月壤钻取采样钻进导向机构多方案评价与优选

我国探月三期的主要目标之一是利用钻取采样装置获取不小于2 m深度的月壤样品并返回地球,钻进导向机构的合理设计是保证钻取采样装置顺利采样的关键。在充分分析钻进导向机构所要求的功能和性能的基础上,对钻进导向机构提出合理构型,并针对导轨副摩擦形式和接触类型的不同,提出8种设计方案。为综合评价各方案的优劣,给出评价指标集,基于层次分析法建立导轨副多方案的综合评价模型。通过对判断矩阵的计算和一致性检验,得出各方案权重,最后确定方案集中的最佳方案,为类似的多方案优选提供依据。     

基于速度性能指标的码垛机器人尺寸设计

针对一定工作空间下对袋装水泥装车机器人的结构尺寸进行初步设计,采用机构速度性能指标理论进行优选。在初步设计数据的基础上,通过D-H矩阵建立机器人末端执行器坐标系与笛卡尔坐标系的变换矩阵,得到机器人的运动学方程,获取机器人的工作空间并采用MATLAB进行仿真,初步验证工作空间与实际任务工作空间的正确性,并基于机构速度性能指标进行结构尺寸优选。该方法应用于某水泥粉磨站袋装水泥装车机器人的设计中。     

基于RobotStudio的塑料瓶分拣机器人设计

针对塑料瓶在传送带上位姿不固定无法准确抓取的情况,设计出了一种吸盘与L型对称夹爪相结合的夹持式机构。首先利用SolidWorks画出末端执行器的模型并利用自带的插件对其进行动画仿真;然后利用ADMAS软件进行运动分析,证实该末端执行器可以对不同大小的塑料瓶进行精准的抓取;最后使用RobotStudio对分拣工作站进行布局设计以及仿真,并对仿真的结果分析。实验证明：该末端执行器能够快速、精准地对塑料瓶进行抓取,且分拣效率较高,符合工业自动化的需求。     

大型空间末端执行器在轨操作运输舱策略

针对空间运输舱具有较大的速度和惯量,在对运输舱的操作过程中存在着冲击和碰撞,严重的时候会影响系统的安全的问题,研制中国大型空间末端执行器,设计大容差柔性钢丝绳捕获机构和基于滚珠丝杠螺旋传动副的拖动机构,并且对其捕获传感器系统进行设计。根据末端执行器机构特点和工作原理,提出基于Loop/Contact控制模型的捕获控制策略,有效地减小了操作对系统的冲击。建立空间微重力环境下末端执行器系统和运输舱系统的动力学模型,推导大型末端执行器在轨操作运输舱的动力学方程。计算机仿真试验证明,捕获过程中捕获力较传统方式降低50%,试验证明捕获力小于700 N,二者验证了末端执行器的实用性和控制策略的可行性,对提高大型空间末端执行器的工作稳定性具有重要意义。     

空间三指-三瓣式大容差末端执行器容差分析

容差能力是空间大型机械臂末端执行器的首要性能要求,大容差能力可以使末端执行器能弥补大型机械臂末端定位误差大的缺点。提出了一种具有大容差性能的末端执行器设计方案,并提出了基于坐标变换和关键点投影的方法,分析了影响末端执行器容差性能的关键因素,从而确定了接口的外径和楔形角以及末端执行器的包络空间尺寸是影响末端执行器容差性能的主要因素,根据分析结果对末端执行器和接口进行详细设计。通过ADAMS对详细设计的末端执行器进行了容差性能仿真分析,结果表明所提出的末端执行器方案满足容差性能要求,并验证了容差分析方法的正确性。     

[装配技术]一种自动钻铆末端执行器的设计

根据航空航天产品自动装配设备研制需求,提出了一种能够兼顾功能需求和优化目标的产品设计与评估方法,并将该方法用于有减重需求的多功能自动钻铆末端执行器结构设计。针对末端各个功能模块提出多种方案并进行评估,选择模块最佳方案的组合,并对整体结构进行改良。最终确定了一种考虑减重需求,能够实现检测、制孔及铆接等功能的自动钻铆末端执行器结构,通过与其他设计方法的对比分析和最终结构的运动仿真验证了该方法的有效性。     

