基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法及应用

混联机器人机构兼有并联机构刚度好、定位精确及串联机构工作空间大、控制解耦性好等两方面的综合性能及优点,其设计的关键是基于操作器方位特征集的串(并)联自由度数目和顺序分配、组合方式及新型少自由度并联机构模块的构造及其性能评价.提出基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法,提出单点作业、多点协同作业二类混联机器人的定义、符号表示方法并分析其优缺点;给出按这二类作业方式设计3～5自由度混联机器人分别可能构造出的全部结构组合方案、设计原则和步骤;据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构实例,并研制单喷枪、三喷枪协同二款五轴混联高速喷涂机器人,比较这二种结构的性能优劣.研究为混联机器人机构的机型设计提供了一种一般性方法,为复杂先进装备的创新研制提供了机构设计的基础.     

基于装配特征的装配建模

提出了一种基于装配特征的零件装配模拟方法,设计者只需指定参与装配的两个零件上装配区域内的任一面,就可以自动完成零件装配的整个过程,在两个零件模型中,参与装配的面集及对应关系确定以后,零件装配的过程包括装配自由度,装配基面的确定及装配特征坐标系的建立等即可自动完成,在并行协同设计中,零件参数改变后,可以实现零件的完全自动装配,而不再需要设计者的任何操作。     

支持虚拟装配的装配约束关系信息动态生成

分析了虚拟装配规划中装配模型重构对装配约束关系信息的需求,提出了装配约束关系信息动态生成的处理技术.通过分析装配特征及装配特征信息,建立了基于装配特征的装配关系模型.将装配约束关系信息以零件为单位构建零件装配约束关系集,以子装配体内所有零件装配约束关系集为集合元素,构建子装配体装配约束关系集族.通过子装配体装配约束关系集族的"广义并集"与"广义交集"的差运算,获取子装配体与其外部零件之间的装配约束关系信息;通过子装配体或装配体的装配约束关系集族的"广义交运算",并利用装配约束二元关系的传递性,获得零件之间未定义的装配约束关系信息,从而实现装配关系模型信息的动态生成,以支持虚拟装配中装配模型的重构、装配规划和装配仿真.     

基于成本约束的机械产品装配实现

针对并行设计中的性能需求和成本约束,提出了一类自上而下的并行环境下装配设计的实施模式,发展了该模式下的装配建模方法及装配设计表达方式;讨论了模型对产品设计与装配规划实施的设计准则.针对具体实例,对产品的装配性、装配方案的选择进行了分析及优化,获得了最优的装配实现路径.结果表明,提出的装配模型能够优化装配过程,并有利于缩短工期和降低成本.     

基于装配定位约束的功能公差规范设计

为研究与产品几何规范标准体系(Geometrical product specification,GPS)一致的功能公差规范设计方法,基于新一代GPS的恒定类研究零件在装配体中定位的接点分类及其优先次序确定原则,并对现有装配有向图进行改进,增加装配定位约束的表达;研究几何功能需求的表达与分解方法,并基于改进装配有向图研究了零件-零件之间分界面的公差规范设计技术,提出一种几何功能需求-几何规范的功能公差设计新方法,实例验证所提方法的可行性。     

基于装配约束关系的零部件参数化设计

首先分析了零组件的一般参数化设计的常见方法 ,针对存在的定位关系复杂组件 ,提出了一种基于装配关系的参数化设计方法。文中着重阐述了该设计方法的原理 ,即采用关联参数建立多个组件间的关联可以实现复杂组件的参数化建模。最后基于三维 CA D造型系统 U G平台 ,给出了航空发动机单级叶片和盘的整体参数化设计实例 ,验证了该方法的可行性     

基于特征的产品装配建模系统

分析了特征概念在装配领域的意义和作用。描述了表达产品自顶向下设计过程的装配模型的内容,建立了一个基于特征的产品装配模型,并在此基础上给出了系统的具体实现和应用实例。     

基于装配约束库的配合关系相似度的研究

参数的传递在装配件变型设计中非常重要,而构造尺寸约束方程式是实现参数传递的有效方法。通过分析装配约束的特点,阐明了装配约束语义的表达和装配约束关系的定义。构造了基于装配语义和约束关系的装配约束库。在装配语义表达和装配约束关系定义的基础上,对适合于装配约束库的相似性算法进行了研究,提出了基于装配约束库的配合关系相似度算法,并实现了一定程度上的尺寸约束自动生成。通过具体事例对该算法进行了验证和实现。     

装配主线引导的典型部件智能化装配方法

针对产品装配智能化提升需求及人机交互操作引起的装配效率问题,提出一种装配主线引导的典型部件智能化装配方法。依据部件装配结构和特征配合等属性,通过提取装配特征对及装配特征序列化配合关联信息,对装配特征匹配关系进行等效简化,构建装配特征配合关系图。引入装配主线概念,以部件装配主路线及关联装配配合等完成装配主线的分类及装配主线内各级主线的智能装配;以装配主线间配合寻位、特征配合自由度规约及装配序列规划等为引导,通过主线端口匹配,完成各级装配主线间的装配配合序列和关系构建。基于特征配合约束映射、装配特征对匹配推理算法及装配建模智能算法等环节,实现典型部件的动态智能装配。以典型部件为实例验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于特征和约束的面向制造的设计

