柔性机器人的协调操作及其逆动力学控制算法

柔性协调机器人系统是一个含柔性机器人内部各杆之间,运动协调约束条件和动力协调约束条件之间,柔性机器人与负载之间,以及柔性机器人之间高度耦合的复杂非线性系统,无论在动力学建模,还是控制算法方面都要比刚性协调机器人困难得多。通过对刚、柔性机器人协调操作系统本质特性的比较,利用有限元法和Lagrange方程建立了柔性协调机器人系统的动力学模型,并以系统逆动力学任务为目标,提出了通过校正机器人名义刚性运动来达到提高系统位姿控制精度的预测校正控制算法,成功给出了平面两3R柔性臂机器人协调操作刚性负载的仿真算例。     

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。     

考虑负载变形的柔性机器人协调操作动力学

从柔性机器人协调操作的本质特性出发，考虑负载柔性，巧妙采用中与负载的有限元模型，建立了柔性机器人协调操作系统的运动学协调约束条件，导出了其系统动力学方程，成功地给出了2台3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。讨论了在建模过程中选择主臂抓持梁和从臂抓持梁为位形基准对建模的影响。     

冗余度柔性机器人协调操作刚性负载的动力学模型及仿真

冗余度柔性机器人协调操作系统集合了冗余度机器人、柔性机器人和协调操作机器人的优点 ,具有广泛的应用前景。本文研究了冗余度柔性机器人协调操作动力学 ,给出了两 4R冗余度柔性机器人协调操作一刚性负载的动力学模型 ,并进行了仿真分析。仿真结果表明 ,该模型是可行的。     

基于操作刚度的柔性协调机器人的操作性能分析

本文以柔性机器人有限元模型为基础 ,利用抓取的几何微分约束和抓取的力平衡约束 ,通过深入分析柔性机器人协调操作系统在某一静态位形时 ,夹持广义力、被操作负载广义弹性位移、被操作负载所受等效合外力之间的关系 ,在全局工作空间中 ,研究基于系统操作刚度的各种操作特性 ,并通过仿真分析不同基解位形对其的影响。     

柔性机器人协调操作柔性负载的动力学模型

从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,以主臂抓持梁为位形基准 ,首次建立了柔性机器人协调操作柔性负载系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,并成功的给出了两 3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。     

3-RRS柔性并联机器人的振动特性分析

基于有限元法、Lagrange方程和运动协调条件,建立了3-RRS柔性并联机器人的弹性动力学模型。分析了含有Rayleigh阻尼的3-RRS柔性并联机器人的振动特性。通过算例,揭示了系统阻尼固有频率与模态衰减系数的变化规律。研究3-RRS柔性并联机器人系统的振动特性可为此类机器人的机构优化设计、控制和工程应用提供指导。     

柔性机器人的变形度和变形能量度指标

提出了评价柔性机器人系统性能的变形度指标和变形能量度指标。两台3R柔性机器人协调操作系统和两台4R冗余度柔性机器人协调操作系统的数值仿真表明：变形度指标和变形能量度指标能够反映系统的综合特征，用该指标评价系统性能是可行的。     

柔性空间机器人的参量振动频率特性

借助于柔性转子梁单元模型,从理论上推导出了综合考虑杆和关节柔性的空间机器人的固有频率与其各设计参量之间的内在关系。通过－空间四杆机器人的数值模拟,分析了柔性机器人的频率特性及动态响应等性能指标对杆横截面参数变动的一些规律,这对于柔性机器人的设计的设计具有重要的指导意义。     

柔性机器人协调操作系统的动力特性分析

进行了柔性协调操作机器人的动力特性分析,给出了协调操作柔性机器人各杆的动应力的计算方法,分析了其与机构构件动应力计算方法的不同,并对两3R柔性机器人协调操作一刚性负载系统进行数值仿真,计算了各杆始端、中点和末端的动应力以及每杆最大瞬时动应力和末端位置、转角误差,分析了所得结果。     

Research on flexible dynamics of a 6-DOF industrial robot and residual vibration control with a pre-adaptive input shaper

The residual vibration caused by joint flexibility tends to be nonlinear and time-varying due to the complicated dynamics characteristics of 6-DOF industrial robot. To address the time-varying residual vibration problem, this paper proposes a pre-adaptive input shaping method. By simplifying the 6-DOF industrial robot standard flexible dynamics equation, the flexible dynamical parameters can be identified without additional joint encoders or other measuring instrument, while the natural frequency of each joint can also be calculated from the identified dynamical parameters. Then by setting the calculated natural frequency as the initial condition, an iterative learning scheme based on the secant method can be applied to obtain a better natural frequency estimate. Finally, using the iteration results, the input shaper’s parameters can be updated, which makes the shaper adapt to the variation of system parameters. The results of model validation show that the simplified dynamic model can reflect the robot dynamic characteristics accurately. The vibration experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed pre-adaptive input shaper in suppressing the residual vibration.

