机器人打磨碳纤维复合材料工艺研究

碳纤维复合材料由于其优越的性能正被广泛应用于工业领域,为提高打磨该材料的表面质量及改善打磨环境,在工业机器人基础上开发一自动打磨系统并对打磨工艺进行研究。基于被动柔顺装置(Pushcorp AFD71)设计机器人打磨末端执行器,相较于传统打磨工具,它具有恒力输出、力控制稳定简单、响应快等优点。重点研究了机器人自动打磨系统的集成以及利用该系统对碳纤维复合材料进行打磨实验,研究各参数(主轴转速、机器人移动速度、打磨正压力、倾角和砂纸粒度)对表面粗糙度的影响。最后通过碳纤维复合材料顶盖横梁的打磨应用验证了该机器人自动打磨系统的实用性和优越性。

面向2024-T3铝片的机器人超声喷丸校形研究

超声喷丸技术在成型校形、表面改性等方面具有广阔的应用前景。为了了解不同工艺参数对喷丸效果的影响,以2024-T3铝片为研究对象,将超声喷丸设备搭载在工业机器人平台上进行试验,以试片弧高变化作为评价指标,分析加工距离、超声振幅、喷丸次数对喷丸效果的影响。结果表明,弧高随加工距离的增大而减小,随超声振幅的增大而增大,随喷丸次数的增加呈现先增大后趋于稳定的趋势。提出一种工艺参数组合选择方法,得到多种常用工艺参数组合下的弧高变化曲线及相关参数,为不同工件待校形区域的校形工艺参数选择提供参考。

气电混合式机器人力控末端执行器研究

针对现有机器人末端力控装置存在的力控制精度低、响应速度慢的缺点,设计了一种气电混合式的机器人力控末端执行器。气电混合式机器人力控末端执行器主要由气囊式气缸和音圈电机组成,并按照并联方式连接。气囊式气缸两端分别与音圈电机的定子和动子连接,并置于音圈电机内部。该结构不仅利用了气囊式气缸承载能力大、缓和冲击能力强的特点,同时也利用了音圈电机的快速响应特性进行快速力补偿。为了进一步提高系统的响应速度和力控精度,提出了用PI控制器调节音圈电机的电流。最后,采用了Matlab/Simulink对提出的控制方案进行仿真实验,结果表明,所设计的气电混合式机器人力控末端执行器力控制精度高、力控稳定性好、响应速度快。

纤维增强复合材料-金属混合连接接头疲劳性能研究进展

纤维增强复合材料由于其优异的力学性能已被广泛应用于各种轻量化场合。通常情况下,复合材料在实际应用中需要和金属等异质材料进行连接,其中混合连接接头相比胶接、传统机械连接具有更优异的力学性能。疲劳寿命是影响纤维增强复合材料-金属混合连接接头服役性能的关键,本文对混合连接接头各部分材料的疲劳性能进行了分析,探讨了混合连接接头疲劳寿命预测方法,分析了影响混合连接接头疲劳性能的重要因素,并对其发展趋势进行了总结和展望。

碳纤维表面改性提高其树脂基复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

随着大数据、物联网和新能源汽车等新兴产业的快速发展,相关电子设备与元器件向高性能化、高集成化、轻量化、精密化等方向迈进。随之产生的电磁干扰会威胁人体健康、信息安全以及各种电子设备的正常工作,因此迫切需要高性能的电磁屏蔽材料。碳纤维具有优异的力学性能和良好的导电性,其树脂基复合材料更是兼具质量轻、比强度/模量高、耐疲劳性好、可设计性强以及良好的电磁屏蔽性能等优势。但与传统的金属材料相比,碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能较低,为了进一步提高其电磁屏蔽性能,通常需要对碳纤维进行表面改性。本文介绍了碳纤维复合材料的电磁屏蔽机理,综述了不同的碳纤维表面改性方法以及对碳纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能的影响,分析了各种碳纤维表面改性方法的优缺点,进一步对碳纤维增强树脂基电磁屏蔽复合材料的发展趋势进行了展望。

