基于FEMM的工业机器人关节用磁通反向电机的设计与优化

工业机器人是我国制造业转型升级的核心技术,作为其关键组成部分之一的关节电机需要解决机器人运行中的高精度、平稳性等问题.为保证关节电机输出转矩的稳定性,合理的电机本体设计及参数优化显得尤为重要.根据关节电机的设计需求,提出了12/29极磁通反向电机的初步设计方案,确定了样机的主要尺寸.在此基础上,使用Matlab语言编写电机仿真和优化程序,基于FEMM有限元计算工具,对样机的电磁性能进行了有限元验证,并以负载转矩波动率为优化目标,采用随机探索法对电机尺寸进行了多参数优化.优化后的样机达到了设计指标,能够较好地满足工业机器人用关节电机的要求.     

机器人减速器传动误差建模与优化

为提高工业机器人旋转矢量(RV)减速器的传动精度,合理分配各零件的加工和装配公差,本文提出一种基于等价模型的RV减速器传动误差建模与优化方法.该方法根据RV减速器的传动结构,构建17自由度的等价误差模型,利用传统经验参数进行求解,获得减速器仿真传动误差;同时,将仿真传动误差与实际测量传动误差进行对比,运用最小二乘法建立经验参数辨识模型;在此基础上通过粒子群算法优化辨识模型中的经验参数,将该参数运用到实际RV减速器生产中,结果显示:与传统经验参数建立的误差模型相比,本文提出的方法使得传动精度的仿真精度误差平均缩小9.99%,大幅度提高了等价误差模型的准确性.     

谐波减速器扭转模态测试技术研究

谐波减速器是工业机器人驱动关节关键单元,其传动精度、模态参数等动态特性对工业机器人控制精度、控制节拍等性能具有重要影响。扭转模态参数是评价谐波减速器动态特性的重要指标之一。针对国际标准尚无谐波减速器模态参数辨识方案的问题,本文研究谐波减速器运动自激励技术,基于最小二乘复频域法设计谐波减速器扭转模态辨识方案,最后通过实验实现对模态参数的辨识。     

插电式混合动力汽车动力系统参数研究

在研发一款新车的初期,如何设计动力系参数以达到与汽车发动机的合理匹配是设计中一个关键的问题。针对一种新型插电式混合动力汽车(Plug-in HEV,PHEV)的动力系统进行分析研究,综合汽车动力性评价指标和经济性评价指标为目标,提出了用工程分析与仿真校验相结合的方法对传动系统的主要部件进行了选型,确定了发动机、ISG电机、后驱动电机、主减速器、电池的参数,最后利用Matlab\simulink和ADVISOR软件对整车性能进行仿真计算,结果表明所确定的动力系统的参数基本达到了汽车的动力性和经济性的设计要求,为后期的研发工作起到了很好的铺垫作用。     

智能制造“十二五”规划强调机器人为培育重点

在《智能制造科技发展"十二五"专项规划》中,对"工业机器人"有专门的阐述:攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术,自主研发工业机器人工程化产品,实现工业机器人及其核心部件的技术突破和产业化。     

四轮驱动电动汽车性能仿真与实验研究北大核心CSCD

针对四轮驱动电动汽车性能优化问题,为提高电动汽车的动性能,减少污染,对动力系统各部件的参数进行选择及匹配,是设计中的重点。采用汽车动力学分析确定既要满足可行性又要具有良好的可靠性。采取建模仿真与实验相结合,参照某单轴驱动电动样车,对四轮轮毂电机电动汽车的动力系统进行匹配计算;利用Crusie分别建立了样车及轮毂电机电动汽车模型。样车实验数据与仿真结果表明,模型参数匹配合理,四轮驱动电动汽车动力性能优于单轴驱动电动汽车。     

基于ANSYS的工业机器人PMSM转矩波动抑制技术

针对当前PMSM控制技术在抑制PMSM转矩波动的过程中,容易受到磁链波动的影响,导致输出绕组电流范围较小,PMSM转矩波动抑制效果差的问题,提出了基于ANSYS的工业机器人PMSM转矩波动抑制技术;通过分析工业机器人机械臂模态结构和静力模型,设计封闭曲柄差动轮系的摆线针轮减速器的传动装置,利用腕部驱动结构,实现工业机器人转动和直线升降运动;分析PMSM转矩波动惯量及力矩,根据PMSM工作流程,为PMSM提供稳定的交流电流;通过构建PMSM数学模型,运用ANSYS有限元分析软件中宏命令,确定磁链矢量方向及定子同步旋转坐标系,对PMSM电机电磁转矩、磁链和转动力矩进行计算,结合转矩方程抑制波动,通过引入负载角改善电机运行性能,实现PMSM转矩波动抑制;实验结果表明,基于ANSYS的工业机器人PMSM转矩波动抑制技术抑制后最高输出绕组电流为24 A,最低为-22 A,与理想输出结果一致,能够有效增大输出绕组电流范围,具有较好的PMSM转矩波动抑制效果.     