基于欠驱动原理的脐橙采摘末端执行器的设计与试验

果蔬采摘机器人的末端执行器是采摘机器人的重要组成部分,直接影响采摘的成功率与采摘效率。通过分析脐橙特性,基于欠驱动原理设计了一种夹剪一体的脐橙采摘末端执行器。其整体机构由一个两层3指机械爪手构成,两层手指中的一层为剪切机构载体,另一层则为对果实抓取固定的夹持手指;剪切机构由摇杆滑块机构组成。构建剪切机构与机械手的力学模型,根据需求对相关零部件进行了设计与选型;判断了防止机械手剪切机构发生干涉的运动误差范围,并对关键受力部位进行了有限元分析。结果表明,因关键受力点变形导致的运动误差在安全误差范围内,验证了结构的合理性。通过Adams软件对其进行运动学仿真,进一步证明了该末端执行器的可行性。最后,通过末端执行器实物样机进行脐橙采摘剪切试验,机构整体采摘成功率为95%,采摘周期为4.3 s。     

一种自动钻铆末端执行器的设计

根据航空航天产品自动装配设备研制需求,提出了一种能够兼顾功能需求和优化目标的产品设计与评估方法,并将该方法用于有减重需求的多功能自动钻铆末端执行器结构设计。针对末端各个功能模块提出多种方案并进行评估,选择模块最佳方案的组合,并对整体结构进行改良。最终确定了一种考虑减重需求,能够实现检测、制孔及铆接等功能的自动钻铆末端执行器结构,通过与其他设计方法的对比分析和最终结构的运动仿真验证了该方法的有效性。     

6自由度液压机器人末端执行器控制策略

为提高6自由度液压机器人末端执行器位置跟踪精度,设计了增量式非线性逆控制方法,并对机器人末端执行器位置跟踪误差进行仿真验证。创建了6自由度液压并联机器人简图,对液压驱动系统进行建模,推导出液压流量方程式。针对传统非线性逆控制方法进行改进,设计了增量式非线性逆控制方法。采用Matlab软件对6自由度液压机器人末端执行器跟踪误差进行仿真,并与传统非线性逆控制方法对比。结果显示：采用非线性逆控制方法,机器人末端执行器运动位置跟踪误差较大;采用增量式非线性逆控制方法,跟踪误差较小。采用增量式非线性逆控制方法,可提高机器人末端执行器运动的稳定性和输出精度。     

一种通用柔性末端执行器设计和分析

设计了一种用于水果采摘机器人的通用柔性末端执行器,该末端执行器采用电机带动丝杠螺母机构,驱动平行四边形连杆机构实现动作。通过调整定位螺母改变左右手指相对方向可以分别实现对球状物体和圆柱状物体的抓取动作。为了保护某些表皮娇嫩的水果,该末端执行器增加了柔性抓取功能,并且抓取刚度可以调节。最后对末端执行器进行运动学和力学分析,并用MATLAB进行了仿真分析。     

空间站转位机构末端效应器位姿设定试验方法研究

针对空间站转位机构末端效应器地面试验要求,提出采用并联机构实现执行器与适配器之间的六维空间位姿设定。首先,设计了6自由度并联机构,并对其机构构成和工作原理进行了阐述;其次对所设计并联机构的工作空间运动学及作动器与适配器的运动干涉特性进行了数学建模,最后,编制了基于柱坐标的机构工作空间搜索算法和基于空间几何的干涉检测算法,并运用MATLAB进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的并联机构其工作空间满足末端效应器位姿设定的范围要求,并联机构各分支作动器与末端效应器之间不会发生运动干涉,验证了该方法的有效性。     

一种机器人末端执行器的运动学分析和实际应用

首先,介绍了一种新型推拿机器人末端执行器,运用螺旋理论分析了该末端执行器并联机构自由度及动平台的运动特性,通过理论分析可以实现相应中医推拿的动作要求。其次,用矢量封闭形方法对并联机构进行位置正反解分析,得到相应的位置方程,并对其求导得到了机构的速度、加速度正反解数学表达式。最后,采用MATLAB与ADAMS进行了联合仿真,证明了该中医推拿机器人末端执行器可以实现中医推拿操作,为该中医推拿机器人末端执行器的动力学建模和实际应用提供了理论基础。     

金属物料采样头结构创新设计及其稳定性分析

针对金属物料采样出现的打滑和混样问题分析了现有采样头结构上的不足,结合金属物料采样的特殊工况,设计了具有切削功能的底爪和同步清理功能的直动滑杆机构。对该机构的主要尺寸进行优化,阐述了该采样头的工作原理。对硬化层切削过程进行了稳定性分析,发现该采样头能及时切开硬化层而不产生打滑现象。最终提高了采样机的工作稳定性,消除了混样现象。     