非对称气电混合式机器人末端执行器及其静态力控特性研究

针对现有气动式机器人力控末端执行器存在力控精度低和响应慢等缺点,提出一种非对称气电混合式力控末端执行器,采用变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制,实现机器人连续接触式作业中接触力的实时补偿与精确控制.通过对气动系统、永磁电机和控制器等进行建模与仿真分析,研究其控制特性与力-位移特性.仿真结果表明,相比气动力控系统,气电混合式力控系统可有效消除摩擦力与跟随误差等引起的滞环和爬行现象,控制特性最大误差由9.2 N(2倍最大静摩擦力+动静摩擦力差值)减小至1 N,其力-位移特性最大误差由9.6 N(2倍动摩擦力+气动力波动)也减小至1 N,提高了力控精度,可提升机器人连续接触式作业质量.

柔性连接龙门式机器人实时图像处理与多轴联动抓取

面向柔性连接龙门式机器人,在实现视觉识别、检测与抓取等工程应用方面开展研究。在现有工作平台的基础上,建立工业相机系统试验平台,并进行标定,标定试验误差小于0.07像素。基于LabVIEW和NI Vision开发完整的图像处理算法与多轴联动抓取算法,能够快速准确地执行图像检测和目标定位任务。试验测得数据标准差约为0.47、0.41,相对误差约为0.85%、0.65%。实现多轴联动对工件样本的抓取,抓取定位相对误差在0.2%以内,具有较高的准确性。

连续体机器人路径跟随拟合算法

相比传统工业机器人,大长径比、高自由度的连续体机器人更能适应非结构化狭窄工作空间。由于连续体机器人具有自由度高的特点,对其进行运动规划是一大难点。针对连续体机器人路径跟随过程拟合路径时的多关节参数耦合问题,提出连续体机器人路径跟随拟合算法。采用逐关节迭代拟合的路径跟随策略,在拟合目标函数中引入机器人关键点与路径点之间的切矢量误差信息,减小拟合后位姿与路径之间的偏差。仿真结果表明,逐关节迭代拟合策略解决了多段关节间的关节参数耦合问题,能够提升拟合求解目标位姿关节角的计算效率。与此同时,引入切矢量误差信息的拟合目标函数可以有效减小目标位姿与路径之间的偏差。

机器人力控末端执行器综述

随着制造业的智能化发展,机器人抛光、打磨、去毛刺和装配等连续接触式作业的需求日益增加。力控末端执行器作为机器人力-位混合控制与连续接触式作业的关键部件,其性能对于提升机器人作业质量和拓展应用范围具有重要影响。因此,对现有机器人力控末端执行器进行研究,分析其性能特点与关键技术,指明其发展方向,对于高性能力控末端执行器的研制具有重要意义。首先,介绍了力控末端执行器的发展背景,阐述了其组成与分类、工作模式和工作原理;其次,简述了力控末端执行器研发中涉及并联机构构型综合理论与优化技术、恒力补偿作动部件设计技术、质量力补偿技术、柔性碰撞技术、解耦控制技术和力波动抑制技术等;然后,分别对机械式、气动式和电驱式等单自由度与多自由度力控末端执行器的国内外研究现状进行了概述,并分析了各自的优缺点;最后,指出力控末端执行器将向高精度、高频响、电驱化、多自由度柔顺、重载化、高集成化和智能化等方向发展。分析表明,当前普遍应用的力控末端执行器多为机械式或气动式,但存在迟滞大、响应速度较慢和力控制精度不高等缺点,且仅能实现单自由度恒力控制,因此,开展高精度高频响的智能电驱式多自由度力控末端执行器的研制,对于提高机器人连续接触式作业系统的力控制精度、曲面适应性、加工装配质量和效率具有重要意义,可有效提升工厂机器人智能化作业水平。

磨抛机器人气电力控末端执行器负载特性

针对现有船舶制造业中人工打磨或砂带磨削等磨抛作业难以满足智能制造需求的现状,提出一种面向船舶磨抛机器人的气电混合式力控末端执行器,采用自适应变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与大推力永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制,实现作业接触力的实时补偿与精确控制。通过对气动系统、永磁直线同步电机系统、环境工件、力和速度控制器等进行建模与数值仿真,研究其负载波动响应与抗负载冲击特性。仿真结果表明,相比气动力控系统,气电混合式力控系统可消除气动系统振荡特性的影响,在35 Hz范围内振动负载作用下的最大力波动幅值由138 N(约为稳态值46%)减小至25 N(约为稳态值8.4%);在阶跃负载作用下气缸活塞杆位移振荡和接触力冲击次数显著减少,调整时间分别为前者的32.3%和27.3%,有效提高了抗负载波动与冲击特性,可提升船舶磨抛机器人的作业质量。

