基于Matlab图像识别的Delta并联机械手连续轨迹规划

将Matlab图像处理技术与Delta并联机械手连续轨迹规划结合,并利用C#软件精确计算出连续轨迹中每个点的坐标,将这些坐标导入Pro/E软件中,成功模拟出了Delta并联机器人的连续运动,并采用Pro/E软件进行运动学、动力学分析。

基于虚拟样机的DELTA并联机械手动力学仿真和伺服选型

通过编程逆解DELTA机械手最大运动空间轨迹;采用虚拟样机技术,利用ProE/Mechanism和ADAMS软件对DELTA并联机械手进行动力学仿真,对比验证机构仿真结果,得出驱动轴运动参数;在此基础上,提出一种伺服电机精确选型的新方法。所建立的虚拟样机模型也为DELTA机械手的研究提供了一个运动学分析和控制的平台。

三自由度Delta并联机械手运动学分析及轨迹规划

针对自动化生产流水线普遍存在的分拣、抓取及包装等大量的重复性工作的问题,本文对三自由度Delta并联机械手进行了机械结构的分析,建立了其正逆运动学方程,推导出运动学正反解公式,进行轨迹规划,并采用Matlab编程求解Delta机械手的正解方程组。同时,通过分析动平台与静平台之间的矢量关系,结合几何原理得出每个点在静坐标系中的坐标,建立了逆运动学方程组,进一步推导出了位置反解。在反解的基础上,运用矢量关系列写正运动学方程组,结合Matlab得出了正解。采用三次多项式插值方法对Delta机器人进行关节空间轨迹规划,并结合Matlab Robotics Tool仿真工具箱对3个关节的角度、速度、加速度随时间的变化进行仿真分析。仿真结果表明,正解与反解的计算结果完全对应,证明位置正解与位置反解的推导过程完全正确;关节1角度值与时间呈现正相关,关节2与关节3角度值与时间呈现负相关,验证了反解是正确的。该规划方法对证明Delta机械手的关节空间轨迹规划是有效的。

Delta并联机械手刚体动力学模型简化方法

基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型,并对机械手动力学模型的各组成部分(惯性力矩项、惯性力项和重力项)进行了分类;在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上,提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略;以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标,提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标,从而确定组合分配系数;基于以上刚体动力学简化方法,从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发,结合机械手典型运动轨迹,采用多因素分析方法,通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响,结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。

冗余驱动并联机械手运动精度校准方法研究

针对冗余驱动并联机械手(RAPM)的运动精度,以某三自由度主轴头为例,提出了一种基于最小误差模型的运动精度校准方法。首先通过消除冗余几何源误差,建立包含最少几何源误差的最小误差模型,采用蒙特卡罗模拟进行几何源误差灵敏度分析,研究各几何源误差对终端精度的相对影响。在此基础上提出了粗校准和精校准相结合的分层辨识策略,以实现冗余驱动并联机械手的精度校准。最后通过校准实验测试表明,所提出的校准方法能够大幅降低冗余驱动并联机械手的终端误差,验证了所提校准方法的有效性。

并联机械手控制器CVT功能应用

随着工业自动化技术的发展,机械手在自动化设备中广泛应用,在一些工位上逐步替代人工作业。根据不同的行业和自由度要求,主流的机械手有四轴、六轴、并联机械手,以及一些与人工配合的协作机械手。其中并联Delta机械手通过示教规划运动轨迹,简单易用,可实现自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的运动控制,能够完成装箱、搬运等操作,以完成各种作业。对此,文章介绍了并联机械手、基于台达MS机器人控制器的并联机械手以及MS控制器内建的机器人形态设计,探讨了CVT功能在并联机械手控制中的应用。

