165kg焊接机器人有限元模态分析

为了使焊接机器人具有更合理的结构和良好的动态性能,在模态分析理论基础上,以165kg六自由度垂直多关节型焊接机器人为例,应用Solidworks软件建立了该机器人有限元模型,选取其三种典型位姿,分析了整机在不同位姿下的模态特性,找出结构薄弱环节并给出改进建议。计算出选定重要零部件的前5阶固有频率并进行模态匹配分析,验证了该机器人结构模态分布的合理性。提出的研究方法对于一般的工业机器人有限元分析与结构优化设计具有一定的借鉴意义。     

六独立轮驱动管内检测牵引机器人

研制了一种用于海底管道内检测系统的无缆自治型轮式牵引机器人模拟样机。介绍了机构组成及工作原理,并分析了动态行走特性。机器人采用内置电动机及传动机构的全主动轮杆式结构,包括六只驱动臂杆和机架杆。每只驱动臂杆的首端直接安装一对主动轮,由其内的一台电动机单独控制。六只驱动臂杆周向60°等间距排列在机架的外层空间,且首尾交替、轴向交错布置,形成六独立轮双截面驱动方式。位于内层中心的机架杆,两端布置力封闭可调机构,产生驱动轮与管壁的主动预紧或解锁。该机器人具有体积小、结构紧凑、牵引力大的特点。试验证明,适合作小直径管道检测系统的理想牵引装置。     

适应管径变化的管道机器人

研制了一种能适应管径变化的新型管道机器人.介绍了机器人的机构组成及工作原理,并分析了其运动学和静力学特性.机器人采用三组行星轮系作为行走部件和径向尺寸调节机构,并沿圆周均匀分布.这种设计使得机器人能够根据管径大小自适应地调节径向尺寸,从而能够在有一定管径变化的管道中工作.实验证明,该机器人的设计符合实际要求.     

平面2自由度驱动冗余并联机器人的输出速度分析

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象，根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解，探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱，这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

人体感应技术在智能电力机器人设计中的应用

为使机器人运作更灵活、功能更完善,提出在智能电力机器人设计方案中应用人体感应技术。以多光谱自动目标识别技术为基础,将 8 引脚芯片与部分外接元器件结合,组装人体感应装置。 采用全球定位系统与直接数字化 X 射线摄影导航系统,分别依据观测信号传播时间与起点坐标位置和方位角,实现机器人导航与航向控制功能。 在 1 个机器人上安装至少 2 个感应装置,针对形成的感应区域,定义装置基本功能,就不同电力应用场景,建立预警机制与躲避机制。 电力现场实际操作结果表明,设计的感应装置安全预警性能与物体躲避性能比较理想,加强了电力机器人的实用性,使其具备在其他领域中得以广泛应用的潜力与条件。     

一种新型的挠性机械臂弹性偏差的激光测量装置

描述了一种光学机械臂挠性偏差检测装置及其在多杆挠性机器人系统中的应用。该装置能实时检测挠性臂的空间结构偏差。因其结构简单,可避免杆件与光路的干涉。为挠性机器人系统反馈控制器的设计提供了一种很有价值的工具。     

A dexterous robot hand with a bio-mimetic mechanism

This paper describes a development of bio-mimetic robot hand and its control scheme. This robot hand has four independently moving fingers, which are driven by four-coupled link mechanism with two linear actuators. By using the linear actuators, we make the hand similar to human hand in its structure and motion. The coupled link mechanism makes the hand compact in structure and efficient in power. The robot hand is designed considering the dexterity and the compact size suited for various tools and objects in daily life. The hand has tactile sensors mounted on the palm and the fingertips at each finger. With tactile sensor based feedback control and force closure method, the paper shows the control of the robot hand which is very stable in grasping and handling various objects.     

内外驱动兼备的球形机器人结构设计

球形机器人是机器人运动方式的突破,其最大的特点是运动方式特殊,球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性,球形机器人能用最少的自由度以欠驱动的方式实现全方位运动.针对目前球形机器人能源供给问题,提出一种内外驱动兼备的充气球式球形机器人,以外部自然风力为主要驱动力、内部电机驱动为辅助动力,兼具外部风能驱动和内部电机驱动的优点,较好地解决能源供给和自主运动的问题.通过对运动原理和设计方案的分析研究,完成球形机器人的结构模型及主要零部件设计.     

