随机性因素对机器人单元性能的影响分析

为了分析机器人单元性能参数的随机性对系统性能的影响,针对一个典型的机器人制造单元,利用e MPlant仿真平台建立仿真模型,并根据不同情形设计和实施了一系列实验。仿真结果显示工件到达时间等参数的随机性降低了系统性能。通过改变输入缓冲区容量等系统配置方法,可提高随机环境下系统的性能。说明可通过调整配置参数提高具有不确定环节的机器人制造单元的系统性能指标。     

具有自动装卸搬运机器人的制造单元建模与分析

针对具有自动装卸搬运机器人的制造单元，着重考虑其双重资源约束的特点，提出了该系统的有限缓冲开排队网的建模方法。根据工件的加工、装卸与搬运等工艺流程，定义该系统的排队网模型的各种状态，基于连续时间马尔可夫链，采用精确解法对该模型进行分析求解，获得系统一系列的稳态性能指标。为了验证排队网建模方法的有效性，建立其对应的仿真模型，分别采用排队网模型的数值计算与仿真模型的仿真统计2种方法求出系统的性能指标进行对比，并基于排队网模型对该制造单元的系统性能进行分析，为该类制造单元的资源配置优化和设施布局优化等问题提供重要的理论支撑。     

快速重组制造系统的构建原理及其应用

快速重组制造系统是一种适应21世纪全球化市场竞争的新型制造系统。提出了基于组态式柔性制造单元组成的陈列式布局的快速重组制造系统的创新结构体系,建立了以生产效益为该系统方案设计和运行决策目标的随机模型,应用排队网络模型和静态马尔科夫工件运送方式得出系统重组时缓冲区容量的优化配置和最优工件运送策略的算法,研制了作为构建快速重组制造系统核心的新颖的组态式柔性制造单元的原型,并给出生产工程中应用所创建的阵列式可重组制造系统的成功案例。     

劳动密集型制造单元的配置与排序模型

研究劳动力密集型制造单元的配置和排序问题,提出单元配置和人员分配的方法.分3阶段解决此问题:单元配置、人员分配和产品排序.单元配置阶段利用产品的相似性,为单元分配产品;人员分配阶段采用加工时间最长的工序优先分配人员的策略;产品排序阶段采用经典的Palmer启发式算法.通过实例来说明此模型.仿真结果显示:单元配置中,与不考虑启用单元惩罚相比,考虑启用单元的惩罚,使得优化解中启用单元减少.同时,在单元配置中,3阶段方法可以为管理者提供借鉴.     

基于TRIZ-GA老龄服务机器人人因系统功能配置与设计优化

目的 基于TRIZ理论对老龄服务机器人用户需求、配置原理及人机关系进行分析,并运用GA算法进行优化。方法 首先利用五阶问卷、层次分析法对老年人行为特征进行剖析,得出老年人具体的功能需求。结合TRIZ理论推导出老龄服务机器人的功能结构模型。其次利用物-场模型建立较为完善的老龄服务机器人新型人机系统设计模型。在功能模型与系统模型的基础上,利用物理矛盾原理推导出老龄服务机器人的配置原理,并运用技术矛盾原理对其进行设计改进,最后利用GA算法寻求最优解,将其具象化并用主成分综合评价验证研究成果。结果 在满足老年人需求的基础上,提出了功能模型、新型人机模型及配置模型。结论 提出了老龄服务机器人配置原则及优化方法与设计指标,以期为后续老龄服务机器人交互设计及人机界面设计提供理论依据。     

自由阻尼层结构阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念，建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则，并用于自由阻尼层结构振动控制中阻尼材料的配置优化。建立待控结构阻尼材料布局的拓扑基结构，计算各单元的阻尼拓扑敏度。再建立考虑重量目标及结构频响峰值约束的阻尼材料配置拓扑优化模型。根据所提出的阻尼材料拓扑优化准则，求解上述配置优化问题，确定阈值和各单元拓扑值。并用若干典型结构算例，验证所提出方法的正确性，讨论了阻尼材料布局拓扑基结构的规模与优化效率的关系。     

