Inverse kinematic deriving and actuator control of Delta robot using symbolic computation technology

In order to effectively derive the inverse kinematic solution of the Delta robot and realize actuator control a description of the linear graph principle for automatically generating kinematic equations in a mechanical system as well as the symbolic computation implementation of this procedure is reviewed and projected into the Delta robot. Based on the established linear graph representation the explicit symbolic expression of constraint equations and inverse kinematic solutions are obtained successfully using a symbolic computation engine Maple so that actuator control and trajectory tracking can be directly realized.Two practical motions the circular path and Adept motion are simulated for the validation of symbolic solutions respectively.Results indicate that the simulation satisfies the requirement of the quick motion within an acceptable threshold. Thus the precision of kinematic response can be confirmed and the correctness of inverse solution is verified.

基于多模型和改进WOA算法的Delta机器人柔性夹持器抓取方法研究

[目的]解决Delta机器人柔性夹持器抓取方法存在的控制精度和适应性较差等问题。[方法]以Delta机器人柔性夹持器为研究对象,提出一种多模型和改进鲸鱼算法相结合的Delta机器人柔性夹持器抓取方法。建立稳定抓取优化模型,在抓持对象表面寻求最佳接触位置。建立无损抓取优化模型,在确保稳定抓起物体的前提下使接触力尽可能地小。结合粒子群算法和鲸鱼算法求解模型。通过试验验证了所提抓取方法的优越性。[结果]所提方法不仅具有良好的控制精度,还能够适应不同形状和大小的物体,具有较高的灵活性和适应性,抓取成功率>96%,抓取损伤率为0。[结论]所提方法有效提高了Delta机器人柔性夹持器抓取方法的性能,适用于果蔬和易碎物品的分拣工作。

Delta并联机器人运动学性能分析与结构参数优化

Delta并联机器人具有速度快、结构简单、承载力强等优点,在钵苗移栽、产品分拣与包装中应用广泛。针对目前Delta并联机器人各结构参数对运动学性能的影响及系统性结构参数优化设计缺乏完整理论体系的问题,本文分析可达工作空间雅可比矩阵条件数分布规律、结构参数约束关系、运动学性能随结构参数的变化规律及相关性,获得条件数分布特性和失真约束条件,在此基础上得出动静平台半径差和主动臂长度增加和从动杆长度减小能够使得机构性能较优。给定设计工作空间,对原结构进行参数优化设计,通过建立包络惩罚函数,采用多元非线性拟合与线性加权组合法得到运动学性能评价函数,结合条件数分布特性和失真约束条件建立优化模型,利用遗传算法进行优化。相较于优化前,优化后可达工作空间体积减小14.26%,设计工作空间的全局条件数均值和全局条件数标准差分别减小31.20%和11.78%,且设计工作空间各截面条件数分布规律验证了条件数分布特性的可靠性。

油茶果动态抓取Delta机器人正运动学特性研究

针对传统D-H参数法求解机械臂运动学时过程比较复杂的问题,为满足油茶果动态抓取的要求,提出了一种基于旋量理论构建3-R(SS)2Delta机器人正运动学方程的方法。针对3-R(SS)2Delta机器人的结构进行分析;通过旋量理论的指数积公式对该机器人的正运动学特性进行研究,获得机器人的位姿变换矩阵;最后,通过搭建的Delta机器人试验平台运行标准门型轨迹,结果表明:Delta机器人末端执行器能够精准地对传送带上移动的油茶果进行抓取。对比分析正运动学方程的计算值和Delta机器人试验平台试验测量值,得到末端执行器位置值的位置误差为±0.3mm,验证了所提出方法对构建油茶果动态抓取Delta机器人正运动学方程的正确性及可行性,旨在为后续进行油茶果动态抓取的轨迹规划研究奠定基础。

RGBD-Delta棉花打顶装置视觉系统标定方法

针对RGBD相机和Delta并联机械臂棉花打顶装置视觉系统标定精度低、相机视野区与机械臂工作区分离导致标定难度增加的问题,该研究提出了一种适用于相机视野区与工作区域分离的DAHEC(disjoint area visual calibration)视觉标定方法。搭建搭载RGBD相机和Delta并联机械臂传送带试验台,构建完整视觉关联系统,借助Python/OpenCV视觉程序与TSAI视觉标定法进行对比试验。对试验平均定位误差、离散情况及偏移误差统计分析,结果表明:DAHEC视觉标定法偏移误差为(4.72±0.86) mm,TSAI视觉标定法偏移误差为(7.97±1.46) mm,DAHEC标定法优于TSAI法。依据Box-Behnken设计三因素试验,以光照强度、机械臂累计运动次数、相机标定板距离为试验因素,以偏移误差小于圆盘刀半径为评价指标,分析各因素对偏移误差的影响,确定了棉花打顶刀的工作参数。正交试验结果表明:各因素对偏移误差影响显著性顺序为相机标定板距离、机械臂累计运动次数、光照强度;工作参数最优组合为光照强度为800 lx,机械臂累计运动次数为99次,相机标定板距离(RGBD相机到棉花顶芽的距离)为300~560 mm。最优工作参数下,打顶验证试验的平均偏移误差为9.76 mm,偏移误差在圆盘刀半径范围内,打顶率为93.75%,漏打率为6.25%。该研究结果可为棉花打顶装置视觉系统标定和作业参数设置提供科学依据。

