多轴协同运动机器人焊接工作站设计

为了满足大尺寸工件焊接范围大、作业困难、尺寸规格多等工艺要求,设计了由六轴工业机器人本体与两个外部轴相组合的焊接工作站。工作站中机器人轨道行走系统作为第七轴,伺服变位机作为第八轴,由机器人控制柜同时控制,实现八轴协同焊接作业。机器人本体采用倒挂式安装在行走轨道上,使机器人重心时刻处于工件正上方,从而以最佳姿态焊接工件。调节伺服变位机从动端,适应不同尺寸工件的夹紧固定要求,实现多规格工件的柔性生产。文中介绍了该焊接工作站的组成、基本工作原理、多轴协同控制等内容。现场实际运行结果表明:该工作站能够精准地实现多轴协同运动,较好地满足了大型工件对焊接工艺提出的高要求。     

并联六轮腿机器人机身平稳性控制方法研究

轮腿式机器人在非结构化路面运动时,机身平稳性控制对于提高运动平稳性、降低系统能耗、提高定位与建图精度等具有重要意义。针对并联式六轮腿机器人在通过不规则地形时足端悬空、姿态倾斜、机身晃动等问题,提出一种融合足端力控制器、姿态控制器及重心高度控制器的机身平稳性控制框架。其中,足端力控制器通过阻抗控制算法抑制机器人足端受力因地形变化带来的突变扰动;机身姿态控制器对机身倾斜角进行解耦,并控制各腿的长度补偿机身的偏移量;重心高度控制器根据各腿的伸长量自适应地调节机身高度,保证腿部执行机构具有足够的运动空间。针对三种控制器相互耦合、对外部扰动抑制效果不佳等问题,利用串级控制的思想将三种控制目标统一为力跟踪控制,降低机身振荡的风险。在并联式六轮腿机器人上进行了实验验证,结果表明所提出的控制算法框架能有效抑制外部地形扰动,当机器人以大约0.6 m/s的速度前进时,机身的俯仰角及横滚角保持在-0.7°~0.7°范围内,足端接触力维持在期望力附近,且机身重心高度随地面起伏自适应地调整,确保了机器人的运动平稳性。     

轨道式垃圾回收机器人设计与分析

针对高速公路高峰期拥挤产生的垃圾等问题,设计一种轨道式垃圾回收机器人,由光伏发电装置、机器人壳体、末端手爪、关节臂以及控制系统等组成,主体结构采用双臂三关节结构,采用西门子PLC控制系统,通过控制关节臂的旋转以及偏转、末端手爪的旋转及开合等动作来实现工作的目的。结合外场作业的特殊性,采用光伏能源装置,对其结构及控制系统进行设计,通过对机器人进行三维建模、运动和控制仿真分析,验证系统的可行性及有效性。     

用于GIS设备内部爬行的仿壁虎机器人设计

根据气体绝缘金属封闭开关设备内部的作业需求,通过对壁虎的身体结构和运动规律的研究,设计了一种能在变电站气体绝缘金属封闭开关内部稳定爬行的基于真空吸附的仿壁虎机器人结构,并进行相应的控制系统硬件设计和控制系统软件架构设计。设计相应的运动步态,选用对角步态实现机器人的直线行走和横向行走。在理论设计的基础上,制造样机并在圆形管道内进行测试实验。实验结果表明,遥控器可以控制机器人端和真空吸附端,并且可以返回当前状态。在指令的控制下,机器人可以沿管壁进行前后和横移爬行。     

面向核退役设施拆除的机器人遥操作系统设计及实现研究

在核电站等具有强核辐射的高危环境中,遥控机器人拆除核退役设施具有非常重要的意义。在自行研制的核退役设施拆除机器人基础上,文中设计并实现了遥操作主端,为操作者提供手柄控制、编程控制和示教控制等多种控制方式。由于操作者与机器人在空间上是隔绝的,操作者无法实时观察机器人空间构型。为了避免机器人遥操作过程中的自碰撞问题,设计了机器人虚拟仿真软件。通过导入机器人几何模型,增加碰撞检测功能,为操作者实时反馈现场机器人作业时的构型,提升机器人作业操作的安全性。     