蛇形机器人蜿蜒运动控制分析

针对蛇形机器人的蜿蜒运动控制,首先分析了关节角度约束对运动控制函数参数取值的限制,确定了满足机械结构的运动控制参数范围;之后在Adams仿真环境下,建立蛇形机器人的三维虚拟运动模型,进行蜿蜒运动仿真,通过分析幅值控制参数对蛇形机器人弯曲度、运动速度和运动轨迹偏移的影响,提出了调整幅值参数的方法;实验结果表明,调整方法的有效性,从而实现蛇形机器人蜿蜒运动控制的优化。     

工业码垛机器人运动学仿真

码垛机器人的运动学分析是实现码垛控制的前提和基础.针对码垛机器人的结构特点,运用空间几何方法对码垛机器人的运动学特性进行理论分析,建立驱动关节与末端执行器的映射关系.利用INVENTOR和ADAMS软件建立了码垛机器人参数化虚拟样机模型,进行运动学仿真.同时,对码垛机器人码垛轨迹仿真优化.实验结果证明,新型工业码垛机器人具有良好的运动学特性,符合现代码垛作业的要求.新提出的机器人仿真分析方法,对进一步提高码垛机器人技术的设计水平,具有促进和借鉴作用.     

基于粒子群优化算法的工业机器人定位抓取控制系统设计

为消除工业机器人实际抓取位置与定位位置之间的误差,实现对机器人抓取行为的有效控制,设计基于粒子群优化算法的工业机器人定位抓取控制系统。根据主要机器部件选型情况建立电气网络结构,再联合视觉传感器与定位控制平台,控制抓取夹爪的行动范围,完成工业机器人定位抓取控制系统硬件的总体设计。遵循粒子群优化算法应用需求,实施Gbest选取与Pbest更新,并联合所得计算结果,定义三维坐标系表达式,建立基于粒子群优化算法的定位坐标系。根据跟踪点坐标求解结果,确定控制系数优化处理条件,完善抓取控制原则,再联合相关应用结构,实现基于粒子群优化算法的工业机器人定位抓取控制系统的设计。实验结果表明,粒子群优化算法作用下,工业机器人实际抓取位置坐标在X轴、Y轴方向上均准确符合定位位置坐标,有效消除了抓取误差,能够实现对机器人抓取行为的有效控制。     

电机模拟器的电感选型及控制技术研究

电机模拟器耦合电感参数对系统性能影响大,但其参数选型被详细分析研究得较少。对此,文章提出电机模拟器耦合电感参数快速选型方法。其首先通过理论分析,计算出电感参数的大致选型范围;然后对系统控制器设计进行分析,同时在某典型电机上进行仿真验证,并结合计算参数范围及仿真结果选择最优电感参数;最后在选定电感参数下对不同开关频率对系统电流误差的影响进行研究,解决了开关频率的快速选择问题。仿真及分析结果显示,在合理选取解耦电感参数的前提下,当模拟器开关频率达到被测变流器开关频率的10～20倍时,能保证全速度段下的电流误差不超过5%。     

基于参数联合优化VMD-SVM的工业机器人旋转部件故障诊断方法

针对因工业机器人旋转部件故障诊断模型最优参数难以自适应确定导致故障识别率低的问题,提出了一种参数联合优化的VMD-SVM的工业机器人旋转部件故障诊断方法;提出了一种基于遗传变异的改进灰狼算法,该算法采用Logistic混沌映射进行种群初始化,将非线性因子引入位置更新公式,并利用遗传变异策略解决算法陷入局部最优时的停滞现象;基于该算法对VMD和SVM进行参数联合优化;利用参数优化的VMD对故障信号进行分解,对所得的本征模态函数计算改进样本熵以构成特征向量,再输入至参数优化的SVM完成工业机器人旋转部件的故障诊断;仿真和实验结果表明,本文方法能够准确地进行故障诊断,在信号无噪和含噪的条件下准确率最高均达100%,较EMD、LMD、DTCWT、VMD等四种方法具有更优的指标。     

菱形四轮驱动汽车动力传动系统的设计与研究

动力传动系统的设计对于一款新车的研发有着至关重要的作用。针对一种菱形四轮驱动汽车的动力传动系统进行了设计与研究。结合整车动力性评价指标,为提高行驶安全性,用工程分析与仿真校验相结合的方法对动力传动系统的主要部件进行了选型,确定了发动机、电机、主减速器、电池的主要性能参数。最后利用ADVISOR软件对相应工况下的整车动力性能（加速性能、爬坡性能和续驶里程）进行了仿真验证,结果表明所确定的动力系统的参数基本达到了整车动力性的要求,所设计的动力传动系统符合设计要求,为后期的实车研发工作起到了很好的指导作用。     

