基于改进PYR型全方位关节的7自由度仿人手臂设计

在总结７自由度仿人手臂机器人设计与研制经验的基础上,针对ＰＹＲ关节刚度对机器人精度影响,以及关节结构优化设计问题,提出用实现关节力封闭的刚度保证器提高关节刚度,通过改进齿轮结构实现进一步小型化。从而实现ＰＹＲ型全方位关节高刚度、小型化设计。基于该关节给出７自由度仿人手臂机器人设计。     

考虑柔性关节的机械转动臂优化设计

本文以柔性机械转动臂为研究对象,在优化总体目标下建立了机械转动臂结构的数学模型,考虑了柔性机械转动臂动态特性和控制策略的函数。建立了以臂厚为变量,以臂结构尺寸为约束的臂弯曲模型和末端垂直静弯曲模型。通过对高速、低速工况下机械转臂的结果进行对比分析,优化后的机械转臂的重量比增大,刚度和强度提高,整体动力性能明显改善。     

机械臂气动关节柔性抓取操控

针对机械臂不便于从物件上方直接进行抓取的情况,提出一种机械臂气动关节柔性抓取操控技术。分析机械臂常规抓取方式,剖析机械臂与物件接触间的几何约束关系,开展物件一边被抬起的受力情况。在此基础上,分析气动关节曲率和内压之间的线性关系,构建控制关节内压的机械臂柔性抓取操控技术。通过实物测试验证,采集物件曲率变化所对应手指内压变化情况,获取不同曲率下抓握平衡所需摩擦系数变化情况,通过手指和地面“相互对抗”,使纸条曲率变大且重心右移,从而成功实现了机械臂柔性抓取柔软物件,达到设计目标要求。     

柔性关节机械臂不确定性及灵敏度分析

为了得到整个时间域内参数的不确定性对系统响应的影响,以双连杆柔性关节机械臂为研究对象,通过比较响应的95%置信区域上下边界之间以及每组置信区域之间的距离分析了具有随机不确定性、认知不确定性以及混合不确定性的参数对系统响应的影响。其中,概率论方法和区间方法分别用来处理参数的随机和认知不确定性,而参数的混合不确定性采用改进的双层循环蒙特卡罗方法处理。仿真结果表明参数的随机不确定性包含于混合不确定性分析中,因此考虑参数的混合不确定性能更具体地分析参数的不确定性对系统响应的影响,从而提高系统的可靠性设计。另外,该不确定性分析方法为分析参数在整个时域内对系统响应的灵敏度提供了理论依据。     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。     

柔性臂杆、柔性关节空间机械臂TS模糊轨迹跟踪及双柔振动并行综合控制

针对存在参数不确定和外界干扰的柔性臂杆、柔性关节空间机械臂追踪期望运动的问题,设计了基于TS模糊模型的滑模鲁棒控制方案和双柔性振动并行控制方案。首先,设计了关节柔性补偿器以提高系统的等效关节刚度。其次,利用反馈线性化技术建立了系统追踪期望轨迹的误差动力学方程,通过对系统Lyapunov稳定性证明来选择滑模控制参数;简化并改进TS模糊推理规则,提出了模糊滑模鲁棒控制方法,可解决滑模控制的抖振问题并具有计算量少、控制力矩小的优点。再次,提出了柔性臂杆振动模态的直接反馈控制方案,解决了双柔性并行综合控制的问题。最后,运用逐步仿真的方法,对比仿真结果,证实了所设计轨迹跟踪、双柔性并行综合控制方案的有效性和稳定性。     

机械臂柔性关节SEA设计与仿真分析

串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)可以有效提高关节的柔顺特性,但是也存在受力与形变强非线性的不足。为了提高SEA的线性特性,建立了双圆环间衔接曲梁模型,利用轴截面原点正应力公式求取梁模型不同点的应力公式,设计并验证了符合柔性关节的SEA;其次,对SEA的模型进行仿真分析,取7个点对其进行模型和实际的应力比较;最后,利用ANSYS对其进行强度仿真分析,分析各关节受力和变形,有效保证了SEA的线性特性,从而有效提高了柔性关节的力学特性。     

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。     

基于能量模型的柔性关节机械臂参数辨识方法

对关节动力学模型和机械臂能量模型进行了介绍,基于能量模型,提出了柔性关节机械臂参数的辨识方法。这一方法通过建立能量输入与机械臂动力学参数的线性化关系,由最小二乘法实现参数辨识。应用这一方法在六自由度柔性关节机械臂上进行动力学参数辨识试验,验证了方法的有效性。     

时滞滤波器设计及在柔性机械臂控制中的应用

将时滞滤波器技术应用在柔性机械臂残留振荡的控制中，获得了好的控制效果。根据柔性机械臂的数学模型进行时滞滤波器的设计，指出时滞 滤波器实质上是一种零极点对消技术，通过实验验证了时滞滤波器是一种抑制柔性臂残留振荡的有效途径。     

外摆线轮廓柔性关节的设计与分析

基于材料力学中的变截面梁的弯曲理论,通过外摆线的参数方程的作为积分变量,直观地得到了外摆线轮廓柔性关节的柔度的计算公式,再通过定义中间参数,推导出了较为简洁的解析计算公式,从而避免了费时的数值积分。最后,分别分析了切口几何形状、尺寸以及最小厚度与铰链的柔度之间的关系。     

