一种三自由度并联机器人的参数化建模及其优化设计

以3-PRS并联机器人为研究对象,由布置在倾斜导轨式上的三个滑块驱动。基于虚拟样机技术,实现了并联机器人的参数化建模及以动平台获得最大姿态角为目标的优化设计,从而获得该并联机器人机构较合理的结构参数,为该并联机器人潜在的工业应用提供了坚实的理论基础。     

一种新型3P-1R并联平台机构的机型设计与三维建模

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,构造一种能实现空间三维移动和一维转动的并联机器人机构模型--3P-1R并联平台机构.根据该新型并联机构的几何参数,使用CAXA实体设计软件完成新型的3P-1R并联平台机构的三维建模.设计完成的虚拟样机布局合理、约束副正确,从而为其运动仿真的实现和样机的试制奠定了基础.     

基于虚拟样机技术的并联机器人机构运动仿真

以先进制造中的机器人工作平台为应用背景,研究一种具有四个自由度的新型并联机器人机构。对这种机构的结构作了简要介绍,运用虚拟样机技术,在SolidWorks软件平台上构建该并联机器人机构模型。按照机构的结构几何尺寸,利用SolidWorks创建零件并进行虚拟样机装配,直接在运动仿真模块COSMOSMotion中,通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并对仿真结果进行分析。分析结果证明完全可以运用SolidWorks软件完成并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础。     

一种新型的五自由度混联抛光机器人的分析

工业生产中自由曲面的抛光打磨是自动加工过程中难以解决的问题,本文针对自由曲面的抛光打磨加工提出了五自由度混联机器人.首先根据工艺要求对抛光机器人进行了机构设计及结构分析,对抛光机器人的结构进行优化,又通过运动学分析,推导出了运动学正逆解解析公式,分析了动平台的扭角跟两个伸缩杆长度的关系和动平台的转动角速度跟伸缩杆的伸缩速度关系.再通过给定参数用Matlab绘出机构位置正解关系的曲线图,最后经计算得到了可得动平台的输出的速度,为后续样机的研制等工作奠定了基础.     

一种新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

基于方位特征集设计理论,提出一种动平台能实现三平移动一转动并联机器人机构.根据方位特征方程分析机构的拓扑结构特性,通过杆长约束条件建立运动学方程模型并完成正逆解分析,根据雅可比矩阵确定了发生奇异位形的运动条件.进一步研究了机构的动平台操作空间形状与转动灵活性,同时,根据单一变量法分析结构参数对操作空间的影响,建立操作空间最大化优化模型,运用搜索速度快、全局搜索能力强的天牛须搜索算法进行了尺度优化.结果表明,该机构具有较大的、几何形状规则的工作空间,转动能力强.优化后的尺寸参数为该操作手的应用设计提供了理论依据.     

基于2TIR机构串并联机器人位置分析及仿真

根据串联机构和并联机构的特点,设计了一种串并联机器人新机型。通过对该机器人机构运动特征分析,求出了其位置正反解析解,并将用PRO/E建立的虚拟样机导入到ADAMS软件中进行了位置的动态仿真,验证了理论分析的正确性。该机器人动平台具有三个平移和一个转动自由度,与具有同样运动特性的并联机构相比,该机器人机构的工作空间大,转动自由度运转灵活。同时,该机器人机构的运动学正反解求解容易,便于实现实时控制。该机器人机构可应用于工业机器人、中医推拿机器人等领域。     

两足步行机器人并联腿机构的步态规划及仿真

应用虚拟样机技术,建立了两足步行机器人并联腿机构的仿真模型,并在仿真环境下对步行机器人的行走姿态进行了规划和仿真试验,为确定步行机器人腿机构的结构参数和参数优化提供了实验平台,为研究和开发新型两足步行机器人及其控制奠定了理论基础。     

遗传算法求解多自由度并联机构主动视觉平台机构设计参数

研究一种基于6个自由度并联机构的主动视觉平台,提出了以动平台沿空间x、y、z方向旋转角度最大、结构小巧灵活为目标的优化设计,建立了相应的数学模型,优化过程采用遗传算法,在Mat-lab环境下求解,得出了优化设计参数,并在此基础上完成了一台虚拟样机设计。     

新型三平移-转动混合型机器人研究

提出一类基于并联平台的新型机器人机构.该机器人以三平移并联机器人为主体,在固定平台与动平台之间增加一附加支链RTPTR.与普通的并联机构相比,该机器人以附加支链的旋转轴作为机器人的输出,具有三平移一转动4个自由度.该机器人充分利用三平移并联机构的优点,结构简单,特别是转动自由度独立灵活,便于实时控制.分析了该机器人的结构及运动学特点,并以3-RPC+RTPTR机型为例研究了其位置,最后分析了该机器人的应用前景.     

