果蔬采摘机器人末端执行器研究综述

从果蔬采摘的特点出发,综述了国内外各种果蔬采摘机器人末端执行器的研究现状及特点,指出末端执行器的通用性与系统成本、使用成本之间的矛盾是制约采摘机器人发展与应用推广的关键难题.提出将欠驱动多指手作为果蔬采摘机器人的末端执行器,同时分析了欠驱动多指手国内外研究现状,并从欠驱动多指手的机构特点、抓取模式和综合成本等方面说明了这一思路的可行性.     

基于柔性驱动模块的机器人灵巧手设计与试验

现有仿人机器人灵巧手往往缺少柔顺性和灵活性,针对这一问题,提出一种基于柔性驱动模块的机器人灵巧手结构。手指采用绳和连杆的混合传动形式,并设计与人手相仿的整手结构;设计的柔性驱动模块采用弹性卷筒式结构,卷绕绳的空载线速度接近35 mm/s,最大输出拉力可达15 N,具有空载速度快、有负载时柔性加载的特点,且具有绳张力检测功能,利用ANSYS Workbench对弹性元件进行结构静刚度分析与参数优化设计;参考人手指生理耦合关系,对手指连杆耦合机构进行优化设计。样机试验表明,所设计的机器人灵巧手可实现与人相仿的手势,并能完成对不同形状和大小的物品的稳定抓握和指尖抓取。手指最短收缩时间仅0.6 s,具有较快的运动速度。     

农业机器人灵巧手遥操作虚拟现实实验平台——基于LabVIEW

为了实现农业机器人灵巧手遥操作功能,提出并设计了基于虚拟现实技术的实验平台;利用NI公司的LabVIEW开发了遥操作上位机,能够对灵巧手抓取过程进行实时控制与监测。实验结果表明:农业机器人灵巧手能够根据物体大小精准地抓取物体,具有可靠性高、稳定性好等特点,可以满足农业机器人采摘要求。     

基于固定接触约束的多指灵巧手动力学建模

多指灵巧手通过与被操作对象间产生接触来完成操纵任务,两者间不同的接触方式会影响其对操纵任务的完成准确度,而动力学模型是进行动力学特性分析的基础,同时也是实现对机械系统高精度实时控制的基础.如何在系统运动方程中加入灵巧手与被操作物体间的接触约束成为灵巧手动力学建模过程中的难点.传统的动力学建模方法(如拉格朗日乘子法和Ka...     

采摘机器人执行器气动柔性关节安全性设计

针对气动柔性关节易发生气体泄漏、失压等安全问题,设计了使用多个气囊驱动的安全柔性关节,从而提高了气动柔性关节在实际使用中的安全性.建立了安全柔性关节的静态数学模型,设计了相应的控制系统.并且设计了具有2个安全柔性关节的机器人单根手指.     

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明：选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。     

农业机器人关键技术研究现状与发展趋势

农业机器人是机器人领域重要分支,农业机器人代替人工作业成为现代农业发展的重要趋势。本文给出了农业机器人定义和分类,分析了农业机器人国内外发展现状、应用需求和技术挑战,划分了农业机器人3个发展阶段。通过对各类应用场景农业机器人的研究分析,提出了农业机器人的物境信息智能感知、智慧决策与智能控制、灵巧臂手精准作业、自主导航稳定行走、端-边-云协同机器人系统5大技术要素,阐明了农业机器人关键技术发展趋势,给出了其技术标准体系架构方案。指出了农业机器人共性关键技术是助推智能农机升级、智慧农业产业快速发展的重要抓手,同时指出我国农业机器人正进入快速发展期,也是我国追赶国际技术前沿的战略机遇期,最后为我国农业机器人产业发展提供了方向性建议。     

基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪研究

多指机器人手爪普遍存在指端作用力弱的问题,柔性机器人手爪也出现末端作用力不足的现象,采用气压驱动的软体手爪虽驱动力增强,但不利于手爪控制的准确性,为此,设计了一种基于滑块摇杆机构的柔性三指机器人手爪。该手爪每根手指的指尖、指中节采用滑块摇杆机构实现,不仅增强了指端作用力,而且结构简单、易实现。为避免手指与目标物的刚性接触,手指尖、指根运动均通过弹簧来实现手爪的柔性;指尖驱动弹簧设计得较软,有利于初始接触的柔性;指根采用腱传动方式,指根腱采用较硬的弹簧来传递舵机扭力,可保证足够的作用力;手指表面均设计有较平的表面,有利于粘贴触觉传感器。通过理论分析与计算,证明指尖可获得较大的作用力,并分析了弹簧的选取方法。通过抓取实验证明本文设计的机器人手爪具有较好的适应性和抓取能力;与本课题组前期设计的钢丝绳耦合欠驱动式机器人手爪进行了抓取力对比测试,结果表明,手爪的抓取力有了很大提升,最大抓取质量达1.71kg;通过测试指端正压力与驱动舵机旋转角的关系以及抓取典型目标物的损伤情况,证明了设计的手爪具有一定柔性。有关性能实验证明了设计的手爪具有较好的实用性。     

