码垛机器人运动动力学分析

未来市场发展,工业化进程会不断加深。码垛机器人有比较合理的运动动力学特性,被广泛应用。以技术为核心,码垛机器人向着智能化方向发展,力学分析是机器人设计的重要环节。以码垛机器人的Z轴升降机构动力学分析为主,对机器人整体进行了研究,并进行了相关计算,验证了Z轴方向受力的合理性。      

基于冗余控制策略的采摘机器人设计

针对采摘控制系统精度较低、采摘效率不高的问题,基于冗余控制策略设计了采摘机器人,主要由传感器模块、远程控制模块、控制器模块、执行器模块和中央控制器组成。从冗余度机器人自运动的角度、构造性能指标和自运动变量,对机器人的运动功能变量进行优化和控制,提高对机器人的关节控制。对采摘机器人进行试验,结果表明:机器人可以完成对果蔬的采摘,且保证果蔬表皮的完整性。     

ABB机器人码垛编程优化仿真设计

ABB机器人码垛节省了劳动时间和劳动强度,提高了作业效率和准确率.本研究介绍ABB机器人工具的搭建、码垛程序的仿真优化设计,为工业机器人应用在码垛领域提供理论依据.仿真结果表明,该设计能满足码垛工艺流程,验证了程序的正确性,提高了垛型数据的利用率,减少了示教时间和复杂度,降低用户工作量.     

4-RRR冗余并联机器人驱动力优化

为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿-欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4-RRR机构和3-RRR机构的驱动力,比较结果表明4-RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4-RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。     

平粮机器人结构设计及运动仿真

目前,粮食储备库基本上采用人工进行粮面平整作业,不仅劳动强度大、效率低,而且由于粮库内粉尘多、粮食易流动性大给工作人员造成严重的安全隐患,研发一种平粮机器人代替人工进行粮面平整工作具有广阔市场前景和实用价值。为此,设计一种适用于高大平房仓的平粮机器人,建立其三维模型,并研制机器人实物样机。同时,因其工作时粮粒会进入履带和履带轮啮合区挤压履带变形,影响机器人行走,在履带上增加了履带密封避免粮粒进入履带。运用仿真软件Recurdyn对平粮机器人进行动力学仿真,对原地转向和爬坡性能进行分析,确定最大爬坡角,验证机器人结构合理性和有效性。最后,建立试验环境对机器人粮面平整性能进行试验。试验表明:机器人在一定程度上能完成粮面整理工作。     

基于遗传算法的冗余任务并联机器人驱动优化

以六棱锥式并联机器人为研究对象,采用拉格朗日法建立机构动力学模型,结合直线电动机设计原理,获得驱动电流与任务轨迹之间变化的对应关系。基于遗传算法以瞬时动能最小为优化目标对电动机驱动力进行优化,优化后能耗较非冗余任务能耗降低了47.6%。进行了样机冗余任务轨迹实验,实验结果表明电流变化与仿真结果吻合,验证了优化方法的可行性和合理性。     

拖拉机驾驶机器人换挡机械手运动分析

针对小型四轮农用拖拉机变速箱换挡阻力呈现时变、非线性特性,且换挡后需要松开换挡杆的特殊要求,设计了拖拉机驾驶机器人换挡机械手,该机械手为关节型结构,采用D-H方法建立机械手坐标变换矩阵,对机械手进行运动学分析,并通过拉格朗日动力学方程建立简化机械手的动力学模型。利用Solid Works建立换挡机械手虚拟样机模型,并采用多体动力学仿真软件ADAMS进行运动学和动力学仿真;为保证换挡平顺性,设置机械手末端执行器与拖拉机变速杆端部间位移小于50 mm为约束条件,将换挡过程中末端执行器抖动速度绝对值最小作为目标函数进行参数优化,当换挡机械手长度为220.0 mm、末端高度为393.25 mm时目标函数最优,此时机械手末端执行器抖动速度平均值较优化前减小28.18%,位移和加速度平均值变化率分别为49.55%和52.05%,位移、速度和加速度的峰值变化率分别为60.22%、66.24%和81.66%,通过仿真初步验证了所提机械手参数优化及所建模型的合理性和科学性。最后,在JINMA 300E型拖拉机上对优化后的换挡机械手进行实验研究,实验结果表明机械手可实现不同挡位的换挡动作,平顺性好,并可模拟拖拉机驾驶员换挡完成后对变速杆的松手动作,有良好的工程和应用价值。     

