具有关节角反馈的绳驱动拟人臂机器人机构设计与张力分析

将绳驱动与并联机构技术应用于拟人臂机器人上,设计一种绳驱动的串并混联拟人臂机器人。其特点之一是在拟人臂的各个旋转关节安装有旋转编码器,采用关节角反馈的控制方法,提高了机构的控制精度。特点之二是通过刹车线结构的使用,实现了机构肩、肘、腕关节的完全解耦,并根据旋量理论,对肩、腕关节所使用的绳驱动球面并联机构进行弱耦合研究,简化了机构的运动学公式。讨论驱动绳索的张力变化关系,针对绳驱动机构的特点提出相应的混合控制策略,并且通过试验验证了机构的可行性和算法的有效性。     

基于神经修复方法的肩关节康复机器人设计与仿真

人体上肢的康复取决于肩关节运动功能的恢复,在分析了肩关节生理特征和运动特性的基础上,根据肩关节康复运动训练的要求,设计了一种以3DOF串并混联机构为原型的肩关节康复机器人。该机构具有3个转动自由度,可以做三维复合运动,采用的串并联机构保证了机构的对中性和稳定性,增大了机构的运动空间,运用Creo软件对肩关节康复机器人进行三维建模,并根据神经修复方法,针对于软瘫期肩关节的康复特点,对肩关节康复机器人进行了仿真,分析结果显示,该肩关节康复机器人能满足患者软瘫期的康复需求,肩关节康复机器人设计合理,它为肩关节康复机器人的设计与研究奠定了一定的理论基础。     

脐橙采摘执行器的设计与研究

针对目前脐橙采摘机械化程度低的问题,设计了一种环抱吞咽的采摘执行器。采摘执行器的执行结构主要由多组滑块摇杆机构构成。首先,根据设计的脐橙采摘执行器的工作原理,绘制采摘执行器的结构简图,并进行了运动学和静力学分析;然后,依据采摘时间最短,建立了目标函数的数学模型,利用Matlab软件得到了相关结构的优化尺寸;最后,根据计算得到的尺寸,完成了执行器三维模型的建立,利用Adams软件进行了运动学仿真,验证了脐橙采摘执行器设计的合理性和可行性,为进一步实际采摘实验提供了理论支撑。     

风洞捕获轨迹机构设计与工作空间分析

针对以前设计的风洞捕获六自由度机构不能满足现在行程的要求,提出了一种新型串并混联六自由度机构;同时对于D-H法不能针对所有机构建立运动学方程,应用基本坐标变换和D-H法联合对该整体机构建立了运动学的正解方程,并对机构在不同姿态工况下进行有限元分析;采用蒙特卡洛法分析其工作空间,并用SimMechanics中的仿真法进行对比,验证了运动模型与工作空间的正确性,结果表明在满足结构强度和刚度的条件下,使得X向和Y向行程提高4倍,Z向行程提高了4.8倍.     

新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析

针对串联四足机器人行走惯量大,自重/载重比大的问题,提出一种新型串并混联四足步行机器人,并对该机器人的串并混联腿进行运动学分析。该机器人由一个运载平台和四条结构相同的串并混联腿组成,每条腿均由髋关节、大腿、小腿顺次连接构成,其中髋关节为3-RRR并联机构。以能耗最小姿态为最优姿态,基于矢量法求解了该串并混联腿的运动学正解和反解,利用MATLAB和ADAMS软件验证了正解和反解的正确性;基于矢量法和微分变换法求出了该混联腿的速度雅克比矩阵和加速度矩阵,分析了其奇异性,并利用MATLAB软件绘制出该腿的工作空间。结果表明:该腿在髋关节连杆直径d=22mm,大腿杆件直径D=50mm,膝关节转角θ4∈[105°,155°]时,工作空间呈球冠形,最大内接圆半径R=400mm,高度为H∈[500mm,900mm]。本研究对该新型串并混联四足步行机器人的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等的进一步研究具有重要意义。     

一种仿生四足机器人腿部机构的运动学分析与验证

提出了一种用于仿生四足机器人的新型串并混联腿部机构。首先介绍了四足机器人的结构组成,然后基于矢量分析法推导了该串并混联腿部机构的运动学正解与反解方程,并采用蒙特卡洛法求解了机器人腿部机构的工作空间,求出腿机构的速度雅克比矩阵。最后引入基于零冲击原则的足端轨迹,采用Adams软件对机器人单腿模型进行了虚拟样机仿真。仿真结果表明：各驱动电缸的速度变化曲线与理论计算结果一致,误差在±1×10-3m/s范围内,验证了机器人运动学模型的正确性,间接验证了机器人位置方程和工作空间求解的正确性,为腿部机构的静力学分析和动力学分析及整机结构优化奠定了基础。     