并联机械手集成电液伺服系统同步控制研究

为了提高并联机械手集成电液伺服驱动系统控制反应速度,降低末端执行器输出误差。介绍了一种具有三个独立控制的集成电液伺服驱动器,利用并联机械手的逆向运动学的表达式,推导出集成电液伺服驱动的平移并联机械手动力学模型。利用两个独立离散PI和PD控制器控制并联机械手输出力和位置,使驱动并联机械手三个液压缸输入电压控制信号保持同步。通过控制系统仿真软件对液压缸电压输入信号和末端执行器位置输出结果进行仿真。结果显示:采用同步控制方法,并联机械手集成电液伺服系统电压输入控制信号和末端执行器位置跟踪误差较小。采用同步控制方法,可以提高并联机械手集成电液伺服系统的自适应调节速度,提高末端执行器轨迹跟踪精度。

并联机械手冗余最小误差识别及校准实验验证

针对并联机械手的运动精度,以某三自由度主轴头为例,提出一种基于最小误差模型的运动精度校准方法。通过消除冗余几何源误差,建立包含最少几何源误差的最小误差模型,采用蒙特卡罗法模拟进行几何源误差灵敏度分析,研究各几何源误差对终端精度的相对影响。在此基础上提出粗校准和精校准相结合的分层辨识策略,以实现并联机械手的精度校准。通过校准实验测试表明:所提出的校准方法能够大幅降低并联机械手的终端误差,验证了所提校准方法的有效性。

基于CoDeSys平台的二自由度并联机械手控制系统设计

二自由度的并联机械手由于其高速、高精度的特点,目前被广泛的应用在各种工业场景中。由于其平行四边形的结构特点,使其终端执行平台能够始终保持稳定。针对该机构的结构特点和控制要求,主要研究该机械手的电气控制方案、软件实现算法、基于coDeSys平台的编程实现等。

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。

基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真

通过对分拣机械手的总体设计方案的分析,采用扫描法得出其工作空间,从而选择出合适的机构尺寸。在此基础上,通过运动学分析,从推导出的雅克比矩阵中得到速度、加速度的正反解表达式;并通过Adams验算了求解的正确性。最后对机械手速度和加速度进行分析,找出它与摆臂的摆动角速度和所加转矩的关系,从理论上为电机的选型提供依据。

高速并联机械手最优加减速控制算法研究

针对DELTA并联机械手的振动与冲击问题,提出一种适用于DELTA并联机械手P-A-P(pick and place)拾取轨迹的梯形加速度算法。该算法采用高次多项式为过渡曲线并考虑端点处的边界条件,与电机控制中常用的修正梯形、正弦和多项式加减速算法相比,能在满足并联机械手高速运行的情况下,尽可能地减小末端执行器的振动和电机轴的冲击。通过虚拟样机仿真,测得末端加速度和电机轴扭矩曲线,并与修正梯形加减速算法的结果进行比较,证明该算法在减小末端冲击和振动方面具有更大的优越性,满足机械手的要求。

基于麻雀算法的并联机械手轨迹规划

针对工业上用于高速分拣的并联机械手轨迹规划存在的加速度冲击问题,以某种二自由度并联机械手的门字型运动轨迹为目标,对比分析了3次多项式、3-5-3混合多项式及4-3-4混合多项式的轨迹规划。以速度、加速度为约束条件,应用麻雀算法对轨迹规划时间进行了优化。MATLAB仿真实验表明:在运行时间均衡分布前提下,4-3-4混合多项式规划的轨迹更加平稳,优化后的并联机械手轨迹运行时间降低了45.4%。

视觉定位下的并联机械手运动仿真平台设计

针对Delta并联机械手对目标物体的拾放任务,基于MATLAB图像处理技术获取目标物体的中心坐标,并在直角坐标空间中进行机械手的五次多项式轨迹规划,得到末端运动平台的运动轨迹。建立Simulink/Simmechanics联合仿真系统,采用Simulink完成多项式轨迹规划并得出驱动臂的实时目标角度,传递给Simmechanics模拟机械手的连续轨迹运动,得到机械手的动力学参数。运用MATLAB/GUI设计仿真平台,集成图像处理和机械手运动仿真并实现不同插件之间数据的传递。最后通过运动仿真实例验证了仿真平台的有效性,对机械手驱动电机选型和智能化控制研究有较大价值。

