基于虚拟样机技术的攀爬机器人仿真分析

随着攀爬类机器人技术的不断发展,对能够攀爬复杂三维钢架结构的机器人的需求日益增多。针对一种带脚钉的特殊钢材塔架,提出了一种气动攀爬机器人本体设计方案。利用SolidWorks建立设计方案的三维模型,将其导入Adams中建立虚拟样机模型,并进行运动学及动力学的仿真,测量分析了重要的动力学参数,并运用Adams的二次开发技术,追踪了机器人模型总质心的坐标轨迹。验证了方案的可行性,研究了其运动及动力学性能,为物理样机的研制提供了重要的理论依据。     

一种爬杆机器人的结构设计与性能分析

针对城市杆状建筑的清洗和维护问题,设计了一种新型爬杆机器人,采用一个驱动机构完成了移动和夹持两种功能。研究了爬杆机器人在攀爬过程中的步态,并建立了爬杆机器人的虚拟样机,利用多刚体动力学仿真软件ADAMS完成了机器人攀爬过程的仿真,分析了机器人攀爬过程中的位移、电机转矩与机械手夹持力的变化情况。仿真结果表明,机器人能够按照预定方向完成平稳的运动,电机转矩有一定波动但不影响机器人的攀爬稳定性。通过仿真分析可知,单侧机械手与灯杆之间平均接触力大小约为32.4 N,机器人对灯杆直径变化有一定的适应能力。     

阶梯攀爬机器人行走机构的设计与动力学分析

利用曲柄滑块机构传动性能和机构特性,设计了一种新型的适用于攀爬阶梯的机器人行走机构。简要介绍了阶梯攀爬机器人新式行走机构的结构和工作原理,通过建立行走机构数学模型,利用哈密尔顿原理建立了系统的动力学方程;运用机械系统动力学分析软件ADAMS对行走机构进行动态仿真分析,得到关键运动部件的运动规律曲线和动力学分析曲线;结果表明,该行走机构的设计方案具有可行性、合理性、可靠性、正确性和适用性。ADAMS对其复杂结构的仿真准确可靠,反映了各个构件间冲击和扰动产生的动力学响应,为行走机构减震降噪的优化设计提供了重要参数。     

风电叶片检测机器人设计与运动仿真研究

为了降低风电叶片检测维修的成本,综合设计制作了一种可以在叶片表面攀爬检测的六足机器人。根据叶片参数确定了机器人整体尺寸,采用SolidWorks软件建立了机器人整体模型,设计了腿部吸附结构。通过静力分析,建立了机器人吸盘吸附的数学模型,以保障机器人行走的安全稳定性。分析了机器人整体行走步态,设计了攀爬行走迈步过程并设计了其关节控制曲线,通过ADAMS软件仿真模拟了机器人在叶片表面的攀爬行走。最后,设计了机器人整体控制系统,并制作样机进行了机器人攀爬实验。仿真与实验结果表明,所设计的机器人结构可以稳定实现攀爬运动,吸盘吸附系统安全可靠,实验结果与仿真的行走步态一致,验证了以攀爬步态行走的可行性。     

含柔性吸附材料的攀爬机器人振动特性与稳定性分析研究

为了提升攀爬机器人壁面运动稳定性从而提高其工程应用能力。针对攀爬机器人壁面运动过程的振动与动力学耦合特性问题,本文设计制作了一种含柔性吸附材料的攀爬机器人。基于刚柔耦合原理,获得刚性体与柔性体运动学递推关系,利用拉格朗日原理建立攀爬机器人动力学方程。推导得到反应动力学耦合程度的数学模型。通过仿真分析得到运行相同位移情况下,通过调整加减速时间比例使得机器人振幅下降35%,分析得到一定范围内攀爬机器人刚性质量与吸附材料弹性模量增加通过降低动力学耦合程度降低攀爬机器人振动响应。通过样机实验测量了攀爬机器人负载能力与不同运动阶段真空度与流量的稳定性。研究为攀爬机器人的驱动控制策略与工程应用奠定基础。     

基于SAMCEF的四自由度并联机器人动力学建模与仿真

利用SAMCEF软件进行了Cross-IV四自由度并联机器人的建模与仿真。首先,利用SolidWorks模型建立了机器人的三维实体模型,并通过运动学逆解模型计算得到驱动轴转角参数。然后,利用SAMCEF软件建立了机器人的多刚体动力学模型和刚柔混合动力学模型,并进行了仿真分析,研究机器人在实际运动过程中杆件的弹性变形对末端轨迹精度的影响,从而预估机器人的动态特性。     