一种新型3P6R混联机械臂及其位置分析

提出了一种新型3P6R混联机械臂--平面3自由度串并混联机构,基于这种混联机械臂的结构布局形式,建立了其位置正、反解方程式,并得知其位置正、反解均有唯一封闭解,在满足其结构约束条件的情况下,绘制了其工作空间轮廓图,给出了末端件极限姿态角在工作空间内的分布情况,为这种混联机械臂的实用化提供了理论基础.这种混联机械臂具有工作空间大、刚度大、惯性小和工艺性好等优点,可应用于汽车、造船、航空等现代工业领域.     

薄膜舱波纹板自动焊接机器人系统设计

针对液化天然气运输船Mark III型薄膜舱制造时存在焊接工况特殊、手工焊接效率较低的现状,设计一种对薄膜舱波纹板焊接有良好适应性的轻量型冗余自由度焊接机器人系统。该机器人能够在检测装置和控制系统的配合下实现预定轨迹的焊接运动,并通过结构设计实现不同工位间的快速切换。通过对焊接工艺及实际需求的分析,对机器人的结构构型、控制系统架构、系统软件、误差补偿策略以及人机界面进行设计,搭建了机器人平台进行实验验证。结果表明：机器人系统设计合理,轨迹误差小于0.6 mm,能够满足薄膜舱波纹板自动焊接需求。     

一种新型轮腿式移动机器人的越障能力分析

轮腿式机器人是一种兼具轮式和腿式机器人特性的复合式移动机器人。首先提出一种能适应复杂地形的串并混联式轮腿结构,并由此设计具有各向同性的六足轮腿式移动机器人。分析并建立了该机器人越障高度及跨沟宽度与其机构尺寸之间的数学关系,据此进行机器人设计。最后利用仿真试验验证了机器人跨越障碍和沟渠的能力。     

空间机械臂单关节驱动器的设计

空间机械臂在空间特殊环境下工作时,其关节驱动器的工作性能与在地面上有很大的差异.本文针对空间机械臂的特殊要求设计了一个基于CAN总线的单关节驱动器.该驱动器由MOU、CAN驱动器、精密运动控制器LM629、L298N桥式驱动电路专用芯片、带编码器的直流伺服电机和行星减速器组成.根据空间机械臂的实际工况,利用该关节驱动器进行了数学仿真和单因素实验研究.实验结果表明系统响应快、参数调整方便,控制精度基本达到预期的结果.     

基于TRIZ理论苹果采摘机器人的设计与分析

针对现阶段人工采摘苹果效率低、劳动强度大、采摘设备功能单一的问题,以TRIZ理论为基础,通过发明原理的启发,对苹果采摘机器人的末端执行器、运输装置、收集箱和其他结构进行了创新设计,设计出一款集采摘、收集、分拣功能于一体的机器人。建立采摘机械臂的D-H模型,运用Matlab对机器人的工作空间进行了分析;通过Adams对机器人采摘过程进行运动仿真,并制作1∶3实验样机,对各部分功能可行性进行了验证。结果表明,该机器人的各部分功能完善、设计合理、运行可靠、满足使用需求,为后续机器人的进一步研制和改进提供了理论支撑。     

基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人设计与试验

针对菠萝智能机械化采摘需求,研究一种基于机器视觉的多机械臂菠萝采摘机器人。根据菠萝茎秆较脆的特点,设计一种由V形悬臂、切刀及挡板组成的推剪式末端执行器,实现菠萝果实与茎秆的分离;设计由多个两自由度机械臂组成的机器人,每个机械臂可带动末端执行器在菠萝垄体的高度、长度和宽度方向上移动;为实施智能采摘,应用深度神经网络YOLOv5检测菠萝果实,通过三维点云分析获得菠萝采摘点位置。结果表明：菠萝果实检测精度为97%,检测召回率为95.75%;在实验室环境下菠萝采摘成功率为90%,平均成功采摘时间为5.4 s,验证了该机器人结构的合理性。     

考虑工作空间与力传递效率的新型五自由度混联机器人设计与分析

提出了一款构型为R(2RPR)R/SP+RR的新型五自由度混联机器人,对其性能进行分析,并依据工作空间与力传递效率性能指标进行尺寸优化,获得了关键设计尺寸;在此基础上,进行混联机器人本体结构设计与刚度分析,并与其他同类典型机器人刚度进行了对比;最后分析了混联机器人工作空间,提出一种工作空间搜索方法,分析了机器人在不同布局情况下工作空间是否满足预期。     

