外置视觉监测的机器人数字孪生系统研究

目前,在直角坐标机器人的数字孪生系统研究中,存在数字端对物理端真实情况反应不足的问题。针对此问题,采用外置视觉和数字孪生系统模型相结合的方法,基于半物理仿真技术建立数字端模型,并构建了直角坐标机器人数字孪生系统,设计了结合外置视觉的数字孪生系统模型,并就构建数字孪生系统所涉及的关键技术进行了分析,包括数字端模型、控制器、外置视觉监测等。实现了对直角坐标机器人数字孪生系统的开发,完成了相关功能的实现。

直角坐标机器人轨迹自适应NURBS曲线插补算法

为了提升直角坐标机器人轨迹的分段精度,提出了一种直角坐标机器人轨迹自适应分段NURBS曲线插补算法。基于NURBSS曲线自适应速度调整原理,通过加减速区域分析和分段预处理,找出曲线上的曲率极大值,分辨这些点是否为速度敏感点,并通过前瞻处理,逆向插补每个速度敏感点,规划敏感区的进给速度,使各个轴的加减速限制与弓高误差可同时得到满足,并确定减速点位置,实时插补处理根据进给速度与当前插补点的位置,计算下一插补点的位置,实现实时插补。实验表明:该算法具有较高的分段精度与分段效率;可满足分段加减速的要求;速度波动率最低且始终在给定的速度范围内,能够良好地控制进给速度;前瞻处理后插补速度减速效果较好;插补计算耗时仅为0.6/ms。

遗传神经网络下机器人双头夹具参数优化研究

由于直角坐标机器人双头夹具动力学较为复杂,难以找到双头夹具最优参数组合,因此以直角坐标机器人为基础,提出遗传神经网络下机器人双头夹具参数优化方法。分析不同工况下双头夹具关节在夹持工件时的接触力,结合偏移量约束搭建双头夹具动力学模型。以动力学模型为基础,设置参数优化约束条件,包括竖直与水平移动距离、末端节点运行速度、夹具质量、等效应力、丝杠变形量等。结合相关约束条件,构建双头夹具参数优化目标函数,利用遗传神经网络对目标函数进行求解,获取目标函数最优解,该解即为双头夹具参数结果。经实验数据分析证明,所提方法优化后的双头夹具参数更接近于理想值,夹具灵敏度更高,能够有效提升其工作质量。

罐装产品礼品盒自动装箱系统的研究与设计

为实现灌装产品礼品盒的自动化装箱,设计一套以直角坐标机器人为基础,配备整列分箱、纸板添加、纸衬成型与添加等功能的整体解决方案。通过对需求工艺和产能节拍的分析计算,提出总体设计方案,采用虚拟样机技术详细设计各个功能模块,基于西门子SIMOTION开发装箱机控制系统。现场调试实现自动装箱功能,系统稳定产能可达40箱/min,单线降低人力需求60%以上,在礼品盒自动装箱领域具有推广应用价值。

机器人关节刚度辨识方法研究

刚度作为工业机器人领域研究中的关键对象,对机器人在机械加工领域的应用有着重要影响,因此对其刚度进行精确辨识有深远意义。针对以往刚度辨识试验中存在的不足及未考虑到的问题,提出了一种较以往试验更为标准化且精确的试验方法,全面考虑刚度辨识试验中多个影响因素,利用MATLAB软件优化试验设置与机器人位姿,在建立系统运动学DH参数模型及传统静刚度模型的基础上,完成对机器人刚度的识别计算。试验结果显示出优化后的方法有效提高了求解的刚度矩阵其准确性。

基于笔痕角度特征对高水平机器人书写字迹的识别研究

本文研究了高水平写字机器人书写字迹特征,建立了一种根据笔痕角度识别高水平写字机器人书写字迹的方法,提出在检验中区分此类字迹与人自然书写笔迹的对策和注意事项。通过使用奥博8000笔迹量化检验仪的层析和超景深技术对高水平写字机器人书写的样本和人自然书写的样本进行测量,获取笔画墨迹宽度和深度,计算笔痕最深处与笔画边缘的水平距离和笔画墨迹宽度的比值i,再运用图表和差值运算分析i值分布的离散程度,分析高水平写字机器人样本与人自然书写样本的笔痕角度的聚集性和波动性。结果表明,高水平写字机器人书写的样本笔痕角度值聚集度高且波动性小,而人书写的样本笔痕角度值聚集性低且波动性大,因此,笔痕角度特征是识别高水平写字机器人书写字迹的有效方法。实验中还发现,长笔画的书写角度更具有稳定性,转折笔画和交叉笔画的书写角度数据会受到干扰,因此选取长笔画进行测量比较准确度更高。

