面向机械臂3D打印的曲面分区算法

多自由度机械臂3D打印能够突破传统平面分层熔融沉积3D打印工艺单一模型生长方向的限制,支持多方向打印。曲面分层和分区规划是机械臂打印的前提。对于具有多支柱结构或曲面变化率较大的模型经过曲面分层后,会呈现出多岛屿的曲面结构特征。传统的基于空间与平面映射关联的分区方法及基于曲面曲率特性的分区方法存在点面信息丢失、区域关系无法准确构建、子区域数量过多、区域划分不合理等问题。针对这些问题,提出基于曲面分层的复杂多岛屿分区方法。通过遍历每个曲面层信息,判断需要分区的曲面层;采用广度优先搜索算法提取同一封闭区域内的点面信息以及轮廓信息;依据原曲面层点面信息的关联将新存储的面片信息进行更新组合成新的曲面完成区域划分。最终,对具有多支柱结构和外表面凹凸变化较大的两种模型进行分区,路径规划的仿真及机械臂3D打印实验证明了该分区方法的可行性。     

砂型3D打印机X轴运动机构设计

目前砂型3D打印技术主要用于结构复杂零件的一次成型,生产过程灵活,基本不受零件结构、工装夹具的限制。砂型3D打印属于喷墨3D打印,原理上采用逐层打印方式,铺粉器铺设一层粉末（加有固化剂的铸造用砂）,打印头喷射一层粘结剂（树脂）。打印头扫描方向一般定义为X轴、铺粉器铺粉方向定义为Y轴。X轴的运动机构以及打印头自身的喷墨精度对3D打印砂芯的表面质量及尺寸精度影响很大。本文从3D打印机X轴运动系统整体方案设计、零部件选型设计、X轴横梁框架有限元分析等方面进行3D打印机X轴运动机构的理论研究与分析,为3D打印机X轴运动机构的设计提供理论参考。     

基于ROS的6自由度机械臂运动轨迹规划

针对多关节机械臂作业效率和安全性的运动规划问题,以开源机器人操作系统ROS为仿真平台进行了机械臂运动规划研究.利用Solidworks建立机械臂模型,经SW2 URDF生成XML格式描述的机器人URDF文件.利用ROS Moveit!中的设置助手Moveit!Setup Assistant完成了运动规划相关文件的配置....     

悬臂式3D打印机器人运动分析与打印实验

针对目前3D打印装置结构单一和打印空间小的的缺点,研制了一台悬臂式3D打印机器人.运用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立连杆坐标系,根据齐次坐标变换,建立机器人正运动学方程,采用代数法进行逆运动学求解,通过控制各关节变量,驱动打印头在3D打印平台上按照指定轨迹实现3D打印功能,并在悬臂式3D打印机器人实验平台上进行了零件打印实验,结果表明:所设计的悬臂式3D打印机器人能够准确、有效的按照规划路径执行相应轨迹运动,表面无翘曲和变形产生,打印零件质量和精度较高.     

NMPC算法下六自由度机械臂避障轨迹规划

针对机械臂在空间避障轨迹规划的需求,提出一种基于NMPC的六自由度机械臂避障轨迹规划算法。与以往的避障算法相比,该避障算法在规避障碍物的同时可以对运动轨迹精度进行控制。首先,建立六自由度机械臂自主防撞最优控制模型。其次,为了保证系统的时效性,对复杂的六自由度机械臂系统进行线性化处理,并且通过剪切搜索的方法来寻找最优解。最后,使其在满足控制约束和轨迹约束的前提下,达到自主避障效果。通过MATLAB对该算法进行仿真验证,结果表明：该方法能够有效地规划出满足机械臂性能要求的无障碍运动轨迹,实现机械臂在动态环境下的防撞控制,有效提高机械臂的运行安全。     

一种五轴冗余工业机械臂运动分析及仿真

冗余机械臂凭借广泛的运动空间、较高的灵活度等优势得到了广泛的关注,但其逆运动学求解复杂,计算量大。针对此问题,以某五轴冗余工业机械臂为例,根据D-H约定建立正运动模型,结合实际情况确定关节运动顺序,基于代数法建立逆运动求解模型,降低求解的复杂性,计算结果满足轨迹规划的要求。并基于关节空间采用五次多项式函数进行运动仿真验证,结果表明:各关节运行平稳,没有明显的突变点,满足机械臂的工作需求。     

基于深度学习的冗余机械臂无碰运动规划

针对冗余机械臂运动规划过程中的避碰问题,提出一种基于深度学习的避碰运动规划方法.首先,建立冗余机械臂的运动学模型,借助Gilbert Johnson Keerthi算法进行碰撞检测,确定机械臂连杆与障碍物之间的安全距离;其次,将避碰运动规划问题转换成多元函数优化问题,以循环神经网络为主体框架,用天牛须搜索机制来防止算法...     

基于PCI总线的四轴运动卡在3D打印运动控制系统开发中的应用

对MAC-3002SSP4运动控制卡和3D打印机的工作原理进行分析,通过MAC-3002SSP4运动控制卡提供的库函数,利用VC6.0的MFC模块,提出一种3D打印控制系统的开发方法和可行性分析,并在四轴运动控制平台上进行实验,达到了预期的控制目标。     

基于电机挤出沉积的多喷头生物3D打印系统

3D打印载药组织工程骨支架正朝着多材质方向发展。针对多材质支架打印过程中出现的多喷头切换时产生的喷头干涉碰撞、共点打印以及流涎现象,对电机挤出式打印喷头的切换装置、多材质打印路径及多喷头打印控制进行研究,提出基于电机挤出沉积的多喷头打印系统及多喷头控制方法。使用花瓣形喷头切换机构实现多材质的切换,设计多喷头切换的路径规划方法及上位机控制程序,最后以羟基磷灰石和聚乙烯醇的混合材料在多喷头生物3D打印系统上进行打印测试。研究结果表明：该系统能实现多喷头的协调打印、共点打印,解决了打印过程中喷头切换时产生的干涉碰撞和流涎现象,为仿生载药组织工程骨支架的梯度打印提供了参考。     