机器人抓件上料系统在卡车生产线中的应用

机器人及其抓具上料系统在卡车焊装生产线中得到越来越广的应用。对机器人抓具系统的常用方式进行了梳理汇总,并结合卡车产品的特殊结构要求,重点介绍了机器人反面抓件机构与旋转定位系统等专用机构的设计原理及综合使用情况,使生产线实现了高效、安全、多品种柔性共线的自动化生产要求。     

空间柔性闭链机器人动力学建模与振动仿真

空间闭链机器人的柔性连杆在高速运行状态下产生的弹性变形对系统振动效应具有重要影响.为准确分析柔性连杆对空间柔性闭链机器人振动特性的影响,采用有限单元法对柔性构件进行离散,基于浮动坐标系法描述构件位移场,最后通过Lagrange方程建立空间刚柔耦合闭链机器人动力学模型及振动方程,并分析系统固有频率和振型函数.基于同等参数...     

高速重载码垛机器人刚柔耦合运动行为仿真研究

随着冶金、石化等行业不断向高效方向发展,高性能高速重载机器人市场需求日益强烈。机器人应具有较快的搬运速度和较高的稳定性,分析高速重载机器人在整个工作过程中的运动状态显得尤为重要。本文以铝锭连铸生产线上的高速重载码垛机器人为研究对象,用SolidWorks软件建立该机器人本体三维模型,将机器人的小臂看成柔性体,底座、腰部、大臂等其他部件当成刚体,建立其刚柔耦合模型,用ADAMS软件仿真分析码垛机器人在一个工作循环内的运动过程,通过后处理得到手腕末端点处的位移、速度和加速度图像,并与全刚体仿真分析结果进行对比。结果表明:小臂杆的柔性变形对末端执行器的运动精度影响较大,刚柔耦合方法更加直观、准确地模拟码垛机器人的实际工作状况。     

一种双向平夹感知自适应机器人手指设计

为更好地应对工作环境的复杂性,设计了一种双向平夹感知自适应机器人手指装置,称为PPC手指。提出双向平夹感知自适应功能,对手指机构原理和组成、抓取动作过程和抓取力进行分析,进行了样机的虚拟设计和抓取模式分析。该PPC手指综合了传统灵巧手和欠驱动手的优点,独创性地实现了双方向平行夹持和感知自适应的抓取效果。     

下肢外骨骼康复机器人的关键技术探究

下肢外骨骼康复机器人已经在医疗领域有了广阔的前景,是机器人领域的关注重点,但其结构是集合了驱动方式、传动方式、控制系统与人体康复学于一体的科学性应用。本文分析了下外骨骼肢康复机器人的关键技术,如基本方案与机构、计算机控制系统等,在此基础上提出了D-H模式并进行了公式推导,总结了目前应用的下肢外骨骼康复机器人的不足,提出了所需注重的领域和改进措施,旨为后续下肢康复领域与机器人多元化应用领域奠定基础。     

气动柔性关节仿生六足机器人步态规划与运动性能研究

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。     

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。     

收获机器手定位技术的研究进展

收获机器人中的机器手定位技术直接影响了收获机器人的作业效果,也是开发实用设备的关键。为此,从定位技术中图像处理技术的改进、基于三维信息的定位技术改进以及基于机器手移动路线的定位技术改进等3方面总结了近年来收获机器手定位技术的研究进展,并提出了在今后相关技术的进一步研究中需要注意定位精度的要求、定位误差与机器手控制误差的关系以及机器人自身位姿对定位技术的影响三方面的问题。     

三自由度并联机器人刚柔耦合动力学建模

三自由度并联机器人在运动过程中存在的弹性变形、刚柔耦合效应等问题,对机构的运动学及动力学性能有很大影响。为得到机构真实的力学性能,以三自由度3—RPS并联机器人为研究对象,考虑机构在运动过程中存在的柔性因素,运用Kane方程法建立三自由度并联机器人刚柔耦合动力学模型。该动力学模型的建立,为进一步对该机器人进行动力学分析提供一定的理论依据。     

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。     

柔性底盘的转向运动模型

为了给现代设施农业作业车辆提供一种灵巧的车辆底盘,设汁了一种基于偏置轴的四轮独立驱动和四轮转向的柔性底盘;针对电动轮的加速过程建立受力平衡方程,在不同的运动形式下构建运动模型的状态方程,利用仿真软件进行过程模拟仿真,分析转向角对运动参数的影响.结果表明,所构建的柔性底盘运动模型能够反映其运动特性,为研究柔性底盘的运动特性和中央控制器控制策略及算法的设汁提供了依据.     

柔性杆连接的仿壁虎机器人结构设计分析

现代机器人在设计过程中经常采用仿生设计,在具体设计过程中,通过合理的方式,使机器人的性能得到进一步提高,从而保证机器人在实际应用过程中能够发挥出应有的作用,为人们提高更好的服务。文章针对柔性连接的仿壁虎机器人结构设计进行分析,希望对相关工作人员能够有所帮助。