电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析

面向输电系统检测及维护作业的自动化,提出并设计了一种可以在电力铁塔表面自由移动的五自由度双臂关节式攀爬机器人,以期代替人工完成危险的高空攀爬检测作业任务.该电力铁塔攀爬机器人机构紧凑,左右机构对称,创新采用直线推杆机构实现两臂张合功能,此机构可良好支撑机器人双臂,相比传统关节设计采用的大转矩电机直驱方式,大幅度降低了对驱动电机的转矩要求.建立了机构CAD模型.进行了静力学分析,并在动力学仿真软件Adams软件环境下进行仿真.通过和电机直驱关节方法比较,分析和仿真结果均表明采用直线推杆机构可减小驱动电机转矩.样机试验结果表明电力铁塔攀爬机器人系统的设计组成原理合理,系统方案成功可靠.     

铣削机器人动力学建模及仿真研究

铣削机器人在铣削过程中的动力学状况对机器人在铣削过程中的运动及其稳定性具有较大影响。以6-DOF铣削机器人为研究对象,利用Creo三维软件建立机器人三维模型,获得建立机器人动力学模型的惯性参数;采用Newton-Euler递推法建立该机器人的动力学方程,并在MATLAB环境下对所建立的动力学方程进行编程,对机器人运动过程进行计算分析;利用ADAMS软件对建立的三维模型进行动力学仿真分析,通过比较MATLAB计算结果与ADAMS仿真分析结果,以验证动力学方程的准确性,为铣削过程中铣削机器人动力学状况研究提供理论基础。     

一种新型管道清洁机器人撑开机构动力学分析及其仿真

建立了管道清洁机器人的三维本体结构模型,针对机器人在变径管、弯管、T型管内运动干涉问题,提出了一种新型撑开机构,建立了撑开机构的机构运动简图;利用牛顿欧拉法建立机器人撑开机构的动力学方程并求解;用ADAMS软件建立了撑开机构动力学仿真模型,并进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,机器人撑开机构滑块速度方向改变时,机构各杆件受力达到最大。     

二自由度并联机器人的动力学建模与研究

面向汽车电子行业等对高节拍往复运动的搬运操作需求,提出了一种基于平面双滑块机构的二自由度(2-DOF)并联机器人。基于拉格朗日(Lagrange)方程建立了并联机器人的动力学模型,并给出了机器人驱动力方程。利用Matlab软件对所建动力学模型进行仿真,同时利用ADAMS软件验证了所建模型的准确性。基于所建立的动力学模型,分析了并联机器人结构参数与运动参数对驱动力的影响,为机器人结构设计提供了动力学参考。     

六自由度搬运机器人动力学分析及仿真

针对模块化六自由度轻载搬运机器人的结构特点,利用Solid Works三维设计软件绘制了机器人的三维模型。采用拉格朗日法建立了机器人的动力学模型并进行动力学分析。基于ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型并进行动力学仿真,得到了转动关节的力矩曲线。基于MATLAB软件对动力学方程进行了数值分析并绘制力矩曲线,其理论分析结果与ADAMS的仿真结果一致,验证了理论计算的正确性和机械结构设计的合理性,为继续优化机器人结构设计和控制系统设计奠定了基础。     

基于刚柔耦合的四足机器人动力性能研究

利用刚柔耦合动力学仿真分析方法对四足机器人进行研究。建立柔性体模型,利用ANSYS与ADAMS软件建立四足机器人刚柔耦合动力学模型,分析弹性变形仿真与纯刚体仿真两种情况下对机器人行走步态产生的影响;同时重点分析机器人行走过程中的应力应变。结果表明刚柔耦合建模与实际情况更加相近,更加真实地反映出了机器人的工作性能,为四足机器人进一步的步态规划、结构设计与优化提供了重要依据。     

基于刚柔耦合的2K-V型减速机传动精度分析

以工业机器人用高精度2K-V20减速机为研究对象,在动力学仿真软件Recur Dyn中利用多柔性体动力学技术建立该减速机的刚柔耦合模型。通过虚拟样机仿真分析了该减速机各部件的运动特性,其结果与理论值基本相符,验证了所建模型的正确性。基于该刚柔耦合模型设计了几组具有不同误差组合的样机模型,通过仿真分析了不同误差因素对整机传动精度的影响,所得结论为2K-V型减速机的设计与制造提供了一定的理论依据。     