基于3D打印技术的并联机器人机构的动力学研究

针对3D打印快速成型技术的性能需求,提出了一种基于3-PUU型三自由度3D打印并联机器人。对其中的3-PUU并联机构进行了运动学分析,求解出该并联机构的位置逆解方程;利用"S型曲线加减速"规划算法对该机构的运动轨迹进行了运动规划,建立了基于SimMechanics的3-PUU并联机构动力学模型;通过PID控制器对其进行了动力学仿真,得到了在规划轨迹下该并联机构中各个支链的位移、速度、加速度以及支链驱动力曲线。分析表明:该并联机构具有很好的运动以及动力学性能,可以作为3D打印技术中对汽车、飞机、医疗器械零部件的打印。     

改进的APF算法在采摘机械手运动规划中的应用

针对六连杆采摘机械手运动规划的实时性,基于传统的人工势场(APF)算法,提出改进的人工势场(IAPF)优化算法。采用初等变换序列方法对机械手进行运动学建模,运用该模型可方便地得到机械手上各点相对于基底坐标系的雅可比矩阵。IAPF算法在APF算法原有的引力势场计算模型的基础上,加入了Sigmoid函数,以使得路径规划算法收敛,在斥力势场中引入了反S的Sigmoid函数,防止出现斥力爆炸现象。IAPF算法避免了传统算法的局部最小缺陷和目标不可达问题,同时有效地减少机械手运动规划的计算时间和关节误差。并通过实验验证了所提优化算法在采摘机械手避障运动规划中的实时性和准确性。     

直角坐标机械手多轴联动路径规划研究

直角坐标机械手一般采用按步骤的单轴单向走直角运动,为了进一步提高该类机械手的定位速度,文章提出采用多轴联动的方式快速到达指定位置,利用多轴联动末端走曲线的方式取代传统的单轴单向运动。机械手的快速运行又给平稳性带来问题,通过对S曲线加减速算法的理论分析和应用研究,推导出了适合于机械手点位控制的加减速算法,以及各轴的路径规划方法,该算法的应用有效增加了系统运动的平稳性。     

3D打印的路径规划研究综述

3D打印技术因具备可成型任意形状零件的特点,已被广泛应用于许多领域,路径规划是3D打印制造过程中的关键技术之一。不同的扫描方式对成型精度、成型件的力学性能和成型效率有很大的影响,分别从针对这3个方面的路径规划进行了分析与讨论。最后指出了3D打印路径规划的研究重点。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

基于正交试验的FDM 3D打印工艺方法研究

正交实验设计和分析方法是研究多因素多水平工艺优化实验的有效方法。针对目前3D打印领域缺乏行业标准、影响3D打印成型结果的工艺参数繁多、最佳工艺流程难以确定的问题,采用正交实验方法研究影响3D打印成型质量的工艺流程,分析出层高设置、打印速度、填充密度依次为影响FDM(熔融沉积)3D打印成型的主要因素,并得出层高0.18mm,打印速度40 mm/s,填充30%时表面质量较好。正交实验方法对优化3D打印工艺流程、提高打印效果具有借鉴意义。     

基于机器视觉的3D打印异常诊断方法

为解决3D打印过程中出现的诸如堵头、断丝、翘曲等异常情况导致打印失败的问题,搭建检测平台并提出一种融合Xception的改进YOLOv5算法,完成异常实时检测,达到及时处理、提高打印成功率的目的。通过对YOLO算法头部、躯干部以及瓶颈块进行轻量化改进,提高识别帧率并减小参量;然后对输出部分进行改进,使特征相似的异常图像被收集后输入至Xception算法中,提升异常识别分类的准确率;最后利用Qt跨平台开发框架设计打印异常诊断系统人机交互界面软件。结果表明：改进的融合算法在自建3D打印异常数据集中识别准确率为88.75%,较原YOLOv5算法提高3.22%,同时识别平均帧率为28帧/s,提高了40.0%,可以满足实际打印中对识别准确率及实时性的要求。     

基于3D打印的CMM辅助测量技术

针对现阶段复杂零件在CMM上测量的不足,提出了采用基于3D打印的CMM辅助测量技术。为了能使产品在CMM探针精度最高的A0B0度方向测量,经常需要借助治具辅助。文中首先使用光学扫描技术获取产品表面数据,然后在Geomagic Studio软件进行数据处理,并将网格面导入到Rapidform软件对该产品的治具进行建模和设计,再将设计模型导入到3D打印机中得到治具模型,最后将测量的产品放置在治具中测量。通过试验证明,该方法可以很好地提升复杂零件在CMM下的测量效率。     

视觉定位下的并联机械手运动仿真平台设计

针对Delta并联机械手对目标物体的拾放任务,基于MATLAB图像处理技术获取目标物体的中心坐标,并在直角坐标空间中进行机械手的五次多项式轨迹规划,得到末端运动平台的运动轨迹。建立Simulink/Simmechanics联合仿真系统,采用Simulink完成多项式轨迹规划并得出驱动臂的实时目标角度,传递给Simmechanics模拟机械手的连续轨迹运动,得到机械手的动力学参数。运用MATLAB/GUI设计仿真平台,集成图像处理和机械手运动仿真并实现不同插件之间数据的传递。最后通过运动仿真实例验证了仿真平台的有效性,对机械手驱动电机选型和智能化控制研究有较大价值。