双指柔顺夹持手结构设计及其力感知

针对机械手抓取形状多样化的目标件和调整夹持力大小的问题,设计了一种具有力感知的复合驱动双指柔顺夹持手。首先基于人手指关节双指贴合抓取原理,分析不规则目标件外形轮廓抓取特征,提出一种复合驱动的双指柔顺夹持手结构;其次根据柔顺夹持手驱动特点和夹取力的控制要求,采用气缸与步进电机相结合的混合驱动方式,并结合夹持手力传感器反馈,实现对不规则形状目标件的包络贴合抓取;最后对所设计的复合驱动双指夹持手进行了样机研制和力感知柔性抓取验证,测试结果实现夹持手指根节角度调整范围为-15°~15°,夹持手接触力传感器测试误差5%左右。该夹持手结构为精准夹取形状多样性的目标件提供了可靠的技术支撑,也为多指夹持手机构设计和夹持力感知研究提供了理论借鉴。

基于MVC算法的机械爪控制器设计

传统机械手爪控制器多采用经典PID控制算法,尽管PID控制实施简单,但是很难保证手爪以最优的方式运动。基于最小方差控制(MVC)理论以手爪的波动方差为控制目标,通过求解丢番图方程获得控制器增益,实现手爪波动方差最小的控制效果。在实例仿真中与传统的PID算法进行比较,结果表明,MVC算法控制器有效地改善了动态性能,有较强的信号跟踪能力。

水下机械手柔顺抓取的阻抗控制方法

针对具有较多不确定性和随机干扰的水下机械手系统,文中分析了水下环境对动力学模型和阻抗控制器的影响,构建了基于环境参数辨识的阻抗控制器来解决水下柔顺抓取的力跟踪问题。通过引入遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识环境刚度并修正参考位置,从而减小接触力的稳态误差,实现实时性和准确性的力跟踪。利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,仿真结果表明该控制器在引入持续外部干扰力和期望力调整的情况下,能快速实现对期望力的跟踪和实时估计接触刚度,具有较好的鲁棒性。最后,通过实验验证了该控制器在真实的水下柔顺抓取任务中具有快速稳定的力跟踪性能,其平均稳态力跟踪偏差约为0.014 N,最大力跟踪偏差约为0.138 N。

一种新型气动肌肉执行器的结构设计与控制研究

传统的气动肌肉执行器存在结构单一、功能低下的问题,为此,基于蛇在蜿蜒运动时的灵感,提出了一种具有向两个相反方向弯曲能力的双弯曲型气动肌肉执行器(DB-PMA)。首先,以传统的收缩式气动肌肉执行器(CPMA)为切入点,描述了DB-PMA的机械结构,包括DB-PMA仿生学设计基础以及DB-PMA的基本机械结构;然后,在“放松”、“加压”、“特殊”3种不同状态下,展开了对DB-PMA的相关运动学分析;并基于DB-PMA进行了实验,对实验结果进行了分析,将其与传统CPMA进行了性能方面的对比;最后,基于该执行器设计了一款软体机械臂,对该机械臂的性能进行了展示,并使用两种方法对其进行了优化改进,并对改进后的机械臂做了分析。研究结果表明:通过第一种改进方法可以使机械臂的最大弯曲角度增加到213°,通过第二种改进方法可以明显地使机械臂的控制更精准;相较于最初的机械臂,两种改进方法均能使机械臂的性能得到了明显的优化与改善。

基于智能化磁性抓手的鸟巢抓取方案设计

阐述一种基于智能化磁性抓手的鸟巢抓取方案,它采取绝缘操作杆配套智能化磁性抓手,具备动态感知、灵活自适应抓取的功能,可以实时传送作业画面、实时动态交互、远程操控。

机器人柔顺夹爪控制系统设计

机器人末端机械夹爪在机械臂带动下能够完成对物品进行分拣、搬运等过程中的抓取。机器人夹爪在抓取不同的物件时,为避免对物件的损伤,需要控制夹爪的夹紧力。采用空心杯直流电机为驱动部件,设计速度、电流双闭环调速系统,通过对机器夹爪夹取时出力矩的控制,实现了在夹取不同物品时夹紧力的精确控制,解决了机器夹爪在无力传感器的情况下不能柔顺控制夹取的问题。结果表明,通过控制机器夹爪的电机电流能够有效地控制夹取力并能使其分辨率大于20。

可摘挂抱索器架空人车远程集控设计与应用

小康煤矿位于康平煤田的东北部,隶属康平县东关镇。矿井自投产以来,截止2021年未已先后在北一、西一、南一、南二采区及西三采区共回采了33个工作面。其中,有25个工作面采用的综合机械化一次采全高放顶煤开采方法,煤层最大采出厚度达14.3m(含2煤)。大范围地下煤层开采产生了严重的地表沉陷,雨季沉陷区大面积积水。尤其是在采用综放开采的区域,地表最大下沉达4.5~6.5m,部分塌陷坑常年积水。目前西三采区是2019年经过辽宁省自然资源厅依法由大平煤矿采区边界划归到小康开采边界。w3轨道运输大巷,巷道断面宽4.2米,高3.2米,是为我矿整个w3采区服务,为主要人行通道和轨道运输巷道,共设计5个采煤工作面。w3轨道运输大巷安装了可摘挂抱索器架空人车,运行长度1700米,最大坡度9度,预计使用20年,在交接班期间运送人员,巷道同时安装了120无极绳连续牵引车一套,与架空人车相互闭锁,停运期间兼运输物料,分时段工作。目前使用中,架空人车司机1名,机头机尾各1人负责控制可摘挂乘人器,为了实现远程集控功能,首先得解决乘人座椅控制问题,即在乘降区可操控能自动挂钩与自动脱离,然后启停架空人车由地面运转队集控室远方操作,实现集控可减现场操作人员3名。

基于力反馈的夹持器系统模型

分析了基于力反馈的夹持器系统的各个子系统,建立了包括位/力转换子系统、检测子系统、电机及驱动子系统、控制子系统在内的各子系统数学模型.进而得到了带饱和非线性环节的整个闭环系统的分段状态空间模型.利用系统实际响应,通过最小二乘法和遗传算法得到了该非线性模型的参数.对实际系统、基于2阶线性简化模型的仿真系统与基于本文所提出模型的仿真系统的响应进行比较,证实了所提出模型及其参数整定方法的有效性.