基于多并联机械手的锂离子电池自动分拣装备控制系统设计

开发旨在提高锂离子电池分选自动化程度和效率的生产线,该生产线由多个高速、轻型并联机械手构成。利用PXI平台及双多轴运动控制器,提出一种基于集散控制结构(DCS)的开放式数控系统软硬件平台以及基于任务均衡和总移动距离最短原则的分拣策略。此外,研究并应用高速数据缓存技术、高速数据同步通信技术及高速中断信息捕捉和输出技术等旨在提高单机分拣效率和多机协同作业的若干核心运动控制技术。集成基于网络的数据库通信技术并控制系统,测试结果表明:该方案对多机械手的网络化控制十分有效,该装备具有高信息集成度、高分拣效率及高可靠性等优点而可以应用于企业生产,并成为国内首例成功应用并联机械手自动分选锂电池的装备。

一种二平动自由度并联机械手动力尺度综合

研究一种二平动自由度高速并联机械手的动力尺度综合方法.在建立逆刚体动力学模型基础上,提出一种基于单轴最大驱动力矩全域最大值最小的动力学性能评价指标,该指标可表示为系统尺度和惯性参数及位形的显函数形式,可直接用于观察奇异位形的出现条件.建立雅可比矩阵奇异值的显式,提出一组兼顾速度、精度和刚度的传递角约束方程,通过考察奇异值与运动学性能的关系,可将传递角约束方程转化为性能约束方程,同时配以工作空间/机构尺度等约束条件,利用工程实例研究性能约束对尺度参数和动力学性能评价指标的影响规律,由此综合出在满足上述约束条件下使得系统动力学性能最优的尺度参数.

高速并联机械手抓放操作时间最优轨迹规划

提出了一种两平动自由度高速并联机械手——Diamond机构的时间最优轨迹规划方法.首先分析得到3次样条规律的操作空间轨迹误差与关节空间插扑节点间距的4次方成正比,然后确定出典型抓放操作轨迹各段的最大插补间距并获得抓放轨迹上一组最少轨迹点序列,有效提高了计算效率.在此基础上,以关节速度、加速度和其变化率,以及关节驱动转矩为约束条件,以抓放时间最短为目标,采用复合型优化法计算出电池分选操作的最大和最小单程运行时间分别为0.21 s和0.13 s,平均分选速度超过100次/min.该方法已成功应用于由4台Diamond机械手构成的高性能锂离子电池分选系统.

基于全域优化的高速并联机械手控制器参数整定

提出一种新的定常PID参数整定方法。该方法综合考虑机电耦合效应、全域综合性能及随位姿实时变化的惯性负载,在操作空间内设计三条带有权重的运动轨迹,利用运动学正、逆解模型及刚体动力学逆解模型,直接建立以末端执行器操作空间的方均根误差最小为优化目标的整定方案,对伺服系统控制器的参数进行了整定。通过实例分析,给出使系统在整个工作空间内趋于最优的控制器参数的范围。该方法有效地解决了传统整定方法因其多目标函数相互制约而难以得到最优解的问题。试验验证该方法的正确性和有效性。

二平动自由度高速轻型并联机械手控制技术研究

研究一种二平动自由度高速、轻型并联机械手的控制技术 .针对这类机构的结构特点 ,利用虚位移原理和矩阵奇异值理论 ,估算出主动关节负载惯量随位形变化的规律 .在此基础上 ,构建了单轴误差反馈控制系统 ,并通过计算机仿真预估出定增益PID调节器的参数 .最后 ,通过实验验证了参数整定方法的正确性和有效性 .

三自由度并联机械手动力学分析与控制

以三自由度Delta并联机械手作为研究对象,在Simulink环境下建立基于虚功原理法得到的并联机构系统动力学求解模型,并在Simmechanics中建立系统物理模型。在系统动力学方程的基础上设计了基于动力学的模糊解耦控制器,综合考虑了机构的运动学和动力学特性。给出平台运动的期望轨迹,分别在Simulink和Simmechanics中进行逆动力学仿真分析,验证逆动力学方程的准确性,之后进行模糊解耦控制Simulink/Simmechanics联合仿真分析。运行结果表明,Delta机械手的响应符合预期期望,精度高于计算力矩控制,跟踪效果较好。