轻型机械臂模块化关节伺服性能优化分析

模块化关节是一个高度集成的机电一体化伺服装置,不仅能够实现对位置的伺服控制,而且能进行力矩控制,还具有大负载重量比等一系列优点,被广泛应用于生产制造,医疗卫生等多个领域。但由于模块化关节结构动态特性造成机械臂伺服性能不佳,限制了模块化关节的应用,新设计模块化关节且建立了数学模型,通过Simulink仿真分析得出提升优化模块化关节的伺服性能的方式。

自驱动关节臂坐标测量机模块化关节设计

传统的关节臂测量机工作时是依靠工作人员牵拉实现运动和测量,存在路径规划不佳、主观性误差大、测量效率低等问题很难适应智能制造对在线自动测量系统的新要求。本文提出了利用含有无刷电机、谐波减速器及精密轴系的模块化关节构成自驱动关节臂坐标测量机的构想,并对模块化关节进行了构型设计,建立了单关节扭矩估算模型,在此基础上选择了关节2的电机和谐波减速器,设计了关节模块的测控电路,研制了单关节部件样机并进行了重复性实验。其中单方向测量数据表明,为保证较小的测量重复性误差,关节在运动时应尽量避免速度或加速度突变的运动形式;双方向测量的数据表明,当控制电机运动速率小于1.53rad/s时,测头因回弹产生误触发信号的概率较小,此时最大误差数据为±2.11″。上述实验也验证了模块化关节设计方案的可行性,为后续自驱动关节臂坐标测量机整机研制提供了理论和实验依据。

机器人模块化关节模糊自适应伺服控制系统

针对常规的比例积分微分(PID)控制算法在机器人模块化关节轨迹跟踪控制系统中易于受到各种强干扰因素影响,提出了模糊自适应的方法,并且基于数字信号处理器(DSP)实现了PID参数的在线自整定.试验结果表明,模糊自适应的伺服控制方法同常规的增量式PID控制方法相比,可提高系统的动、静态特性和抗干扰能力.

番茄采摘机器人模块化设计与分析

针对蔬菜大棚中的番茄生长周期短、产量大,在成熟期需要大量人力来采摘的问题,设计了一款番茄采摘机器人系统,包括多自由度机器人、视觉识别系统、运动控制系统、柔性末端执行器等。机器人通过深度相机和识别算法完成番茄的识别定位,并实时反馈给控制模块,基于ROS实现机器人的运动规划,配合柔性末端执行器实现番茄的采摘。对机器人关键部件进行了有限元分析,获得了部件的应力分布,校验了其安全可靠性。建立了采摘机器人运动学方程,并利用MATLAB进行了仿真分析,求解出采摘机器人的工作空间。基于ADAMS建立了采摘机器人动力学仿真模型,通过仿真求解出各关节所需力矩。制作了番茄采摘机器人样机,在实验室环境下进行了采摘试验,验证了采摘机器人系统设计的有效性。

基于关节模块的模块化工业机器人

在国内外工业机器人的研究基础上,开发了一种新型的用于教学实验的模块化工业机器人,设计了两大类关节模块——垂直关节模块和水平关节模块,在本体结构的基础上,通过采用两种模块在空间位置上的不同组合来重构成构型各异的工业机器人。在控制系统方面,通过建立单个模块的程序控制库,调用不同模块的控制策略嵌入到主体控制程序中,来生成相应的模块化工业机器人的控制策略,同时采用LED触摸屏来对工业机器人实现各种控制操作。文章设计的基于关节模块的模块化工业机器人,具有很强的自修理和自我容错能力,改变了传统工业机器人在工作范围方面的局限性,一定程度上扩大的工业机器人的应用领域。