现代工业机器人结构库应用与设计

工业机器人是智能制造时代发展的产物,也是一个国家工业制造水平的重要标志。工业机器人关键组成包括控制器、操作机、末端执行器等单元,与具体的生产装置、周边设备等集成在一起能够模拟人的生产制造活动。传统工业机器人设计、制造复杂,可重用性较低,本文提出开发一个工业机器人结构库,引入了模块化设计思想,从结构库中选择相关的组件,按照最简化原则组装在一起,完成工业机器人制造。     

基于改进遗传算法的U型制造单元设施布局精益设计方法

基于制造系统空间布局精益设计的功能性特点,建立了U型制造单元设施布局精益设计的理论框架;构建了以物料搬运成本、面积占用最小、工作站数目最少和工作站负荷均衡化为优化目标的U型制造单元设施布局精益设计模型,计算工作站负荷均衡率时考虑了物料在不同设施间的移动时间,使得所建模型更加接近现实;构思了基于模拟退火遗传算法的U型制造单元设施布局精益设计求解方法;实例表明所提出的模型有效,运算方法所得结果优于相比较的典型启发式算法。     

基于密度分布曲线法的复合材料变刚度铺层优化

基于梯度的优化方法对复合材料层合板进行了变刚度铺层优化设计。在优化过程中需确定铺层中各单元的密度以及角度。为了使优化结果具有可制造性,优化结果需满足制造工艺约束并且铺层角度需从预定角度中选取。为了避免在优化问题中引入过多的约束并减少设计变量的数目,提出密度分布曲线法(DDCM)对层合板中各单元的密度进行参数化。根据各单元的密度以及角度设计变量并基于Bi-value Coding Parameterization(BCP)方法中的插值公式确定各单元的弹性矩阵。优化过程中以结构柔顺度作为优化目标,结构体积作为约束,优化算法采用凸规划对偶算法。对碳纤维复合材料的算例结果表明:采用DDCM可得到较理想的优化结果,并且收敛速率较快。     

智能制造系统AGV小车及缓冲区容量仿真优化

具有MHS(material handling system)的智能制造系统AGV(automated guided vehicle)小车及缓冲区最大容量配置优化,属于典型的非线性整数规划问题。由于约束无法用封闭形式表达,因此较难获得问题的精确解。为此,本文提出了仿真优化的方法以获得问题的近似解。首先,对AGV小车及缓冲区最大容量配置优化问题进行了描述;其次,基于Em plant平台建立了具有MHS的智能制造系统仿真模型;然后,基于不同的优化目标,提出了3种仿真优化方法;最后,通过仿真试验对上述3种方法进行了分析与比较。分析表明,本文提出的方法及优化结果,可为企业配置AGV小车及缓冲区最大容量提供决策支持。     

基于拓扑降维法路径规划的状态空间划分原则

在拓扑降维法理论的基础上，提出了划分状态空间的一个原则，即用机器人肘关节运动禁止区划分机器人腰关节角度集合，并对状态空早分原则做了归纳和总结。     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

包装搬运机器人运动轨迹优化设计

目的为提高包装搬运机器人的运动精度,提出基于改进S型曲线的包装机器人轨迹曲线的规划方法。方法首先分析包装搬运机器人的工艺要求,以码垛机器人为研究对象,重点讨论轨迹规划问题,采用改进S型曲线实现了码垛机器人轨迹规划。为进一步提高机器人运行效率,基于遗传算法对整个运动过程所需时间进行优化并给出了具体优化过程。最后,搭建实验平台并进行相关实验研究。结果实验结果表明,基于所述轨迹规划方法,码垛机器人的重复定位精度可以达到0.5 mm,运动过程无速度和加速度突变,机器人运行平稳。结论该控制系统有效提高了包装机器人的运行效率,对于机器人稳定可靠运行具有重要意义。     

新型模块化可重构机器人设计与运动学分析

采用模块化设计思想,设计了一种新型可重构工业机器人.通过对机器人进行结构优化设计,机器人的负载自重比达到1/4.5.机器人各关节模块的结构均相同,大幅减少了设计工作量;关节模块中传动部件均采用通用件,降低了机器人的成本.通过关节模块和手臂模块的组合,可形成多种机器人构型.针对其中一种机器人构型,利用DH法建立了机器人正运动学模型.该构型机器人不符合相邻的3根关节轴线交于一点的条件,利用传统方法很难求得全部逆解,因此提出一种代数法与几何法相结合的新方法,求得该构型机器人逆运动学的完整解析解.机器人运动学分析的正确性通过算例进行了验证,为机器人的运动控制奠定基础.     

