深海采样机器人的概念设计

深海采样机器人是期望5000 m潜深、1000 m作业半径,具备生物、热液以及矿石采样的作业工具,同时具有在海底行走和双重能源输入等功能,匹配已有的海底实验室。运用系统工程学对机器人系统进行模块化设计,借鉴深海保真采样、7自由度机械手等诸多技术,创造出具有主要结构和零部件的深海采样机器人系统。然后利用Numbs曲面建模和光线追踪技术将概念可视化,进行真实感表现。最后通过与Lumion软件的结合,模拟海洋环境,呈现出具有一系列完整采样动作的深海机器人。     

6R工业机械手Adams中空间曲线位姿规划

机械手空间轨迹和姿态的规划常采用插补计算完成,提出了一种以参数方程式表达的空间圆曲线为基础,通过离散计算空间圆曲线伏雷内标架,获取机械手末端工具在空间圆曲线离散点姿态,反解出卡尔丹角,并在Matlab进行拟合的方法,实现空间曲线轨迹和姿态规划。以川崎BA006N型6自由度机械手本体机构参数为依据,在Adams软件中构建机械手仿真平台,以空间圆参数方程和拟合后卡尔丹角参数方程为驱动函数,仿真分析表明,机械手末端工具能准确地跟踪空间圆曲线轨迹和姿态,从而利用Adams分别提取机械手6个关节的角位移、角速度、角加速度和力矩。该方法不仅避免了逆运动学计算,也为控制系统设计和其他空间曲线和曲面轨迹和姿态的规划提供了一种新方法。     

模块化水下电动机械手设计与运动学分析

为了满足水下作业的多样性需求并提高水下机械手的通用性,对水下电动机械手进行模块化设计,机械手模块分为具有俯仰和腕转两个自由度的基本运动驱动模块和手爪模块,手爪模块采用旋转驱动凸轮机构实现。机械手模块设计实现了控制器内置和内部走线,并且选择适用于深海作业的元器件,不同模块的快速组合可以满足不同的作业需求。利用三个基本运动驱动模块和一个手爪模块搭建了七功能电动机械手,对七功能机械手进行了运动空间分析及运动学仿真。     

水下七功能电动机械手设计研究

以适用于水下自主作业的电动机械手为研究对象,通过设计一个具有六自由度和夹钳剪切功能机构,组建了一个水下自主作业七功能电动机械手。机械手主要包括三个基本运动模块和一个夹钳剪切模块,具有质轻,作业范围大,回收状态良好等特点;机械手实现了内部走线,深海密封作业,关节绝对位置的检测和高精度控制。介绍了水下七功能电动机械手的整体结构,典型运动模块结构和工作原理,并对机械手进行运动学分析及作业空间分析,对其关键关节进行静力学分析,动力学仿真和有限元分析,验证机械手结构设计的可行性。     

水下欠驱动机械手结构设计与仿真分析

面向水下机械手深海作业环境,研究设计了一种可用于水下环境的欠驱动机械手,机械手共有3个手指,每个手指有3个关节,是由连杆传动的欠驱动手指,欠驱动使手指抓取具有自适应性。分析了手指运动机理,研究设计了手指模块和整体结构,对手指进行了抓取静力学分析,在ADAMS软件中对机械手进行动力学仿真,验证了机械手结构的合理性与可行性。     

海水液压技术在深海装备中的应用

海水液压技术由于其与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。介绍海水液压技术的优点及国内外研究简况。分析液压元件与系统采用海水直接作为工作介质所面临的关键技术问题,同时分析深海环境对元件的性能产生影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响、海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新原理、新材料、新结构、新工艺等方面分析相应的解决措施。介绍几个海水液压技术在深海装备中应用的实例:①潜水器浮力微调采用海水液压浮力调节系统,替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单,性能可靠等优点,是目前大深度潜器普遍采用的形式;②海水液压驱动水下作业机械手,是今后水下作业机械手驱动方式发展的新方向;③海水液压水下作业工具,直接以海水作为工作介质,同油压工具相比,具有系统组成简单、压力损失小、效率高、维护方便等优点。     