直线驱动型并联机器人工作空间分析与优化

与旋转驱动型相比,直线驱动并联机器人具有更大的工作空间,但存在工作空间求解较复杂、精度不高和优化目标不合理的问题。针对上述问题,根据并联机器人的结构和运动学模型,提出了一种极坐标变步长迭代搜索法求解并联机器人工作空间,分析各结构参数变化对工作空间的形状、尺寸、对称性的影响趋势。提出一种综合机器人灵巧度与工作空间利用率的全局混合性能指标,并以此为目标函数建立了结构参数优化的数学模型,利用粒子群算法对不同工况下机器人尺寸参数进行优化,得到基于机器人操作性能和工作空间利用率的最优参数,对不同权重下优化得到的参数进行仿真,验证了目标函数的正确性和有效性。通过激光跟踪仪测出的实际工作空间与理论工作空间模型进行对比,验证了工作空间理论模型的正确性,为后续的尺度综合研究打下基础。     

串联机器人多模式标定与刚柔耦合误差补偿方法研究

工业串联机器人有着较大的几何误差,还存在着不可忽视的非几何误差,使其在高精度领域的应用受限。本文建立了一种包含几何与柔性误差的完整刚柔耦合位置误差模型,并采用基于预测残差和加权递推平均滤波算法改进的Levenberg-Marquardt算法(M-LMA)辨识耦合误差参数。为了提高测量过程的效率及可靠性,结合测量设备的检测特性与末端执行器的几何特性两种外部约束,提出了一种基于线性递减权重的粒子群算法(LDW-PSOA)的测量位姿智能选取方法。重点提出了一种局部精补偿方法,其可与标定或者全局补偿同时使用,也可直接单独使用。同时,根据机器人自身特性及加工需求,提出了一种基于预测精度与参数数量的模型择优方法,并且制定了一种多模式精度提高策略。此外,将本文所建立的模型及提出的算法集成于Matlab开发平台,实现GUI交互系统。实验结果表明,本文提出的精度提高策略不仅能以多种方式实现机器人高精度定位的性能,且具有高效可靠的测量过程。     

基于可操作性的串联机器人相对传动比优化

将串联机器人各关节传动链传动比的确定分解为相对传动比确定和绝对传动比确定,并从可操作性角度重点研究了前者.分析了条件数可操作性指标的实质,把相对传动比的确定归结为基于驱动空间的可操作性优化;给出了基于驱动空间全域可操作性的相对传动比优化模型;提出了考虑各动力元件速度驱动能力差异和末端位姿速度作业要求的优化模型中雅可比矩阵的获得方法.在此基础上对所设计的6自由度机器人的传动系统进行了相对传动比优化,提高了基于驱动空间的全域可操作性.     

冗余度双臂机器人协调避障算法

针对冗余度双臂机器人协调操作的避障规划问题,提出了一种基于自运动特性的避障算法。引入用于描述协调操作任务的绝对位姿变量和相对位姿变量,构造出对应于协调操作任务的雅可比矩阵,在此基础上,得到了用于避障的冗余度双臂机器人运动学逆解,使得冗余度双臂机器人能够同时完成两个机械臂的避障任务和末端的协调操作任务。最后,通过对一个冗余度双臂机器人的仿真试验,对算法的正确性进行了验证。结果表明,机器人与障碍物的最近距离大于0.015 m,并且机器人可以准确地完成末端的协调操作任务,关节运动连续、平稳。     