全向移动机器人驱动万向轮的设计与实现

全向移动机器人使用无解耦机构的驱动万向轮在转向时会派生出额外的滚轮滚动输出,这会导致运动的不稳定以及增加控制算法复杂性.为了解决驱动万向轮转向运动与驱动运动之间的耦合问题,通过在驱动万向轮内加入差速行星齿轮机构,合理地设置该行星齿轮组的输出传动比,可以将转向时的派生滚动输出从转向运动中解耦,实现了对机器人运动的精确控制,提高了机器人运动平稳性.最后通过对机器人进行运动学分析,得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系,验证了机器人的全向移动功能,并为机器人运动控制提供了依据.

基于概率统计的BK7玻璃磨削亚表层损伤深度在线预测技术

为了在线预测硬脆材料磨削加工引起的亚表面损伤深度,本文利用概率统计法对磨粒高度进行分析,建立了刀具切削力与亚表层裂纹扩展深度之间的理论关系模型。首先,基于硬脆材料的压痕断裂力学理论,分析了中位裂纹扩展长度与磨粒压痕深度之间的内在关联。随后,对刀具端面边缘的磨粒数目进行了数理统计,建立了刀具切削力与单个磨粒切削深度之间的理论关系。在此基础上,提出了工件亚表层损伤深度的在线预测模型SSDmax=1.284×SSDmax theo-36.23,并结合BK7玻璃的实际磨削实验验证了其正确性。通过对比实验结果与理论模型的预测结果发现,该方法可以在线、准确地预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。

软体操作机器人概述

随着制造业和服务业的智能化发展,机器人走出"围栏"并日益应用于餐饮服务、医疗康复、汽车与船舶等行业人机协作场合。相比传统"硬质"机器人,软体机器人具有柔顺性、安全性和非结构化环境适应性好的优点,可实现机器人、环境和人之间的共融。针对上述情况,文章介绍了软体机器人的发展背景,对软体机械手和机械臂的国内外研究现状进行了概述,提炼了软体操作机器人研发需攻克的变刚度、检测、建模与控制方法等关键技术,并指出软体操作机器人将不断向新材料、一体化、重载化和高精度等方向发展。分析表明,当前软体操作机器人存在建模难度大、末端输出力小、精度低或响应慢等缺点,难以实现其末端位姿与操作力的快速精确控制。因此,开展高精度与大负载的新型高集成度软体操作机器人的研究,对于拓宽机器人应用领域与促进人机共融具有重要意义。

机器人关节用双定子永磁同步电机设计

针对机器人关节柔顺性、高精度和高动态响应的要求,提出采用机器人关节用双定子永磁同步电机设计方法,降低电机齿槽转矩和转动惯量。给出该电机结构特点及设计原则,参照传统单定子永磁电机设计方法,计算并设计了一台双定子永磁同步电机,进行了有限元建模与仿真,分析了电机的气隙磁密、反电动势、齿槽转矩及转矩等性能参数。研制样机并进行了实验,实验验证了该电机的准确性与合理性。结果表明,与同规格的单定子永磁电机进行相比,双定子永磁同步电机具有动态响应快、带负载能力强的特点。

基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划

为提高绳驱动连续体机器人运动的平滑性和稳定性,在关节空间和笛卡尔空间研究了基于样条函数和粒子群算法的轨迹规划问题。首先,采用双参数局部指数积公式建立连续体机器人的运动学模型;其次,根据牛顿-拉夫森迭代方法进行逆运动学求解;最后,基于自适应惯性权重的粒子群时间最优化算法结合五次B样条函数,分别实现了连续体机器人在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划。仿真结果表明:在相同的条件下,两种方法均可得到连续体机器人末端的连续轨迹,速度均小于10 mm/s,加速度均小于20 mm/s^2;基于关节空间规划出的关节位移、速度、加速度曲线更为平滑,关节空间规划用时9.2193 s,笛卡尔空间规划用时10.6046 s。基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划研究,提高了连续体机器人的运动性能,可为绳驱动连续体机器人的位姿规划提供参考。

