冗余机械臂逆运动学分析与迷彩喷涂路径规划

文中基于改进智能算法开展冗余机械臂逆运动学分析与三维数码迷彩喷涂路径规划。首先,基于冗余机械臂的初始和极限角度获得测试数据集,同时在网络模型中添加嵌套循环,通过新的遗传算法–逆向传播(Genetic Algorithm-Back Propagation, GA-BP)神经网络模型得到各关节角的最大绝对值误差,完成逆运动学分析;其次,在上述逆运动学求解的基础上,开展迷彩喷涂路径规划,建立迷彩图案模型,并进行Harris角点检测,实现迷彩图案局部分块,利用四邻域搜索完成分块图案的局部路径规划;然后,搭建旅行商模型,改进遗传算法的种群初始化和变异方式,进而获得二维空间的最优路径;最后,结合快速搜索随机树(Rapidly-exploring Random Trees, RRT)算法,生成三维空间数码迷彩的喷涂路径。仿真和数码迷彩喷涂实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

机器人手臂开放式控制实验平台在实验教学中的应用

针对工业机器人控制系统封闭和现有实验教学设备功能有限的现状,自主设计了一款机器人手臂开放式控制实验平台。该平台以3D打印机械手为被控对象,使用低成本开源控制器,控制系统支持机器人操作系统(ROS),可以开展机器人关节运动控制、手臂协调控制等实验,有助于学生掌握机器人控制的基本理论和软件编程。

一种附着系数实时可调的汽车制动模拟试验台设计、分析与实验研究

为了实现车辆制动模拟试验中附着系数的准确模拟和实时可调,设计了一种汽车制动模拟试验台,通过控制磁粉离合器励磁电流,实时模拟不同路面附着系数;搭建了基于路面识别的单轮车辆制动系统仿真模型,进行了单一路面和跃变路面下的制动仿真;研制了车辆制动模拟实验系统,开展了单一路面下汽车制动模拟实验和跃变路面下附着系数跟踪控制实验。研究结果表明,在湿沥青路面上以120 km/h初速度制动时,相比于基于固定目标滑移率,基于路面识别的最佳滑移率下的制动距离缩短了3.1%,且在低附着路面下更为明显;单一路面下制动时车速和轮速的实验值与仿真值基本吻合;跃变路面下附着系数最大跟踪误差仅为6.2%,跟踪控制效果良好。

时变时延下喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略

遥操作技术在喷涂示教任务中应用时需要保证主从端机器人位置与姿态的同步。然而,通信时延会带来遥操作系统的不稳定。为此,提出一种在工作空间中喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略。分别建立主从端机器人的预测代理模型,通过预测代理模型互联降低时间延迟对系统跟踪性能的影响。将主从端受到的外力视为半自主反馈回路的外部激励,并配置了阻尼注入控制器,使遥操作系统实现鲁棒稳定。以PhantomOmni机器人和FrankaPanda机器人分别为主端和从端搭建了遥操作喷涂示教实验平台,并进行控制策略的验证。实验结果表明,该位姿控制策略能够在系统存在时变时延条件下实现自由空间运动时的主从端位置和姿态的同步,以及在从端与环境有接触时实现系统位置和姿态跟踪误差有界以及有效的力反馈。

基于机器视觉的喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测研究综述

随着智能喷涂技术的快速发展,机器视觉在喷涂机器人系统中的研究和应用引起广泛关注,合理的喷涂轨迹能保障油漆厚度均匀、减少漆膜缺陷产生,并且融合涂装质量检测技术形成闭环的喷涂系统.鉴于此,针对机器视觉在喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测中的研究进行综述.首先,对喷涂系统在现代产品制造中的快速发展所面临的机遇、挑战和机器视觉技术进行介绍;然后,综述基于机器视觉技术的喷涂机器人轨迹规划和涂装质量检测的研究成果,对基于机器视觉的喷涂机器人轨迹规划方法,包括待喷涂工件的三维重建、基于点云数据的喷涂轨迹自动规划和基于视觉伺服的喷涂轨迹补偿进行分析和讨论,并重点介绍机器视觉在涂装质量检测中的应用与研究现状,从数据增强和模型选择两个方面,对不同任务中基于深度学习的涂装质量检测算法性能的改善提供潜在解决方案;最后,总结与展望机器视觉技术在喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测中的研究方法和思路,为喷涂系统朝着智能化、柔性化的方向发展提供参考.

Combined kinematic and static analysis of an articulated lower limb traction device for a rehabilitation robotic system

This paper presents a design of an articulated lower limb traction device(ALLTD) with joint torque generators for a cable-driven parallel rehabilitation robotic system(CDPRRS). An earlier version of the ALLTD uses a rigid link to model the lower limbs of a patient. This paper extends this scenario to include articulations in the lower limbs and analyzes the resulting two-link mechanism. Due to the force-displacement coupled structure, the inverse and forward kinematics of the ALLTD model are analyzed in combination with the requirement for static force balance. Examples using the limb parameters of Chinese adults are provided to show the efficacy of our model. The workspaces and cable tensions of the model indicate that the ALLTD could satisfy the rehabilitation training needs of patients with various lengths of lower limbs.