蠕动转向机构的设计与分析

拱泥机器人是一种能在水下泥土环境中按照规划轨迹完成攻打千斤洞作业的新型水下特种机器人,蠕动转向运动的实现是拱泥机器人设计中的一个重要环节.为了有效地实现拱泥机器人的转向运动,根据并联机器人机构结构综合理论,设计3自由度蠕动转向关节,该关节具有推进、跟进和转向3个功能,运动过程分为推进动作和跟进动作两个部分.分别针对两种动作的运动学逆问题进行详细分析,给出数学模型及其求解过程,并建立该关节的虚拟样机模型.利用MATLAB软件求解运动学逆问题,利用ADAMS软件求解运动学正问题,并对关节运动学正逆问题进行实例分析.仿真数据表明,该关节设计合理,数学模型正确,为拱泥机器人的运动学、动力学及优化设计研究打下了基础,并为控制系统的设计提供了理论依据.     

一种大型复杂构件加工新模式及新装备探讨

大型复杂构件是航空航天、能源、船舶等领域装备的核心结构件,此类构件通常具有尺寸大、形状复杂、刚性弱等特点。传统“分体离线加工-在线检测”模式存在工艺不稳定、过程复杂、柔性差、周期长等问题,以龙门式多轴数控机床加工为代表的“包容式”加工模式,难以适应大型复杂构件的高效高质量加工制造需求。提出一种基于移动式和吸附式机器人的多机协同原位加工新模式,通过多机器人系统自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测,实现大型复杂构件多安装面并行铣削、制孔与打磨等作业。多机器人系统包括移动式混联机器人、吸附式并联机器人、移动式串联铣削机器人、移动式双臂加工机器人和移动式打磨机器人。构建多机协同原位加工模式,需要揭示多机器人协同原位加工行为与大型弱刚性结构件质量控制的交互机理,面临着本体、测量、工艺和集成四个方面的挑战,需要设计高灵活、高刚度的移动式和吸附式加工机器人,解决移动机器人自主准确寻位和超大结构件原位高精检测难题,攻克加工变形误差在线补偿和振动抑制技术,通过集成实现多机协同高效高精加工,为大型复杂构件的高效高质量制造提供创新技术及装备,并实现此类构件制造核心技术及装备自主可控。     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学建模

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作用的弗劳德—克里洛夫力、鱼体游动过程中的阻力特征,建立仿鱼机器人的动力学模型。数值实例表明,利用该动力学模型,能够有效地实现给定鱼体各环节的运动参数求解作用力矩、给定作用力矩求解运动规律,进一步设计仿鱼机器人各环节的运动规律,寻找一种实现鱼体推进力最大和推进效率最高的规划方法。该动力学模型的建立为研究仿鱼机器人的运动控制算法和规划算法,揭示鱼体利用流场能量的动力学机理提供了重要理论支撑。     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,研究了机器人系统的总体设计,提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人,阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点,通过实验验证了该机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和越障能力。     

基于虚拟样机技术的4足机器人机构设计

为了研制适应各种路况、并能负荷更大负重的足式机器人,设计了一种以液压驱动的四足机器人机构,确定了机构设计和液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过建立数学公式分析了机器人各关节运动所输出的力及力矩,并采用虚拟样机技术对液压驱动4足机器人进行建模和行走仿真,通过测量仿真机器人各关节力及力矩等数据,验证了机构设计参数选取的合理性及所选择的液压系统满足设计要求。     

多智能体遥控船绿色性评价方法的应用研究

随着节约型社会的发展,绿色产品设计已成为现代设计技术的研究热点和主要内容。多智能体机器人是目前设计系统中的一个研究热点,为了实现机器人产品在整个生命周期内满足优质、高效、低耗、安全、清洁的绿色设计目标,对其进行绿色性评价就成为一个迫切需要解决的问题。在分析研究多智能体机器人特点的基础上,根据绿色产品的要求,结合产品生命周期思想,运用层次分析法构造了多智能体遥控船产品的绿色性评价方法,具有一定的工程应用价值。     

