电-气复合驱动柔性机械手的设计与研究

目的 针对轻工业、食品行业中被抓取对象物性多样、尺寸范围较大等问题,设计一种通用的欠驱动柔性机械手。方法 根据机械手需要满足的功能设计机械手结构,运用Matlab软件中的Fsolve函数求解机械手中指节、指尖节相对转角与笔形气缸压力的关系,并以此绘制机械手的工作空间图,建立机械手的简化抓取模型,并以500 mL的啤酒、160 mL的可乐为抓取目标进行机械手抓取计算。结果 机械手的尺寸自适应连续宽度范围为0～200 mm,在适应被抓物体尺寸大小的同时可以对机械手与物体间的接触力进行精确控制。结论 设计的机械手抓取范围较大,装有扭弹簧的串联双铰链结构使机械手无需传感器就可以实现对目标的可靠抓取。     

窄色域抗打印扫描全息水印算法

目的为了提升水印抗打印扫描攻击的鲁棒性,提出一种窄色域抗打印扫描全息水印算法。方法制作打印机的ICC特性文件,应用特性文件转换宿主图像到CMYK颜色模式,从而获得适应该设备的窄色域,将制成全息图的水印嵌入到宿主图像的DWT域内。结果实验表明,该算法经历打印扫描后可顺利提取水印,且打印扫描后获得的水印图像保真度较高。与在RGB颜色模式中嵌入水印相比,该算法水印的鲁棒性和宿主图像的保真度均具有明显优势;相较于嵌入水印到默认转换的CMYK颜色模式,鲁棒性相当,该算法宿主图像的保真度具有明显优势。结论该窄色域算法可提升打印扫描过程中颜色传递的一致性,结合全息图不可撕毁的优势权衡了鲁棒性与保真度的关系,该算法有益于数字水印在防伪印刷领域的应用。     

六关节机械臂逆运动学的快速求解算法

对最常用的六关节机械臂,给出一种直接获取逆运动学最优解,并且运算速度更快的方法,以提高机械臂快速响应能力。这种方法不需要先从机械臂正向运动学方程中求逆运动学方程的全部解,然后再从中选择最优解,而是根据对末端的姿态和位置的要求,直接求出最优解,即先求出第5个坐标系的坐标原点和第4、5、6个关节角的旋转角度,再根据第5个坐标系原点的坐标以及第4、5、6个关节角的旋转角度求出第1、2、3个关节角的旋转角度。仿真结果证明了6个关节角计算的正确性和可行性。     

Optimization of a planar tendon-driven parallel manipulator for a maximal dextrous workspace

In this article, new methodologies for determining the tension distribution and optimal configurations of planar tendon-driven parallel manipulators (TDPMs) are presented. TDPMs are characterized by the use of cables in place of the linear actuators used in most parallel manipulators. Three separate, but inter-related topics are examined in this article, and methodologies for addressing them are proposed. The first is the determination of cable forces for overconstrained tendon-driven manipulators, which is necessary in order to address the second topic, namely, the development of a methodology for workspace determination of tendon-driven manipulators. The final topic examined is the dimensional synthesis of tendon-driven manipulators for a large dextrous workspace. The numerical methodologies developed here have potential for easy application to more complex spatial cases.     

一种3R机械臂最短路径规划方法

为求解机械臂最短路径问题,导出了机械臂末端路径长度的表示式,并将最短路径问题归结为一个泛函极值问题。为简化求解过程,将泛函极值问题转化成另一个同解的泛函极值问题,并利用变分法求出了表示后一问题解的微分方程组。利用上三角矩阵逆矩阵的表示式,将该微分方程组转化成了标准状态方程组,与微分几何方法相比,避免了逆矩阵计算,使转化过程更加简单。利用Matlab进行仿真,求出了3R机械臂最短路径所对应的三个关节角度的位移函数。     

球关节摆角对6-PSS并联机器人工作空间的影响

目的分析球关节摆角对6-PSS并联机器人工作空间的影响,衡量机器人能否完成预期作业任务。方法利用圆柱坐标快速搜索算法,结合机器人逆解,对6-PSS并联机器人的最大工作空间边界进行搜索,分析球关节最大摆角对机器人工作空间的形状和体积的影响。结果计算结果表明,球关节摆角主要影响机器人可达工作空间在xy平面上的大小。球关节最大摆角在5°~16°,机器人可达工作空间边界的体积呈近似直线增加,在16°~19°增长趋于平缓,在19°之后保持不变。结论在其他参数保持不变的前提下,球关节轴承最大摆角在19°之后不影响6-PSS并联机器人工作的空间大小。     