一种新型码垛装置末端执行器的设计

为满足电池生产企业自动化生产需求,设计了一种新型码垛装置末端执行器。通过对企业生产状况及码垛作业要求的分析,设计了真空吸盘带机械保护机构的末端执行器,每次可抓取两盘电池。在总体方案的基础上,详细地进行了环槽形真空吸盘结构设计及机械保护机构的尺寸设计。该末端执行器可搭载到码垛装置(如码垛机器人)上,且适合电池生产企业的实际生产情况和需求,具有良好的应用前景。     

一种瓶装药品抓取末端执行器的研究

研究了一种瓶装药分拣抓取末端执行器。在分析瓶装药抓取影响因素的基础上,设计了一种夹持式的仿生手指抓取末端执行器;应用ADmAS软件对末端执行器进行运动分析;研究了末端执行器的特征,证实所研究的末端执行器可实现不同直径、不同重量瓶装药的柔性抓取。根据实际情况选择了末端执行器的驱动电机;研究了电机的数学模型;基于非光滑控制理论设计了末端执行器的非光滑PID控制器,应用matlab研究比较了非光滑PID控制器和线性PID控制器的性能,验证了所设计的非光滑PID控制器可实现对末端执行器的快速、稳定控制,并对药瓶抓取过程中扰动有较好的抑制能力。     

中医推拿机器人末端执行器结构优选与运动学分析

针对中医推拿中振法、按法、揉法、滚法等按摩操作手法,分析要实现这四种按摩手法所需的施力方向和运动自由度。根据其所需自由度,提出总体设计方案,对并联机构执行器进行了多种机型设计,借助ADAMS软件从按摩手法中的滚法所需的摆动幅度以及同等按摩力度所需的驱动力参数等方面进行机型优选,并对优选机型进行了三维建模和模型制作。通过运动学分析与仿真验证,说明该机构具有良好的运动学性能,且位置正反解分析简单,为后续的机器人控制以及机器人的产品化提供了理论依据。     

基于ADAMS的移栽机末端执行器虚拟设计及参数优化

针对市场上穴盘苗自动移栽机末端执行器取苗损伤率高和对不同规格穴盘取苗适应性差的问题,采用气动入穴-电动夹取的片状夹持手指取苗方式,根据偏心摇杆滑块机构原理设计一种简单可靠的取苗末端执行器。通过ADAMS虚拟设计,对末端执行器机械手爪结构进行参数化优化,确定了机械手爪的最优结构及取苗参数,提高了对不同规格穴盘取苗的适应性,且最大限度地降低了钵苗基质损伤;该优化设计方法很大程度上缩短了产品设计的周期和成本,可作为更为复杂产品设计时的借鉴方法,且可有效避免因作业时更换末端执行器而降低作业效率的问题。     

在线监控型采样装置的研究及应用

针对现有的采样设备运行没有过程监测,无法判断每次采样和制样过程的有效性,影响采样精密度稳定性的问题,介绍了在线监控型采样装置的工作原理、技术特点及应用效果。通过采样设备运行监控管理系统在线实时监测采样单元重量和对应的初级子样数目及每个子样量、每个子样量对应的缩分次数及每次缩分后的试样量和总样,与设计及标准采样参数监测比对,实时记录和自诊断各指标是否符合设计和标准要求,汇总运算并输出采样单元所对应的采样比和提取比,可追溯判断每次采样和制样过程的有效性,量化采样系统精度和试样的可信度,使采样精密度长期稳定可靠,在现场应用中取得了良好的实用效果。     

核辐射环境下机器人末端快换装置的设计

针对不同的核辐射环境下,对机器人末端执行器的快速自动更换过程进行分析研究,设计了一种机器人末端快换装置,包括连接件、内置液压缸、端盖、锥形卡扣、锁紧连杆、弹性缓冲垫圈、末端执行器连接体,提高了机器人末端执行器的换装效率及换装可靠性,且在满足工作需求的前提下,使其结构简单,便于生产制造。     

基于气动式机械末端执行器主动柔性接触研究

针对现有很多基于气压式机械执行器末端与环境接触冲击过大,容易造成机械损伤等问题,该文提出了一种基于阻抗控制的柔顺控制器,用于缓解机械末端执行器接触力,实现友好接触。首先,以气压式机械末端执行器为研究对象,设计并阐述气动执行器工作原理和基本组成,并建立气压执行器基本数学模型;然后设计基于阻抗的柔顺控制器算法;最后搭建基本实验平台,以该平台作为实验,验证执行器末端对于期望力的跟踪性能,间接验证执行器末端对力的柔顺效果,实验结果表明,该控制器算法能够有效的实现主动柔顺控制效果。