模块化管道清洁机器人设计与通过性分析

为提高小型油气运输管道内壁结垢的清理效率,设计一种能在300～450 mm直径管道中工作的模块化履带管道清洁机器人。针对具体情况确定管道机器人的整体结构设计,使得机器人能够通过不同的组装形式适应不同工作环境,并介绍了机器人的工作原理;对可柔性变径的履带式行走机构及机器人的管径适应性进行力学分析,同时分析机器人在管道中的几何约束运动和运动情况,并在ADAMS中分析机器人在管道中的通过性。结果表明：管道机器人的设计合理,相关变径几何约束以及运动约束条件正确,机器人能够在设定管径范围内的直管与L形弯管中正常行走。     

大型工程机械驾驶室机器人自适应打磨抛光系统的设计

为适应当前制造业大型设备零部件生产需要,提高对大型工程机械驾驶室焊缝打磨抛光处理效率,设计一种机器人自适应自动打磨系统。此系统采用六自由度机器人配置自适应性力控系统,实现对复杂曲面及焊缝的贴合;采用外接轴实现对工件所有焊缝全方位覆盖,并实时切换姿态完成自动打磨。通过自动更换打磨工具的方式,实现单个机器人生产效率最大化;运用模块分层化理念,使不同工位满足不同工艺需求,凸显此系统良好的兼容性;其中加装的自适应性力控装置,实现了工业参数数据化,其可调可控,从而保证打磨抛光的效果。挖掘机驾驶室焊缝打磨抛光试验结果表明：此系统可实现对大型工程机械驾驶室焊缝打磨抛光全自动化处理,且保证了打磨效果,可以满足生产要求。     

主动变径管道机器人结构设计及其ADAMS仿真研究

针对目前管道机器人适应管径能力单一等问题,提出了一种能主动适应管径变化的管道机器人,采用SolidWorks软件建立其虚拟样机模型,分析了其变径能力及过弯能力,然后将模型导入ADAMS中,根据实际条件添加约束,对其进行管道爬行运动学及动力学仿真分析。结果表明:机器人能适应管径110～130 mm范围变化的管道,最小转弯半径为175 mm。在水平管道行走时变径模块受到的压力小于13 N,在竖直管道行走时变径模块受到的压力小于2.6 N。该研究结果为后续制作物理样机及实验研究提供了参考。     

夹持工件打磨机器人离线编程及仿真系统设计

打磨加工对机器人运动轨迹精度要求很高。针对常规的在线示教编程不能满足打磨加工精度的问题,以Visual C++为开发平台,基于MFC框架以及OpenGL图形库接口搭建机器人离线编程仿真系统,实现机器人离线示教、程序编辑、建立轨迹目标点数据库等功能。通过基于工件模型STL文件分层切片生成机器人运动轨迹的方法,求得交点的姿态并得到机器人加工轨迹位姿的齐次矩阵,最后将获得的机器人打磨轨迹参数导入离线编程系统中,编程实现机器人打磨加工的可视化仿真。     

圆形管道机器人的机构设计与运动分析

研制了一种适应圆形管道的管道探测机器人,机器人搭载实时视频传输系统,具有主动变径机构和可以独立控制的驱动模块。机器人通过主动变径机构的调整使驱动模块上的履带适应圆形管道内壁尺寸。为了分析机器人在圆形管道内部的运动位姿特性对机器人进行了运动分析,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,研制了机器人实验样机,搭建了机器人管道內部运动适应性实验平台,在水平管道和坡度管道情况下对机器人运动特性开展了实验及分析。研究结果表明,该机器人在圆形管道中具有较好的运动适应性能。     

履带式油气管道巡检机器人爬坡特性分析

针对目前油气管道机器人对油气管道的适应能力弱、爬坡能力差等问题,提出一种能够变径的履带式油气管道检测机器人。采用SolidWorks三维软件建立样机模型,然后将样机模型导入ADAMS仿真软件中,根据实际情况设置约束并简化模型,对管道机器人进行运动学仿真,分析变径、爬坡等能力,最后搭建试验平台对管道机器人的爬坡能力进行试验验证。结果表明：该机器人能够适应400~600 mm管径的油气管道,能够在承受自重的情况下爬上45°、90°的斜坡。     

