Vision-Based Action Control System of a Multi-Finger Mechanical Gripper

A study about the action control of a dexterous mechanical gripper based on stereo-vision system was proposed. The vision-based system was used to replace the data-glove for gesture measurement. The stereo vision theory was applied to calculate the 3D information of the hand gesture. The information was used to generate the grasping action parameters of a 3-finger dexterous mechanical gripper. Combined with a force feedback device, a closed control loop could be constructed. The test for the precision of the algorithms and action control simulation result were shown in the paper.

高速自适应双稳态折纸软体夹持器设计与分析

提出了一种单顶点多折痕(single-vertex and multi-crease,SVMC)的双稳态折纸软体夹持器,具有结构简单、成本低、变形速度快、承载能力强等优点,有效改善了传统模型响应速度慢、夹持效率低等缺陷。该模型基于水弹结构建立,利用球面三角形余弦定理分析了折痕角度之间的关系并建立运动学方程;同时借助扭簧模型探究变形过程中的势能转化规律。分析了折痕长度与初始角度对能力存储和释放过程的影响,并以此为基础优化了模型结构参数。实验结果表明,当受到2.6 N的外部触发力时,软体夹持器可在61 ms内完成从外展姿态到内缩状态的变化,实现对目标表面的快速包络;同时,借助线绳驱动提供更大的夹紧力,完成对目标的高效稳定抓取。此模型可广泛应用于复杂轮廓目标抓取和快速食品分拣领域。

基于拓扑优化的越障攀爬机器人抓手机构设计

针对越障攀爬机器人在危险场景中的功能缺失问题,提出了一种可快速拆装的抓手机构,使越障攀爬机器人能够实现抓取和运输的功能,并在保证结构可靠性的前提下,通过拓扑优化的方法对抓手机构中的摆动架结构进行轻量化设计,得到优化后的摆动架结构重量减小了约54%,抓手机构重量减小了约20.3%,提高了整体的经济性,为类似抓手机构的优化设计提供了参考和借鉴。

一种基于并联机构的运动补偿式抱桩器设计及仿真

海上风机的施工难点之一为桩柱的安装,其在安装过程中需经受海浪、海风和海床土壤条件等复杂多变的海洋环境影响,容易发生倾斜,影响施工进度。抱桩器可用于扶正导向桩柱,抱桩器的性能也是影响海上风电发展的因素之一。文中针对新形势下风电发展需求,利用并联机构,提出了一种基于Stewart构型的可进行运动补偿的抱桩器,详细介绍了其补偿抱桩的思路,结合海浪补偿原理、抱桩作业过程给出了一种配套的控制方法,以提高抱桩安装中所存在的精度以及效率问题,并通过ADAMS仿真予以验证其合理性,从而为之后的设计提供参考。

多间隙铰链印刷机递纸机构动力学特性研究

递纸机构的动力学特性对印刷机的印刷速度、套准精度以及印品质量具有重要影响。递纸机构大多由凸轮机构和连杆机构串联而成,不可避免地存在铰链间隙;铰链间隙的存在将降低机构稳定性、工作效率,缩短寿命。以凸轮连杆机构为研究对象,建立含多间隙铰链的机构动力学模型,分析了不同间隙尺寸、间隙铰链位置、间隙铰链数量对机构动态响应的影响。结果表明,上述因素均对递纸机构的传动精度和稳定性产生影响,其中,多间隙铰链之间的相互作用对机构动力学特性的影响显著。为含间隙铰链印刷机的结构优化设计提供了参考。

高次旋转多项式的夹爪驱动盘设计分析

针对机械夹爪驱动盘运动轨迹平滑性设计问题,提出转盘类时间指数的高次多项式与一次旋转方程相融合的方法。在平面坐标系中对时间类指数高次多项式函数进行参数矩阵(基圆半径、联动圆盘类时间指数、运动行程角、运动行程)设定。将平面坐标系中相关高次多项式离散点带入旋转坐标系中实现偏转,得到高次旋转多项式轨迹方程。采用一次到八次多项式分别对机械夹爪驱动盘运动轨迹曲线的位移、类速度、类加速度、类超加速度进行分析,得知二次以上旋转多项式的机械夹爪驱动盘运动轨迹基本处于平滑状态。实验证明:机械夹爪驱动盘运动的平稳性与次数有关。

