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.     

高速平面并联机器人残余振动抑制实验

针对高速轻型并联机器人残余振动抑制问题,基于输入整形法,对其残余振动抑制进行实验研究。首先分析了并联机构运动学,建立了机构动力学模型。然后对每个输入轴分别设计一个比例-微分(PD)控制器,建立包含PD控制器的系统动力学模型。最后分别设计了单模态零振动(ZV)、零振动微分(ZVD)整形器和双模态零振动-零振动微分(ZV-ZVD)整形器,建立了并联机器人实验系统。实验结果表明,输入整形器可以抑制并联机器人的残余振动,而双模态整形器振动抑制效果更好。     

基于功能冗余的骨科机器人安全策略

从手术方案角度分析了骨科机器人系统对手术安全的影响,提出了基于功能冗余的骨科机器人安全策略.结合双平面骨科机器人系统,具体分析了机器人系统在胫骨骨折髓内钉锁定手术中的安全隐患,对影响手术安全的牵引、定位等功能设置了多项冗余的安全保护措施,并对基于功能冗余的骨科机器人安全策略在手术方案、注册标准、临床手术环境、机器人硬件平台、机器人软件系统、安全体系设计等方面的安全措施和方法进行了详细阐述,为骨科机器人系统在原型设计、临床应用等阶段的安全分析提供了一种参考方法和策略.     

双三角并联机器人精度综合

针对双三角并联机器人的特点,采用位置反解直接求导的方法,建立了包括全部结构参数误差和主轴端位姿的精度综合模型.引入影响因子加权法完成了并联机器人位姿的精度综合.并结合实例给出了综合后所获得的各铰链点及杆长的公差值,为此类并联机器人结构的精度设计提供了一条有效的途径.     

双三角并联机器人精度综合

针对双三角并联机器人的特点,采用位置反解直接求导的方法,建立了包括全部结构参数误差和主轴端位姿的精度综合模型.引入影响因子加权法完成了并联机器人位姿的精度综合.并结合实例给出了综合后所获得的各铰链点及杆长的公差值,为此类并联机器人结构的精度设计提供了一条有效的途径.     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

并联机器人技术分析及展望

近年来并联机器人的发展已成为机器人研究领域的热点之一,在某些方面它具有串联结构所无法相比的优点,因而扩大了机器人领域的应用范围。本文对并联机器人机构学、运动学、系统控制策略等关键技术做了概括性分析,同时还介绍了两种新型虎克铰链模型,为高精度并联机构的设计提供了有利条件。另外文中对并联机构研究的热点问题做了详细分析并提供了新的解决方向,如高精度点位控制策略、误差分析与补偿等。最后对目前并联机构的应用及发展趋势进行了阐述,并指出了我国现阶段并联机构产业化中存在的一些问题与挑战。     

一种新型6-HTRT并联机器人研制

研制出新型6—HTRT并联机器人，介绍了这种并联机构的形式特点、运动副组成和工作原理。研制出步进电机控制的集中式控制系统和实验系统，并给出了不同姿态下并联机器人工作空间仿真和不同载荷下机器人重复性精度实验的结果。仿真和实验结果表明，所研制的新型6—HTRT并联机器人具有末端操作器惯量小、动作灵活、重复性运动精度高、承载能力较大等特点。     

一种新型平面并联机器人机构及其解耦控制

结合同时考虑机构设计和控制策略的思想，提出一种新型的可应用于微电子封装与组装行业中的两自由度平面并联机器人机构，其具有高刚度、高速度、高精度的特点。对机构进行了运动学、动力学分析和基于加速度反馈的解耦控制研究。解耦控制的仿真分析表明了该控制策略的有效性。     

多臂机提综臂辅助旋铆并联机器人优化设计

提综臂是多臂机上实现凸轮开口运动的关键核心部件.为满足多臂机提综臂的自动化加工需求,设计了一种新型辅助旋铆并联机器人,以实现在提综臂旋铆加工过程中对零部件的高速、高精度抓取和摆放,显著提升生产效率和保证加工质量.首先,介绍了新型辅助旋铆并联机器人机构的拓扑结构特征,并结合旋量理论及修正的G-K(Grübler-Kutz...     

Kinematic synthesis of a robot with five degrees of freedom

Abstract

This paper studies the geometric design of a robot with five degrees of freedom. According to kinematic synthesis procedure, an industrial robot with five degrees of freedom was used as an example to illustrate the design concept. From the number synthesis point of view, the robot is one freedom less than adequate to perform a general three dimensional motion. The lack of full degree of freedom will restrict the available twist screws for the end‐effector. The unavailable twists of the robot were discovered based on the reciprocal screw system. Singular configurations of the robot were also examined. The dimensional synthesis of a robot is to decide the joint parameters to obtain a good workspace shape and volume. So far, there are no better rules which govern the relations between the joint parameters and the generation of workspace. Under this circumstance, the workspace geometric properties of a robot provide quantitative evaluation of the success of the dimensional synthesis. In this paper, workspace volume and other workspace properties such as the normalized volume index (NV1), volume centroid, and the higher volume moment of inertia are computed. The volume centroid gives the symmetric nature of the workspace, whereas the higher moment reveals the distribution and the compactness of the workspace valume.     