关节型机器人示教机构平衡设计与优化

针对示教机构并不应用于实际的生产中,而且不用考虑机构运动过程中的弹性变形、惯性力等性能,设计出了结构简单的轻质连杆来代替实际机器人的各构件。示教机构的设计原则是保留实际机器人的自由度数、机构尺寸和工作空间,其余部分进行简化。利用弹簧平衡法和增加端面对关节型机器人臂杆进行重力平衡,各关节无驱动电机和减速器,仅有编码器测量关节角度,在结构上用简单结构的轻质连杆连接于各关节之间。     

基于期望动力学的柔性关节控制器设计

协作机器人具有灵活,安全特点,已广泛应用于自动化领域以及中小企业中。为了保证与人交互的安全性,协作机器人通常采用中空电机与中空减速器配合的设计方案,以降低关节转动惯量,从而获得良好的外力感知与控制能力,这种设计导致协作机器人的关节具有了柔性。针对具有柔性关节的轻量级协作机器人,设计了一种基于期望动力学的柔性关节控制器,提高柔性关节机器人的轨迹跟踪精度和抖动抑制能力。在具有谐波减速器和力矩传感器的柔性关节上,基于连杆侧位置反馈与关节力矩反馈实现了从经典的电机侧控制到连杆侧控制的转变,并借助储存函数建立李雅普诺夫函数证明了该控制器的无源性与渐近稳定性。最后,通过Simulink仿真与单关节实验平台的关节轨迹追踪实验验证了柔性关节控制器的性能,结果显示其与全状态反馈控制相比具有关节力矩波动小、抖动抑制快以及轨迹跟踪误差小等优点。     

基于嵌入式视觉的移动式自重构微小型机器人

本文提出了一种新型移动式自重构机器人。机器人包含若干可独立执行任务的移动子机器人,单元子机器人由若干模块化组件(中央处理模块、通信模块、驱动模块、弯举模块、超声模块、视觉模块等)组成,并可通过展开结构进行简单变形以增强自身机动性能与越障能力。多个子机器人可以在微型CMOS相机及其它传感器协作下自主对接为整体机器人,并可自重构为蛇形、环形等构形完成越障;在任务完成后,各子机器人可以彼此脱离,形成分布式机器人系统。为实现机器人微小型化,在模块化设计过程中大量采用了紧凑机械结构,设计了基于微型CMOS数字相机的嵌入式图像处理模块用于视觉自重构,以及基于ARM、FPGA的嵌入式中央控制器进行低能耗高效率的全局控制。单元机器人通过了完整功能测试,并完成了两个模块间的对接实验。     

Design and performance evaluation of a 3-DOF mobile microrobot for micromanipulation

In this paper, a compact 3-DOF mobile microrobot with sub-micron resolution is presented. It has many outstanding features: it is as small as a coin ; its precision is of sub-micrometer resolution on the plane; it has an unlimited travel range; and it has simple and compact mechanisms and structures which can be realized at low cost. With the impact actuating mechanism, this system enable both fast coarse motion and highly precise fine motion with a pulse wave input voltage controlled. The 1-DOF impact actuating mechanism is modeled by taking into consideration the friction between the piezoelectric actuator and base. This modeling technique is extended to simulate the motion of the 3-DOF mobile robot. In addition, experiments are conducted to verify that the simulations accurately represent the real system. The modeling and simulation results will be used to design the model-based controller for the target system. The developed system can be used as a robotic positioning device in the micromanipulation system that determines the position of micro-sized components or particles in a small space, or assemble them in the mesoscale structure.     

Operation analysis of a Chebyshev-Pantograph leg mechanism for a single DOF biped robot

In this paper, operation analysis of a Chebyshev-Pantograph leg mechanism is presented for a single degree of freedom (DOF) biped robot. The proposed leg mechanism is composed of a Chebyshev four-bar linkage and a pantograph mechanism. In contrast to general fully actuated anthropomorphic leg mechanisms, the proposed leg mechanism has peculiar features like compactness, low-cost, and easy-operation. Kinematic equations of the proposed leg mechanism are formulated for a computer oriented simulation. Simulation results show the operation performance of the proposed leg mechanism with suitable characteristics. A parametric study has been carried out to evaluate the operation performance as function of design parameters. A prototype of a single DOF biped robot equipped with two proposed leg mechanisms has been built at LARM (Laboratory of Robotics and Mechatronics). Experimental test shows practical feasible walking ability of the prototype, as well as drawbacks are discussed for the mechanical design.