机器手采摘苹果抓取损伤机理有限元分析及验证

为了减少机器人自动采摘过程中夹持器抓取苹果时的碰撞、挤压损伤,对抓取过程中苹果与不同指面类型夹持器手指接触时果实内部的应力变化进行研究。通过压缩试验后计算得到了苹果果皮、果肉和果核3个不同部分的力学参数,建立了单个苹果的3层实体力学模型。将苹果果皮、果肉和果核3部分弹性模量分别取多次试验的平均值,通过ANSYS软件建立了苹果所对应的有限元模型,模拟苹果与平面和弧面手指的接触过程,进而得到苹果果皮、果肉和果核3部分的节点Von Mises应力云图。结果显示,加载过程中,果皮处的应力最大,果肉处的应力次之,但由于果肉破坏应力较小,果肉最易受到损伤;同时,当加载力相同时,弧面手指比平面手指对苹果各部分的作用应力要小,苹果的形变也较小,当加载力分别为5、20、35、50 N时,平面手指对苹果所造成的形变量分别比弧面手指大6.7%、12.1%、12.4%、14.5%,因此,弧面手指对果皮内部造成机械损伤的概率相对较小。最后,利用自行研制的采摘机器人2弧面手指夹持器苹果实物抓取损伤试验验证了所研究方法的有效性。该研究结果可以实现苹果损伤的较准确预测和评估,并为采摘机器人末端夹持器减损结构优化设计提供了一定参考依据。

操作机器人机械手爪的设计研究及应用

介绍了一种用于机器人的机械手爪,它采用以丝杠和电机带动的二指平动设计方案,用于实现手爪两个夹钳的开合。该机械手爪具有结构合理小巧,抓取可靠,便于控制的特点,能顺利完成所属机器人的工作任务。

蔬菜嫁接机器人柔性夹持搬运机构设计与试验

针对现有蔬菜嫁接机器人单手爪夹持搬运机构作业时需要在上苗、切削和对接工位往复旋转作业,限制了机器嫁接生产效率,存在夹持伤苗、操作人员上苗等待时间过长、易疲劳等问题,设计了一种四手爪柔性夹持搬运机构,能够实现上苗、切削和对接工位同步作业,以及秧苗柔性夹持与快速搬运,有助于提高机器嫁接效率。提出了基于缓冲材料的柔性夹持手爪和夹持力调节方法,分析了不同厚度EVA缓冲材料的压缩力学特性,得到缓冲垫完全闭合夹持条件下对不同秧苗的夹持力。利用ADAMS软件建立夹持搬运机构动力学仿真模型,分析了秧苗不同夹持力与旋转位移的变化规律,得出当夹持力小于0.4 N时秧苗脱离了夹持手的束缚,夹持力大于3.5 N时秧苗夹持与旋转作业稳定。机构性能试验结果表明:选取白籽南瓜苗和黄瓜苗为测试对象,柔性夹持手爪平均夹苗成功率为98.5%,比弧形夹持手提高4.5个百分点,伤苗率降低3.5个百分点,柔性夹苗效果显著;该机构嫁接平均速度为1052株/h,是同类型单手爪嫁接机作业效率的1.72倍,嫁接成功率为96.67%,大幅提高了嫁接机器人生产效率,能够满足工厂化嫁接育苗生产需求。本文研究结果可为高速嫁接机器人的夹持搬运机构设计和优化提供技术参考。

基于Matlab软件的递纸机构运动特性分析软件的设计

对递纸机构的运动特性做了深入的理论分析,建立了以递纸牙运动特性作为目标函数的数学模型,探讨了求解方法;应用Matlab软件的强大设计功能,针对实例进行了参数化的软件设计,可以实现绘制角位移和角速度的曲线的功能。

振动式林果采摘机械的设计

为了提高林果采摘效率,节约采摘成本,针对新疆特色林果业的矮化密植模式、主干尺寸较矮的果树,设计了一种结构紧凑、所需作业空间小的机械振动式林果采摘机械.采摘机平台采用拖拉机后牵引形式,通过液压马达带动偏心块转动,偏心块产生的离心力作用于果树主干,使果树产生受迫振动,同时果实运动产生惯性力使其脱落,达到采摘的目的.通过控制支撑液压缸的伸缩,来调节夹持高度,夹持树干直径80～200mm.对采摘机进行虚拟样机设计与分析,为物理样机研制提供了可靠的依据.

