基于工业机器人在智能装配上的可重构模块化设计研究与应用

在各行各业的精密组件柔性装配生产中,智能装配是行业共性难题,面向市场反应迅速、项目生产研制周期短、质量要求高、稳定性好等要求,基于工业机器人的高适应性,借助创新方法,采用可重构模块化的设计思路,开展智能装配相关技术研究,为机械自动化领域智能装配问题的解决提供一种思路和参考,并以扎带机为例进行模拟应用,以初步验证方法的理论可行性,通过扎带机及扎带方法的发明专利间接验证本文理论的创新性,从而为相关设计研究提供参考。

可重构模块化机器人现状和发展

由于市场全球化的竞争 ,机器人的应用范围要求越来越广 ,而每种机器人的构形仅能适应一定的有限范围 ,因此机器人的柔性不能满足市场变化的要求 ,解决这一问题的方法就是开发可重构机器人系统 .本文介绍了可重构机器人的发展状况 ,分析了可重构机器人的研究内容和发展方向 .

可重构模块化机器人模块及构形设计

对可重构模块化机器人模块的结构进行了研究,并归纳设计出7种功能模块,其中包括3种1自由度的关节模块,2种连杆模块和2种辅助模块·所有模块的功能都是独立的,并且每个模块的连接界面都设计成了圆筒形以便重组和提高其刚度·每一种模块都可设计成不同尺寸系列,这些不同类型和尺寸系列的模块便可构成一个模块库·作者对3个自由度串联机器人的构形进行了系统的研究,并应用制作的实验模块对研究结果的可行性进行了验证·

机床夹具可重构模块化设计方法研究

如何提高机床夹具设计的效率和质量是计算机辅助工艺装备研究的一个重要问题。在分析机床夹具可重构模块和模块系列规划过程的基础上,提出一种基于公理化设计与设计结构矩阵集成的机床夹具可重构模块化设计方法。该方法以设计过程中的共性单元归并和信息、过程的重用问题为切入点,采用设计结构矩阵建立产品内构件间相互关系,得到合理的模块化夹具产品结构,实现可重构模块拓展变换来实现夹具快速设计。夹具实际实例验证表明,本文设计方法有助于实现机床夹具可重构模块化快速设计,具有较好的应用指导意义。

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人,它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力.该机器人由3个模块组成,采用履带驱动,具有直线、三角、并排3种对称构形.在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上,提出稳定锥方法,用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定.讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性,并进行了仿真实验和非结构环境实验.

动态约束下可重构模块机器人分散强化学习最优控制

基于ction-critic-identifier(ACI)与RBF神经网络,提出了一种外界动态约束下的可重构模块机器人分散强化学习最优控制方法,解决了存在强耦合不确定性的模块机器人系统的连续时间非线性最优控制问题。文中将机器人动力学模型描述为一个交联子系统的集合,基于连续时间MDPs性能指标,结合ACI与RBF神经网络,对子系统最优值函数,最优控制策略及总体不确定项进行辨识,使系统满足HJB方程下的最优条件,从而使可重构模块机器人子系统渐进跟踪期望轨迹,跟踪误差收敛且有界。采用Lyapunov理论对系统稳定性进行证明,数值仿真验证了所提出的分散控制策略的有效性。

链式可重构模块化机器人变形机理与实现

设计了一种手动可重构、自动变形的新型链式模块化机器人机构,它可以通过结构重构和自动变形来改变自身的构形以适应非结构环境中运动和作业的要求。单个标准模块由模块本体、连接臂和偏置关节等组成。偏置关节避免了变形时模块间的运动干涉,扩大了机器人模块间的相对运动空间。设计了一台三模块变形机器人样机,并对该样机进行了由直线形态、三角形态到并排形态的变形实验,此外还对变形机器人不同构形的运动性能进行了实验分析。

基于扩张状态观测器与动态面控制的可重构模块机器人反演分散控制

针对可重构模块机器人控制中各子系统间关联项难以处理的问题,提出了一种基于三阶扩张状态观测器(ESO)和动态面控制(DSC)的反演分散控制方法。利用三阶ESO对各关节耦合的关联项及建模不确定性进行实时的估计和补偿,并利用粒子群算法(PSO)自适应调整ESO中的参数。在设计反演分散控制器时,为了克服对虚拟控制量进行重复求导运算而导致的所谓'计算膨胀'问题,采用基于动态面控制的方法设计反演分散控制器,并对所设计的分散控制器的Lyapunov稳定性进行了分析。将该控制策略应用于一个四自由度可重构模块机器人的轨迹跟踪控制中,仿真结果验证了该控制器对处理关联项及反演控制中'计算膨胀'问题的有效性。

可重构模块化机器人分布式控制算法研究

可重构机器人是基于一套事先设计好的模块,并根据特定任务的要求选择的一组模块装配成的机器人。为了实现快速重构,可重构模块化机器人不仅要实现机械结构构形的快速重构而且要实现控制系统的快速重构。根据多Agent理论中协商合作机制和机器人结构的分布性,可重构模块化机器人采用基于多Agent的分布式体系结构。利用微分运动理论提出了一种分布式控制算法,它能够适应三维空间的控制要求,从理论上证明了这种算法的收敛性。

