并联机器人汉字球面雕刻刀路规划研究

目前，将并联机构应用于未来加工领域的研究已成为热点，并联机器人以其结构优势在高刚度、高强度和高精度等场合将得到广泛应用，但关于并联机器人在汉字雕刻领域的研究尚未展开。该文研究了并联机器人在球面雕刻汉字所遇到的若干问题，包括平面刀路向球面刀路的映射方法、圆弧插补及刀具姿态实时规划算法等，给出了算例并用实验室拥有的6—PURU并联机器人进行了验证，结果表明文中所提方法是有效和可行的，从而对扩大并联机器人的应用范围奠定了基础。     

基于AutoCAD平台的六自由度并联机器人

本文研究基于AutoCAD平台的六自由度并联机器人在姿态给定情况下工作空间(即位置工作空 间)的几何确定方法,该方法以机器人的运动学反解为基础,得出Stewart并联机器人和6-R TS并联机器人位置工作空间的边界方程,从而得出Stewart并联机器人的位置工作空 间是6个球体的交集,6-RTS并联机器人在姿态给定时其工作空间是6个相同的规则曲面体 的交集．基于AutoCAD平台,其交集以及交集的容积可以很容易的得出,该方法是确定六自 由度并联机器人工作空间的一种简单、有效方法．     

一种新型的并联机器人位姿立体视觉检测系统

建立了一种并联机器人位姿立体视觉测量系统框架,主要包括图像采集与传输、摄像机标定、尺度不变量特征变换（SIFT）匹配、空间点重建和位姿测量五个部分。该系统基于SIFT,能够很好地处理图像在大视角有遮挡、平移、旋转、亮度和尺度变化时的特征点匹配,有较高的匹配精度,特别适用于对并联机器人多自由度和空间复杂运动的检测。最后使用该方法对并联机器人位姿检测做了仿真实验。     

一种并联激光焊接机器人的机构设计与运动学分析

提出了一种3 分支5 自由度的并联激光焊接机器人,通过3 个分支共同作用,使整机具备了5 个自由 度的空间加工能力．针对激光焊接,通过分析该机器人的结构特性,建立了其正反解运动学模型,通过解析法求解 该模型并进行了计算仿真．最后,对机器人进行激光拼焊实验,仿真数据和实验结果表明,本文研究的并联机器人 机构适用于实际的高速、高精度激光焊接．     

高速运动下并联机器人主动支链的动力学耦合特性

为研究并联机器人主动支链间在关节空间内的动力学耦合特性,首先,建立了一般并联机器人基于关节空间的动力学模型,进行了动力学耦合力矩分析,定义了动力学耦合强度系数,该系数适用于一般并联机器人动力学耦合特性描述,且具有统一标度.然后,以一种2(3HUS+S)并联机器人为例,基于动力学耦合强度系数进行了动力学耦合特性分析,得到了动力学耦合特性在所需运动轨迹内的变化规律,并设计实验测得了主动支链的实际耦合力矩,通过对比分析验证了理论研究的正确性.最后,针对2(3HUS+S)并联机器人,得到了其动力学耦合特性随结构参数的变化规律,通过适当减小连接杆长度及动平台半径与底面基座半径的比值,可在一定程度上降低主动支链间的动力学耦合程度.     

一种面向并联机构的雕刻刀具系统设计

设计并实现了一种新的面向并联机构的雕刻刀具系统．整个系统主要集成了主轴—刀具子系统、工件平台及多传感器子系统、电气控制子系统等部分．通过所设计的刀具系统与并联机器人的有机结合,实现了汉字的雕刻及雕刻过程中力/力矩信息的实时监控,验证了其可行性和有效性．     

基于离线编程技术的喷涂机器人第七轴开发

基于离线编程技术的喷涂机器人轨迹生成已成为喷涂机器人控制方法的发展趋势。通过对现有的六轴机器人轨迹生成方案的分析和研究,提出了在喷涂轨迹设计中增加第七轴的方案。该方案通过改变六轴机器人的运动方式扩展了机器人的可达空间,使其能够完成复杂工件曲面的喷涂。实验结果表明,与传统的六轴机器人轨迹生成方案相比,所提出的方案对于复杂曲面的喷涂效果更好,更适于实际工业应用。     

基于遗传算法的动态视觉检测系统

建立了一种基于二自由度机器人视觉伺服系统,该系统通过实时监控和跟踪运动目标,实现对运动目标的相对距离和瞬时速度的动态检测;该系统为双目视觉系统,采用遗传算法进行特征点匹配,利用其随机搜索的特点,更快更好地找到全局最优值,从而得到较高匹配精度的点,最后通过三维重建和建立速度模型,实现了对机器人动平台运动参数的动态检测,并给出测量精度及改进方法;实验结果表明,此方法方便、有效,获得了较满意的检测结果;此方法还适用于多自由度并联机器人和空间复杂运动的检测。     

具有强鲁棒性的三维对象多视变分分割方法

针对校准摄像机采集系列图像的三维分割重构问题,提出了一种新的面向概率描述的变分方法。首先,计算系列图像的极大似然曲面,可重构与分割保持一致的三维曲面;接着,融合联合概率,可重构目标对象及图像背景的平均强度及标准差;最后,采用水平集框架,可实现对曲面能量方程的数值模拟。该方法适用于复杂拓扑结构重构及噪声数据处理。实验结果表明,该方法实用性好,鲁棒性强,对任意三维对象的分割重构效果较形状雕刻方法及体视分割方法理想。     

基于WSN的群体机器人实验平台设计

无线传感器网络和群体机器人的是当今研究的热点问题.移动机器人和无线传感器网络相结合,可以扩展机器人的感知空间,增强机器人的通信和交互能力.针对群体机器人的特点,结合无线传感器网络较强的感知能力和通信能力,开发了一套基于WSN的群体机器人实验系统.设计了适用于群体机器人实验的通信系统,制定了一套适用于群体机器人实验的通信协议,并提出了基于WSN的群体机器人相对定位方法.通过对群体机器人一致性实验,验证了系统的实时性和有效性.     

