切削加工机器人系统综合误差解耦补偿

以6自由度机器人及2自由度变位机为研究对象,运用机器人微分变换理论建立存在误差情况下的运动学方程。针对机器人在切削加工中动、静态误差存在耦合的情况,通过分析切削加工系统的特点,运用摄动法建立了相邻两连杆间的动、静态误差的传递关系,并由此推导出机器人末端执行器与各关节轴动、静态误差的关系,对机器人及变位机各运动副间的误差进行了解耦,建立了切削加工机器人系统的误差补偿模型,并验证了其有效性,为进一步研究机器人末端执行器与各关节及臂杆间的误差关系打下了理论基础。     

切削机器人的设计研究

文章通过分析传统切削机器人,针对它们所存在的问题和不足,在分析现有工业机器人刚性差、精度低的基础上,设计出一种新型的切削加工机器人。采用模块化的设计技术,设计了五种基本功能模块,根据加工对象的要求可快速地组合成多种不同的结构型式。研究该切削加工机器人的运动功能分析,使切削加工机器人不仅具有机器人一样灵活的柔性,而且具有金属切削机床一样的刚性,特别适合于空间自由曲面的加工与测量等。     

组培苗移植机器人的运动学求解

为了实现对5自由度关节式组培苗移植机器人的精确控制，对机器人进行了运动分析和综合，采用Denavit-Hartenberg分析方法建立了机器人操作臂的几何模型和运动学方程，实现了机器人的运动学方程正解；根据机构特点，用几何解析法得到封闭形式的机器人运动学方程逆解。对组培苗移植机器人进行了运动学仿真分析，验证了所求得的正解和逆解。机器人运动学正、逆解的实现，为组培苗移植机器人的轨迹规划和精确运动控制奠定了基础。     

抚育机器人优化性设计——基于MatLab

以当前广泛应用于森林抚育采伐的抚育机器人作为研究对象,对其核心动作部件-机械臂进行优化性设计。根据运动部件的抚育原理及所要达到的育林效果,建立理论数学动力学模型,通过对各机械臂构件进行机械优化,绘制三维动作部件物理模型,并结合机械臂的协作运动控制机理及轨迹方案,对主要控制参数对比计算并选取。同时,利用MatLab分析工具,在核心控制算法理论支撑下开展试验仿真。针对抚育机器人的核心动作部件—机械臂系的软硬件系统进行改进优化,研究抚育机器人在抚育过程中的运动轨迹及部件动作变化情况,为进一步优化抚育机器人整机结构及协调性提供了改进思路和方法,并可为提升抚育机器人装置的整体工作效率提供理论参考。     

基于共形几何代数的并联机器人逆运动学分析方法

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联机器人逆运动学分析方法。根据动平台位姿参数给出动平台刚体运动算子,通过共形几何代数框架下的几何积实现动平台上任意点的刚体变换,得到任意点在运动过程中的共形几何表达式;结合机构中尺寸、几何约束,利用内积运算,建立机构运动学方程;根据运动学方程,进行运动学反解计算和速度分析。以3自由度的3-RPS并联机器人和6自由度6-UPS并联机器人为例,对所提方法进行验证,并将逆运动学推导结果与仿真软件所得结果进行了对比,验证了本文提出方法的正确性。该方法将空间向量和旋转表示等几何对象与矩阵乘法、矢量外积等计算方式相结合,使得并联机器人空间几何问题统一在一个代数系统中进行处理,因此分析过程几何直观性较强,简化了运动学逆解分析计算过程。     

温室3P3R机械臂系统动力学建模与分析

针对温室等设施农业环境,设计了一种具有3P3R机械臂结构的机器人,为了分析机械臂的操作性能并实现精确运动控制,对机械臂进行了运动学和动力学分析;采用Kane方法和旋量理论分析方法建立了机器人的操作臂运动学和动力学模型,利用该模型,针对原理样机的具体结构,在Mathematica环境下研究了机械臂的操作性能,得到在一定作业任务规划下,末端执行器的位姿变化规律,以及按照该规划轨迹运动时各关节的驱动力;结果表明,结合了Kane方法和旋量理论的动力学模型具有准确、简单、有效等特点,能够满足机械臂的运动学、动力学分析的要求。     

