管道清灰机器人系统设计

提出采用履带式管道清灰机器人解决冶炼厂烟道积灰的清除方案。详细阐述了清灰机器人结构和驱动方式。从机构学角度分析了操作臂运动特性,给出了操作臂作业的几个特殊位置,分析了操作臂死点位置,提出避免死点的方法。     

基于ADAMS的管道机器人变径机构优化设计

为提高支撑轮式管道机器人驱动效率、改善其性能,对管道机器人变径机构进行了优化设计。通过变径原理阐述及动力学分析,建立机构优化数学模型。基于ADAMS参数化建模和优化设计功能,以高灵敏度设计参数为优化变量,考虑机构几何学、运动学及动力学约束条件,以变径过程驱动电机转矩最小为目标对其展开优化设计。优化后电机最大输出转矩较优化前减小45.2%,优化效果明显,为管道机器人设计提供了参考。     

改进型管道清灰机器人系统研究

在原管道清灰机器人的基础上,提出了改进型管道清灰机器人系统设计,采用三履带足的行走装置,由撑开机构带动履带足撑开或缩回从而适应管径的变化。分析了改进型管道清灰机器人工作原理,以及撑开机构和卸料机构运动特性,给出了撑开机构和卸料机构的几种特殊位置,并提出了机器人的控制方案。     

少驱动六足机器人结构设计与轨迹优化

设计了一种具有良好稳定性和越障能力的少驱动六足机器人。对少驱动六足机器人的整体结构以及行走步态进行了分析,在此基础上建立了机器人足端点轨迹方程,得到了机器人行走和越障时足端点的运动要求。以六足机器人运动平稳性为目标函数,综合考虑杆长条件、传动性能、几何结构、越障条件和边界条件五类约束,建立了机器人足端轨迹优化模型。利用MATLAB优化工具箱的约束非线性函数fmincon对影响少驱动六足机器人足端轨迹曲线的参数进行优化,得到了满足运动特性要求的机器人腿部机构尺寸。通过对优化后得到的足端轨迹的分析,证明了少驱动六足机器人腿部机构的合理性,为后续六足机器人的研究与开发奠定了基础。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

从柔性多体动力学对机械臂结构影响出发,分析了基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计方式,旨在为柔性多体动力学在机械臂结构优化设计中的应用奠定技术基础,以此提高机械臂整体动力学性能,进而提高机器人载重、自重比和末端操作精度,提升机械臂应用效果和技术含量。     

基于虚拟样机的装载机反转六杆工作机构设计

利用Pro/E对装载机反转六杆工作机构进行三维数字化建模、仿真,并将Pro/E中的三维实体模型导入ADAMS中,应用ADAMS/View模块提供OPTDES-SQP优化算法,以动臂举升时转斗平动性为优化目标函数,对装载机的工作机构进行优化设计,获得了符合要求的机构优化设计参数。虚拟样机技术提升了轮式装载机开发效率,提高了装载机工作机构设计水平和工作性能。     

一种四自由度操作臂机构设计

一种用于GIS设备检测的操作臂的机构设计，首先依据机构参数以及全局灵活性指标比较了各种关节构型组合的优缺点，从而得出了适合于这里的机械臂的构型方案，然后以力可操作度，加速度性能，灵活性为目标函数，建立了优化求解机械臂运动学尺寸的数学模型，最终通过MATLAB提供的非线性优化函数，完成机械臂前两个杆件尺度优化，，并仿真计算操作臂的机构性能指标。虽然是针对于任务需求设计的，但对于通用的四自由度机器人的设计，有一定的参考价值。     

支撑式油气管道机器人变径机构优化设计与仿真

为提高支撑式油气管道机器人的变径性能,通过ADAMS对管道机器人的局部变径机构进行参数化建模和优化设计。根据优化后的数据以及管道机器人变径机构的结构特点,在SolidWorks中建立相对完整的变径机构三维模型,将模型导入到ADAMS中进行仿真分析。优化后的螺母水平推力减小了41.5%,通过仿真模拟冲击载荷对管道机器人变径机构的影响,分别得到变径机构在正常变径过程和受到冲击载荷时,螺母水平推力和压缩弹簧的变化情况,为选取合适的电机以及压缩弹簧提供理论依据。     

基于NSGA-Ⅱ算法的管道清灰机器人变径机构优化

管道清灰机器人变径机构尺度影响机构的运动性能及驱动性能,变径机构尺度优化可有效解决尺寸综合问题。提出了变径机构多目标尺度综合,以变径机构关键零件受力和驱动件运动范围为优化目标建立优化模型,基于快速含有精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解多目标优化Pareto最优解。计算结果表明:多目标优化后的变径机构在力学性能和运动范围上优于经验设计,不需重复计算可根据设计要求和工程经验权衡选取满足不同要求的优化结果。     

6R双臂服务机器人协作空间分析及参数优化

针对双臂机器人协作空间及其机构参数优化问题,以6R双臂服务机器人为研究对象,根据D-H参数求出运动学正解,利用蒙特卡洛法求解双臂各自的工作空间,以协作空间最大为优化目标,求解机械臂机构最优参数,通过MATLAB进行编程对具体运算结果进行验证.结果表明,在一定约束之内,以双臂机器人协作空间最大为目标,优化机构连杆长度和关节范围大小,对双臂服务机器人的设计改进有着重要意义,为后续的双臂协调操作奠定了基础.     