直角坐标机器人轮廓误差补偿算法设计

为提高直角坐标机器人控制精度,结合迭代学习控制和交叉耦合控制设计了一种轮廓误差补偿算法。在单轴数学模型的基础上,搭建了直角坐标机器人轮廓误差模型。根据不同控制方法的特点,结合反馈控制、单轴迭代学习控制、双轴交叉耦合控制和轮廓误差迭代学习控制设计了一种控制器。直角坐标机器人的控制系统以ARM和FPGA为核心,其中,ARM主要用于传感器信号采集、上位机通信、故障检测和机器人运动轨迹规划等;FPGA则可实现伺服电机的控制。实验结果表明:轮廓误差平均值、最大值和标准偏差均大幅降低;迭代学习交叉耦合控制能够大幅降低轮廓误差,有效提高直角坐标机器人运动精度。

直角坐标机器人悬臂结构优化设计与分析

提出了一种针对工程实际问题的拓扑优化设计方法,对直角坐标机器人悬臂结构进行了拓扑优化设计和力学性能分析。先对整机进行了有限元分析,找出了影响整机精度的关键结构即Y轴悬臂梁。后采用变密度法对悬臂梁横截面进行了拓扑优化,重构筋肋分布,根据优化后的截面形状重建三维模型并进行了力学性能有限元分析。优化前后对比分析结果表明:优化后的悬臂结构的变形减小,最大应力明显降低,结构的质量也显著减轻。该方法对以后机械结构分析和拓扑优化设计具有一定的指导意义。

直角坐标机器人设计方案的灰色模糊综合评价

文章分析了影响直角坐标机器人性能的各种指标和因素,构建了直角坐标机器人综合评价的指标体系。运用灰色理论和模糊数学的基本概念和方法,建立起直角坐标机器人设计方案的灰色模糊评价模型。通过熵权法确定元素的权重,使决策更具有科学性。利用该模型对设计实例的设计方案进行分析,评价结果符合实际情况,表明该评价模型能够客观地反映各设计方案的总体性能。

一种数码迷彩喷涂机器人快速控制算法

数码迷彩伪装技术是一种新型军事工程伪装技术,其将不同颜色方块按照一定规律排列组合后形成,在应对高空侦察方面具有更加卓越的效果。但目前已有技术仍采用人工喷涂的方式,无论是喷涂效果还是喷涂效率都无法适应军事工程伪装的当前需求。然而为达到高效、高速实现喷涂,传统喷涂控制方法难以满足需求。鉴于此,在自行研发的直角坐标喷涂机器人基础上,提出了一种基于潜在颜色变化点的机器人快速控制算法。该算法仅需在有限的潜在颜色变化点处对喷枪状态进行控制,即可实现对数码迷彩图案的高速、高效喷涂。实验验证了该算法的可行性。研究结果可为数码迷彩军事伪装技术的理论研究和工程实施提供重要参考。

喷涂机器人空间轨迹到关节轨迹的转换方法

根据喷涂机器人离线编程需要和喷涂空间轨迹的特点,提出一种基于Dijkstra算法的喷涂机器人笛卡尔空间轨迹到关节轨迹的转换方法。通过分析工件坐标系和机器人基坐标系的关系,采用辅助特征点三点标定法将工件坐标系内的喷涂空间轨迹转换到机器人坐标系。建立了在机器人逆解中求取最短关节运动行程的优选模型,用赋权有向图表示所有机器人逆解间的行程关系,利用Dijkstra算法求最优的逆解组合。喷涂试验显示,所提出的轨迹转换方法能有效克服轨迹转换失真,验证了该方法的可行性和有效性。

基于MCGS的三维动态仿真系统开发

为提高动态仿真系统的实时性和人机交互性,将PLC控制技术、三维建模技术与MCGS组态软件结合,提出了一种三维动态仿真系统的设计方法。以PLC作为控制器,MCGS组态软件作为动态仿真平台,分析仿真对象的运动状态并建立三维模型,通过组合位图和坐标变换的方法设计三维动态仿真画面,然后编写仿真程序来定义虚拟控制对象的仿真动作,并将MCGS组态软件和PLC控制器建立通信实现硬件在环HIL(Hardware-in-the-loop)仿真。结果表明所开发的动态仿真系统画面真实感强,实时交互性以及可靠性良好。

面向煤矸分拣机器人的多机械臂协同策略

针对煤矸分拣机器人对带式输送机上的随机矸石分拣过程中存在无策略规划而导致的低拣矸率、低利用率的问题,依据现代排序理论、机器人技术和多目标规划方法,构建随机矸石流下的多动态目标多机械臂协同分拣策略的数学模型。根据D-H机器人表示法,结合多机械臂模块、带式输送机的几何参数和视觉识别模块的相机参数,分别构建矸石图像相对世界坐标系、末端执行器相对世界坐标系的坐标转换关系。考虑多机械臂在矸石流运动过程中存在的静止时间,提出双直角坐标机器人的预反馈、自反馈和协作反馈机制,实现多机械臂协同分拣过程中分拣区余量值的递增趋势。根据机械臂和带式输送机的性能参数,构建多机械臂协同分拣策略的数学模型,实现多动态目标矸石的准确、高效分拣。基于策略求解结果,改变矸石模型,总结多机械臂协同分拣多动态目标矸石分拣率的影响因素。根据仿真实验结果,修正煤矸分拣机器人实验平台的相关参数,通过对比分析多组矸石流的抓取实验结果,带式输送机上的矸石分拣率满足应用要求,机械臂总反馈行程与其分拣个数呈反比。研究结果表明,煤矸分拣机器人的多机械臂协同策略对带式输送机上多动态目标矸石具有较好的近似解。

