绳驱蛇形机械臂绳索容错可达空间分析

蛇形机械臂因其结构紧凑、运动灵活、具备在狭小空间和危险环境中的作业能力而受到广泛关注和探索研究。基于绳驱蛇形机械臂机器人结构特征,用Denavit-Hartenberg(D-H)法建立运动学分析模型,并应用蒙特卡洛法对其进行了求解;通过Matlab软件对不同工况下的绳驱蛇形机械臂可达空间进行模拟仿真,确定了绳驱蛇形机械臂完好状态下和蛇形机械臂任意单根驱动绳索故障断裂情况下的可达空间范围。该研究不仅有效揭示了不同臂段对绳驱蛇形机械臂可达空间的影响,还为系统地进行蛇形机械臂臂部结构优化设计和运动轨迹规划控制奠定了基础。

蛇形臂机器人在航空制造业中的应用

对于结构复杂、布局紧凑的飞机零部件,其装配、检测以及清理的工作空间非常有限,人工操作难度高、劳动强度大、效率低。常规的工业机器人由于关节尺寸的限制无法在狭小空间内完成这类作业。蛇形臂机器人具有长径比大、自由度多,运动灵活以及环境适应能力强等优点,在航空制造领域具有广泛的应用前景。通过总结蛇形臂机器人的国内外研究现状,对蛇形臂机器人在航空制造业中的应用进行了探讨,并提炼出了相应的关键技术。

蛇形臂机器人高精度位置伺服系统建模与仿真

针对蛇形臂机器人由多个具有相同控制及传动结构的关节组成的特点,建立了单关节的单轴控制系统的数学模型,基于不变性原理设计了复合控制系统。采用MATLAB/Simulink进行仿真,研究了间隙及摩擦对系统性能的影响,并提出了相应改进措施。仿真结果表明,系统具有高精度位置伺服性能及良好的抗干扰能力,为蛇形臂机器人柔性连续运行奠定了技术基础。

锅炉承压管道无损检测机器人系统

介绍适用于带鳍片的锅炉热交换器承压管道无损检测的机器人系统。承压管道呈矩阵式分层排布 ,检测机器人可在管道表层平面做XY方向运动 ,同时将所带柔性臂深入到管道之间的狭小空间 ,利用柔性臂末端的CCD探头 ,超声探头及应变片测径仪对管道外表面缺陷进行检测。并介绍了机器人的行走机构。

一种欠驱动蛇形臂机器人运动学分析方法

针对一种欠驱动冗余结构的绳驱动型蛇形臂机器人进行了运动学分析,给出了驱动绳长变量空间到关节空间的正解和反解计算公式。提出的运动学分析方法简便、实用,为后续蛇形臂机器人的实时控制奠定了技术基础。

丝驱动蛇形臂机器人的被动柔顺特性分析

常见的丝驱动蛇形臂机器人在末端受到外部横向力作用时易发生丝松弛现象,导致丝驱动蛇形臂机器人的构型不可控,这种特性即为被动柔顺特性。为解决被动柔顺问题,首先总结并分析了典型丝驱动蛇形臂机器人关节类型及其结构特点。其次以一种含有典型关节的丝驱动蛇形臂机器人为例,详细分析被动柔顺特性的产生机理,进而提出一种被动柔顺指标。通过研究丝驱动蛇形臂机器人的关节结构参数对被动柔顺指标的具体影响,得到了可避免被动柔顺特性的关节参数设计要求。在此基础上,建立3种不具有被动柔顺特性的丝驱动蛇形臂机器人构节。

蛇形臂机器人研究与发展综述

介绍了蛇形臂机器人研究与应用的总体情况和具有代表性的样机设计,就关节型和变几何桁架型多冗余自由度蛇形臂的结构设计、运动学、运动规划、动力学与控制等关键技术的研究进展进行了综述,从任务需求和本身特色两方面对未来蛇形臂机器人技术的发展提出了建议。

面向低照度复杂空间的目标物识别方法

为了解决复杂空间的结构限制及作业环境光照致使目标物检测困难问题,基于蛇形臂机器人平台,提出一种面向低照度复杂环境的目标物智能识别方法,建立了一种考虑自然特征保持和颜色通道平滑的损失函数,提升复杂空间黑暗环境的照度,给出了基于小样本快速学习的改进YOLOv5算法,快速训练自定义目标物检测数据集进行小样本迁移学习。结果表明,所提方法能够大幅地降低收集和标注图像工作量,对低照度空间目标物的识别精确率可达97.6%,召回率为98.6%,平均准确率为97.4%。该研究为低照度复杂空间的目标物精准识别提供了一种有效的技术手段。

一种绳驱蛇形臂机器人的设计方案

近年来,随着核能、航空航天等领域的发展,复杂危险环境的狭小空间作业需求不断提升,传统的工业机器人受关节肘的约束,不便于进入狭小空间中进行作业。为应对这一需求,本文采用仿生学思路,仿照蛇形设计了一款绳驱式的蛇形臂机器人,采用电机驱动后置,三绳驱动与关节固连的形式,能够较好地实现狭小空间中的连续避障、探测及作业。

改进末端跟随运动的超冗余蛇形臂机器人运动学逆解

针对超冗余蛇形臂机器人运动学逆解中计算量大、超关节极限和位形偏移量大的问题,提出了一种改进末端跟随运动的逆解算法.在末端跟随法中引入蛇形臂弯曲角度的约束,调整关节位置的更新方式,使关节在蛇形臂轴线上运动.通过依次更新关节的空间位置,将超冗余多节蛇形臂的运动学逆解转化为2自由度单节蛇形臂的运动学逆解.仿真分析了蛇形臂机器人在基座移动和基座固定条件下的轨迹跟踪效果,对比了同一目标位置下不同方法的性能.结果表明,改进后的算法能保证蛇形臂的弯曲角度不超过给定范围,关节的运动量从末端到基座依次减小,机器人的运动更协调;与基于雅可比矩阵的数值法和现有启发式方法相比,该方法运算量降低,机器人整体位形偏移量减小,能用于蛇形臂机器人的实时控制.

蛇形机械臂的设计及控制策略

针对现有蛇形机械臂驱动机构繁琐、整机体积过大、模型建立复杂等问题,设计了一种新型蛇形机械臂.采用杠杆型驱动结构,利用1个伺服电机同时控制2根驱动绳索,从而减少驱动数量、降低能耗.利用正交关节实现位置闭环控制,简化运动学模型.同时,针对蛇形机械臂的不同工作环境,提出尖顶从动控制策略及基于位置闭环的控制方法.前者提高了机械臂的柔顺性,控制简单;后者实现了机械臂的空间重复定位.最后,通过实验证明了所设计机械臂的合理性以及控制方法的有效性.