基于RobotStudio水槽打磨机器人工作站仿真设计

为解决不锈钢水槽四边焊缝自动打磨问题,基于SolidWorks设计了机器人末端执行器等设备,并基于RobotStudio搭建由砂带打磨机、IRB4600机器人、末端执行器等设备组建的水槽打磨机器人工作站仿真平台。根据不锈钢水槽的实际工况设计打磨工艺流程和规划打磨路径,创建打磨工作站的Smart组件并关联常用的I/O信号。利用TCP轨迹跟踪功能以及碰撞监控功能检验各个轨迹点及运动轨迹是否满足工作要求,调用计时器记录打磨时间。在仿真平台中通过离线编程仿真调试可以得到理想的打磨轨迹,供实际运行使用,有利于提高现场编程加工效率,提高焊缝打磨质量。     

基于PLC的自适应压力打磨机器人系统设计

根据打磨机器人对打磨压力控制的要求,进行打磨机械装置、PLC控制系统及压力传感器系统的设计。以一个粗加工后的二维曲面、两个倒圆角面和平面为例进行了打磨。实验结果表明:打磨后的表面更光洁,平整度更高;该方案可以满足打磨机器人对打磨压力的实时控制要求,实现了打磨过程的自动化、智能化。     

基于工业机器人的不锈钢抽油烟机自适应打磨系统的开发

结合人工打磨不锈钢抽油烟机的现场操作,研究不锈钢打磨的要点,将工业机器人技术、比例阀控制技术、力反馈技术、PLC控制技术等结合在一起,利用气动执行元件,通过Solid Works软件进行结构设计,完成了一种基于机器人的自适应不锈钢抽油烟机打磨系统的开发。安装在刚性很强的机器人上的打磨头能在工件表面始终保持恒定的打磨压力,保证了工件的打磨品质。设备实现了打磨的智能化、自动化,不仅可以应用于不锈钢抽油机产品,还易于推广到陶瓷等其它产品表面的打磨,对于提高劳动生产率、提高难于打磨产品的质量具有重大应用价值。     

基于旋量理论的打磨机器人位置精度分析

为建立各误差源与打磨机器人的末端位置误差的对应关系,在基于旋量理论建立了打磨机器人的运动学模型的同时,对可能产生的主要误差源进行了分析,通过误差源之间的几何关系建立误差旋量,从而得到静态误差模型;分析了各单项误差对机器人末端执行器位置误差的影响及各误差源对末端位置误差的显著性影响,为机器人精度优化方案的提出提供可靠的分析参考。分析结果表明:结构误差及传动误差是机器人静态位置精度的主要影响因素,其中结构误差为稳态误差,可以通过精度设计减小或补偿,传动误差需要通过后期的标定来解决。     

一种搬运机器人运动学仿真分析和实际应用

采用D-H方法建立了一种搬运机器人的连杆坐标系,详细求解了其运动学正解问题,通过ADAMS对该搬运机器人运动仿真分析,得到了机器人末端位置点的位移和角度,证明了其运动学模型的正确性;同时利用ADAMS对搬运机器人在实际应用中进行空间轨迹规划,指导现场调试,节约了现场调试时间。该搬运机器人解决了实际生产中对一定规格的重物以及有害物质搬运难的问题,从而提高了生产效率。     

茄子采摘机器人虚拟样机设计与仿真

为了取得采摘机器人最优设计,建立了采摘机器人的虚拟样机。借助Denavit-Hartenberg法建立了理论模型,确定机器人各运动构件与末端执行器在空间位置之间的关系,得到运动学方程的正解。采用Ai－1与矩阵0 T4左乘解耦,借助Matlab软件求出运动学逆解。利用Pro／e建立采摘机器人三维模型,导入ADAMS仿真软件进行运动学仿真分析。仿真结果表明：D-H法建立的运动学模型反映了机器人的真实运动情况,运动学正逆解正确。设计开发的4自由度采摘机器人虚拟样机结构设计合理,能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求。     

轨道式焊接机器人的虚拟样机设计与仿真

针对受损的水轮机叶片等具有空间复杂曲面结构,在其安装位置直接进行修复工作,设计了一种基于移动平台的焊接机器人虚拟样机。为确定焊枪末端与机器人6个关节之间的运动关系,建立虚拟样机DH坐标系,借助Matlab软件得到运动学方程正、逆解。将在Solid Works软件中建立的焊接机器人三维模型,导入ADAMS仿真软件进行运动学分析。仿真结果表明:机器人在狭窄空间启动时,由滑动、转动关节运动引起的焊枪末端空间位移变化小,速度、加速度曲线变化平缓,无任何突变,证明了该虚拟样机设计的有效性,满足基坑内的焊接工作要求。     