基于改进门字形轨迹的番茄生产线DELTA分选机器人轨迹规划

目的:解决现有番茄加工生产线DELTA机器人在番茄分选过程中存在的效率低和运动稳定性差等问题。方法:在对DELTA机器人分选系统进行分析的基础上,将回旋线优化的门字形轨迹用于DELTA机器人轨迹规划。利用回旋线替换门字形轨迹的直角部分,建立以时间最优为目标的优化模型,通过改进的蚁群优化算法求解优化后门字形轨迹参数。通过试验对其性能进行分析。结果:所提方法相比于门字形轨迹和文献[20]方法具有更优的平均分选时间和分选成功率,平均分选时间分别降低了11.61%和1.63%,分选成功率提高了2.05%和0.56%。结论:所提规划方法有效提高了DELTA机器人分选精度和效率。

基于RobotStudio的Delta机器人双输送链跟踪分拣仿真研究

为解决巧克力分拣包装生产线上人工分拣易造成巧克力破碎、污染等问题,提出工业机器人分拣解决方案,采用两条输送链跟踪分拣巧克力并统一装盒。研究了并联机器人的输送链跟踪技术,讨论了在虚拟仿真环境中输送链和机器人运行速度之间的关系。结果表明,通过将输送链与机器人的速度设定为一定比值,机器人可以达到100%的分拣率,同时保证生产节拍和工作效率,对布局企业分拣生产线具有现实指导意见。

基于激光跟踪仪的Delta并联机构运动学误差标定

以Delta并联机构为研究对象,建立了Delta并联机构的运动学误差模型,对影响其末端精度的几何误差源进行了分析,并指出这些几何误差源可简化为18项.以激光跟踪仪作为测量工具,提出一种步进迭代的误差参数辨识方法,该方法利用Delta并联机构操作空间与关节空间之间的映射关系,通过优化多个检测点相互之间的理论距离与实际距离的残差,计算出Delta并联机构的各项几何误差参数,进而修正Delta并联机构的运动学模型,标定后机构末端精度由1.0,mm数量级提高至0.1,mm数量级,实验结果表明了文中所述方法的有效性和普遍性.

Delta并联机构精度标定方法研究

以Delta并联机构为对象,研究一类合平行四边形支链的3自由度并联机构误差建模技术,所建模型可有效分离出影响末端姿态误差的几何误差源。在此基础上提出一种精度标定方法,该方法利用并联机构操作空间与关节空间非线性映射的性质,仅需检测末端沿z向的位置误差、以及在初始位形下的姿态误差便可识别出几何参数,并可通过修改系统输入实现末端位置误差补偿。给出算例以验证该方法的有效性。

三自由度Delta并联机器人运动学分析及工作空间求解

通过对三自由度Delta机器人机构的分析,建立了运动学模型。基于动平台与固定平台之间的矢量关系,推导出该机器人的运动学方程,进一步得到位置反解的计算公式;同时给出了正解的数值解法,并结合算例验证了推导的正确性。利用运动学反解方程,提出了一种工作空间的求法。

Delta机器人期望工作空间求解算法研究

针对并联机器人工作空间存在一些病态的不连续空间,提出来了一种Delta机器人期望工作空间的求解算法。首先,由Delta机器人运动学出发,给出了机器人实际工作空间的表达式,并将工作空间分成上下界进行求解;然后,通过将给定形状的规则期望工作空间的上下界与机器人实际工作空间的上下界进行比较,从而得到期望工作空间;最后,在Matlab软件上对算法进行了验证。所提出的算法可适合于不同形状期望工作空间的求解,并且较几何分析法更简便、更易于编程实现。

基于Sysmac自动化平台的Delta机器人控制系统设计

为了提高Delta机器人在自动化拾取作业中的控制精度、速度及系统的实时性和可靠性,提出基于欧姆龙Sysmac自动化平台对Delta机器人控制系统进行设计,采用NJ系列机器人控制器和控制用高速网络EtherCAT,将机器人的运动控制和周边运动的逻辑控制进行统一,实现一体化控制,并通过视觉系统判断抓取对象的位置偏差,实现精确定位,展现机器人与视觉系统的完美配合。验证工作基于Delta机器人的动态抓取实验平台展开,顺利地完成了"检测—跟踪—抓取—搬运"实验,实验结果充分证明了方案的可行性。