基于混合摩擦表达的机器人模块化关节动力学建模与仿真

摩擦是影响机器人关节动力学建模精度和控制精度的主要因素之一。针对传统单一摩擦模型无法准确描述关节复杂摩擦的问题,以设计的机器人模块化关节为对象,在分析机器人关节运动特性的基础上,建立了以相对速度为切换条件,静摩擦、库仑摩擦和Stribeck摩擦混合表达的关节混合摩擦模型来描述复杂的关节摩擦问题,并以此为基础建立了整个机器人模块化柔性关节的摩擦动力学模型。为了验证模型有效性,用MATLAB编写S-Function函数实现动力学模型并进行仿真,结果表明所建混合摩擦模型能够更好地反映关节内多种摩擦状态,提高了建模和控制精度。

机器人模块化关节的设计与实现

提出了一种集机械和控制为一体的机器人模块化关节的设计方案。进行了模块化关节外壳的应力和应变分析,并建立了关节的带有误差参数的矩阵变换模型。完成了PCI适配卡和DSP伺服控制器的设计。并对所研制的模块化关节进行了主要性能测试。测试结果表明按照该方案研制的关节性能指标满足设计要求。

多自由度空间机构模块化关节研究

针对常规空间机器人及多自由度空间机构设计方法的不足,采用模块化设计思想,设计出集电机驱动、减速和传感等功能于一体的多自由度空间机构模块化关节,满足空间机构的轻质化、小型化、维护性及空间环境适应性设计要求。

基于模块化关节轻型机械臂的研制

提出采用模块化设计方式和内部走线来构建轻型机械臂。该机械臂具有控制模式多样化、负载能力强、集成度高、结构轻巧,功耗小和易于安装等优点,使得轻型机械臂能够在传统工业机械臂不能工作的场合下工作,拓展了机械臂的应用领域。

一种新型机器人球面驱动关节模块工作空间的研究

提出基于3-RRR球面并联机构的新型机器人球面驱动关节模块,定义了其工作空间并提出了一种新的求解球面机构工作空间大小的算法。研究了机器人球面驱动关节模块工作空间与关节模块结构参数之间的关系,总结出了结构参数对工作空间影响的3个规律,为确定机器人球面关节模块结构参数提供了重要的参考价值。

基于两自由度模块化关节的巡线机器人设计

为了提升高压巡线机器人的在高压线缆上的运动和越障能力,设计了一个两自由度模块化关节,将其运用到机器人上。该关节采用模块化设计,组装简单更换维修方便,降低了与机器人其他机构的耦合性。模块化关节采用差速传动原理,利用正交的三个锥齿轮实现关节旋转和俯仰两个方向的运动,使其运动更加灵活。关节采用两级减速,减速比达860,同时采用双电机驱动,驱动力矩是两电机驱动力矩的合成,使关节具有很强的负载能力。在旋转方向和俯仰方向均有位置传感器进行位置检测,提高的关节的检测精度和控制精度。该关节集机械、电器、控制于一体,具有高集成度的特点。

基于灰狼算法的模块化关节摩擦辨识和补偿

针对模块化关节,设计了一套离线辨识方法,对关节的摩擦模型进行了辨识,并对摩擦力进行了补偿。首先,介绍了该模块化关节的结构和控制系统,建立了关节的动力学模型。然后,基于LuGre摩擦模型对关节摩擦力进行了建模,分别用灰狼算法和分段最小二乘配合伪随机序列法辨识了模型的参数,并进行对比分析。最后,设计了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿算法,并进行了实验验证。实验结果表明:相较于分段最小二乘法,灰狼算法的辨识精度提高了19.2%;给定幅值为1(°)/s,频率为10 Hz的正弦速度信号,摩擦补偿使关节速度跟踪误差从0.295(°)/s减少为0.183(°)/s;关节速度环带宽从12 Hz提高到18 Hz。多次实验显示,辨识的数据具有较高的重复性,验证了辨识方法的有效性。设计的前馈摩擦补偿算法可以改善关节控制系统的动态性能。