基于Modelica的并联机器人整机建模与仿真

并联机器人是一类典型的复杂机电系统,往往包含刚柔耦合、机电耦合、电液耦合等因素。采用动力学分析软件实现其多领域耦合仿真通常需借助额外的程序间接口,且用户难以进行功能和模块的扩展,而Modelica多领域统一建模语言便于统一考虑上述耦合因素,容易获得并联机器人的整机真实性能。对于包含特殊多闭链机构的并联机器人,在Modelica建模过程中往往需注意若干细节的特殊处理。文中以Delta机器人为例,基于Modelica语言建立机器人多刚体动力学模型、刚柔耦合动力学模型和机械控制耦合模型,并通过与Recurdyn软件仿真结果进行对比,验证了该建模方法的有效性。本方法亦可用于该类并联机器人的性能分析,为并联机器人的进一步设计优化奠定基础。     

移动式救援机器人的动力学仿真分析

利用雅克比矩阵概念与拉格朗日乘子方程,分别建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型,并以系统的动力学模型为基础,研究了移动式救援机器人的动力学分析过程。为实现对移动式救援机器人工作端轨迹的跟踪控制,提出了一种基于工作空间的逆动力学控制算法。利用Matlab软件,对所得到的运动学、动力学模型与逆动力学控制算法进行了仿真验证。     

基于ADAMS的机器人动力学仿真分析

从机器人动力学参数设计角度出发,利用动力学仿真分析软件ADAMS,建立了120点焊机器人的动力学仿真模型,并提出了无路径的搜索方法,在全部的机器人工作空间内进行仿真搜索,最终求取机器人关节驱动力矩的极限值.该方法提高了机器人系统的设计精度,解决了本体设计中参数无法精确确定的难题.     

高压电气设备PRTV自动喷涂机器人设计

为解决人工PRTV喷涂高压电气设备表面效率低和危险性大等问题,将欠驱动灵巧手技术应用到高压电气设备表面攀爬中。基于此,研究了机器人的攀爬机构、腿部收缩机构以及PRTV喷涂机构,设计了专用于高压电气设备瓷瓶表面的PRTV自动喷涂机器人。利用三维软件建立机器人的详细模型,并通过理论计算和仿真验证了设计的合理性,解决了高压电气设备污闪现象,提高了电力设备的稳定性。     

基于ADAMS的清洗闸门钢丝绳攀爬机器人的可行性分析

携带清洗装置的闸门钢丝绳攀爬机器人可以解决国内仍在使用的人工悬吊式闸门钢丝绳所存在的劳动强度大、安全系数低的问题,机器人代替人工完成钢丝绳自动攀爬与清洗的任务,可降低安全风险,提高工作效率。通过仿尺蠖的爬行机理对闸门钢丝绳攀爬机器人的机械结构进行设计,进而构造内外两个分体式结构实现在钢丝绳上的运动。分别对所设计的攀爬机器人进行运动学分析,对具有清洗装置的攀爬机器人的运动进行分析,利用ADAMS仿真软件进行仿真,仿真结果验证了自动攀爬机器人的可行性;在已有基础上对携带激光清洗装置的攀爬机器人和加入滚珠丝杠结构后的清洗装置攀爬机器人进行对比分析,发现后者清洗钢丝绳的效果更好。     

基于SolidWorks与MATLAB的铣削机器人动力学分析

铣削机器人末端刀具动力的实时控制是保证铣削精度和表面质量的前提,运用牛顿-欧拉递推法对工业铣削机器人进行动力学分析,建立动力学模型,并采用三维建模软件Solid Works及动力学分析软件MATLAB联合建立动力学仿真模型,进行动力学仿真,得到了关节运动参数曲线图,仿真结果与理论计算结果一致,证明了理论推导的正确性及仿真模型建立的准确性。     

攀爬机器人动力学建模与分析

针对一种攀爬机器人越障过程中动力学特性与真空模块力系平衡问题,建立了一种基于李群李代数与旋量理论在越障运动过程中攀爬机器人动力学特性分析方法。通过指数积空间的形式推导得到了空间速度雅可比矩阵进而减少因微分求导而产生的奇点,基于李群李代数与旋量理论通过拉格朗日方程建立了物理意义明确、计算复杂度低的动力学方程,建立了真空模块的力学模型,求解得到直角面越障过程中真空模块的最佳吸附力,并应用coppeliasim仿真求解出机器人关节驱动力矩,验证了李群李代数与旋量理论建模的正确性及动力学模型的有效性,通过吸附实验验证了真空模块吸附能力。