新型平面直经驱动系统及其在机器人末端操作器中的应用

研制了一种机器人微驱动末端操作器用新型二自由度平面直线驱动系统，该二自由度电动机由在Ｘ及Ｙ方向采用共用永磁体的结构，与传统电机系统比较具有较高的性能体积比，应用于实际操作器系统中取得良好的效果。     

模块化六自由度机器人运动学标定与实验研究

针对自主研发的模块化六自由度轻载搬运机器人,使用激光跟踪仪并采用直接标定法进行了运动学标定与实验研究。采用D-H法构建了机器人连杆坐标系和机器人运动学模型,并运用微分变换的方法建立误差模型。通过激光跟踪仪测量机器人末端位置,将其与运动学模型求解得到的机器人末端位置进行比较,验证了误差模型的正确性。然后将误差模型计算得到的机器人连杆参数误差在机器人控制系统软件中进行修正。最后利用激光跟踪仪测量机器人的关节转角间隙误差,将误差值转换成脉冲数并在软件中进行补偿。机器人运动学标定实验表明,使用激光跟踪仪进行连杆参数误差补偿和关节转角间隙误差补偿可以明显的减小绝对定位误差,绝对定位误差降低了69.6%,定位精度有了明显的提高。     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法。首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型。其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人基座标下的坐标值。并建立该坐标值的理论值与实际值偏差的误差模型,从而建立标定方程组,利用最小二乘法辨识出运动学参数误差并修正参数。最后,通过将这些参数更新到理想运动学模型中,比较标定前后测量点之间的位置偏差。实验表明,平均误差和标准差分别减小了50%和42%以上。     

新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

高灵活度仿人臂型七自由度冗余机器人的研究

基于新型ＰＩＴＣＨ－Ｒ０ＬＬ－ＹＡＷ关节，研制出一种高灵活度的新型仿人臂型七自由度冗余机器人系统。文中首先介绍了该机器人的机构与系统构成，然后进一步研究了运动学与工作空间，最后介绍了该机器人的应用前景。     

脑外科机器人结构分析与参数优化设计

为实现脑外科机器人在脑外科手术中辅助医生进行精确导航定位,进行了机器人结构灵活性及手术空间要求的研究.首先,研制了一种五自由度脑外科机器人结构,利用D-H方法计算了机器人运动学的正反解方程.其次,运用MATLAB软件对机器人的工作空间、灵活性及手术空间进行了可视化仿真,仿真的结果表明该机器人结构可以用来辅助医生选择最佳手术路径,并以上述分析为依据提出了一种机器人结构参数优化设计的方法.最后通过手术模拟试验验证了所设计的机器人灵活性满足脑外科手术要求.     

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.     

基于改进差分进化算法的热电池装配机器人优化设计

目的 为了实现异形热电池组的智能化装配和解决装配过程中存在装配精度不高的问题,设计了一种装配机器人,并仿真验证该机器人是否能够满足异形热电池组的装配精度需求。方法 采用改进D-H参数法构建运动学模型,通过正运动学分析机器人末端轨迹。采用改进DE算法进行逆运动学求解,并通过仿真实验分析运动学求解结果。结果 求得平均位置误差为1.4×10–4 mm,平均姿态误差为2.4×10–4度,平均解迭代次数为219.857,各构件最大角速度不应超过3.5 rad/s。结论 设计的装配机器人能够满足异形热电池组装配精度要求,运动学求解精度提高2个数量级,效率提高72.5%。     

一种柔索并联机器人的动力学建模与主动控制

柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件，它结合了并联结构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜（FAST）粗调系统是通过六根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动，其工作特点类似并联机器人，因此也被看作柔索并联机器人。基于FAST5m缩比实验模型，首先进行了逆运动学分析；其次，采用拉格朗日方程建立了柔索并联机器人的逆动力学模型；最后，针对结构特点模拟作用在馈源舱上的随机风荷，设计了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来控制馈源轨迹跟踪的风振响应。数值结果验证了该主动控制策略能够有效衰减风荷振动，从而提高了馈源轨迹跟踪精度。     

转盘式多足仿生机器人的运动学分析及优化

为解决多足机器人控制系统复杂、加工装配困难的问题,设计了一种基于单自由度Jansen连杆机构的转盘式多足仿生机器人,并对其进行运动学分析和优化。首先,运用旋量理论对机器人的单条仿生机械腿进行自由度验证,并运用复数矢量法对仿生机械腿进行运动学求解,得到其足端运动轨迹方程及各关节的转动角度。然后,基于仿生机械腿足端的运动轨迹及其影响因素,分析了其优化方向。接着,提出了转盘式传动机构,并对仿生机械腿的转动关节和足端进行了优化,同时利用SolidWorks软件对转盘式多足仿生机器人的步态进行了时序分析。最后,制作了转盘式多足仿生机器人样机并分析了其在常规路况下的运动能力,验证了其可行性。结果表明,改变曲柄长度和机架水平倾角可优化多足仿生机器人的运动轨迹,使其更符合实际应用所需;转盘式传动机构与多条仿生机械腿的叠加,提升了机器人的环境适应性。研究结果为后续机器人系统的设计及工程应用提供了重要的理论依据。     