夹持机械手爪机构的设计与优化

目前,在药物的配制过程中,尤其是有毒性的化疗药物的配制,会对自己的健康造成很多的损害,因此,越来越多的医院需求自动化配制有毒药物的机器人。配药机器人中机械手用来代替人手进行药品的输送和抓取,因此机械手末端的设计是抓取物体的成功与否的关键。针对现有机械手抓的缺点,基于双滑块机构的传动方式,设计了一款新型机械手抓。并对其运动和应力进行理论分析,利用Recurdyn软件和ABAQUS软件分别进行仿真来证明理论的正确性。同时,成功制作样机模型,并完成实验测定。

双工件台宏微交接系统设计及实验

为了减少光刻机双工件台换台的时间,保证宏动系统与微动台的可靠连接,设计了一种双工件台快速宏微交接系统。基于柔性杠杆机构设计系统的快速抓卡装置以保证结构的紧凑性,并对其锁紧力进行了分析;设计的抓卡装置中的柔性机构包括柔性杠杆及下夹板回复单元,采用有限元方法对其进行了分析。设计了快速抓卡装置的充放气回路;为了保证抓卡装置锁紧时的速度和安全性,气动系统可实现抓卡装置锁紧的3个动态过程,从而完成抓紧装置的缓冲锁紧。最后,搭建了抓卡装置下夹板运动测量实验平台和锁紧力测量实验平台。实验结果表明:抓卡装置下夹板的运动行程大于2 mm,能够保证宏动系统和微动台交接过程的安全性。抓卡装置的开启时间为350 ms,快速缓冲锁紧时间为850ms,可承载的X向驱动力大于700N。该系统满足双工件台工作及换台过程对可靠性和快速性的要求。

胶印机递纸机构运动规律反求设计

针对递纸机构在高速运转下的运动稳定性问题,根据某高速定心下摆式递纸机构图纸上凸轮轮廓的检测数据,完成了共轭凸轮机构从动件运动规律的反求分析,根据分析结果得出正向设计共轭凸轮机构从动件运动规律的工艺要求,应用五次多项式模拟递纸牙运动规律,设计出了满足递纸机构工艺条件的驱动凸轮轮廓线。

摆动式递纸机构凸轮的仿真设计

描述了摆动式递纸机构凸轮轮廓仿真设计的原理与算法,利用C++Builder程序设计语言对凸轮轮廓进行描述,并通过Solidworks三维设计软件的二次开发,实现递纸机构凸轮的仿真设计。通过企业的实际应用,简化了递纸机构的设计过程,提高了设计和加工精度。

作复杂相对摆动构件—凸轮机构优化设计

提出了具有复杂相对运动的摆动构件-平面凸轮机构中摆动轴心和运动输出点的运动规律求解方法,以及固定凸轮廓线设计原理,据此对印刷模切机后靠规定位机构中定位运动打击点和固定凸轮廓线进行了优化设计。优化结果表明后靠规定位机构的运动、动态性能得到了很大改善,定位过程产生的冲击、噪声大大减小。

基于输电线路行走越障任务的巡检机器人机构设计

针对超高压输电线路巡检机器人在线路巡检中行走越障的任务需求,在分析超高压线路障碍类型的前提下,提出了一种新型的适用于线路障碍类型多且角度大的巡检机器人行走及越障机构。介绍了变距越障机构和恒力矩夹持机构的构型及结构特点,根据输电线路障碍物尺寸变化的情况,分析了双臂变距越障机构对障碍物长度尺寸变化的适应性,在分析了机器人爬坡能力的基础上设计的恒力矩夹持机构,提高了机器人的爬坡性能。最后,通过现场实验验证了该行走及越障机构设计的可行性和有效性。

水泥包装机自动套袋装置设计

目的以回转式水泥包装机为研究对象,开发与其配套的自动套袋装置。方法依据人工套袋的工作流程,自动套袋装置可实现供袋、取袋和套袋等功能,采用Solid Works软件进行自动套袋装置的机械结构设计。结果在参数优化的基础上,设计出了各个模块的三维机械结构,并进行虚拟系统装配,验证了机构设计符合设备要求。结论该装置可以替代劳动强度高、危险性大的水泥包装机人工套袋工位,实现水泥包装过程的全自动化。

基于可靠性的柔顺微夹持机构几何非线性拓扑优化

为减少因制造过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,文中给出了一种基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法.首先,建立增量形式的平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型.目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求;可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算;目标函数灵敏度分析采用伴随求解技术;拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解.最后,以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例进行研究,发现基于可靠性的拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理,说明文中所提方法是正确和有效的.

微小机械的研究

本文介绍了微小夹持机构和微小行走机构的研究情况．分析了压电驱动式和电磁力驱动式微小夹持器及行走机构的结构和性能．