一类6自由度Delta型机器人运动学分析

为满足工业机器人多角度操作需求,提出了一类具有3组耦合分支,且对称分布的6自由度Delta型机器人。首先,将每组耦合分支拆分为独立运动单元,并等效为串联运动链,基于旋量理论求出等效后的运动自由度;其次,利用闭环矢量回路法分别计算耦合分支中每条主动链的位置逆解,建立机器人的逆运动学模型;在此基础上,提出一种搜索算法,用于描绘满足边界条件的机器人运动空间,并与相同尺度参数的3自由度Delta机器人进行对比。结果表明,3自由度Delta机器人的运动空间是所提机器人工作空间的子集。最后,根据理论分析,完成了工程样机的搭建与运动实验,实验结果表明,该Deta型机器人具有6个自由度运动能力,且所提运动空间搜索算法具有较高的计算精度。

一种基于Delta机器人的激光雕刻机

针对目前市面上激光雕刻机体积大、成本高和通用性差的缺点,设计一种基于Delta机器人结构的激光雕刻机,描述该雕刻机机械结构以及控制系统组成,以该雕刻机机械本体为研究对象,对其进行运动学求反解,推导出运动学反解方程。对样机进行精度分析,结果表明其精度满足激光加工系统的要求。

基于NJ运动控制器的Delta机器人动态抓取控制系统设计

为了提高Delta机器人动态抓取的精度和速度,设计了一种基于NJ运动控制器的Delta机器人抓取控制系统。通过采用欧姆龙NJ运动控制器和Ether CAT内部高速总线将Delta机器人的运动控制和外部运动逻辑控制进行无缝对接,实现了一体化控制。同时,利用Delta机器人视觉系统识别抓取目标的位置,去掉重复图像信息,进而提出了一种动态的抓取算法,实现机器视觉与机器人动态抓取的完美结合。最后,通过实验结果表明:该抓取系统精准度高、速度快、稳定性强。

Delta机器人结构参数与期望工作空间之间关系研究

研究了Delta机器人结构参数与其期望工作空间之间的关系。工作空间是机器人性能的重要指标之一。但并联机器人工作空间边界是不规则的凸起,当在边界附近运动时,机器人容易陷入奇异位姿。因此,用规则的期望工作空间取代实际工作空间是一个很好的选择。机器人工作空间的大小直接有机器人的结构参数决定,因此研究机器人结构参数与工作空间之间的关系非常有意义。在归一化空间中绘制了Delta机器人结构参数与内接期望工作空间体积之间的映射关系图,并讨论了它们之间的关系。结果对Delta机器人的机构设计等具有指导意义。

基于Delta-s的高速果奶装箱机器人工程示范

研究Delta-S机器人在果奶装箱机上的工程示范应用,包括其系统布局及功能要求及Delta-S机器人的抓取器设计、软件设计和工程实践等问题。在基本设计分析的基础上,选取装填工位做具体分析。分析结果表明,Delta-S机器人在高速果奶装箱机上的应用使得装箱自动化水平和速度都大幅提高,进一步说明Delta-S机器人在工业生产线上的应用具有很好的应用前景。

三自由度Delta机器人的奇异性分析及空间研究

在工作过程中,为了得到Delta机器人的最优运动轨迹,需要对其奇异性和工作空间进行深入研究。为此,建立Delta机器人的正向运动学数学模型,基于机器人的正向运动学数学模型采用偏微分的方法建立了机器人的雅可比矩阵,以雅可比矩阵为依据分析了Delta机器人存在的运动学奇异位形。同时分析了影响Delta机器人工作空间的约束条件如电机的转动范围、球关节的旋转范围等,利用Matlab软件并基于机器人的正向运动学数学模型,求解出机器人在定平台上执行器的工作空间三维图。机器人的奇异性和空间分析结果,将为设计出无奇异性的轨迹提供理论依据。

基于最大工作空间的DELTA机器人尺寸综合与优化

在DELTA机器人的工程设计中,需要选取适当的机构参数,其中机构杆长是一个很重要的参数。解决机构的尺度综合问题是非常必要的。文章利用DELTA机器人的物理模型,运用代数法和几何法,在机构设计空间内,对特征杆长进行无量纲分析,找到关键机构尺寸,进行归一化处理;对其工作空间进行拓扑分类和体积计算,找到最佳杆长向量(依据工作空间体积最大);在工程应用中,为此类机器人的设计和制造提供一定的理论指导。

Delta并联机器人运动学与动力学仿真研究

以Delta并联机器人为研究对象,用三维设计软件Pro/E建立其样机模型,通过简化Delta并联机器人机构模型,用D-H矩阵法建立其运动学方程,得出正、逆解,给定动平台的运动轨迹进行轨迹规划,用Matlab软件计算出各支链的驱动臂张角,将样机模型和计算结果导入到ADAMS软件中,添加约束驱动等,进行运动学和动力学仿真分析,所得结果与理论计算结果一致,为Delta并联机器人的设计、优化和运动控制提供依据。