有障情况下六关节机械手的逆解求解

六关节机械手的末端执行器在笛卡儿空间具有六个自由度,在完成没有姿态要求或姿态要求不高的任务时只要求机械手末端工具到达抓取位置即可,工具的姿态可以根据实际情况调整。在机械手的工作空间内有障碍物时,机械手需要避开障碍物,同时保持良好的抓取姿态。为满足前述要求,采用了先利用几何方法确定腕关节的位置,再进行机械手运动学逆解求解的方法,求解机械手各关节实际运行的轨迹。     

HUST 8F自动更换工具作业机械手运动学及计算机仿真系统研究

在对HUST 8F自动更换工具作业机械手进行结构分析的基础上，采用Denavit—Harten—berg方法建立连杆坐标系下的机械手运动学模型；对其进行了运动学正向、逆向分析求解；模拟绘制了作业机械手的工作空间剖面团；并采用OpenGL和面向对象方法对其进行了三维运动学仿真。     

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法。该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计，在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵，并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性，为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。     

深海5功能水下电动机械手设计及误差分析

面向深海中小作业型水下机器人应用需求,针对水下液压机械手支持系统庞大复杂、关节直接驱动式水下电动机械手负载能力小等特点,研究设计了深海中等负载5功能电动机械手。该机械手前三个关节采用相同的电动直线缸模块进行驱动,均能实现120°范围的摆动。电动直线缸模块内部设有直线电位计进行位置反馈,以便该机械手与水下机器人组成的系统具备自主作业能力,腕转夹钳模块集成了腕转和夹钳两个功能。利用D-H法对机械手进行了运动学分析,为后续自主作业研究奠定了理论基础。通过矩阵微分法对机械手末端位置误差进行了分析,误差小于1.7mm。     

基于ANSYS的深海耐压舱端盖优化仿真设计

深海耐压舱是深海潜器的一个重要组成部分。针对深海耐压舱端盖存在的问题进行了分析,通过改进耐压舱端盖的结构设计,增强了原有端盖的强度,并对新端盖进行了有限元分析。     

水下微小型机械手控制系统研究

水下机械手是机器人在水下执行作业时的重要工具,因此研制便于控制、稳定性、可靠性高的水下机械手对于完成水下作业任务具有重要意义。首先在分析抓取任务及水下环境信息的获取的基础上,研究了水下机械手的总体结构并设计了系统的硬件结构和软件组成,接着提出了一种新型水下机械手的速度伺服PID控制方案。测试结果表明,该机械手工作稳定,精度、灵敏度高,能满足水下作业的要求。     

供排气管对接机械手的机构研究与参数优化

根据水下救援作业中连接供排气管的需求,失事对象救生围壁的结构形式,遵循水下机械手机构选型原则,设计了一种专用的六功能气管对接水下机械手,并从机械手工作空间和轻量化要求两方面建立了机械手的数学模型,对其机构参数进行了优化设计.最后对优化结果进行了分析和工作空间的仿真.结果表明该机械手的设计能满足供排气管对接作业要求,达到了预期目的.     

深海液压机械手连杆参数优化研究

搭载在工作级遥控潜水器上的液压机械手在深海作业中应用广泛。在几千米的深海中,深海液压机械手需承受几十兆帕的高压,由此带来的密封问题限制了深海液压机械手的构型和各关节驱动器的结构。为寻求最优的深海液压机械手连杆参数配置,结合深海液压机械手的特点提出全局工作空间下的灵活度和可操作度性能指标,并对其计算方法进行改进,改善了蒙特卡洛法造成的点集局部密集或稀疏的情况;利用遗传算法对深海液压机械手的连杆参数进行优化,得到了基于全局工作空间下的灵活度和可操作度性能指标的最佳连杆参数配置。通过深海液压机械手的运动仿真分析表明:经过优化后的深海液压机械手的部分位姿出现局部性能指标下降,但其关节运动速度波动情况得到改善,整体性能得到提升,验证了优化方法的可行性。     

