适用于学生自主实践的机械臂式3D打印机的研制

针对目前高等学校使用的成品3D打印机在学生自主实践时出现的直观性差、人机比高的问题,提出了一款适用于高校学生自主实践的机械臂式3D打印机。该3D打印机的整体框架采用全开放式的机械系统,硬件控制系统采用大学生熟知的Arduino主控板,软件控制系统采用完全开源的Repetier-host软件、cura软件和Arduino IDE软件。该3D打印机组成元件一部分由学生自制,一部分选用通用电子元件,成本控制在1000元左右,从而保证实践课程中3:1的人机比。

一种液压控制机械臂式水钻机系统的研究

针对我国矿井立井井筒装备构件安装机械化水平低,在井壁混凝土标号较高且布置有多层较大钢筋时,钻锚杆孔及凿梁窝速度慢、劳动强度大的现状,研发了一种液压控制机械臂式水钻机系统,提高了立井井筒装备安装机械化水平,加快了施工进度,降低了施工人员劳动强度,节省了人工成本,系统的应用对于矿山立井井筒装备施工机械化具有重要的现实意义。

穿戴式机械臂立姿射击机枪动力响应试验研究

穿戴式机械臂是一种新型单兵装备,可以辅助士兵单手持机枪进行射击,提高单兵火力打击的能力。提出了一套穿戴式机械臂立姿射击机枪动力响应试验方案,构建了测试系统,对穿戴式机械臂立姿射击机枪动力响应进行了试验研究。利用高速摄影采集并分析了射击过程中的人体以及枪口的运动参数。结果表明,穿戴机械臂进行机枪连发射击时,机枪枪口位移响应不大且人体稳定,尤其是在上下方向上,人体各点的位移量均未超过5 mm且人体肩部承受的后坐力很小。故穿戴式机械臂起到了较好的辅助射击作用,提升了士兵立姿进行机枪射击的稳定性。

闭链级混联式液压机械臂运动控制方法

针对含有多个闭链结构的液压机械臂非线性强、控制精度低等特点,采用了虚拟分解控制方法消除了系统非线性引入的误差,以提高其控制精度。首先,根据驱动方式不同将整个机械臂分解为四类结构,针对每一类结构再将其虚拟分割成每一子系统,对每个子系统分别建立了刚体动力学模型、液压执行器流体动力学模型;然后,基于刚体动力学模型和流体动力学模型分别设计了刚性连杆控制律和液压执行器控制律,其前馈控制量和误差反馈量是高精度控制的基础;最后,使用Simulink的Simscape模块建立了该机械臂的多物理域混合模型,进行了轨迹跟踪效果验证,同时引入了控制性能指标,在不同机械臂的液压执行器空间进行了计算。研究结果表明:相比于比例-积分-微分控制器,基于虚拟分解控制理论搭建的控制器控制精度提升较大,单关节平均绝对误差最大降低了88.9%,且控制效果与其他较先进液压控制器的性能指标相近。针对含复杂闭链结构的混联式液压机械臂,采用虚拟分解控制理论能有效提升控制精度。

剪式采摘机械臂的结构设计与仿真分析

为满足柚子等高挂水果采摘的作业要求,对一种5自由度剪式机械臂进行设计和分析。对剪式机械臂进行结构设计和虚拟建模,基于改进德纳维-哈登堡(Denavit-Hartenberg,D-H)法得到其正运动学方程。利用MATLAB软件分析得到其工作空间云图,在关节空间内选用五次多项式插值对机械臂进行轨迹规划。在ADAMS软件中建立剪式机械臂的虚拟样机模型,将轨迹规划得到的数据单元作为关节运动参数进行逆动力学仿真分析,分析了在柚子采摘过程中剪式机械臂各个关节所需的驱动力矩。研究结果为剪式采摘机械臂的研发和应用奠定了基础。

基于嵌入式系统的六轴机械臂自动化控制策略研究与实现

本文旨在研究六轴机械臂的自动化控制策略,以提升其操作的精确性与稳定性,文章概述了六轴机械臂的系统构成及其在现代工业中的应用,接着又介绍了嵌入式系统的设计与实现过程,并探讨了机械臂的运动学基础。在自动化控制策略方面,选择了PID控制算法作为主要的控制策略并阐述了PID算法的原理及其在六轴机械臂控制系统中的应用。最后为实现六轴机械臂的视觉伺服抓取功能,还研究了视觉系统的选型与配置、目标识别与定位算法以及视觉伺服抓取功能的实现与测试方法。

