滚筒螺旋叶片的激光熔覆中机械臂路径轨迹研究

装煤是采煤机螺旋滚筒叶片的主要功能,复杂煤层赋存条件和非线性冲击载荷会使其磨损加剧甚至失效,尤其是叶片的尾端和外缘部分,运用激光熔覆再制造的方法对磨损的叶片进行修复,可以提高使用寿命。针对激光熔覆实验中机械臂的路径轨迹,运用Matlab Robotics Toolbox建立机器人改进DH模型,用蒙特卡洛方法得到其工作空间点云图,用alphaShape()函数对点云进行包络处理,求解出工作空间的体积为27.0217 m3,验证了改进DH建模的正确性,能满足对采煤机螺旋叶片激光熔覆的任务要求。对熔覆实验中机械臂的轨迹进行仿真分析,为叶片的激光熔覆实验做准备。应用运动学分析软件Admas模拟机械臂对叶片外缘螺旋曲线的增材过程,得出其各关节的运动学参数和驱动电机所需的转矩。在重力和末端负载的作用下,运动轨迹的突变使法兰盘出现数量级为10-10的微小波动。将关节角时间序列导入SimMechanics中,作为驱动能控制机械臂做相同的螺旋曲线运动,验证了Adams中得到的关节角时间序列的驱动具有实际意义。对磨损最为严重的尾片磨损曲面特征进行分析,并划分为区域A,B,C。用KUKA机器人示教器在线编程,以直线增量蛇形往复方式,在叶片区域A熔覆耐磨层,改变激光头的姿态使其垂直于叶片的磨损曲面,在区域C熔覆样条曲线,用三维扫描仪获取区域B的点云,并重构曲面。将磨损模型与完整叶片模型利用布尔运算(剪切)得到待熔覆区域的STL文件,并导入增材制造辅助编程软件生成路径程序,熔覆实验时间为70 min,机器人运动平稳,且成型质量良好,几何特征与原叶片一致。研究方法为螺旋叶片修复和其他复杂曲面零件的再制造提供参考,具有较好的工程应用价值。

五自由度机器人打磨木椅背板的轨迹规划研究

以五自由度打磨机器人为研究对象,采用D-H参数法建立其数学模型,并在MATLAB Robotics Toolbox工具箱中得到机器人的仿真模型;选取背板中的两个打磨点,采用逆运动学运算得到机器人的各关节角度,并在关节空间对这两个打磨点进行三次和五次多项式轨迹规划。通过仿真结果的分析比较,可知采用五次多项式轨迹规划时,机器人在运动过程中平稳、无突变,能有效地减少关节磨损和冲击振动现象的发生。

SCARA机器人控制系统的设计与实现

采用D-H参数法对SCARA机器人进行数学建模,利用运动学方程设计控制算法并在MATLAB Robotics Toolbox平台上进行仿真验证。基于LabVIEW软件工具实现SCARA机器人控制系统,在SCARA机器人硬件平台上进行实验验证,并针对工控机与分布式控制器之间的通信延迟问题提出修正方法,有效提高直线插补运动的精度。实验结果表明SCARA机器人控制系统的有效性和实用性。

基于拉格朗日方程的四足攀爬机器人动力学分析

为了增强高空电网维修作业的安全性与稳定性,设计出一种以猩猩为原型适用于电网攀爬的仿生四足机器人,通过SolidWorks进行三维建模。基于自主设计的新型仿生脊椎、夹持力更大的机械爪以及关节式减速机,使得这种四足攀爬机器人具备一定的伸缩躯干功能,提高了机器人在桁架中的避障能力及高空攀爬的运动能力。利用MATLAB Robotics工具箱研究四足机器人机械臂的运动特性,通过拉格朗日方程对运动的机械臂建立计算难度较低且物理意义明确的动力学方程。对工作的机械臂进行运动学和动力学仿真分析,得到机械臂各关节角度、加速度、角加速度和力矩曲线随时间的变化的过程,且各项数据收敛在正常范围内,满足机器人在高空桁架中行走的安全性与稳定性,验证了方案的可行性。

开关柜带电检测机器人设计与仿真分析

针对开关柜检测传统人工检测方法存在的效率低下、准确度不高、检修周期长等问题,课题组提出研究开发机器人来智能检测开关柜。通过对电力系统开关柜和开关室尺寸的了解,设计开关柜带电检测机器人结构,使机器人能够自主完成开关柜的实时带电检测;运用D-H参数法描述机械臂,利用MATLAB对开关柜带电检测机器人进行仿真,分析设计的机械臂所能达到的空间位置。设计的检测机器人可以实现较高的检测效率,减少人力投入。

多关节机器人的运动学动态仿真研究

机器人运动学是机器人学的一个重要分支,是实现机器人运动控制的基础。文中主要针对PUMA560机器人运动学正问题分析,以D-H坐标系理论为基础并建模,利用MATLAB/ROBOTICS工具,实现了简单的运动学动态仿真,有助于对机器人关节运动角度的深入理解,并为工程人员提供一种有效的分析手段。