基于单目视觉的工业机器人拆垛系统设计与实验

基于单目视觉提出了工业机器人拆垛系统构想。为实现工业机器人视觉拆垛系统中机器人精确运动控制与工件位姿识别,运用D-H位移矩阵法建立了机器人运动学模型,得到机器人末端相对机器人坐标系的位姿信息。基于形状模板匹配法提出目标图像识别算法,得到各个目标图像在相机坐标系下的位姿信息;将三维视觉模型与机器人运动学模型进行信息融合,建立机器人视觉拆垛控制系统数学模型。基于CCD工业相机、4-DOF工业机器人搭建视觉定位抓取实验系统。通过对空间目标进行抓取的实验,验证基于单目视觉的工业机器人拆垛系统的正确性、精确性、鲁棒性。     

Geometric,kinematical and thermal analyses of non-round cylindrical grinding

This paper is concerned with the analyses of grinding geometry and kinematics in the grinding zone and develops a thermal model, along with a chip-thickness-dependent value of specific grinding energy into the workpiece. The grinding geometry and kinematics are modeled for arbitrary non-round workpiece forms. Unlike other models, which are based on a fixed, constant geometry, the model presented here is based on first principles using a fundamental, transient, non-constant geometry and thus constitutes a much-needed advancement in grinding technology. A novel experimental approach is also taken, which uses the specific grinding energy into the workpiece, rather than the total specific grinding energy coupled with an estimate of the energy partition, an estimate which previously has proven difficult to achieve accurately. The model is verified with experimental work and predicted temperatures are in reasonable agreement with temperatures associated with the onset of thermal damage, determined via metallographic examination and Barkhausen noise. Finally, some of the challenges of using Barkhausen noise to evaluate thermal damage are investigated, namely the differing response characteristics of stressed and overtempered material vs. rehardened material, and how these can be overcome in practice.     

管道全位置焊接机器人结构设计与分析

针对长输油气管道焊接效率低、劳动强度大和焊接质量不稳定的问题,研制了一种管道全位置焊接机器人。根据野外施工特点,采用模块化设计方法,确定了焊接机器人结构,主要包括行走机构、焊炬调节机构和送丝系统三部分,并对其结构特点和工作原理进行了分析。根据机械模型建立了机器人的运动学方程,进行了仿真和试验研究,仿真结果表明：该机器人可以完成对应壁厚钢管的焊接,且焊接质量良好。     

Tool path accuracy enhancement through geometrical error compensation

Kinematic and geometric errors of CNC machine tools, introduce large deviations in the real path traveled by the cutting tool. Tool path deviation reduces geometrical and dimensional accuracy of the machined features of the component. Tool path modification is an effective strategy to increase accuracy of the machined features. An improved error estimation model based on kinematic transformation concepts has been developed and used to calculate the volumetric overall error. These calculations are applicable for each arbitrary target positions of the machine's work space. Also a NC Program editor software has been developed in order to manage the calculations, modifications and to generate the new compensated NC program. The compensation procedure includes: fragmentation of nominal tool path to small linear elements, translating nominal position of elements to real positions using the Kinematics error model, finding compensated positions using the error compensation algorithm, converting newly generated elements to new tool paths using the packing algorithms and finally editing old NC program using NC code generator algorithm. Experimental tests showed 4-8 times accuracy improvement for linear, and S-pline tool paths deviations.     

人形跑步机器人的逆运动学分析

提出一种人形跑步机器人逆运动学的分析方法。由于机器人在跑步时存在一个双脚离地的腾空阶段,因此建立了惯性坐标系、参考坐标系和物体坐标系,用来确定机器人身体各个部分的相对位置。采用齐次坐标转换矩阵分析机器人质心和双脚轨迹与机器人各个关节角度、角速度、角加速度等的关系,并用Newton-Raphson方法根据机器人质心轨迹和双脚轨迹计算出各个关节的运动参数,完成逆运动学分析。并通过算例验证这种方法的有效性。     

三回转自由度数控主轴结构设计与运动学分析

基于对3R斜交非球型手腕结构的研究和数控机床主轴功能的分析,提出一种具有3个连续回转自由度的数控主轴的概念设计,并用SolidWorks软件建立该主轴的三维模型。用D-H参数法建立该主轴的运动学模型,进行运动学分析和工作空间的分析与仿真。仿真结果表明:该主轴结构紧凑、惯量小、灵活度大,能够实现三维空间的任意姿态,扩大数控机床的加工范围。     

UPR100弧焊机器人轨迹规划

对UPR100弧焊机器人进行了基于运动学的轨迹规划与仿真。采用D-H法建立了UPR100弧焊机器人运动学方程,运用Matlab编程实现了正、逆运动学求解,并利用正、逆运动学进行了轨迹规划。通过Matlab工具箱Sim Mechinics建立了UPR100弧焊机器人三维模型,并将轨迹规划仿真数据与理论数据进行比较,验证了轨迹规划的合理性与仿真模型的正确性,为UPR100弧焊机器人下一步的动力学研究与轨迹跟踪控制器设计奠定了理论基础。     

基于虚拟样机的运动模拟平台参数化建模与优化

利用软件ADAMS建立了装备并联运动模拟平台参数化模型,并通过仿真测试验证了模型的正确性,针对参数化模型,对平台进行了运动学分析与动力学分析。以平台结构主控参数为设计变量,分析了设计变量的灵敏度,在此基础上分别以液压缸受力和液压缸整体性能为目标函数对平台机构进行优化设计,实现了平台结构的优化。     

虚拟样机技术在轴向柱塞泵仿真分析中的应用

固液耦合效果对柱塞泵运动学与动力学特性影响很大。利用有限元分析软件,建立柱塞泵刚柔耦合模型,在此基础上建立其固液耦合虚拟样机模型。仿真研究斜盘倾角、主轴转速对柱塞泵运动学和动力学特性的影响,以及柱塞腔内压力变化规律。结果表明:泵的出口流量及压力脉动幅值随斜盘倾角的增大而增大;柱塞加速度与主轴转速的平方呈正比,造成柱塞泵受到的液压冲击力急剧增大。研究结果为柱塞泵性能的深入分析提供了参考。     

光伏板清洁机器人运动学建模与仿真

为实现光伏板清洁机器人的精准运动控制,运用D-H法建立光伏板清洁机器人臂架机构运动学数学模型。根据变量的性质,将光伏板清洁机器人臂架机构的运动学问题用驱动空间、关节空间、位姿空间之间的映射关系描述,根据机构的几何特征,分别推导出各工作空间之间的映射关系。在MATLAB环境下对臂架机构数学模型进行运动学仿真并绘制清洗装置末端轨迹包络图,验证光伏板清洁机器人臂架机构运动学数学模型的正确性。研究结果为光伏板清洁机器人轨迹规划、运动仿真与动力学分析等提供了理论依据。