喷涂机器人矩形喷枪建模分析与迷彩图案全覆盖路径规划

针对喷涂机器人迷彩涂装作业过程中边缘混色、圆弧过渡和无法实现多色精细化喷涂的问题,设计了一种具有直角边界、可防过喷的矩形喷枪,建立其涂料沉积模型。喷枪性能实验结果表明,改进后的矩形喷枪涂层厚度均匀,满足数码迷彩喷涂工艺需求。其次,采用角点检测算法提取数码迷彩图案角点坐标,同时以角点坐标为基础,建立数码迷彩图案的平面栅格地图。然后,提出改进的生物激励神经网络(BINN)方法,引入融合数码迷彩喷涂工艺的机器人移动规则,将神经元活性传播方向限定为互相正交的4个方向,以缩小神经元动态激励场景范围,降低其计算复杂度。最后,采用基于矩阵变换的方法,将2维路径映射至车辆模型表面,生成3维迷彩喷涂路径。通过仿真与数码迷彩喷涂实验验证了所提方法的有效性,降低了生物激励神经网络的计算复杂度,解决了机器人喷涂过程中油漆过喷与数码迷彩喷涂路径难以规划的问题。

刚柔复合驱动并联喷涂机器人机构设计与工作空间分析

大型装备空间尺度大,表面形状复杂,其表面自动化喷涂作业受到多因素限制。面向大型装备的表面喷涂作业,设计了一种由柔索及电动推杆复合驱动的并联喷涂机器人,其主要由双平台复合式末端执行器、柔索驱动模组及机器人整体框架等组成,具备工作空间大、末端灵活度较高的特点,并基于驱动索的锚接形式变化提出了不同构型。其次,分析并联喷涂机器人运动学及静力学,计算不同构型下并联喷涂机器人零姿态力封闭可行空间及力螺旋可行空间,并基于张力限制条件对并联喷涂机器人的定位置姿态空间及全局姿态空间进行了分析,考虑工作空间体积与姿态空间体积比等性能指标并综合实际工况展开构型选取。最后,搭建并联喷涂机器人实验平台,面向预设喷涂对象开展运动实验,结果验证了机构的合理性,表明该并联喷涂机器人具备较大尺度下的多姿态灵活作业能力。

汽车磁流变液制动器温度特性仿真与试验研究

针对磁流变液制动器工作时内部热量聚集造成其制动性能下降问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法对其温度特性进行研究。首先分析计算磁流变液制动器的热量来源和生热率,在此基础上建立其温度场数学模型;其次分别针对汽车正常制动、紧急制动和频繁间隙制动等三种不同制动工况,进行磁流变液制动器的瞬态温度场仿真分析;最后搭建汽车磁流变液制动器试验平台开展输出制动力、制动性能和温度特性的试验研究。结果表明:在相同线圈电流下,磁流变液制动器表现出良好的恒减速度制动特性;不同制动工况下一个制动周期内工作间隙处的温度均呈现先迅速增大后逐渐降低的变化过程,并且制动初速度和线圈电流越大,温升幅度和速率均越大;整个制动周期内测点处温度的试验值与仿真值在数值和趋势上较为吻合,表明所建立的温度场仿真模型能够较好地反映磁流变液制动器实际制动过程的温度特性。

基于YOLO模型的柔索并联机器人移动构件快速定位方法

针对柔索并联机器人移动构件实时定位问题,提出一种基于YOLO目标检测模型的柔索并联机器人移动构件快速定位方法。首先根据YOLO目标检测模型设计深度卷积神经网络结构,根据PASCAL VOC数据格式构建自己的数据集,并在该数据集上训练及测试模型,然后将工业摄像机采集得到的图像数据输入模型中进行标靶检测,记录标靶的类别和位置。分析标靶的颜色特征,并将标靶图像进行二值化,进一步计算出柔索并联机器人的精确位置。试验表明该方法能对图像中的目标进行准确分类和定位,定位误差在1°以内,图片处理帧率可达33帧,满足实时性要求,同时算法具有良好的准确性和有效性。

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。

智能喷涂机器人关键技术研究现状及进展

喷涂作为现代产品制造工艺中的一个重要环节,不仅起到美观、防护以及其他特殊作用,也日益成为产品价值的重要组成部分,在家具、航空航天、军工等领域中占据着重要地位。智能喷涂机器人是由计算机、传感、视觉、智能控制等多学科技术交叉综合而构成的复杂机电系统。智能喷涂机器人作为智能喷涂技术的核心,其发展与新材料、新设计和新方法的应用密不可分。针对智能喷涂机器人关键技术研究的共性问题,从喷涂机器人机构设计、喷涂系统动态性能监控、喷涂轨迹自动规划、喷涂质量检测方面综述了当前取得的研究成果;而后针对喷涂系统智能化进程中在机器人机构设计和柔性喷涂系统集成研究面临的挑战进行了分析和讨论;最后,对智能喷涂机器人关键技术研究方面未来的发展方向进行了展望和总结,为喷涂机器人发展方向与关键技术性能提升提供参考,推动喷涂技术全面进入智能化。

基于伪刚体模型的腰部训练装置的运动学分析

考虑到康复运动过程中康复患者对康复机器人的作用,康复机器人的设计过程中将康复患者的康复部位作为其一部分进行设计和分析。将腰部考虑成柔性杆,并将其作为气动人工肌肉驱动的腰部训练装置的一部分进行分析。对腰部训练装置进行了结构介绍并分析了腰部在腰部训练装置中的作用,给出了腰部训练装置的运动学模型。对腰部训练装置进行了受力分析,结合腰部训练装置的功能对气动人工肌肉组件进行了设计和受力分析,使用伪刚体模型对腰部进行受力分析,得到了腰部脊柱与康复腰带结合点的受力结果,基于此对腰部训练装置整体进行受力分析,得到腰部训练装置中康复腰带与气动人工肌肉组件之间受力的关系。通过仿真验证了运动学分析和受力分析结果的正确性,并根据腰部训练装置的力学分析及仿真结果,进一步设计并搭建气动人工肌肉和柔索混合驱动并联腰部康复机器人试验平台。