牵引式下肢康复机器人机构参数优化及轨迹规划

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求,针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题,提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先,根据人体下肢运动机理和仿生原理,设计了一种五自由度混联机构构型。然后,建立了机器人的运动学模型,分别计算了其运动学正、逆解。接着,以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数,采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化,并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后,规划了CPM（continuous passive motion,连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹,并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机,通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性,表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。     

仿人型服务机器人双臂动作示教及评估研究

目的 基于自主研发的仿人型双臂服务机器人,研究体感示教及动作再现技术,并评估机器人拟人动作的合理性.方法 首先根据机器人的构型,利用D-H法对机器人进行运动学建模.然后设定6种日常生活中常见的人体上肢动作,利用Kinect V2动作捕捉设备获取真人演示动作数据,将臂形角作为冗余量进行运动学逆解,求得机器人所需关节角,使机器人能够复现人体动作.之后基于恐怖谷理论,结合层次分析法和语义分析法,提出评估方法,评估机器人复现的动作.结果 机器人以拟人的姿态复现了人体示教动作,评估结果显示,不同类型的动作会让受试者产生不同的心理感受.结论 对于仿人型双臂服务机器人而言,体感示教是一种自然高效的示教方式,由此产生的行为符合用户心理预期,为服务机器人融入日常生活提供了理论依据.     

新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

目的 针对生产线码垛作业货物搬运需求,设计一种3T1R码垛并联机器人机构.方法 利用方位特征方程分析机器人机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑结构特性.根据运动副的构型建立运动学逆解模型,考虑到码垛机器人运动范围的精度需求,采用一种新型的数值搜索法实现并联机构工作空间的快速高效搜索,同时,分析结构参数对工作空间体积的影响,选择鲸鱼优化算法对结构参数进行最优化设计.结果 分析得到的机构工作空间较大且连续性较好,新型的数值搜索法可快速有效地搜索,得到准确的工作空间边界.结论 优化后的并联机构具有良好的工作空间和较好的应用前景.     

基于机器人的复合材料缠绕策略优化

基于机器人的复合材料缠绕不同缠绕策略会对缠绕工艺及机器人运动稳定性产生影响, 为获得使机器人运动稳定性更优的缠绕策略, 研究了6自由度工业机器人的复合材料缠绕工作站, 单独分析了包络形式、悬纱长度以及测地线/非测地线缠绕等参数对缠绕工艺及机器人运动稳定性的变化参数的影响, 采用MATLAB进行不同缠绕策略的机器人缠绕轨迹计算, 确定规划后的缠绕轨迹, 基于ADAMS和MATLAB进行机器人缠绕动力学联合仿真, 获取机器人各关节力矩曲线, 分析规划后的缠绕轨迹对机器人运动稳定性的影响。进行了复合材料制品干纤维缠绕实验, 缠绕实验表明:采用优化后的缠绕策略进行复合材料制品缠绕时缠绕线型稳定, 缠绕过程无滑纱、交叠、架空等现象, 缠绕精度完全满足设计要求。      

Customer-oriented Configuration Model for Modular Mechatronic Products: Application in Industrial Robot Design

The contradiction between manufacturing costs and customer demand of mechatronic products can be balanced by configuration design. The article proposes a customer-oriented configuration model for modular mechatronic products which makes up the shortfall in meeting customer needs for the traditional configuration de- sign mode. The elements of the modular mechatronic products configuration model including module,module connection and configuration knowledge are analyzed. And a formal representation method for configuration model elements combining with their characteristics is given. Based on the above research,an abstract configuration model of modular mechatronic products is designed. Finally,an industrial robot is used as an application exam- ple to build a customer-oriented industrial robot configuration model.     

轮腿式爬壁机器人的永磁吸附装置设计与优化

目前,我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成,工作效率低且具有危险性.爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作,但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业.为此,针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人,提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法.首先,基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永...