无卤阻燃剂改性聚酰胺6的研究进展

综述了无卤阻燃剂改性聚酰胺6(PA6)的研究进展,主要包括无卤有机阻燃剂、无机阻燃剂和复配阻燃剂对PA6的阻燃改性及其阻燃机理。介绍了有机阻燃剂分子的合成,分析了阻燃剂配比及含量对PA6阻燃改性性能的影响,探讨了不同阻燃剂阻燃改性的优缺点,对开发综合性能优异的无卤阻燃PA6具有重要的指导作用。

基于深度学习的工业缺陷检测研究进展

基于深度学习的机器视觉技术在工业缺陷检测上具有重要的应用价值,相较于传统方法可显著提高检测质量和效率,同时降低人工成本。通过分析近年来深度学习在缺陷检测方面的研究与应用,归纳其难点与相关的解决方法,将问题分为缺陷数据集在建立过程中存在的问题与检测模型的选择两个方面。首先,在数据层面,针对缺陷的样本少、数据标注类型复杂、数据成像质量低等问题,对应分析了少样本学习,无监督、半监督、自监督、弱监督学习以及数据增强、图像增强、图像翻译的应用;其次,在检测算法模型的选择上,根据模型类型的不同,分为基于CNN、基于Transformer以及混合模型3类进行讨论,同时根据检测任务需求的不同,又分别从图像分类、目标检测、语义分割3个方面展开论述。此外,总结了工业上常用的轻量化模型的设计方法。最后,对该领域未来的发展方向进行了讨论与展望。

邻苯二甲腈树脂催化聚合机理及其性能的研究进展

邻苯二甲腈树脂具有优异的力学性能、耐高温、阻燃等特性,广泛应用于航空航天、石油化工、电子封装等领域。但传统的邻苯二甲腈单体存在固化温度高、加工窗口窄、固化速度慢等缺点,严重限制了其应用。催化剂可以弥补以上不足,但不同催化剂的催化作用机理及所生成的邻苯二甲腈树脂性能均有所不同。文中主要综述了氨基、亚胺基、羟基/巯基、自由基等催化邻苯二甲腈单体的聚合机理以及邻苯二甲腈树脂性能的研究,分析了邻苯二甲腈树脂结构对其性能的影响,进一步展望了其发展趋势。

快速RTM成型工艺用环氧树脂化学流变及固化行为研究

针对快速RTM成型工艺对树脂性能的要求,研究了环氧树脂的化学流变行为和固化行为。根据其流变行为,发现采用双Arrhenius黏度模型方程可以有效预测树脂的成型工艺窗口;根据其固化反应行为,通过Malek方法,确定树脂体系的固化反应为自催化反应,采用Sestak-Berggren双参数自催化动力学模型对其固化行为进行分析,发现模型曲线与实验曲线基本吻合。研究结果为快速RTM成型工艺参数的确定提供技术基础和理论依据。

绳驱动踝关节康复机器人的运动学与刚度研究

针对现有踝关节康复机器人存在的人机结构匹配度不高、柔顺性不足、适应性弱等问题,提出了一种新型绳驱动变刚度踝关节康复机器人。考虑到绳索的单向受力特性使得绳驱动机器人具有变刚度特性,基于柔性并联机构理论创新设计了一种结构简单紧凑、刚度―拉力线性度高的变刚度装置,以提高变刚度控制的范围和精度。通过康复机器人的运动静力学和刚度建模分析,揭示了调节绳索长度来调控机器人位姿,以及调节绳索张力来调控机器人刚度的规律。在此基础上,提出了面向刚度的绳索张力分配算法以实现刚度控制,并通过仿真案例验证了算法的可行性。最后,设计了绳驱动踝关节康复机器人的控制系统,研制了机器人样机,通过实验验证了机器人运动控制方法。研究结果表明所设计的绳驱动踝关节康复机器人具有人机结构匹配、刚度可调等优点。