可重构模块化机床的集成设计

可重构模块化机床是可重构制造系统的主要组成设备之一。本文提出了一种可重构模块化机床的概念设计模型 ,并在原理上实现了该机床的各种可能重构方案。本文还提出了使可重构模块化机床的组成部件模块和其控制器并行设计的可重构模块化机床集成设计方法。仿真研究表明 :可重构模块化机床的集成设计方法是可行的。

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

基于F-B-S模型的SAM产品可重构模块设计

提出了一种小型农业作业机(SAM)产品可重构模块开发的新方法,将公理化设计技术(AD)应用于产品模块设计过程中,针对模块功能分解进行了F-B-S模型的构建和分析,以SAM产品核心模块变速箱为实例,进行了公理化设计和可重构模块的F-B-S模型验证。结果证明上述设计方法在SAM可重构模块开发中能实现模块的快速设计和重组,为产品的快速设计和建立SAM产品可重构模块资源提供了一种开发方法。

链式可重构模块机器人非同构构形仿真研究

可重构模块机器人系统具有多种构形来适应环境和任务的要求,其非同构构形的数量随着模块数量的增加呈指数增长。提出了一种新型链式可重构模块结构,机器人的模块数量可以根据需要选择。利用偏置关节和连接臂,该结构具有手动可重构和自动变形的特点。根据模块的物理结构和邻接关系,提出用构形矩阵来表达机器人的拓扑信息,并在仿真环境下进行描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵对对机器人的对称构形进行判断。最后仿真设计了4模块和5模块可重构机器人的对称构形,验证了算法的可行性。

可重构模块化机器人示教系统设计

设计一种通用型的可重构模块化机器人示教平台.采用基于开放式、分布式的控制平台,融合示教器人工示教功能和基于传感信息的自主示教功能,对示教系统的逻辑架构、控制策略、软件结构、以及示教运动模式进行分析与设计.该模块化机器人的示教系统既满足人工示教功能要求,又满足自主智能化示教的要求.最后通过对模块化机械臂的HMI人工示教实验和对一种模块化攀爬机器人的自主示教实验,验证了示教系统的可行性及相关关键方法的正确性.

基于软测量的可重构模块机器人分散力/位置控制

在受限空间内,可重构模块机器人末端腕力传感器造价昂贵且易受环境影响,它的使用还提高了机器人在软硬件设计上的复杂程度,针对这一问题,提出了基于软测量的可重构模块机器人分散力/位置控制方法。将可重构模块机器人系统在各个方向上进行模型分解,各方向的模型看作一个子系统,利用自适应RBF神经网络去估计各子系统间的不确定项和耦合关联项。在末端未安装腕力传感器的情况下,利用自适应RBF神经网络去估计末端接触力,并推导出了RBF神经网络的权值、径向基函数中心和宽度的自适应律。2类不同自由度可重构模块机器人的仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于MATLAB Robotics Toolbox的可重构模块化机器人运动仿真分析

利用MATLAB Robotics Toolbox 工具箱,采用D-H 参数建模方法,建立四自由度模块化机器人的仿真模型,设计各关节的运动角度,模拟机器人的末端手爪运动轨迹以及每个关节的角位移、角速度、角加速度随时间变化曲线。检验机器人运动性能,为后续的动力学和控制研究奠定基础。

可重构模块化机器人与教育产业的融合发展探索

近几年国家大力提倡素质教育,机器人教育作为素质教育的重要载体,在各大高校与中小学教育领域应用愈加广泛。杭州市作为浙江省省会,其机器人教育产业发展迅猛,但与此同时行业内也存在一些问题,导致机器人教育无法在全市普及,而模块化机器人相较于传统教育机器人有独特优势。文章基于可重构模块化机器人,为提高机器人教育质量、扩大机器人市场、促进产业发展提出解决思路。

动态约束下可重构模块化变压器攀爬机器人的滑模控制研究

应用于变压器的可攀爬机器人在抖动抑制、轨迹跟踪和自适应性能等方面控制效果较差,无法在动态约束下机器人进行控制,严重影响了机器人在变压器内攀爬的安全稳定性.在动态约束的基础上,提出了一种可重构模块化变压器攀爬机器人的自适应滑模控制方法.在运动学和动力学的基础上,建立了变压器攀爬机器人模块之间的运动学关系,并利用牛顿-欧拉迭代方程建立了动力学模型;采用RBF作为等效控制,以提高方法的适应性;调整变压器攀爬机器人神经网络的权重,提高方法的跟踪性能;根据RBF法调整了可重构模块化变压器攀爬机器人滑模控制的增益方法,以消除不期望的抖动.实验结果表明,该方法具有良好的抖动抑制效果,跟踪性能高,自适应性能强,能够在动态约束下有效控制变压器攀爬机器人.

工业机器人实训平台模块化可重构软件系统研究

工业机器人实训平台合理的模块划分方案为快速重构功能奠定了基础,而多任务的快速切换还需要通过各功能模块间的快速聚类过程来实现,其研究核心在于聚类的流程和算法。根据各功能模块间的相关性关系,研究并构建模块间的知识库和知识表达形式,完成模块的参数化定义。利用圆截法定位所有功能模块的接口,构建模块快速重构的流程和算法。模块化可重构软件系统的研究,为实现工业机器人实训平台的快速重构功能提供技术基础。

模块化可重构机器人动力学研究进展

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等.模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇.本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法.本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.