面向自动雕刻特征知识获取与搜索方法

提出面向雕刻学习的基于特征的框架知识描述方法，该方法具有搜索简便、便于分类记忆等特点，有利于描述雕刻特征及其雕刻工艺过程、继承雕刻艺术风格。在雕刻学习过程中，通过交互式“传授”与机器学习，能方便地利用雕刻者的经验知识建立起知识框架结构，实现对雕刻曲面的精确描述。     

Robot contact tasks in the presence of control target distortions

This work refers to the problem of controlling robot motion and force in frictional contacts under environmental errors and particularly orientation errors that distort the desired control targets and control subspaces. The proposed method uses online estimates of the surface normal (tangent) direction to dynamically modify the control target and control space decomposition. It is proved that these estimates converge to the actual value even though the elasticity and friction parameters are unknown. The proposed control solution is demonstrated through simulation examples in three-dimensional robot motion tasks contacting both planar and curved surfaces.     

曲线孔电火花加工机器人控制系统的研究

在分析研究曲线孔电火花加工机器人机构组成与工作原理的基础上 ,研制出了曲线孔电火花加工机器人控制系统 ,介绍了该控制系统的软、硬件组成及设计原理。采用该机器人控制系统可加工形状较为复杂的空间曲线孔     

Time-optimal tool motion planning with tool-tip kinematic constraints for robotic machining of sculptured surfaces

A time-optimal motion planning method for robotic machining of sculptured surfaces is reported in this paper. Compared with the general time-optimal robot motion planning, a surface machining process provides extra constraints such as tool-tip kinematic limits and complexity of the curved tool path that also need to be taken into account. In the proposed method, joint space and tool-tip kinematic constraints are considered. As there are high requirements for tool path following accuracy, an efficient numerical integration method based on the Pontryagin maximum principle is adopted as the solver for the time-optimal tool motion planning problem in robotic machining. Nonetheless, coupled and multi-dimensional constraints make it difficult to solve the problem by numerical integration directly. Therefore, a new method is provided to simplify the constraints in this work. The algorithm is implemented on the ROS (robot operating system) platform. The geometry tool path is generated by the CAM software firstly. And then the whole machine moving process, i.e. the feedrate of machining process, is scheduled by the proposed method. As a case study, a sculptured surface is machined by the developed method with a 6-DOF robot driven by the ROS controller. The experimental results validate the developed algorithm and reveal its advantages over other conventional motion planning algorithms for robotic machining.     

SolidWorks二次开发曲面离线编程及运动仿真

为了解决人手动示教提取曲面轨迹困难且操作繁琐的问题,采用Visual Studio对SolidWorks软件进行二次开发的方式进行机器人的曲面离线编程,并且以DLL插件的形式自动加载到SolidWorks中.系统通过将曲面进行UV参数化进而实现离线轨迹的快速提取和机器人控制代码的生成,再以DH参数表示机器人模型,最后通过遍历关节角的方式实现机器人的运动仿真.实践证明,该系统离线编程生成的控制代码能够直接下载到机器人控制器运行并达到了实际预期的效果.上述系统对工业场合的实际开发应用和国内中小型企业快速加工多种零件具有重要的意义.     

Determining surface orientation by projecting a stripe pattern

A method is presented for determining the surface orientations of an object by projecting a stripe pattern on to it. Assuming orthographical projection as a camera model and parallel light projection of the stripe pattern, the method obtains a 2 1/2-D representation of objects by estimating surface normals from the slopes and intervals of the stripes in the image. The 2 1/2-D image is further divided into planar or singly curved surfaces by examining the distribution of the surface normals in gradient space. A simple application to finding a planar surface and determining its orientation and shape is shown. The error in surface orientation is discussed     

机械系统误差分析新方法

基于拓扑反变基本原理,建立用于描述机械系统运动误差问题的原始信息空间和目标信息空间以及拓扑反变映射算子,将系统的输出运动误差空间反推到误差源空间,通过减小相应误差源的误差为进一步提高系统的工作质量奠定了基础。将该方法应用于并联机器人的误差问题,通过对并联机器人误差模型进行仿真分析,得出减小位置参数误差可有效提高并联机器人精度的结论,验证该理论方法的有效性。     

Normal contact stiffness identification-based force compensation for a hardware-in-the-loop docking simulator

Docking is a very important and challenging space operation. To ensure the safety and reliability of the docking, the thorough ground verification is necessary. Hardware-in-the-loop (HIL) simulation is a good choice, especially when the geometric structure of the docking device is complex. However, the HIL simulation suffers from energy increase and instability since time delay in the system is unavoidable. In this study, a six degree-of-freedom (DOF) parallel robot is used as the motion simulator to physically perform the contact in the simulation. To achieve system stability and high fidelity, a normal contact stiffness identification-based force compensation method is proposed. The contact force is compensated through identifying the time-varying stiffness along the normal direction of the contact surface. The 6-DOF force-moment compensation algorithm for the HIL parallel robot system is presented in detail. Simulations and experiments are both carried out, and the results show that the proposed compensation method is effective.