基于足球机器人控制系统的采摘结构运动系统构建分析

为进一步提升农业采摘机器人运动控制系统的准确性与平稳性,引入足球机器人控制系统的控制原理,结合农业机械采摘的结构运动控制要求,针对采摘结构的运动系统进行了构建分析。在深入理解采摘结构的运动系统原理和主要采摘部件构成的基础上,建立了基于足球机器人控制系统下的采摘运动理论模型,并对其硬件结构系统进行搭建、软件控制系统进行优化,从而进行采摘试验。试验结果表明:采摘试验时间控制在1.50～2.50min范围时,综合漏采率可控制在1.20%以下,且最小的综合漏采率可以降低至0.95%,采摘成功率可达到93%以上,验证了将足球机器人控制系统机理应用于采摘结构运动系统的可行性与平稳性。     

农业机器人轨迹优化自动控制研究——基于BP神经网络与计算力矩

以农业机器人精密轨迹优化自动控制为目标,在优化算法中引入BP神经网络与计算力矩法结合的自动控制器,旨在减少作业过程中的运动误差,提高其工作效率。首先,建立农业机器人数学模型,分析其运动学和动力学原理;然后,设计了农业机器人运动控制系统,引入BP神经网络对不确定动力学因素进行判断,并提出解决该因素的自适应学习法;最后,对该系统运用Mat Lab进行了仿真。试验表明:以BP神经网络与计算力矩法结合的自动控制器可以有效优化机器人运动路径,提高机器人整体作业效率,系统运行稳定、可靠性强,且对外部环境的干扰因素具有较强的自适应学习能力。     

基于CAM/CAE的采摘机器人运动轨迹控制研究

为适应现代农业装备向精细化、智能化方向,更为准确地掌握采摘机器人作业过程中的实时运动轨迹,不断提升采摘机器人的作业效率,以6自由度的采摘机器人机械臂为研究对象,在全面理解采摘机器人结构组成及作业原理的基础上,运用运动学与动力学相结合的理论模型,通过对其进行三维实体建模,优化整体臂体结构及控制系统的软硬件组成、臂体运动学求解算法及关键参数控制要求等。同时,利用CAM/CAE分析工具进行模拟仿真验证,结果表明:通过不断调整运动部件与作业环境间的相互关系,实现了采摘机器人臂体的运动轨迹跟踪控制,臂体的各个执行部件运动位置误差范围控制在10%之内,达到了机器人自主采摘的控制要求。这一控制研究可为采摘机器人其他相关部件研究与改进提供参考。     

基于DSP的三自由度采摘机械手控制系统研究

通过对采摘机械手进行运动学分析,针对采摘机器人运动控制难度大这一问题,设计了基于DSP的三自由度采摘机械手控制系统,并从硬件和软件等方面搭建了系统平台。MatLab仿真结果表明:采摘机械手在控制系统的驱动控制下,可以准确从起点运动到终点,且轨迹比较圆滑,可以到达预期目标,满足采摘机器人作业需求,证实了该方法的可行性。     

拖拉机零部件数控多加工路线优化——基于蚁群算法集成求解

数控加工路线是机床零部件加工编程的关键,针对计算机辅助设计中工艺路线规划问题,提出了一种基于蚁群算法集成求解的拖拉机零部件数控多加工路线优化算法,可根据加工元、加工方法及加工元约束条件,优化零部件加工机床路线,计算出机床最优的加工工艺路线。通过实例验证,证实了该方法可以较大程度地优化加工路线,大大节省了加工时间,提高了作业效率。     

易变形复杂零件加工工艺研究

易变形复杂零件的结构具有特殊性，在较高的加工技术要求时需要改善加工工艺路线，实现对复杂零件变形问题的有效控制。文章分析了易变形复杂零件的结构特点阐述了变形原因，提出了较少变形的措施，即通过粗精加工工序分开，适当进行热处理工序，并通过改善刀具材料和切削速度实现变形控制。最后系统说明了降低变形的工艺路线设计原则，为机械加工工艺设计人员提供参考。     

基于UG建模和仿真的拖拉机箱体零件数控加工研究

为了提高拖拉机箱体复杂曲面的加工精度,合理安排加工工序,提高加工效率,将UG建模和仿真技术引入到了零件数据加工过程中,通过对加工工序和程序的检验与修改,以达到数据加工工序和源程序优化的目的。以拖拉机箱体零部件曲面形状的数控加工为例,采用曲线拟合技术对数控加工过程的刀位进行了优化,利用UG软件对加工过程进行了仿真。仿真结果表明:刀位优化后的曲面加工最大过切和欠切量都有所降低,说明通过优化提高了数控加工精度。     