机器人末端运动特征几何化描述与分析方法

针对现有运动特征信息不完整以及代数分析方法较为抽象的现状,提出了基于高斯几何学的机器人末端运动特征几何化描述与分析方法。首先,基于高斯几何学将直线、曲线、平面以及曲面等均视作可描述末端运动特征的独立空间,进而建立了基于高斯几何学的运动特征描述模型;然后,基于该描述模型制定了末端运动特征的求并和求交运算规则,并提出了机器人末端运动特征的分析方法;最后,结合实例验证了上述几何化描述与分析方法的有效性。     

面向立柱栽培的移栽机器人设计与协调运动仿真

针对新型螺旋栽培立柱结构进行了配套移栽机器人系统的设计。通过几何与静力学分析,确定了插针式末端执行器的驱动电磁铁选型与机构参数。通过立柱的穴盘苗机器人移栽协调运动仿真,确定了机械手结构参数与系统优化布局,得到了多执行元件协调运动时序关系并建立了移栽协调运动流程。样机试验结果表明,机械手平均水平与竖直定位误差分别为2.24 m和0.63 m,移栽成功率为94.7%。立柱1.2 m高度范围的移栽作业效率为750株/h,末端执行器取苗时间仅为0.2 s,能够满足立柱自动化移栽作业的要求。     

考虑连杆和关节柔性的工业机器人大臂静动态性能优化

为提高工业机器人整体性能,减小其静动态性能误差,提出一种综合考虑工业机器人连杆和关节柔性的拓扑优化方法。将机器人动力学与拓扑优化相结合,以变密度法(Solid isotropic material with penalization,SIMP)为基础,通过线性加权和法建立工业机器人大臂的多目标拓扑优化函数模型,基于柔性多体动力学理论,利用有限元软件和多体动力学软件建立含关节、连杆柔性的机器人刚柔耦合动力学仿真模型,获得机器人在极限工况下大臂载荷谱,最后,利用层次分析法确定优化目标函数中各子目标的权重系数,并对函数进行求解。优化结果显示,优化后机器人大臂刚度和固有频率都得到提高,并且质量下降18.71%。通过虚拟样机技术重构机器人模型,并对其整体进行分析,结果表明,最大负载作用下,机器人最大变形量从0.208mm降至0.188mm,静态变形量误差减小9.62%;动态定位误差从0.777mm降至0.687mm,定位精度提高11.58%。上述拓扑优化方法为提升工业机器人整体静动态性能提供了有效的理论参考。     

大空间运动3-RRRU并联机器人运动学标定与误差分析

并联机器人具有高速、高刚度和大负载等明显优势,被广泛应用到农业和工业领域,但多关节导致该类机器人控制精度不高。针对大空间运动3-RRRU并联机器人的运动学建模和误差标定方法展开了系统、深入研究。综合应用DH法和空间矢量法建立了机器人的运动学模型,在此基础上,借助偏微分理论推导并建立机器人的误差模型;应用激光跟踪仪进行不同轨迹下机器人的空间位置数据采集,对一般遗传算法进行改进,以等步距搜索策略实现主要遗传算子的优化,并通过全局数值寻优获取机器人的误差补偿数据,完成标定和补偿工作。实验表明：基于直线标定方式,补偿后直线轨迹跟踪误差控制在0.14～1.34mm,但不适用于曲线轨迹补偿,其实测补偿后的最大误差高达5.08mm。曲线轨迹标定精度高于直线轨迹标定,补偿后将直线和曲线两种路径下的最大误差分别降低至1.18mm和1.56mm。该标定方法自动化程度高,适用于含有大量关节并联机器人的误差标定工作。     

FS03N通用机器人运动学分析与仿真

以FS03N通用机器人为研究对象,根据FS03N的结构特点,采用D-H法建立了机器人连杆坐标系,列出连杆参数,计算得出了以关节角度为变量的正运动学方程。通过选用z-y-z欧拉角来描述川崎FS03N通用机器人末端的方位。在机器人运动学反解问题上,采用了反变换法来求解。最后,使用SolidWorks软件建立了FS03N的三维实体模型,用motion对其进行仿真,验证位置正反解的正确性。