基于足端轨迹规划算法的液压四足机器人步态控制策略

设计一种液压四足机器人仿生机构,通过设定相应的坐标系为机器人进行运动学建模,并对行走过程中单腿的相位关系进行了分析。针对行走过程中足端的拖地、滑动和接触冲击等问题,提出一种零冲击的足端轨迹规划改进算法,并实现了步态规划算法设计。步态规划根据步态中各腿间的相位关系,借助四足机器人运动学模型进行逆运动学解算,求出各腿的关节角度函数,利用机构的几何关系得到各液压缸伸缩量控制函数,对试验样机各腿进行伺服驱动控制,从而实现液压四足机器人的步态规划行走。仿真试验结果表明,在该策略驱动控制下液压四足机器人行走过程连续平稳,样机足端轨迹较为平滑,躯干起伏较小,证明了该足端轨迹规划方法用于四足机器人步态设计的合理性和有效性。     

大尺寸变直径管桩端板夹具的设计及有限元分析

设计了一种用于管桩端板搬运机器人的大尺寸变直径夹具,可夹持外径为300mm~600mm、内径为160mm~380mm、厚度为14mm~25mm范围的管桩端板。利用电控永磁技术及直线滑轨设计,可以实现对多种尺寸规格管桩端板的快速可靠夹紧。建立了滑轨有限元分析模型,通过对夹具在两种工作状态下的静力分析,发现了轨道扭转变形过大的问题。通过调整轨道模型的约束结构,改善了夹具受力状态。有限元计算结果表明,修改后的模型达到了设计要求。     

移动机器人遥操作中的力反馈控制

通过力反馈的实现提高对机器人的遥操作可靠性。控制端与机器人之间通过AdHoc架构的PeertoPeer无线网络实现从机器人到主控端的视频传输、传感器信息传输以及主控端到从机器人的控制信息的传输。详述了利用便宜的力反馈手柄控制机器人的力反馈控制策略     

基于深度Q网络学习的机器人端到端控制方法

为了提高机器人在没有障碍物地图或者激光雷达数据稀疏情况下进行无碰撞运动的准确性,将强化学习与深度学习方法融合,提出了一种基于深度Q网络学习的机器人端到端控制方法。首先,利用传统Q学习方法进行强化学习,生成大量的有标签数据样本;然后,利用深度神经网络构建从激光雷达数据输入到机器人运动速度输出的端到端控制模型,该模型由输入层、输出层和两个全连接层组成;最后,在仿真环境中完成了模型的训练和评估,并将其部署在机器人平台上测试。实验结果表明,该方法训练生成的模型有效地建立了激光雷达数据与机器人运动速度之间的映射关系,按照这种映射关系,机器人在每一个控制周期选择Q值最大的动作执行,能运动平顺地规避障碍物。     

钢瓶自动化仓库优化设计与轨道布置研究

根据实际要求,设计钢瓶自动化仓库结构,包括货架的设计和机器人的设计,该机器人应该具有良好的状态保持性、稳定性、足够的刚度和合理的机构以保证运输钢瓶过程中的安全性。利用有限元的方法对关键零部件校核,同时确定在振动、行走机器人加减速以及轨道换向时各部分的受力及变形情况。最后选择轨道形式并对自动化仓库轨道布置进行规划,根据钢瓶自动化仓库的基本特征,建立自动化仓库的数学模型,以机器人完成取放钢瓶任务的时间为评判标准,讨论了几种轨道布置形式,通过对比最终确定一条主干道加上两条辅道的轨道布置形式。     

阀厅智能巡检机器人系统

换流阀是直流输电过程中的关键设备,为保证其可靠运行,需要定期巡检。介绍了用于阀厅设备巡检的机器人开发背景,研制了用于阀厅室内的可对换流阀塔、套管等设备进行外观检测和红外测温的轨道式巡检机器人。该巡检机器人既可通过人工操作执行巡检任务,也可根据预设任务全自主进行巡检。设计了其系统架构,并分别对轨道驱动系统、通信控制系统和应用软件系统设计做了说明。机器人样机的应用表明该巡检机器人的系统结构设计合理,运行可靠,检测效率和质量高,可较好地替代人工进行常规巡检工作。     