主从式柔性机械臂计算机控制系统

本文详细分析了一个主从式柔性机械臂计算机控制系统的硬件组成、功能、及软件实现。该控制系统运行可靠，可以实现多种控制算法，用它作为柔性机械臂振动主动控制的实验装置是合适的。

抗扭式机械臂系列汇总与总装应用研究

通过抗扭式机械臂系列汇总及总装自主选型应用的研究，规范了一种机械臂选用方法，为企业自主选型提供了方便，并统一了总装选型基准。

折臂式弃料机械手的参数优化与动态仿真分析

针对煤炭采样车提出一种折臂式弃料机械手设计方案,并设计了末端操作器。对该机械手建立数学模型,进行主要结构参数优化;基于动量矩定理建立了动力学模型,推导出机构的动力学方程,对该机构在运行过程中的关键受力位置所需动力进行理论分析;将在Solidworks中建立的机械手模型导入ADAMS中验证空间工作点,仿真分析带载情况下的运行状况,对该折臂式弃料机械手中的驱动部件选型安装有指导意义。

关节式同步带减速机械臂精度分析与优化研究

针对关节式同步带减速机械臂精度可靠性差、制造成本高等问题,对机械臂误差建模、精度可靠性分析、精度优化设计进行了研究。利用柔性多体理论,建立了考虑机械臂杆长、关节间隙和同步带柔性耦合等因素的精度误差模型,利用实验手段获得了模型不确定性参数,利用所建立的可靠性模型应用一阶二次矩法进行了可靠性分析;对比了计算可靠度和实测可靠度验证模型准确性,开展了以灵敏度分析为基础的可靠性优化过程,建立了以制造成本最低为优化目标,满足精度可靠度要求为约束的优化模型;利用Matlab中遗传算法工具箱进行了机械臂精度优化设计。研究结果表明:未优化前X轴和Y轴可靠度基于模型计算和实验测试的相对误差为0. 16%和0. 32%,大臂和小臂加速度为主要误差因素;经优化后X、Y轴可靠度分别提高到了99. 71%和99. 78%,且与经验设计相比,制造成本降低27. 92%,为关节式同步带减速机械臂设计制造提供了理论依据。

可重构式机械臂运动构型与关节控制系统研究

为了服务于我国空间战略实施计划,从解决空间站复杂多样的在轨任务出发,分析任务特点,利用已经建立的机械臂模块库中的各类运动模块搭建机械臂构型。针对机械臂构型分析关节运动特点,设计关节控制器,并采用Z-N法结合遗传算法优化关节控制器控制参数,并对该方法进行了仿真验证,说明该方法的可行性。

外骨骼式上肢康复机械臂控制系统的研究

随着科学技术的发展,许多辅助类机械人开始得到普及和应用,无人配送小车、无人飞机以及机械狗等一系列机械人设备被投放到市场中,而该课题将会以外骨骼式上肢康复机械臂为研究对象,建立被控制对象的数学模型,实现对上肢机械臂的控制。研究人员搭建了1套外骨骼式上肢康复机械臂平台,外骨骼式上肢康复机械臂主控制系统由上位机和下位机组成,上位机主要负责交互以及发送指令,下位机则负责根据上位机的指令对外骨骼式上肢康复机械臂进行控制。

一种转动式机械臂控制策略的研究

本文对一种二连杆转动式机械臂模型轨迹的控制进行研究,控制目标为机械臂转动角速度均匀变化,直至运动终了静止。在分析模型的运动学方程的基础上,介绍了以神经网络与预测模型相结合的综合控制策略。利用数值参数的代入,逐步修正误差项,最终通过仿真对比得出此综合控制策略基本实现了对目标的控制,且性能良好。

基于仿真技术的掘进式机械臂设计研究

随着现代制造业的发展,机械臂在生产和操作过程中扮演着越来越重要的角色。为了提高机械臂设计的效率和准确性,仿真技术逐渐成为研究和应用的焦点。针对当前机械设计领域普遍存在的精度不足、质量难以保证等问题,文章以掘进式机械臂为研究基础,探索仿真技术如何弥补传统机械设计方法中存在的短板。文章概述了仿真技术,介绍了掘进式机械臂的结构组成和特点,分析了仿真技术在掘进式机械臂中的应用,并提出了机械臂性能和运动控制的优化策略,总结了仿真技术应用要点和注意事项,以期为我国机械臂设计和制造提供更多参考。