基于改进遗传算法的柔性作业车间调度

针对柔性作业车间调度问题(FJSP)的特点和发展现状,提出一种基于基本遗传算法的改进算法。构建了一种新的染色体表达方案,将染色体分为工序染色体部分和机床染色体部分。通过加权处理设计了适应度函数,将多目标优化问题转变为线性优化问题。针对改进的染色体表达方案,重新设计了种群初始化算法,采用复制、交叉,以及变异操作策略优化调度方案。通过实例验证了该算法对FJSP的优化过程,试验结果表明了该算法的可行性和有效性。     

含有柔性铰链并联机器人的刚度分析及刚度优化配置

以一类含有柔性铰链的并联机器人为研究对象，在位置分析的基础上，导出摄动位移间映射关系，为其建立了刚度分析模型。此外，还探讨了有关刚度性能指标的问题，最后以该性能指标为目标函数对其进行了刚度优化配置。     

基于改进遗传算法的潜孔钻机钻臂设计计算

钻臂是潜孔钻机的一个重要组成部分,需对其受力状况进行计算分析。在计算分析时,针对传统遗传算法效率不高等问题,本文运用改进遗传算法进行计算。该算法使用十进制数编码,采用"最优保存策略"加快收敛速度,使用"补充策略"避免早熟。以某型号潜孔钻机钻臂的设计为例进行计算分析,结果表明,改进的遗传算法可以提高计算的精度和效率。     

一种单自由度平面多关节机械手臂的设计与研究

针对工业中片状材料自动化传输的应用需求和垂直方向占用空间小的要求,设计了一种成本低、工作空间大和占用空间小的单自由度多关节机械手臂。该机械臂是一种3关节3连杆式机械结构,采用减速机和二级同步带进行传动。利用多坐标系分析方法和角速度叠加原理求出了任意臂长、任意同步带传动比下的末端连杆位姿方程,求出了末端连杆做直线运动的臂长、传动比条件并进行了实验验证。利用拉格朗日方程求出了其动力学方程,并用ADAMS软件仿真验证了其正确性,求出了其在任意位形下的等效转动惯量。搭建了PID闭环控制系统,在一种梯形路径规划下对闭环控制下的驱动力矩进行了仿真研究。研究结果表明,末端连杆直线运动条件和动力学方程推导正确,在示例的路径规划下其驱动力矩要大于25 Nm,为选择驱动力矩元件提供了一种方法和参考。     

结合面切向动态特性参数的改进Levy法识别及验证研究

对Levy法进行了改进,通过对阻尼比的迭代实现结合面动态特性参数的识别。实验表明,该方法对刚度和阻尼比都有较高的识别精度,其中对阻尼比的精确识别是该方法最大的优点。同时研究了基于ANSYS的结合面动态特性参数的验证方法,并通过将改进的Levy法识别得到的参数代入到ANSYS验证模型中,计算得到的结合面固有频率与实测频率误差小于6%,峰值误差为50%左右,说明了识别参数的有效性以及验证方法的可靠性。     

一种欠驱动蛇形臂机器人运动学分析方法

针对一种欠驱动冗余结构的绳驱动型蛇形臂机器人进行了运动学分析,给出了驱动绳长变量空间到关节空间的正解和反解计算公式。提出的运动学分析方法简便、实用,为后续蛇形臂机器人的实时控制奠定了技术基础。     

一种星形件支臂端结构的改进

某型直升机在长时间使用过程中，星形件支臂端衬套经常出现松动，这里介绍了该型直升机星形件支臂端衬套出现松动的原因，提出了结构改进措施。     

某型汽车转向节臂断裂原因分析

从理论分析、截面观察和有限元模拟三方面研究了某汽车转向节臂断裂的原因,确定其断裂为疲劳断裂.采取了加大过渡圆角、改善表面加工质量的改进措施.经过试验证明,这些措施切实提高了转向节臂断裂面处的疲劳强度.     

柔性臂空间机器人的神经网络自适应控制及振动模态分级模糊控制

由于太空中的在轨作业一般要求空间机器人具有手臂长、负载大,对空间机器人动力学及控制进行分析时必须考虑到机械臂杆件的柔性问题。为此探讨了参数未知柔性臂空间机器人载体姿态、关节协调运动控制及柔性振动抑制问题。由系统动量守恒关系及假设模态法,利用Lagrange方法建立了漂浮基柔性臂空间机器人的系统动力学方程。运用奇异摄动理论的双时间刻度分解,导出了适用于控制系统算法设计的奇异摄动数学模型。利用该模型,针对慢时标子系统——等价刚性空间机械臂,设计了系统参数不确定情况下的径向基函数神经网络补偿控制算法,以控制柔性臂空间机器人的载体姿态及机械臂关节铰协调地来完成各自在关节空间的期望运动;神经网络控制算法的研究目的是基于神经网络良好的在线自学习能力,大大提高整个系统的控制精度。针对快时标子系统——柔性臂的振动,设计了分级模糊控制算法来主动抑制柔性杆的振动。分级模糊控制算法的研究目的是为了减少模糊规则库的大小,有效提高模糊控制器的计算效率。通过计算机仿真验证了提出方法的有效性和可行性。