单柔性机械臂振动的脉冲控制

本文提出了一种柔性机械臂振动控制的简单而有效的方法——脉冲控制方法。对脉冲触发时刻、宽度、高度、周期进行了研究,并进行了数值仿真,结果表明正确地选择脉冲形式可达到很高的闭环控制精度。本文所提出的方法还可为柔性机械臂逆动力学——低振动输入力矩设计提供参考。     

6 自由度 3-PRPS 并联机器人奇异位形分析

针对具有 3 个对称支链的 3-PRPS 6 自由度并联机器人的奇异性进行了分析(P-,R-,S-分别表示移动副、转动副以及球面副). 每个支链有 4 个关节, 这 4 个关节分别由 PRPS 表示. 这种基于 Stewart 平台基础上设计出来的并联机器人结构, 由于应用领域和结构的特殊性, 采用常规的几何学分析较为复杂. 本文采用螺旋理论和线几何方法对结构奇异以及配置奇异进行分析, 从而得到运动奇异位形产生所满足的条件, 并给出 3-PRPS 并联机器人奇异位形图解说明了该方法的可行性.     

基于同伦延拓的冗余机械臂逆运动学优化算法研究

目的 针对偏置冗余机械臂的逆运动学,采用传统数值法存在依赖初始值、奇异位姿收敛性差等问题,提出一种改进数值法。方法 首先将非线性方程组转化为同伦方程组,引入同伦延拓算法能够有效避免依赖初始值的问题,同时能够获取逆运动学解空间。然后考虑奇异位姿,将同伦方程组转化为最小二乘问题,采用Levenberg Marquardt算法对同伦方程组进行路径追踪,以获取逆运动学解空间。最后将关节极限避免问题映射为解空间优化问题,引入二进制改进粒子群优化算法,获得最优逆运动学解。结果 实验结果表明,相较于传统数值法,文中所提数值法针对逆运动学求解具有更高的收敛率、更快的收敛速度,同时二进制改进粒子群算法能够有效避免关节极限问题。结论 采用文中所提数值法求解逆运动学的精度较高,能够满足实时性要求,对于机械臂用于包装作业具有一定的理论意义和工程应用价值。     

液氮窄缝传热特性研究

建立了一个窄缝宽度为1－3mm窄缝通道液氮传热实验装置，并对液氮窄缝传热进行了实验研究，在不同结构尺寸的三组窄缝结构中进行了大气压下饱和态及过冷态液氮传热实验，实验结果显示窄缝长度对饱和态液氮在窄缝中的传热的影响比较大，随着窄缝长度的增加，传热中的换热系数有较大影响，相对而言，实验范围中窄缝厚度对窄缝传热的影响很小，且窄缝中的换热系数随热流的增加会有所增大。     

双重驱动机器人柔性手臂的研究

本文研究了机器人柔性手臂的实验系统,针对柔性臂的振动问题和定位精度问题,提出了在单个关节柔性臂上实现宏／微结合双重驱动的基本思想。用伺服电机实现柔性臂的宏动,用压电陶瓷驱动器实现柔性臂的微动,通过有效地控制伺服电机和压电陶瓷驱动器抑制柔性臂的振动,并完成柔性臂的精密定位。     

拉伸机专用上下料机械手的运动学研究

目的 为了提升金属拉伸工作的效率和安全性,适应人们对拉伸产品不断提升的高要求。方法 根据拉伸机的结构和工作流程设计具有四自由度的拉伸机专用上下料机械手,运用D-H法构建机械手的运动学关系式,并进行运动关系的计算。最后,采用Matlab软件中的Robotics Toolbox工具箱来建立机械手的结构模型,以及仿真机械手的工作运动状态。结果 模拟机械手的运动,得出各关节的姿态和末端执行器的行径轨迹,分析得出3个关节速度与角速度在初始与结尾处为0,且连续光滑。结论 根据仿真结果可知,所设计的机械手运动符合加工实际,可以顺利完成上下料的工作。     

一种短小丝条状物连续包装自动充填与计量机械手的研究

机械手是一气动系统,X轴气缸实现机械手的水平往复运动,通过PLC控制方向阀和两位两通阀的协调动作,实现多级速度调节;y轴气缸实现机械手的竖直往复运动,通过PLC、编码器、光电开关、接近开关和高速开关阀,实现机械手竖直往复运动的开环与闭环控制,满足速度和精度要求;机械手手指驱动缸实现机械手抓料和卸料运动;单片机应用系统实现机械手抓取物料重量的自动计量.试验结果表明:机械手y轴定位精度2mm,一个工作循环5.8s,满足控制指标要求.     