Dynamic optimization of robot arm based on flexible multi-body model

This paper examines the effect mechanism of torsional stiffness on flexible joints and the dynamic optimization of a six Degree-of-freedom industrial robot arm. The design optimization of the robot arm is investigated based on the rotor-torsional spring model and finite element method. The flexible multi-body dynamic model of the robot arm are established by considering the flexible characteristics of arms and joints, and the natural frequencies of a robot arm are calculated to obtain the torsional stiffness of the flexible joints. Natural frequency results gradually increased with joint stiffness improvement. Using the established dynamic model, the topology optimization on the robot arm is carried out by regarding lightweight as design goal and total displacement as constraints. The tare-load ratio and dynamic performance of the optimized robot arm are significantly enhanced compared with the original design model. This research can provide the theoretical basis for the dynamic optimization and upgrade of lightweight robot arm.     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

一种核管道机器人结构设计与驱动力分析

针对人工方式进行核电管道检测与维护存在效率低的问题,将管道机器人技术应用到核电站管道维护中,代替人工进行现场故障监测、异物探测和清理。设计了直径为300 mm的管道机器人的机械结构,分析了机器人在管道中的受力情况以及驱动特性。同时设计了一种全新的单电机全驱动机构,这种设计使机器人整体结构更为紧凑,提高了机器人行进速度以及驱动负载能力。并利用ADAMS动力学仿真软件对机器人驱动特性进行了研究和分析。结果表明,机器人的驱动能力能够满足实际作业需求,并且其驱动能力与摩擦系数、斜坡度有关;其中驱动力与摩擦系数成正比,即摩擦系数越大机器人的驱动力越大;驱动力与斜坡度成反比,即斜坡度越大驱动力越小。该研究结果可为后续机器人优化设计提供理论依据。     

Dynamic self-collision detection and prevention for 2-DOF robot arms using interval-based analysis

The problems related to self-collision detection and optimal collision-free trajectory planning for a robot arm subjected to dynamic constraints is investigated. First, a computed-torque method is used to obtain a linearized closed-loop system. For this linearized system, the reference state that the robot arm is capable of reaching is verified through phase plane analysis. This will ensure that the robot arm can be stopped before self-collision occurs. Dynamic constraints are taken into account for a continuous motion of deceleration by calculating the bounds of the commanded force/torques with interval evaluations. When the reference state e at t+δt is not valid for selfcollision avoidance, a new feasible state is determined by adhering to an interval-based method which allows decomposition of a complex constrained optimization problem into a simple two-stage optimization problem with relaxed constraints. The optimized feasible state not only secures the robot arm against self-collision but also allows the robot arm to track the original reference trajectory closely. Simulation and experimental results of a 2-dof robot arm show the effectiveness of the proposed interval-based approach.     

考虑振动抑制的多冗余度特种操作机器人轨迹优化方法

为了实现复杂曲管内曲面的自动化喷涂作业,设计多自由度的冗余度特种操作机器人。而多冗余度机器人系统刚度低,使得机器人在喷涂作业过程中出现振动,末端轨迹跟踪误差加大,降低了涂层质量。为此,通过分析冗余度机器人带有弹性变形影响的动力学方程,提出一种利用冗余自由度对机器人关节空间作业轨迹进行优化的新方法,实现了机器人在作业过程中的振动抑制,并且满足复杂三维工作空间约束。在试验中应用此方法,机器人在运动过程中既满足复杂的工作约束,同时减少了末端的振动,实现了振动抑制,证明了该优化方法的有效性。     

机器人动力学性能指标及其优化

本文提出衡量机器动态品质的高速性能指标、加速性能指标和综合性能指标。以此评定机器人的结构合理性、参数优化程度。基于这些指标的优化设计考虑到机器人全局最坏情况,能够达到总体最优。计算结果表明,按所述指标进行优化,可使关节相对驱动力矩趋于均匀,最大力矩显著下降,加速性能和高速性能改善,其结果优于其它方法。     

五自由度服务机器人手臂的参数化设计及HyperMesh分析

介绍了一种用于服务行业的五自南度机器人手臂的参数化设计与分析方法。针对手臂部件的特点，采用参数化设计的思想，列出了手臂的参数化设计流程，在UG草图中对其建立约束，基于UG／Part Family建立部件的通用件库，最后运用分析软件对手臂进行模拟受力分析，以修改相应参数，使其满足工作要求。机器人手臂的实例证明该参数化设计与分析的方法是有效的。     

基于ANSYSW0rkbench的焊接机器人大臂预应力模态分析

焊接机器人的大臂是整个机器人的受力最大的机构,作为机器人的重要部件,其刚度和强度直接影响到机器人的使用精度和寿命。在设计过程中必须保证它的强度和刚度及在运动过程中振动频率的影响0文中在有限元受力分析软件ANSYS下对焊接机器人的大臂进行静力分析,为机器人整体设计和优化提供有效的理论支持。