多通道深海沉积物原位温度梯度探针设计

针对广州海洋地质调查局"海洋六号"科学考察船ROV(remote operated vehicle)机器人,研发了一种深海沉积物温度梯度探测作业工具。该探测工具具有多通道、低功耗系统硬件架构。硬件部分为温度检测电路、姿态检测电路、数据存储电路和通讯电路等。软件部分为下位机工作流程、数据处理过程。经过实验室恒温槽试验、固定精密电阻试验和海上试验,设计达到所要求的温度测量精度0.01℃和分辨率0.005℃,实现对深海沉积物细微温差的高精度测温。     

一种新型焊接机械手本体设计与分析

设计了一种新型六自由度焊接机械手,通过CATIA软件对机械手进行了三维建模和虚拟装配,利用CATIA中的DMU模块进行碰撞干涉检测,并对零件进行有限元分析得到其刚度与受力情况。最后将三维装配模型导入到ADAMS软件中,在机械手末梢添加点驱动函数,对机械手进行了逆运动学仿真,得出各个关节速度、加速度和轨迹曲线。通过三维仿真分析验证了机械手模型的合理性和正确性,其能在狭窄空间内工作,灵活性强,满足在焊接和喷涂中的应用。     

核应急机器人末端工具快换装置的设计及分析

为了提高核应急处置机器人的工作效率,解决核应急处置作业中需要频繁手动更换作业工具操作不便的问题,设计了一种能够使机器人不需要人工现场辅助,仅通过遥操作控制,即可更换液压工具头的快换装置.阐述了快换装置的机械结构、工作原理及工作过程.对其性能参数进行了分析,并建立了快换装置在不同姿态时的力学模型.结合有限元分析软件ANSYS Workbench,对快换装置在不同姿态下携带负载的情况进行了仿真试验,对结构强度进行了校核.最后通过实物样机的研制验证了设计的合理性.     

特殊环境移动机器人运动学及工作空间分析

针对特殊环境下危险的工作任务,以关节履带式移动机器人车体为移动平台,设计了一种5自由度机械手,并对机械手的运动学及工作空间进行了分析和仿真。通过对机械手的结构分析,以及模型简化,运用D-H法建立关节坐标系,求得了运动学正解。结合MATLAB软件,使用了蒙特卡洛数值法对机械手的运动学及工作空间进行仿真,得到了机械手工作空间的仿真结果。仿真结果验证了特殊环境移动机器人设计的合理性,满足工作要求。     

面向水下作业的水液压机械手研究与展望

水液压技术在水下作业环境中具有鲜明的技术优势,在海洋探测、海洋资源开发等领域具有广阔的应用前景。水下机械手是执行水下作业任务的重要工具,将水液压技术应用于水下作业机械手,可降低水下机器人-机械手系统的复杂程度、提高性能上限。通过阐述当前国内外各研究机构针对不同应用场景所研制水下机械手的结构特点、研究水平和商业化发展现状,对比分析不同驱动形式的优缺点及其对水下机械手性能和设计要点的影响,得出水液压驱动水下机械手是当前水下作业工具的最佳选择。在此基础上分析了水液压机械手设计中需解决的摩擦与润滑、材料、动力学模型、运动控制等关键技术问题,最后对水液压机械手未来发展的趋势进行了展望,以期为相关研究提供参考。     

一种碳纤维气瓶自动安装工装杆机械手的设计与研究

针对目前碳纤维气瓶缠绕生产线人工对气瓶安装拧紧工装杆的现状,设计了一种自动安装气瓶工装杆的机械手,采用Creo软件对机械手装置进行了结构设计,并在Ansys workbench软件中对机械手关键零部件进行了有限元分析,通过对机械手各梁、支撑柱的有限元分析优化减轻了机械手的重量,并通过对末端执行器的有限元分析确定了其结构设计的合理性。在Adams软件中对机械手进行了运动仿真分析,分析结果表明机械手在搬运和安装气瓶工装杆时,运动曲线满足实际生产要求。