双目主动视觉监测平台设计

为解决并联机器人的盲工作状态,提高并联机器人的运动精度,提出了一种双目主动视觉监测平台。基于虚拟样机设计方法构建了视觉监测平台的装配体模型,并应用COSMOSMotion进行了运动仿真。基于网格划分方法,对视觉监测平台中的关键运动部件进行了有限元分析,保证了样机设计的可靠性。最后,研制了双目主动视觉监测平台样机,并对该样机进行了标定,确定了样机的结构参数和性能参数。     

45°车把转角下前轮驱动自行车机器人的定车运动

针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转角的关系,采用拉格朗日方程建立系统的力学模型;根据部分反馈线性化原理,将包含车架横滚角的欠驱动子系统线性化,设计出自行车机器人45°车把转角下定车运动的平衡控制器。仿真控制结果表明,合理选择控制参数,控制器可以快速地实现自行车机器人在45°车把转角下的定车运动;样机试验结果进一步证明,控制器可以使自行车机器人在不超过驱动电动机的力矩容限下实现45°车把转角下的定车运动。定车运动的实现从理论和试验两个方面证明,自行车机器人在低速下可以不需要配重调节器,仅依靠车把转动和前轮驱动保持稳定平衡。     

内外螺旋管道机器人性能分析和结构参数优化

数值比较了内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力、管道壁所受最大压力、液体对机器人的承载力和液体对机器人周向阻力矩与其外壳转速的关系,分析了内螺旋转速和外螺旋转速的变化对机器人轴向推进力的影响以及机器人外螺旋槽结构参数(槽口宽a2、 槽底宽b2、倾角α2、螺旋槽槽深h2、螺纹升角Φ2和螺纹线数n2）对机器人轴向推进力的影响, 并运用正交试验优化方法优化了外螺旋槽结构参数组合。结果表明：内外螺旋机器人单位有效体积的推进力和液体对其的承载力最大;外螺旋参数的变化对机器人性能的影响远大于内螺旋参数的变化对机器人性能的影响;机器人外螺旋槽结构参数和机器人轴向推进力成非线性关系。在管道直径和机器人内外径确定的条件下,一组最优的外螺旋槽结构参数组合为：a2=1.25mm,b2=0.75mm,α2=70°,h2=0.8mm,Φ2=30°,n2=10。     

滚动接触柔性连续体机器人的设计与运动能力分析

针对航空原位检修领域对机器人在复杂、狭小空间的作业需求,基于滚动接触原理设计了一种新型的柔性连续体机器人,解决了连续体机器人轴向刚度需求与运动柔顺性之间的矛盾。对连续体机器人单元柔性关节和整体系统进行了详细分析,根据机器人的冗余自由度特点设计了主动运动与被动运动两种运动策略。对机器人单元关节的力学仿真结果表明,该柔性关节转动刚度适宜,轴向刚度较大。机器人长600 mm,最大弯曲角度大于360°,最小弯曲半径40 mm;实验结果表明该机器人运动柔顺,具备良好的环境自适应能力。     

基于RBF神经网络的教学机器人转角测量

以AS-UII教学机器人为研究对象,提出了一种间接测量机器人转角的方法.该方法利用RBF神经网络建立模型,以多组电机速度、运行时间为样本,解决了机器人转角与电机速度、运行时间的关系问题.实验证明,该方法是有效可行的.因此,可以根据电机的速度、时间来间接确定机器人的转角,为机器人的路径规划提供角度参数.     

