出实例验证。     

基于球杆仪检测信息的并联机构运动学标定

由于并联构型装备难于实现全闭环反馈控制,使运动学标定成为一项具有显著经济价值并能非常有效提高并联构型装备精度的手段,运动学标定通常包括误差建模、测量、辨识和补偿4个环节。基于以上因素,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种基于球杆仪检测信息的运动学标定方法。首先建立球杆仪测量值与影响末端可补偿位姿误差的几何误差源的映射关系,并给出可辨识条件。在此基础上,以误差参数辨识矩阵条件数为评价指标,探讨合理设置球杆仪安装位置和数目的方法。最后,计算机仿真和试验验证了所提出方法的可行性和有效性,并指出仍然需要解决的若干问题。     

亚临界和超临界汽轮机强度振动与寿命设计判据的研究

根据多年的科研成果提出了亚临界和超临界汽轮机部件的强度、振动与寿命的20个设计判据。给出了汽轮机的部件静强度、结构有限元分析、隔板刚度、低压缸刚度、汽轮机胀差、叶片动强度、整体围带叶片动强度、长叶片颤振、第一种调频叶片振动、第二种调频叶片振动、整圈连接叶片组振动、轴系临界转速、轴系油膜涡动的稳定性、不平衡响应、轴系扭振频率、轴系扭振应力、汽流激振、低周疲劳寿命、蠕变寿命和蠕变与低周疲劳交互作用下寿命等20个设计判据和这些设计判据的应用范围。使用这些设计判据,可以在设计阶段校核和分析汽轮机部件的强度、振动和寿命设计的安全性与可靠性,为大型汽轮机的研制和生产提供了科学的依据。