面向计算机辅助分析的并联机构符号描述方法

并联机构拓扑信息的符号描述方法对于计算机辅助机构拓扑结构分析和机构型综合等研究具有重要意义。基于并联机构的SOC组成原理,遵循机构学领域符号表达习惯,提出了具有代数运算功能的并联机构符号描述系统,将并联机构拓扑结构表示为一种符号多项式,其中每一项代表一条支路;分析了运动副方位关系的传递性,提出了方位关系组的概念,给出了运动副方位关系的符号描述方法。在此基础上给出了POC集的符号推导方法,将支路的POC集表示为所含运动副POC集的加法运算,将整个并联机构的POC集表示为各支路POC集的乘法运算。该符号描述系统在一定程度上具有符号语言的代数特征,便于进行并联机构拓扑不变量的自动分析,为计算机辅助并联机构型综合提供了理论基础和有效工具。     

基于DSP和计算机辅助的播种机导航视觉技术研究

为提高播种机导航视觉系统的效率及准确性,在导航控制系统的设计过程中引入了DSP和计算机辅助方法,通过计算机辅助图像处理和数据计算,有效提高了导航系统的效率。在播种机自主导航系统的设计中,采用了DSP和计算机辅助联合的方法,并以图像的处理为例,对系统设计的可行性进行了测试。结果表明:在高分辨率图像处理的条件下,基于DSP和计算机辅助的导航系统可以顺利完成图像的处理,保证了导航系统图像识别和路径规划的效率及准确性。     

农业机器人运动轨迹控制仿真分析——基于遗传算法优化和RBF网络逼近

随着国力的不断增长,我国科技产业发展突飞猛进,机械自动化、计算机控制系统和测试计量行业的不断发展,使得移动机器人的研究也达到了一个前所未有的高度,机器人已经被广泛地应用到农业生产、工业生产、国家安全、生活服务和高等研究设计等领域的各个方面。移动机器人作为机器人的一部分,集中了智能传感技术、机械制造、电子无线通信技术、智能仪器和自动化控制工程等多学科的研究成果,是当前科技研究与设计最前沿的领域之一。为此,基于遗传算法优化RBF网络逼近算法,根据机器人运动轨迹的特性,研究了机器人运动轨迹控制技术,通过实时传感器在线感知系统,为智能机器人实时规划出无碰撞、路线短的运动轨迹。实验结果表明:所研究的机器人运动轨迹优化技术,具有较好的控制作用,其在行进过程中能及时、有效避地开前方障碍,可靠性强,稳定性好,应用前景非常广阔。     

基于UG自动编程技术的拖拉机零件数控加工技术研究

随着现代农业自动化水平的不断提高,更多具有自主作业能力的自动化农业机械被运用到了农业生产过程中,但农机需要精度较高的零部件与之匹配才能实现精准化作业。为了提高拖拉机零件的数控加工效率和精度,将UG软件引入到了零部件的数控加工工艺设计过程中,根据零部件的模型进行了工艺分析和参数确定,在确定好刀具和坐标系、加工工序及刀具走刀路径后,采用UG自动编程技术生成了加工代码,从而有效地提高了数控加工的效率和质量。为了验证方案的可行性,以拖拉机轴类的数控加工为例,对方案进行了可行性验证。验证结果表明:采用UG软件可以自动生成刀具的加工轨迹,并实现加工过程的仿真模拟,最后形成加工代码,证明在拖拉机零部件的数控加工过程中使用UG自动编程是可行的。     

基于DSP图像处理和HPI通信接口的采摘机器人设计

为了提高采摘机器人的智能化程度,降低设计和制造成本,提高机器人的通信能力,提出了一种基于HPI接口和DSP系统的新型采摘机器人。该机器人将嵌入式DSP系统和ARM控制器利用HPI接口有效地结合起来,利用图像DSP系统对采集图像进行处理,实现目标的定位,从而提高了嵌入式系统的运算能力;利用ARM控制器对执行末端进行控制,实现了机械臂的准确定位和控制;使用滤波器对通信过程的干扰信号进行降噪处理,从而提高了整个系统的稳定性和可靠性。最后,对采摘机器人的通信能力进行了测试,结果表明:IIR滤波器可以有效的滤除干扰信号,通信较为稳定,从而验证了嵌入式DSP系统和HPI通信接口在采摘机器人设计上使用的可行性。     

宏程序在数控加工中的应用

宏程序在生产实践中应用广泛,灵活性强,特别在手工编写加工曲线轮廓及监测刀具磨损换刀进行中断处理等更是常用。用宏程序编写出的程序简洁、严密,且机床执行该程序迅速、高效。因此,掌握宏程序加工产品是数控技术的重要组成部分。以FANUC系统为例,阐述宏程序及其参数在加工和中断处理功能中的应用。