Optimization of process parameters for friction stir lap welding of carbon fibre reinforced thermoplastic composites by Taguchi method

Friction stir welding process parameters such as welding speed, rotational speed and tilt angle affect the strength of the weld joint. For maximizing the weld strength, these process parameters must therefore be properly selected and optimized. This study presents an application of Taguchi method to optimize process parameters like welding speed, rotational speed and tilt angle to maximize lap weld tensile-shear strength in 4 mm thick polypropylene composite sheets with 20 wt% carbon fiber. To this end, a L9 orthogonal array of Taguchi method using three factors at three levels was used. Analysis of variance and confirmation tests were conducted. The results indicated that welding speed, rotational speed and tilt angle are respectively the significant parameters affecting the lap weld strength. Optimization results also showed that tensile-shear strength of 6.06 MPa was obtained when welding speed, rotational speed and tilt angle were 25 mm/min, 1250 rpm and 1 degree, respectively.     

后坐力激励下的小型履带机器人位姿变化研究

为提高小型履带式机器人的射击精度与控制稳定性,通过有限元分析的方法研究了武器发射后坐力下小型履带式机器人位姿（位置与姿态）变化的情况;基于自动武器动力学、车辆地面力学,在有限元分析软件Abaqus中建立了某武装小型履带式机器人多体系统有限元模型;分析了缓冲器阻尼系数在0.5～4.0Ns/mm、弹簧刚度在1～8N/mm范围内对机器人最终位移量的影响,并得出了最优的缓冲器方案;分析了负载在0～5kg、仰角在0～30°的范围内对机器人最终位姿的影响,并拟合出负载与仰角关于机器人最终位姿参数的回归方程。结果表明,缓冲器的参数变化、机器人的负载与发射仰角变化均对机器人在后坐力作用下的位姿变化产生显著影响,其中机器人负载和发射仰角与最终位姿参数具有强相关性。     

小型两栖机器人推进机构设计与水动力学分析

根据两栖机器人对水陆两种环境的适应需求,设计了一套水陆两用的机器人推进机构。基于水动力学原理,对机器人推进机构的轮片在水下产生的推动力进行了分析。分析结果表明,两栖机器人水下推进力与轮片的弧度,截面面积及转动速度等因素有关。根据分析结果对推进机构参数进行了优化选择。     

运用LMBP神经网络的黄瓜采摘机械手定位误差补偿算法

考虑到黄瓜采摘机械手结构参数的微小偏差可能会对末端定位精度造成较大的影响,因此,利用高精度三坐标测量仪P latinum FaroArm对机械手的结构参数进行了标定,建立了基于修正参数的正运动学模型,在此基础上对理想逆运动学进行误差分析,发现腰关节的角度误差远远大于位置编码器的精度。因此,提出采用LMBP神经网络算法求解修正后的关节角度,并将网络输出与理想逆运动学结合起来,达到补偿机械手定位精度的目的。为了验证算法的可行性,进行了仿真试验,结果表明:LMBP神经网络输出角度误差的最大值约为0.006 rad,能将末端位置误差从10.57mm补偿到3.77mm,大大提高了黄瓜采摘机械手的定位精度。     

基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一,导致灵活性指标计算困难,针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足,根据机器人灵活性的本质意义,提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发,给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法,定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出,并用于雅可比矩阵规范化,避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便,也证明了灵活性是机器人的固有属性,与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导,和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真,验证了可变加权矩阵方法的有效性。     

蛇形机器人跟踪误差预测的自适应轨迹跟踪控制器

为了满足蛇形机器人轨迹跟踪运动的精度需要,消除外界干扰对机器人跟踪误差的影响,提出了一种蛇形机器人跟踪 误差预测的自适应轨迹跟踪控制器。 所提出的控制器实现了机器人干扰变量、摩擦系数和控制参数的预测,并用预测值和虚拟 控制函数来补偿系统的控制输入,抵消了蛇形机器人在轨迹跟踪过程中的侧滑角,避免了干扰变量对机器人带来的负面影响, 提高了轨迹跟踪的误差稳定性与控制精度。 在建立蛇形机器人模型后,利用积分形式的侧滑角补偿项改进了视线法,并设计了 蛇形机器人的自适应轨迹跟踪控制器。 使机器人的位置误差在 10 s 内实现收敛,角度误差小于 0. 03 rad,预测值误差在 5 s 内 收敛。 通过仿真实验,验证了所提出的控制器的有效性和优越性。