     

柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析

为了获得精确的柔性并联机器人动力学特性的灵敏度分析结果,通过对柔性并联机器人动力学模型的分析,提出了基于微分法的动力学特性灵敏度分析方法,计算精度比差分法提高25%,计算时间缩短了86%。分析了柔性并联机器人动力学特性对各设计参数的灵敏度。柔性并联机器人的动力学特性对连架杆的截面积、构件集中质量及各杆件截面的厚度比较敏感。利用灵敏度微分法计算了设计参数发生微小变化后的动态响应值及固有频率值,在误差小于7%的情况下,计算时间缩短了95%。以3-RRR柔性平面并联机器人为例,说明微分法是准确、有效的。分析动力学特性灵敏度对柔性并联机器人的弹性动力综合和优化设计有重要意义。     

Dynamic optimization of robot arm based on flexible multi-body model

This paper examines the effect mechanism of torsional stiffness on flexible joints and the dynamic optimization of a six Degree-of-freedom industrial robot arm. The design optimization of the robot arm is investigated based on the rotor-torsional spring model and finite element method. The flexible multi-body dynamic model of the robot arm are established by considering the flexible characteristics of arms and joints, and the natural frequencies of a robot arm are calculated to obtain the torsional stiffness of the flexible joints. Natural frequency results gradually increased with joint stiffness improvement. Using the established dynamic model, the topology optimization on the robot arm is carried out by regarding lightweight as design goal and total displacement as constraints. The tare-load ratio and dynamic performance of the optimized robot arm are significantly enhanced compared with the original design model. This research can provide the theoretical basis for the dynamic optimization and upgrade of lightweight robot arm.     

机器人柔性磨削机床的恒磨削力补偿机构及其动力学分析

介绍了用于机器人柔性磨削系统的柔性砂带磨削机床,提出了恒磨削力补偿机构。分析了机器人柔性砂带磨削机床转位机构实现在线多工位磨削加工的创新设计和恒磨削力补偿机构的原理。建立了恒磨削力补偿机构的运动学、静力学和动力学数学模型,并对其进行了数值仿真。讨论了机器人柔性砂带磨削机床的结构参数对恒磨削力补偿机构的运动学特性和动力学特性的影响,为机器人柔性砂带磨削机床的机械设计和机器人的轨迹规划提供了理论依据。最后,对具有恒磨削力补偿机构的柔性磨床组成的机器人柔性磨削系统进行叶片加工实验,结果表明其加工精度完全满足复杂曲面的高加工精度要求。     

Dynamic performance of a cable with an inspection robot — analysis, simulation, and experiments

A special cable inspection robot is designed to inspect automatically the cables of a cable-stayed bridge. The free vibration equation of the cable-robot system is derived firstly to study the dynamic characteristics and safety performance of the system. Then, the effect of the robot on the cable natural frequency is discussed, and the dynamic response equation when a robot is climbing at a constant speed is deduced. Furthermore, the effect of the cable vibration on the robot’s climbing ability is studied. The natural frequency characteristics of the robot are analyzed and optimized to avoid the resonance between the cable and the robot, using a finite element model. Additionally, dynamic cable responses are simulated under different conditions wherein the robot mass are 10 and 200 kg, and the speeds are 0.2 and 0.3 m/s, respectively. At last, to demonstrate further the dynamic characteristics of the cable-robot system experimentally, cables are set up on the Junshan highway bridge over the Yangtze river. Similar experimental models of these cables are constructed, and vibration experiments are conducted to validate the theoretical calculation. The results show that a light robot has little effects on the cable vibration amplitude and vibration acceleration; this confirms the safety of the cable.     

两关节机器鱼无升潜游动动力学建模与仿真

以两关节机器鱼为研究对象,建立坐标系并选取合适的广义坐标,归纳出了两关节机器鱼无升潜游动动力学的正解和逆解问题.应用Lagrange方程,推导出了两关节机器鱼无升潜游动的动力学模型,给出了动力学模型中各个系数项的意义.通过机器鱼的动力学仿真,得到了鱼体摆动特性与机器鱼质量分布、尾部摆动频率的关系,给出了鱼体摆动对机器鱼运动学参数的影响.     

客运架空索道系统动力特性分析方法

客运架空索道系统的固有频率与模态是衡量索道系统固有动力特性的重要指标，固有频率的大小直接关系到结构在各种不同的激励条件下是否会发生动力放大效应与共振。文中首先解决索道系统分析中的有限元建模问题，包括典型柔性索道的模型状态，然后利用ANSYS程序的子空间迭代法求出结构最低各阶的特征值与特征向量，并计算出三种工况下的前40阶固有频率与振动模态，为客运架空索道系统的动力特性分析提供有效的计算方法。