基于末端转角误差的并联机器人零点标定方法

针对一种4自由度高速并联机器人（Cross-IV机器人）的零点标定问题,提出了一种基于末端转角误差信息的快速零点标定方法．基于机器人的单支链闭环矢量方程,建立了零点误差全集与末端误差之间的映射模型．通过对误差传递矩阵的分解,在仅利用旋转编码器对末端转角误差进行测量的基础上,构建了该机器人的快速零点误差辨识模型．为进一步最大化测量效率及提高辨识矩阵的鲁棒性,提出了一种优化的测量点选择方案．通过仿真详细验证了该零点标定方法的鲁棒性与准确性．基于激光跟踪仪的验证实验表明,经标定后机器人末端位置误差降低至1.312 mm,转角误差降低至0.202°,标定结果表明该零点标定方法简单、有效．     

三自由度Delta并联机械手轨迹规划方法*

以三自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其高速搬运作业下的操作空间和关节空间的轨迹规划策略进行研究。结合实际作业需求,对机械手末端运动轨迹的关键路径点进行设置,建立点到点的搬运作业轨迹。以机械手运动学逆解模型为基础,在操作空间利用3-4-5次多项式运动规律建立操作空间运动特征到关节空间运动特征的映射关系。以机械手运动学正解模型为基础,在关节空间利用五次非均匀有理B样条(NURBS)运动规律建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹关键点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行计算机仿真,对比分析机械手关节角度、角速度和角加速度等运动特征,并通过物理样机试验进行验证。结果表明关节空间内基于五次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法在减小运动过程中机械手振动和降低电动机功耗等方面优势明显。     

Delta并联机械手刚体动力学模型简化方法

基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型,并对机械手动力学模型的各组成部分(惯性力矩项、惯性力项和重力项)进行了分类;在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上,提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略;以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标,提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标,从而确定组合分配系数;基于以上刚体动力学简化方法,从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发,结合机械手典型运动轨迹,采用多因素分析方法,通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响,结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。     

基于能耗最优的4自由度并联机器人轨迹优化

针对一种可实现SCARA运动的4自由度并联机器人(以下简称C4并联机器人),研究其以能耗最优为目标的运动轨迹优化方法。在运动学及简化刚体动力学分析的基础上,建立了该机器人的理想能耗模型。系统分析了C4并联机器人各伺服电机的输出功率与其末端动平台加速度之间的映射关系,并由此提出了一种能耗最优的评价指标,进而用于指导机器人轨迹优化。基于3-4-5次多项式运动规律,研究了机器人末端动平台在Adept Motion运动轨迹下各轨迹路径点的运动学参数(位置、速度和加速度)与其对应运行时间之间的函数关系。以能耗最优为目标,建立了C4并联机器人运动轨迹优化的数学模型,并应用MATLAB遗传算法求解出相应约束条件下各段运行时间的最优解。搭建了C4并联机器人的实验平台,并通过试验验证了该轨迹优化方法的有效性。试验结果表明该方法可有效降低各伺服电机输出转矩并提升机器人的动态性能。     

MD-1200YJ码垛机器人腰部支架的多目标结构优化设计

建立了MD-1200YJ型码垛机器人腰部支架的有限元模型,通过模态分析与模态试验验证有限元模型的准确性,并基于5次非均匀有理B样条运动规律进行考虑动力学因素的静力学分析,分析结果表明该零件具有轻量化设计的潜力;确定以质量最小、最大位移最小、最大应力最小为优化目标,以结构参数为设计变量,以第一、二阶固有频率不降低以及设计变量的边界条件为约束条件,利用Box-Behnken和RSM方法建立目标函数和约束函数的RSM模型,并验证了模型的准确性;利用NSGA-Ⅱ算法求得最优解,进而得到腰部支架的优化模型;通过对优化模型进行静力学分析、模态分析,并与初始模型进行对比,在保证前两阶固有频率不降低以及最大应力和位移均在允许范围内的情况下,质量减轻了8.2%,验证了该优化设计方法的有效性。