打磨机器人控制系统设计与研究

为解决卫生陶瓷行业中的干胚打磨粉尘浓度高,噪声大,工作环境比较恶劣,影响工人的身体健康的问题,设计并开发了一套基于6轴工业机器人的自动打磨系统。通过设计机器人末端的力控法兰打磨机构,基于Labview开发了打磨机器人末端力控法兰的上位机软件,与工业机器人通讯,运用PID控制系统,进行恒力打磨实验,结果表明:打磨机器人可以控制输出相对平稳的接触力,验证了力控法兰设计的可行性,满足了卫生陶瓷打磨对接触力控制的需求。     

针对铸铁管件毛刺的机器人打磨技术研究

以铸铁排水管件毛刺的清理为研究对象,针对其生产过程中人工打磨向智能化加工的技术改革需求,利用ABB RobotStudio软件设计、构建了一机多工位的机器人打磨工作站.基于UG软件完成打磨工作站三维模型的建立,并导入RobotStudio软件中;使用机器人模型库中IRB4600-60完成工业生产过程,构建气动夹具和设计...     

基于Pro/E与ADAMS的搬运机器人动态仿真研究

利用Pro/E建立四自由度搬运机器人的三维实体模型,在ADAMS中对其工作过程进行动态仿真,模拟其工作过程的运动轨迹,并讨论在4种不同驱动方式下搬运机器人主要构件的速度、加速度以及关节处的力在各坐标轴上的分量的变化情况。仿真结果表明:在不同的驱动方式下,速度、加速度以及关节处的受力情况均不相同,为进一步研究搬运机器人的运动学和动力学问题以及关节机器人的本体和控制器设计提供了基础。     

高炉煤气管道检测机器人机构研究与ADAMS仿真分析

针对冶金企业高炉煤气管道腐蚀严重的现象,研究出一种新型管道检测机器人,建立了机器人变径过程力学模型,通过对模型参数进行分析,得出了机器人结构尺寸的优化依据,分析了机器人在复杂管道环境下的运动规律;通过ADSMS软件对机器人牵引力、变径调节过程的力学特性、弯管运动规律进行了分析,验证了管道检测机器人理论的合理性。理论分析与ADAMS仿真结果表明,高炉煤气管道检测机器人具有良好的运动能力与力学性能,其结果可以作为物理样机实际制造的理论依据。     

基于仿生手指的血管介入手术机器人设计与分析

血管介入手术是目前治疗心脑血管疾病最有效的方式,但血管介入手术操作风险大、操作技巧要求较高和医生培训周期较长成为目前制约其发展的主要原因。利用机器人技术辅助医生进行手术成为目前研究的热点,也是目前的迫切需求。针对血管介入手术的操作特点,提出一种基于仿生手指的血管介入手术机器人,该机器人使用丝杠滑台实现导丝、导管的前后递送,利用基于仿生手指的机构设计实现导丝、导管的旋捻。建立该机器人的三维结构模型,对旋捻机构进行运动学计算和分析,并建立其运动学方程,给出了旋捻运动执行段的速度和加速度的表达式。利用ADAMS软件对该机器人进行运动学仿真,给出旋捻机构执行端的运动曲线并验证了理论计算的正确性,证明了所开发的血管介入机器人的可行性。     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

四履带式全位置爬壁机器人运动特性分析

针对船体壁面爬行机器人在复杂环境中的操作需求,设计并验证一种四履带式全位置爬壁机器人,旨在提高其自适应能力和操作效率。通过建立三维模型并使用ADAMS软件进行仿真,对机器人在曲面变化、壁面折角以及障碍翻越这3种主要工况下的动力学行为进行了深入的仿真分析。结果显示：在曲面变化和壁面折角工况下,机器人通过调整履带倾角和速度,成功实现了稳定过渡;在障碍翻越工况下,尽管后履带出现翘起现象,但通过对履带速度的精确反馈控制,有效解决了可能的内部挤压和滑动问题。此外,样机测试结果进一步验证了机器人的性能,其最大运动速度大于5 m/min,负载极限为20 N,越障高度达到14 mm,均达到或超出设计预期。仿真与样机测试均展现了机器人在关键工况下的出色适应性,成功地实现了稳定过渡和障碍翻越。