A numerical method for the determination of dextrous workspaces of Gough–Stewart platforms

An optimization approach to the computation of the boundaries of different dextrous workspaces of parallel manipulators is presented. A specific dextrous workspace is the region in space in which, at each position of the working point, a manipulator can control the orientation of its upper working platform through a specified range of orientation angles. Here the dextrous workspace is determined from the intersection of suitably chosen fixed orientation workspaces, which are found by application of a constrained optimization algorithm. The procedure is simple and has the considerable advantage that it may easily be automated. The method is illustrated by its application to both a planar and spatial Gough–Stewart platform. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

机器人柔性手臂动力分析的模态综合法

在机器人柔性手臂动力学的有限元分析中,往往导致很高的自由度,加之动力学方程的时变性,其动力响应的计算不仅十分复杂,而且可能因计算机内外存容量的限制及昂贵的机时费用而难以实现.本文将模态综合法引入机器人柔性手臂的动力学分析,把柔性手臂的各部件隔离成自由界面子结构,把其动力学有限元方程投影到各自的模态空间中,关节连接件(关节集中质量、关节阻尼、关节弹性)处理成耦合件,最终在诸子结构的模态坐标集上建立了整体系统的运动微分方程,使之大幅度降阶.     

苹果被动抓取柔性机械手的结构与分析

为了满足包装生产线上分拣不同大小苹果的要求,设计了一种气动绳牵引的被动抓取的柔性机械手。在满足苹果抓取力的情况下,以抓取最大和最小苹果的力的差值最小为目标函数,采用Matlab软件的fmincon函数优化,得出了2个结构尺寸(a,δ)、扭弹簧的刚度(k)和预紧角(10)及抓取最小苹果时机械手关节的角度(2),并给出了机械手的初始状态和气动控制方法。     

窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的研究进展

窄带隙共轭聚合物材料是新型太阳能电池的研究热点。按窄带隙聚合物材料的结构分类,简要总结了不同种类窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的设计、合成及器件性能,并指出了该研究领域目前还存在的问题和今后发展的方向。     

面向芒果包装线的分拣机械手臂承载能力研究

目的为了减少芒果包装线上生产事故的发生,解决并联分拣机械手臂承载能力的问题。方法深入讨论芒果分拣机的并联机构与大小臂结构设计问题。通过Solid Works simulation有限元分析各关键构件的应力状态,并且定义安全系数图解以评价其结构设计是否合理。结果大臂所受最大应力为8.056MPa,其许用应力为75.829 MPa;小臂所受最大应力为31.659 MPa,其许用应力为50 MPa;安全系数图解显示大臂和小臂颜色均为蓝色(蓝色则表示处于安全区域)。结论构件所受应力远远小于许用应力,并且构件处于安全区域,证明所设计的芒果分拣机械手结构具有可行性。     

基于位移传感器的包装机械手运动跟踪方法设计

目的为提高包装机械手末端执行器轨迹跟踪精度,提出一种三维运动轨迹跟踪方法。方法获取拉绳式位移传感器在预先建立的三维坐标系中坐标数据和拉线长度。利用坐标和拉线长度计算运动物体的三维坐标数据,进而形成所述运动物体的三维运动轨迹。同时,给出基于ARM的轨迹跟踪控制器结构以及软件实现方法。结果实验结果表明,与传统示教盒相比,该方法可将定位精度提高1倍,相关误差可控制在0.3 mm以内。该方法在执行效率方面大约能够提升33%,提高了包装机械手的执行速度和分拣效率。结论所述轨迹跟踪方法能够提高包装机械手末端执行器的定位精度和定位速度,符合包装、食品、化工等行业的工艺要求。     

垂直矩形窄通道换热特性实验研究

本文以去离子水为工质进行实验,研究垂直矩形窄通道换热特性。采用单侧壁面加热,改变工质流动参数,分析沿流动方向的壁面温度分布特性和测温点处的局部换热系数。实验表明:以对流沸腾为主的阶段,换热系数随着质量流速的增加而增加,入口温度对于换热系数基本没有影响;当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而降低,当干度χ0.1时,换热系数随着干度的增加而基本保持不变。以核态沸腾为主的阶段,换热系数随干度的增加而略微上升,随入口温度的升高而增加。