基于遗传算法的电容装盘机器人轨迹规划

目的为了改变电容人工装盘方式,提高电容装盘自动化程度及效率,选用SCARA型机器人代替人工方式,并对其进行轨迹规划,避免运动冲击影响电容装盘稳定性以及精确性。方法首先介绍SCARA机器人的结构和电容装盘过程,然后利用五次非均匀B样条曲线完成轨迹曲线的构造,最后提出带罚函数的遗传算法,以实现时间最优的机器人轨迹规划过程。结果仿真结果表明,机器人装盘时间用时更短,且运动平稳无冲击,验证了算法的有效性。结论该轨迹规划方法能够满足实际生产要求,提高了电容搬运装盘质量及效率。     

Analysis of Robot Accuracy Assessed via its Joint Clearance by Virtual Prototyping Method

This paper discusses how joint clearance influences robot end effector positioning accuracy and a robot accuracy analysis approach based on a virtual prototype is proposed. First, a 5-DOF( Degree of freedom) neurosurgery robot was introduced. Then we built its virtual prototype, made movement planning and measured the manipulator tip accuracy, through which this robot accuracy portrait was obtained. Finally,in order to validate the robot accuracy analysis approach which is based on a virtual prototype, the result was compared with that from a model built by robot forward kinematics and robot differential kinematics.The robot accuracy analysis approach presented in this paper gives a new way to enhance robot design quality, and help to optimize the control and programming of the robot.     

砂带磨削机器人磨削曲面工件的工作空间及加工轨迹分析

研究了机器人砂带磨削加工技术,以克服传统磨削加工工作环境恶劣、劳动强度大的缺点。针对曲面工件的磨削加工任务,研究设计了3P3R构型的砂带磨削机器人;通过对该机器人运动学和工作空间的分析,应用数值分析方法得到机器人的大致可达工作空间;对待加工工件表面点进行数学建模,应用蒙特卡洛法对曲面工件的磨削加工轨迹进行了仿真分析,得到所有待加工表面点最接近于加工时的机器人姿态。分析结果不仅判断了工件是否具有可加工性,而且仿真分析的加工轨迹为工件加工的示教编程提供引导,同时提供了一种离线编程的途径。     

欠驱动搬运机器人轨迹跟踪控制

目的为了解决欠驱动搬运机器人的中心和质心不重合的轨迹跟踪问题。方法建立非完整性约束的欠驱动机器人的运动学和动力学的模型,基于反步法控制策略生成新的虚拟反馈量,设计跟踪控制器,同时,利用自适应技术对具有不确定跟踪控制器的参数进行校正,通过Lyapunov理论验证控制器的稳定性。结果仿真实验结果表明,欠驱动搬运机器人的实际轨迹可以快速地跟踪期望轨迹,验证了基于反步法设计的跟踪控制器的可行性和有效性。结论设计的控制器能够使搬运移动机器人达到良好的轨迹跟踪效果,并且保证了控制器的自适应性。     

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.     

Kinematic synthesis of a robot with five degrees of freedom

Abstract

This paper studies the geometric design of a robot with five degrees of freedom. According to kinematic synthesis procedure, an industrial robot with five degrees of freedom was used as an example to illustrate the design concept. From the number synthesis point of view, the robot is one freedom less than adequate to perform a general three dimensional motion. The lack of full degree of freedom will restrict the available twist screws for the end‐effector. The unavailable twists of the robot were discovered based on the reciprocal screw system. Singular configurations of the robot were also examined. The dimensional synthesis of a robot is to decide the joint parameters to obtain a good workspace shape and volume. So far, there are no better rules which govern the relations between the joint parameters and the generation of workspace. Under this circumstance, the workspace geometric properties of a robot provide quantitative evaluation of the success of the dimensional synthesis. In this paper, workspace volume and other workspace properties such as the normalized volume index (NV1), volume centroid, and the higher volume moment of inertia are computed. The volume centroid gives the symmetric nature of the workspace, whereas the higher moment reveals the distribution and the compactness of the workspace valume.     

三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真

目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink和Adams进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。     

基于模糊PID的足球机器人运动控制研究

通过对足球机器人运动学模型的分析,考虑到系统的时滞性、非线性等特点,提出将模糊控制和传统的PID控制相结合的控制方法,应用到足球机器人系统的运动控制中,通过PID控制实现控制的准确性,利用模糊控制提高控制的快速性。详细介绍了足球机器人模糊控制系统的设计过程,并在仿真和基于视觉足球机器人平台上对该算法进行了验证,结果表明了该方法的可行性。