面向制造的设计（ＤＦＭ）是并行工程中最重要的研究内容之一。在特征和约束的基础上,提出了一种零件模型的ＤＦＭ方法。零件模型的各种信息用特征描述,然后利用人工智能的技术,建立特征评价专家系统,对每个特征用相应的约束进行检查,以确认其可制造性。     

基于特征的装配模型及装配序列规划研究

为了充分利用CAD模型信息进行装配序列规划,将单一零件和子装配体统一为装配单元,建立了基于装配特征的产品层次模型。通过装配特征矩阵的建立来分析装配单元的自由度信息,进而确定其可拆卸程度。基于可拆即可装的假设,对可拆卸启发式规则、拆卸方向和连接关系进行分析,生成产品的拆卸/装配序列。在对装配序列进行优化的基础上,生成可行的装配序列。以球阀产品为例详细介绍了应用情况。     

基于优先约束关系的装配序列规划研究

利用联结图方法建立设备的装配关系模型,生成联结矩阵,并利用子装配体的概念对模型进行简化.利用联结图模型分析零件间的优先约束关系生成优先关系矩阵,利用优先约束矩阵生成设备的可行装配序列,为设备装配序列选优提供基础.     

基于柔顺控制的航天器大部件机器人装配技术

针对航天器大部件装配需求,给出一套基于力/位控制的机器人柔顺装配方法。基于装配界面作用力方向及机器人工具坐标系方向,实时计算用于力/位控制的笛卡尔坐标系。为避免力控制过程中的机器人抖动,设计了力与机器人速度的S型关系曲线。针对自由空间力控制、销钉导向等典型应用需求给出了力/位控制策略。针对机器人负载发生变化情况下的界面分离问题,对机器人在装配不同阶段下负载的质量特性进行预先测量,在界面分离时进行负载质量特性参数的切换,实现对应负载的重力补偿,并采用柔顺控制方法释放待分离界面的作用力,最终实现界面安全分离。试验结果表明,采用所设计的力/位控制方法,在工件安装的各主要过程中,工件可以稳定顺应外部约束,最终安装到位,在界面分离阶段,所述方法可以有效释放界面作用力,实现界面安全分离。     

一种基于特征的快速装配方法

为提高模型装配效率,提出了一种基于装配特征的产品快速装配建模方法.该方法首先由用户根据装配特征定义产品装配模型,然后由程序自动将基于特征约束的装配模型转换为常规的基于几何约束的装配模型,从而实现快速装配.研究了装配特征表示、基于特征约束的装配模型和约束转换等关键技术,并以馈线结构快速装配系统为案例,验证了方法的有效性.     

面向对象的柔性装配系统约束网络建模与设计

通过对柔性装配系统的领域分析,运用并行设计的思想建立了面向对象的ＦＡＳ统一概念设计模型,并进一步将其转化为ＦＡＳ并行设计系统的约束网络模型。最后提出结合面向对象概念和数据库技术来完成ＦＡＳ模型库的计算机实现,从而使整个ＦＡＳ模型的构成具有高度的柔性、适应性与可扩展性,为设计一个高性能的ＦＡＳ打下基础。     

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

基于有序单开链理论与方法，提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程；给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型；按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入一输出控制解耦性、拓扑对称性等特性，对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类，依不同设计要求，推荐优选机型。     

基于功能结构树的工艺子装配体识别及其装配约束关系的分析

针对复杂产品工艺子装配体识别的问题,提出了一种基于功能结构树的工艺子装配体识别方法。首先给出了产品的功能子装配体和工艺子装配体的定义和性质,给出了判断功能子装配体间干涉关系的算法;然后通过分析功能子装配体间的干涉关系和稳定性,提出了识别工艺子装配体和生成装配工艺结构树的算法,并给出了工艺子装配体装配约束关系方程组的计算步骤,最后通过实例验证了所提出方法的正确性和可行性。该方法简化了子装配体的识别过程,为提高大规模装配体的装配效率提供了条件。     

基于约束的分布式产品特征设计系统

面向分布式产品设计活动的管理与控制,基于特征和约束技术,本文提出了一个分布式产品设计系统,对系统的结构、方法和应用实例进行了说明。采用特征和约束来建立产品模型,并通过特征算法来控制和协调分布式产品设计活动。     

面向装配设计过程中的优化方法

面向装配设计过程中往往会涉及到几何形状的复杂性和任意性 ,以及大量的非线性数值约束和大量的不可形式化的约束 ,因此需要有效的优化方法 ,本文着重介绍了针对装配过程中装配序列优化、装配公差分析及可装配性评价等各个功能模块优化求解算法 ,讨论了其存在的问题及发展趋势。     

基于约束网络的柔性装配系统建模方法研究

提出用约束网络方法对机器人柔性装配系统进行建模,该建模方法用变量描述装配对象与装配工艺、系统结构的约束关系,改变了传统装配系统的串行设计模式,该方法具有灵活性、易于修改和多向性,能较好地利用并行工程概念对系统进行设计。