基于欠驱动原理的脐橙采摘末端执行器的设计与试验

果蔬采摘机器人的末端执行器是采摘机器人的重要组成部分,直接影响采摘的成功率与采摘效率。通过分析脐橙特性,基于欠驱动原理设计了一种夹剪一体的脐橙采摘末端执行器。其整体机构由一个两层3指机械爪手构成,两层手指中的一层为剪切机构载体,另一层则为对果实抓取固定的夹持手指;剪切机构由摇杆滑块机构组成。构建剪切机构与机械手的力学模型,根据需求对相关零部件进行了设计与选型;判断了防止机械手剪切机构发生干涉的运动误差范围,并对关键受力部位进行了有限元分析。结果表明,因关键受力点变形导致的运动误差在安全误差范围内,验证了结构的合理性。通过Adams软件对其进行运动学仿真,进一步证明了该末端执行器的可行性。最后,通过末端执行器实物样机进行脐橙采摘剪切试验,机构整体采摘成功率为95%,采摘周期为4.3 s。     

新型超冗余驱动混联机器人设计分析与性能优化

提出了一种新型五自由度超冗余驱动混联加工机器人,并对该机器人的关键结构进行了设计分析与性能优化。基于螺旋理论对该机器人自由度进行了分析,研究了机器人的拓扑构型特征并进行了结构设计,结合局域指标与全域指标分析了机器人运动/力传递性能,基于性能图谱与无量纲化结构参数对机器人传递性能进行了优化,获取了机构的最优结构尺度与最优传递性能分布,研究了最优结构尺度下机器人的全部优质姿态空间,并考虑关节运动限制与机构运动干涉条件,分析了机构的姿态空间。研究成果对于五轴混联机器人的研究与应用,具有重要的借鉴意义。     

农业采摘机械臂轨迹跟踪控制

以苹果采摘机械臂为研究对象,采用分步迁移控制策略和分步空间约束策略对其运行轨迹进行规划模拟.通过基于深度梯度控制算法的分步空间约束和分步迁移控制策略解决非结构化场景和苹果分步无规则的问题,然后对机械臂的采摘轨迹进行规划仿真.仿真结果表明:该算法的应用有效提高了机械臂的采摘性能和训练效率,验证了该控制策略的轨迹跟踪有效性...     

一种超冗余机械臂的工作空间求解方法

介绍一种24自由度的蛇形机械臂的结构及运动学特点,分析传统蒙特卡洛法在应对此类超冗余机械臂时存在的不足。引入基于k-NN（k近邻）的点云边界提取方法,改善蒙特卡洛法计算中存在的点分布不均、点云生成速度慢和点云边界提取困难等问题。最后将改进的方法应用于蛇形机械臂的工作空间求解并证实其计算效率及实用价值。     

新型四棱柱剪叉式机械臂的设计与分析

针对传统工业机器人手臂粗大、工作半径小、工作效率低等不足,提出一种新型四棱柱剪叉式机械臂,以代替工业机器人的上臂和下臂。新型四棱柱剪叉式机械臂的结构设计主要包含三个部分,即四棱柱剪叉式机构的设计、剪叉杆的设计以及传动机构的设计。对四棱柱剪叉式机构进行运动学理论研究,建立四棱柱剪叉式机构输入与输出之间的运动学模型,并对四棱柱剪叉式机械臂进行运动学仿真分析。仿真结果表明,四棱柱剪叉式机械臂对运动具有成倍放大作用,且可在工作半径大于2.2m,电机输入转速小于3000rpm时高效、平稳地运动。该新型四棱柱剪叉式机械臂的设计与分析为工业机器人的研究提供了一种新思路。     

辅助性机械臂的设计与运动学分析

设计了一种四自由度轻型臂,首先确定了机械臂构型,用MATLAB软件生成了机械臂工作空间云图,利用UG设计各部件的三维模型装配成整机模型,根据设计结果制造了一台四自由度轻型臂;后面着重进行了运动学正逆解的求解,根据解的结果并编写了求解器,然后结合MATLAB机器人工具箱进行了机械臂的仿真与验证。     

一种混联机械臂的运动学正反解分析

为实现较大活动空间内对重物的搬运仓储,提出了一种具有串联机构工作空间大和并联机构承载能力高等优点的新型混联机械臂。该机械臂的自由度为2,具有平面内的一个移动和一个转动自由度基于几何解析法分析了该机构的运动学正反解,并且给出了5组正反解分析数值算例,验证了正反解分析的正确性。