采用成品零部件的低成本服务机器人结构设计

现有服务机器人产品设计过程繁琐,开发周期过长.针对服务机器人产业化所需开发周期短和制造成本低的要求,分析了采用成品零部件设计的可行性,并以某服务机器人为例,给出了底盘和机械臂的结构分析与设计.实验表明采用此方法制作的机器人具有开发周期短、成本低、可靠性好的优点,能够满足中低端服务机器人市场的需求.     

Novel robot arm design and implementation for hot forging press automation

Manual handling of hot and heavy workpiece in forging press industry increases the process time and causes safety risks to workers. To increase the productivity and optimise the use of manpower, manipulators are needed to be designed for supporting the workers handling the workpiece. Designing robots for such applications is challenging since the robot suffers from a heavy payload at the arm tip, and it operates at a high speed in a large workspace. This research addresses the design and implementation of a novel robot for handling workpiece for a given forging press cell. A novel robotic mechanism is designed with two key features: (i) the addition of parallel links in between serial links and (ii) the use of hydraulic actuators for driving robot’s joints. The addition of parallel links and the use of hydraulic cylinders are to increase the structural rigidity. It is also to reduce the number of joint variables and restrict the end-effector moving parallel to the ground surface so that the robot grips and releases the workpiece in a more efficient and simplified manner. The effectiveness of the designed robot mechanism is demonstrated through functional tests, and experimental results are carried out on the implemented robot.     

基于可拓自适应理论的三轴并联机器人控制系统设计

为了提高并联机器人的轨迹跟踪控制精度,以平面二自由度并联机器人为研究对象,构建了一种可拓自适应控制器用于其控制系统中.利用自适应控制器善于处理不变和慢时变问题,可拓控制器善于处理时变和突变问题,将2种控制器的优点结合起来,设计了一种新型的可拓自适应控制器.仿真结果表明,可拓自适应控制器能较大地提高并联机器人关节位置精度和末端执行器的轨迹精度,能够满足机器人的控制要求.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对并联机器人的控制具有普遍的应用意义．     

转盘式多足仿生机器人的运动学分析及优化

为解决多足机器人控制系统复杂、加工装配困难的问题,设计了一种基于单自由度Jansen连杆机构的转盘式多足仿生机器人,并对其进行运动学分析和优化。首先,运用旋量理论对机器人的单条仿生机械腿进行自由度验证,并运用复数矢量法对仿生机械腿进行运动学求解,得到其足端运动轨迹方程及各关节的转动角度。然后,基于仿生机械腿足端的运动轨迹及其影响因素,分析了其优化方向。接着,提出了转盘式传动机构,并对仿生机械腿的转动关节和足端进行了优化,同时利用SolidWorks软件对转盘式多足仿生机器人的步态进行了时序分析。最后,制作了转盘式多足仿生机器人样机并分析了其在常规路况下的运动能力,验证了其可行性。结果表明,改变曲柄长度和机架水平倾角可优化多足仿生机器人的运动轨迹,使其更符合实际应用所需;转盘式传动机构与多条仿生机械腿的叠加,提升了机器人的环境适应性。研究结果为后续机器人系统的设计及工程应用提供了重要的理论依据。     

Differential evolution techniques for the structure-control design of a five-bar parallel robot

The present work deals with the use of a constraint-handling differential evolution algorithm to solve a nonlinear dynamic optimization problem (NLDOP) with 51 decision variables. A novel mechatronic design approach is proposed as an NLDOP, where both the structural parameters of a non-redundant parallel robot and the control parameters are simultaneously designed with respect to a performance criterion. Additionally, the dynamic model of the parallel robot is included in the NLDOP as an equality constraint. The obtained solution will be a set of optimal geometric parameters and optimal PID control gains. The optimal geometric parameters adjust the dynamic and the kinematic parameters, optimizing then, the link shapes of the robot. The proposed mechatronic design approach is applied to design simultaneously both the mechanical structure of a five-bar parallel robot and the PID controller.     

一种六自由度上肢康复机器人的结构设计及运动学分析

为解决现有上肢康复机器人功能单一以及结构复杂的问题,提出了一种6-DOF外骨骼式上肢康复机器人,建立了康复机器人的运动学模型,通过D H变换对其正向运动学和逆向运动学进行求解.运用Pro/E对康复机器人进行三维建模,通过Mechanism/Pro导入ADAMS/view中进行运动学仿真,得到机器人末端位移的仿真曲线和理论曲线一致,验证了理论推导的正确性,进一步仿真结果证明该方案具有较好的运动特性.     

一种新型并联机械手的正、逆模型分析

结合虚轴机床的结构特点,运用矢量法推导了两平动自由度机械手位置的正、逆解解析模型,满足机械手的实时控制要求,解决了数控系统中轨迹控制和位置显示问题。研究成果已成功地应用于一台新型并联机械手的开发。     

一种低成本高性能的巡逻保安机器人

为满足在办公室、仓库等建筑内巡逻的要求,研制了一种低成本、高性能的巡逻保安机器人.其传感器系统采用分层模糊理论,能够在比较复杂的情况下完成自主导航和障碍避碰等任务.火灾探测系统采用神经网络和灰色预测理论,提高了报警的灵敏度,减少了误报警,缩短了报警时间.无线通讯的方式更适合于网络监控和远程操纵.实验证明,该巡逻保安机器人具有低成本、高性能的特点,具有较高的性价比,适合办公室、仓库、厂房等环境的巡逻与监控.