带电作业用非力反馈液压机械臂的设计

为了适应10kV配电线路带电作业的要求,研制了一种能够最大限度的满足现场作业环境要求的非力反馈液压机械臂。液压机械臂是可以进行远程遥控的、主从式7自由度液压机械臂,包括机械臂本体、主手、手持终端、主手控制器、液压伺服驱动器和液压供油系统。采用位置伺服控制方式,主从手是同型结构,从手可以完全跟随主手来运动,机械臂操作灵活、简单方便、持重大、自重小、性能稳定可靠。并在10kV配电线路上进行了试验,证明了所设计的体系结构的合理性和可行性。

带电抢修机器人用力反馈液压机械臂的设计

为了适应10 kV配电线路带电作业的要求,研制了一种能够最大限度地满足现场作业环境要求的主从式力反馈液压机械臂系统,包括机械臂本体、力反馈主手、手持终端、主手控制器、液压伺服驱动器和液压供油系统。采用位置、力双向伺服控制方式,主从手是同型结构,能提高操作的灵活性、工作效率和安全性,避免对机械臂和周围环境的损害。在10 kV配电线路上进行试验,证明了所设计的体系结构的合理性。

基于仿真技术的机械臂设计应用研究

仿真技术作为计算机技术中与实际应用贴合较为紧密的一类技术,因其可以实现很好的虚拟效果并能较大程度的节约成本而越来越多的出现在机械设计领域,其技术性较强的特点也因为产品迭代更新速度较快而在更多的领域得到了很好的应用。笔者在调研中发现仿真技术可以很好的弥补传统的机械设计与制造中精度不足、试错成本较高、质量无法得到很好保证等一系列的弊端。文章从多个方面介绍了仿真技术对于机械设计的意义以及机械臂设计特别是掘进式机械臂设计中仿真系统的应用,希望所做的研究工作可以在未来大大推广仿真技术的应用范围,并且助推行业持续进步。

一种组合式远程康复训练机器人的研制:适用性及其安全性

背景:国内对康复机器人的研究起步比较晚,辅助型康复机器人的研究相对较多,而康复训练机器人的研究相对较少,医工跨学科的结合有待加强,国内的康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求。目的:针对国内康复专家少而患者较多这一问题,将遥操作机器人技术与康复医疗器械相结合,以期研制一种基于力反馈的组合式远程康复训练机器人系统。方法:充分考虑到患者的安全性,采用磁流变阻尼器加上直流电机的模式,设计了一种组合式机械臂,将遥操作机器人技术应用于肢体残障者的康复训练,使患者可以根据康复治疗师的远程设定进行康复锻炼,并将虚拟现实技术与康复训练相结合,把枯燥的康复训练变成轻松有趣的游戏。结果及结论:该系统的服务对象是上肢有运动障碍的患者,通过对机械臂的拆卸和组合,可给患者提供康复需要的不同训练模式和治疗方案;运用计算机网络技术可使患者根据康复医师的远程设定进行康复训练;身临其境的虚拟现实技术显著提高了康复训练的积极性与效果。实验结果表明,所研制的远程康复训练机器人系统具有良好的适用性和安全性。

温室内轨道式喷灌装置设计

为达到温室内灌溉节约用水的目的,设计可沿轨道运动的三自由度倒挂机械臂喷灌装置,同时,可保障作物生长在最佳湿度土壤中,以提高作物产量。本文提出一种基于势函数、电势场理论的土壤湿度传感器均匀性布点方法,可精确采集区域内土壤湿度;采用模糊控制更加精确地控制土壤湿度;为快速响应控制指令,采用PI方法对各关节电机进行控制。计算、分析及仿真结果表明:PI控制可使装置快速响应指令进行运动,响应时间小于1 s;传感器均匀布点方法与土壤湿度模糊控制方法相结合,可精确控制电磁阀开闭时间,模糊控制响应时间小于1 s。装置整体结构模型搭建完成,响应速度快,运动路径及动作可按设定执行。

高压带电作业机器人系统的研制

为了适应10KV配电线路带电作业的要求,研制了一台能够最大限度的满足现场作业环境要求的高压带电作业机器人,包括主从操作机械臂、机器人专用升降系统、绝缘工具系统、绝缘防护系统四部分。并在10KV配电线路上进行了试验,机械臂操作灵活,绝缘防护方法设计合理,防护性能可靠,操作简单方便。工具系统采用无线遥控方式,可以代替人工完成作业频率较高的带电断线和带电接线等作业任务,减轻了作业人员的劳动强度,使作业人员与高压电场完全隔离,最大限度的保证作业人员的安全。