一种用于主从控制的阻尼力可调关节模块机构设计

现有的力觉反馈设备,大多将驱动力直接作用于操作人员,具有操纵安全性和柔顺性上的缺陷。针对这个问题,设计了一种用于主从控制的阻尼力可调关节模块机构。该关节模块机构基于制动器原理设计,为被动力反馈系统,安全性好。驱动器使用一对膜片式气缸,采用驱动力转换为摩擦力方式,间接达到转动阻尼力调节的目的。文中论述了阻尼力可调关节模块的设计方案、阻尼力调控原理,并对制作的样机进行实验和数据分析。经过实验证明,阻尼力可调关节模块机构响应速度快、运动可靠、控制精度高,达到了主从控制的使用要求。

多自由度关节型机器人的结构设计

为了提高多自由度机器人设计的灵活性和制作的便利性,基于模块化设计方法设计了一款关节型机器人。机器人具有六个自由度,其关节采用了三通式结构设计,内部使用谐波减速器加直流电动机作为传动方式。机器人关节包括关节模块A、关节模块B、关节模块C三种类型,可实现三种不同的功率输出。大臂、小臂结构通过螺栓与相邻的关节相连接,机器人的伸展臂长可以通过使用不同长度的大臂与小臂连杆来调节。模块化的设计方式可以利于机器人自由度的扩展以及快速部署,同时简化了机器人的维护难度。

适用于机器人的关节模块

来自科隆的耐磨塑料专家易格斯成功研发出一种创新的“机器人模块”系统，适用于关节应用。 在“robolink”模块系统中关节通过电缆的预紧力来控制，其运行方式就像人类的筋骨一般。所有数据电缆都被安全地排列在带有关节的机器人手臂中。

易格斯推出机器人关节模块——robolink

类人机器人正走在不断发展的道路上!您可从参加“RoboCup”足球赛的机器人运动员中看到它们正在如何迅速地发展着。来自科隆的耐磨塑料专家易格斯一直致力于迄今尚未解决的问题，并且成功研发出一种创新的“机器人模块（robolink）”系统（附图），适合于关节应用。迄今为止，开发商被迫将众多单件组合起来为用户定制出一些非常复杂的解决方案。

一种模块化机械臂的设计与运动学分析

研制一种新型机械臂模块化旋转关节.为使模块化关节结构更紧凑,采用电机、编码器和制动器轴线平行的布置方式,具有标准的机械、电气接口,可以根据需求组装成不同构型的机械臂;针对模块化机械臂运动学不具有通用性的问题,基于构型平面匹配的方法,将空间构形转换为平面几何关系,实现对机械臂的模块化运动学求解;设计了机械臂运动学仿真平台,能够快速获得不同构型机械臂的运动学;结合该模块化旋转关节的特点,构建分布式控制系统,实现了对各种构型机械臂的控制.

空间机械臂关节容错控制系统研究

针对空间机械臂高可靠性要求,提出一种基于双绕组永磁同步电机的关节容错控制系统。与传统控制系统相比,该控制系统使得机械臂关节保持了较小的体积和重量,能够容忍主份和备份子系统之间发生多个不重叠故障,且能在单个子系统发生故障而断电的情况下,维持关节的不间断工作,从而解决了传统双绕组电机控制系统不能容忍电源及控制器出现故障的问题,提高了关节的容错能力。设计了电机驱动系统和控制器的容错控制策略,并基于关节冗余传感器信息,能够在两种位置传感器同时发生故障的情况下,实现对故障的在线检测。

一个模块化机器人平台的设计

为了解决传统机器人针对具体任务设计、柔性不高、容错能力和自修复能力差的问题,并降低机器人在各应用领域的使用成本,设计了一个模块化的机器人平台.文中首先介绍了模块化机器人平台整体设计,接着给出了模块化机器人平台硬件系统和软件系统的设计方法及具体实现细节,最后使用该模块化平台搭建了工业操作臂、轮式移动机器人、双足步行机器人、爬壁机器人以及爬杆机器人,并对这些机器人系统进行了仿真和实验.实验结果证明了该模块化设计方法的可行性和优越性.

机器人模块化的结构设计研究

对模块机器人的结构进行分析设计，以长方体作为连杆模块，归纳出９种模块联结方式，３种关节模块形式，根据Ｐｌｕｃｋｅｒ坐标法，建立各种模块的坐标系及相应的数学表达式组．