基于对偶四元数的机器人方位与手眼关系同时标定方法

针对相机姿态估计及机器人运动学正解存在测算偏差时,手眼标定及机器人坐标系-世界坐标系标定结果不能准确收敛到全局最优解的问题,提出了一种基于对偶四元数理论的机器人方位与手眼关系同时标定方法.该方法首先将标定方程中坐标系刚体变换关系用螺旋轴、旋转角度和平移量参数化表示,再结合全局优化算法对平移量进行优化.搭建了PUMA560机器人数值仿真系统和工业机器人实测实验平台,将该方法与经典的四元数和对偶四元数标定方法进行了比较分析.仿真和实测结果表明,在相机姿态估计及机器人运动学正解存在测量误差的情况下,该方法无需初值估计和数据筛选依然可以保证求解结果的最优性.     

基于能量法的超声电机压电振子的耦合动力学模型分析

基于分析动力学的哈密顿原理,采用模态假定将超声电机压电振子复合结构的复杂振动在模态域内等效成单自由度系统的简单振动;考虑压电陶瓷的压电效应,将压电陶瓷诱发应变的激振力的大小用参数力系数描述,建立了超声电机压电振子的机电耦合动力学模型,通过实例计算与实验结果对比,验证该模型是较准确的,可以在超声电机的初步设计阶段替代有限元分析来确定电机的结构及材质参数,并选定合适的工作频率,从而为超声电机进一步的参数化分析和仿真模型的建立,及结构动力特性优化打下理论基础.     

六轴工业机器人在线误差补偿方法的研究

提出一种机器人动态误差在线补偿方法,用以提高机器人的轨迹精度。在机器人参数误差得到离线补偿之后,基于ANFIS构建自适应模糊神经网络轨迹控制器,建立在线补偿系统控制模型,通过ADAMS与Matlab的协同仿真对系统仿真分析;仿真结果验证了所提出方法的可行性。在自主研发制造的六轴工业机器人的平台上,借助于API激光跟踪仪对机器人末端跟踪测量,进行实验分析;实验结果验证了该方法的有效性。     

用IGA优化的直流电机的仿人智能控制

讨论了当前足球机器人运动控制系统的控制算法对足球机器人运动性能的影响。在分析了足球机器人运动控制系统组成和电机数学模型的基础上,对足球机器人运动控制器采用多模态控制的仿人智能控制（Human-Simulated Intelligent Control,HSIC）算法,利用改进的遗传算法（Improved Genetic Algorithm,IGA）对仿人智能控制器参数进行优化。通过与目前普遍采用的常规PID控制器作对比实验,表明采用IGA参数整定后的HSIC控制器对电机具有更好的控制品质,并改善了足球机器人的运动性能。     

医用机器人运动学参数最优化设计

提出了一种实用的医用机器人运动学参数误差的优化补偿方法．采用D-H方法建立起机器人连杆坐标系．在运动学分析和模型变换的基础上，运用数值优化技术建立了机器人运动学参数的误差方程，实现了运动学参数的优化设计，有效提高了机器人的重复定位精度．以仿真和实验验证的方式对优化结果进行了分析．     

矿井搜救探测机器人驱动系统最小能耗建模与影响因素分析

研究了矿井搜救探测机器人最小能耗影响因素。针对直流伺服电机和减速齿轮驱动下的移动机器人驱动系统,利用Hamiltonian函数与最小值原理求解出驱动系统的最优速度函数和最优控制电流函数,建立了非线性摩擦条件下的最小能耗模型。通过MATLAB仿真,分析了减速器效率[η]、负载、库仑摩擦力和粘性摩擦系数等因素对最小能耗的影响,确定了各参数对驱动系统最小能耗的影响规律。为矿井搜救探测机器人驱动系统消耗能量最小进行参数配置提供依据,对实现机器人节能降耗具有现实的意义。     

基于PSO蛇形机器人CPG控制模型参数的优化

针对蛇形机器人链式CPG(central pattern generator)复杂模型,提出了采用粒子群算法(particle swarm optimization)优化CPG控制模型参数,用来解决CPG参数整定效率低、效果不理想的问题,然后结合Webots机器人仿真软件,实现了PSO算法优化蛇形机器人CPG控制模型参数。最后利用Webots仿真软件,通过实验仿真与遗传算法的结果相对比,证实了PSO算法的优越性,为蛇形机器人的运动步态转换提供好的基础。