基于Workbench的某轨道机器人主体关键零部件的轻量化设计

龙骨结构是某轨道机器人运行时的主要承载机构,对其进行轻量化设计对于机器人整体的轻量化具有重要的意义。该款机器人的龙骨结构存在一定的设计裕量,该龙骨结构虽然保证了轨道机器人的强度,但是同时增加了轨道机器人的整体质量。为降低机器人质量,同时保证轨道机器人的强度,对龙骨结构进行轻量化设计。与初始设计的模型相比,在保证该结构最大形变量不变的基础上,对最大等效应力和龙骨结构进行优化,龙骨结构质量减轻28.15%,最大等效应力降低0.15 MPa,龙骨结构强度提高了4.6%,实现了龙骨结构的轻量化设计。     

一种气动竞赛机器人的研制

根据比赛机器人功能要求,设计了一种气动控制机器人,论文详细地介绍了机器人的结构特点、工作原理和设计方法.该系统的控制功能由PLC控制器控制气缸的定位.     

多关节机器人反馈线性化双模糊滑模控制

为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。     

液压驱动单腿跳跃机器人柔顺着地分析与控制

为缓解液压驱动足式机器人动态步态行走时着地瞬间足端冲击对机器人系统及其运动控制的影响,提出了一种基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法。以液压驱动单腿跳跃机器人为研究对象,分析机器人足端着地冲量,通过选择合适的机器人着地姿态和减小机器人着地前足端速度实现机器人柔顺着地,为此在空中相进行余弦速度曲线关节运动轨迹规划,以及着地相进行余弦函数关节运动轨迹规划。将该方法分别应用于基于MATLAB/Simulink软件建立的仿真模型和试验样机进行单腿竖直跳跃控制实验,仿真和试验结果显示采用该方法的机器人跳跃控制消除了足端着地瞬间地面作用力在膝关节液压缸无杆腔形成的液压冲击,实验结果表明提出的基于关节运动规划的机器人柔顺着地控制方法合理可行。     

基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制

分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解.静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路.建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法.在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法.实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础.     

轮式智能格斗机器人的设计

该项目机器人传感器采用红外检测模块与灰度模块,通过合理布局,两者互相搭配实现主要的外部检测功能,且程序设计逻辑清晰,在最低成本下达到较高的稳定性与实用性。共使用14个E18-D80NK红外光电传感器和2个模拟灰度传感器,图像识别系统由一部连接摄像头的“树莓派”电脑板通过运行OpenCV来完成。控制系统为基于STM32F103VCT6芯片的Luby控制器,机器人在整个比赛过程中无需人工介入,能自主完成形势判断以及动作控制。采用BDMC1203驱动器作为电动机驱动模块,通过信号端与信号地端相互连接。在数据采集上使用单片机定时器,对采集的数据运用中值滤波算法,确保数据的准确性。在结构设计上采用SolidWorks三维软件对机器人进行设计构造,机器人主体采用一体成型的3D树脂打印技术,实现有效减少振动并提高整体稳定性的功能,武器设计上采用双段式设计,在铲尖发生磨损时体现便于更换的优点。     

基于滤波器的漂浮基空间机器人协调运动的滑模控制

本文讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,空间机器人姿态、关节协调运动的滑模控制问题。首先,由系统动量守恒关系和拉格朗日第二类方法,建立了漂浮基空间机器人的系统动力学方程。以此为基础,在滑模控制器输出端加入低通滤波器,设计了漂浮基空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的控制方案。此控制方案可有效地滤除滑模控制器输出的高频振动信号,减少了空间机器人在运动过程中引起的振动。最后,数值仿真的结果,证实了该控制方案的有效性。     

新型电缆隧道巡检机器人机构设计与轨道优化仿真

针对目前已有的电缆隧道巡检机器人存在的缺陷,提出了一款新型电缆隧道巡检机器人设计方案,进行了轨道结构设计、行走机构设计、制动机构设计,同时针对轨道结构做了有限元优化分析。分析表明:该机器人具有运动速度快、定位精度高、能紧急制动等特点。     

新型轮腿机器人步态规划策略

设计了一种新型步态可切换轮腿机器人。该机器人步态切换机理易于实现且不存在冗余机构,驱动系统置于封闭空间内,可在两栖环境下应用。基于模型控制步态的策略,规划了轮腿机器人的足端轨迹;利用运动学模型分析求解出各关节变量,对步态控制策略进行研究,并利用实验样机验证了基于足端轨迹规划的机器人步态控制策略的可行性。