基于FMEA和FTA的三自由度直角坐标机器人系统可靠性仿真分析

建立三自由度直角坐标机器人系统的故障模式影响分析(FMEA),定性分析系统潜在的各种故障模式,原因和影响因素,并建立系统的故障树(FTA),运用蒙特卡罗原理定量计算系统可靠性指标,仿真分析系统的可靠性。

基于视觉的随机位姿工件抓取系统的设计与应用

针对显示器装配线上显示器的位姿随机性较大、抓取困难的问题,提出了一种基于视觉的随机位姿显示器抓取系统。系统利用Labview的视觉工具包对图像进行采集、处理计算,对不同型号的显示器生成其位姿数据,将该数据送给PLC来控制机器人的抓取动作。并以直角坐标机器人、工业相机和工控机为硬件基础搭建了实验平台,利用Labview软件组建了人机交互界面。实验测试表明,该系统的坐标误差小于0.4 mm,角度最大误差在0.3°内,适用于不同型号显示器,抓取系统的准确性好、可靠性高。

基于Hausdorff距离的穴位阻抗重复性

为了实现人体电阻抗的自动连续扫描,开发设计一套基于直角坐标机器人的穴位点与经络阻抗扫描系统.为了检测该阻抗扫描系统的稳定性与可重复性,提出采用Hausdorff距离来评价不同数据曲线的相似程度.选取人体背部两肩胛冈下角点之间的直线段作为扫描路径.采用同惠公司生产的TH2825阻抗分析器来测量阻抗数据.该实验中激励信号为幅值为1V、频率为1kHz的正弦波,量程设为100kΩ.直角坐标机器人经过调节可以沿着上述的直线段自动、连续地测量处于凝胶电极与银电极之间的阻抗.该实验共选取7名受试者,在25℃、湿度为50%的环境下进行测量.每名受试者在同一直线上进行5次连续扫描.采用Hausdorff距离来评估从同一名受试者获得的5次阻抗采样数据曲线的可重复性与相似性.实验结果表明,该阻抗测量系统具有良好的稳定性与可重复性.

基于五次多项式过渡的机器人轨迹规划的研究

基于五次多项式过渡对SCARA机器人的连续曲线在关节空间进行轨迹规划研究。机器人的连续曲线路径在笛卡尔空间规划,而曲线的拐角处在关节空间采用五次多项式过渡进行规划。利用笛卡尔空间和关节空间的组合,使机器人运动的连续曲线轨迹连续平滑,同时使运动的速度和加速度也连续平滑,这有利于高速运动,减少机械臂的振动。

配电室智能巡检机器人的设计与研制

为解决配电室内巡检空间狭小、巡检点位数量庞大、位置高差不一、无规律布置等难题,研制了一种基于直角坐标驱动的智能巡检机器人,对该机器人的主要结构、技术参数、运动路径规划、控制系统进行了详细介绍。对同步带远距离传动中的横向振动进行了分析,避免外界激励源与皮带发生共振,同时设置巡检点时避开皮带的共振频率位置。针对机器人质量较大的问题,对Y轴支撑槽钢进行了轻量化设计。经6个月实践检测,该机器人实现了对室内设备的多角度、全方位智能巡检。

弓丝弯制机器人运动轨迹规划

介绍了基于Motoman UP6的弓丝弯制机器人的轨迹规划方法,弓丝弯制机器人的主要作业目的是弯制口腔医学临床使用的对错颌畸形进行矫正的矫正弓丝。根据矫正弓丝的实际形状要求,确定了在笛卡儿空间内的机器人轨迹规划方法,并选取合适的点位控制节点,插入相应的控制操作。控制节点的选取和分布决定了轨迹规划的合理性,同时也直接关系机器人作业的效率,通过限定弯制最大偏差研究了机器人控制节点的选取方式,并编写了节点计算程序。

轻工业包装物品搬运机器人路径跟踪控制

目的为了提高直角坐标搬运机器人的定位精度,保证机器人能够按照预定路径运动。方法介绍直角坐标机器人工作原理,并基于模糊控制理论,提出一种基于模糊PID的直角坐标机器人轨迹跟踪控制算法,并将其应用于机器人运动轨迹跟踪控制中。结果仿真和实验结果表明,基于模糊PID的机器人控制器能够保证机器人沿预定路径运动,机器人轨迹跟踪误差能够很快收敛于0附近,该轨迹跟踪方法具有较好的抗干扰性和鲁棒性。结论所提方法能够明显提高直角坐标机器人的路径跟踪能力,对于提升机器人运动精度具有参考价值。