LED多参数检测系统的设计与控制

在LED应用中,对其性能的一致性要求非常高,因此需要在LED生产现场对LED进行快速检测和分选。采用PC机和TMS320LF2407A控制对LED进行多参数检测和分选,简化系统的硬件结构,减小系统的体积,有效降低系统的成本,显著提高系统的处理能力。

水稻钵苗“D形”静轨迹移栽机构逆向设计与分析

通过对夹取式水稻钵苗移栽作业农艺要求的分析,得出具有"D形"静轨迹的取苗爪更便于从秧箱中夹取水稻钵苗进行移栽。为了实现"D形"静轨迹,采用封闭节曲线拟合技术,通过给定型值点确定机构作业要求的运动轨迹,建立机构逆运动学模型,求解出非圆齿轮非匀速传动比函数,从而设计出非圆齿轮节曲线。计算实例验证了该逆向设计方法的可行性,通过该方法可方便获得更为复杂要求的运动规律,实现轨迹的再现和取苗段姿态的控制,可为移栽机的设计提供一种新方法。

一种自适应二指夹持器的设计及应用

针对机械臂系统抓取、搬运、轴孔装配的任务要求,设计了一种新型自适应二指夹持器。该夹持器的控制系统通过力传感器信号判断机械手指与物体的接触,从而实现自适应夹持,夹持器安装在三菱PA-10 7自由度机械臂上,对安装夹持器的机械臂系统建立了运动学模型,机械臂的控制器和二指夹持器的控制器通过串行通讯实现协调控制。最后通过轴孔装配实验,验证了夹持器的功能以及机械臂和夹持器之间的协调。

煤矿用智能遥控自动钻机ZYWL-4000SY的研制

针对目前煤矿井下钻机操作复杂,工人劳动强度大,以及在施工过程中存在安全隐患等问题,研制实现了一键全自动钻进的智能遥控自动钻机,智能遥控自动钻机将抓杆机械手、开放式钻杆箱、剪刀式双夹持器及自动控制系统等有机集成,以实现煤矿井下钻孔安全生产。试验结果表明:该智能遥控自动钻机自动化程度高,性能可靠,稳定,并大幅度降低劳动强度,提高了生产效率。

软体机械手爪在果蔬采摘中的应用研究进展

基于现有的果蔬采摘机械手大多是由刚性元件设计加工而成,存在质量大、柔顺性较差以及作业时容易对果蔬造成伤害等问题,而软体机械手爪(以下简称软体手)是一种由柔性材料制成,可以根据负载变化来改变自身形状和尺寸并且具有无限自由度的新型末端执行器。该文综述了果蔬采摘机械手应具备的特点以及传统采摘机械手的局限性、软体机械手爪的概念、发展现状、在果蔬采摘中的应用等相关问题,归纳了软体机械手爪在果蔬采摘作业中的先进性和优势,并分析了几种常见驱动方式的软体机械手爪在果蔬抓取作动过程中的优缺点,探讨了果蔬采摘装置的建模、控制等相关问题以及未来的发展趋势,可为果蔬无损采摘机械手的研制提供新的思路和方法。

微机控制冲压机械手的研制

微机控制冲压机械手可适用于20T 至120T 可倾斜式冲床板状制件和折弯制件的上下料作业.机械手的总体结构采用与冲床分立的形式,全电动传动,手爪具有把制件坯料迫进模腔的拟人手指功能.本文着重介绍和论述机械手总体结构、手爪及微机控制系统等几个方面的研究.

单对水平支撑TBM支撑推进协调控制研究

为使单对水平支撑硬岩隧道掘进机(TBM)撑靴支撑系统和推进系统协调从而具有更高的复杂地质适应性,提出TBM支撑推进协调控制系统。建立TBM支撑推进机构力学模型,根据模型推导推进缸压力与撑靴支撑缸压力的理论最优关系;设计一种TBM支撑推进协调控制液压系统,利用AMESim仿真软件对液压系统进行动态仿真分析,并以某工程地段实际推进压力谱为标准对该系统进行有效性分析。研究结果表明:相同推进位移下,撑靴支撑缸压力理论最优值与推进缸压力近似呈线性正相关;系统的撑靴支撑缸压力曲线能较好地跟踪其理论设定曲线而与推进压力及位移相协调,且其最大相对误差与均方误差分别为1.45%和0.05 MPa,小于实际工程中的最大相对误差1.72%与均方误差0.12 MPa,可见所建立的支撑推进协调控制系统有效。

软体机器人:结构、驱动、传感与控制

软体机器人由软材料加工而成,自身可连续变形,与刚性机器人相比具有更高的柔顺性、安全性和适应性,在人机交互、复杂易碎品抓持和狭小空间作业等方面具有不可比拟的优势。综述软体机器人的发展历程,将软体机器人归为传统绳索驱动/气动肌肉机器人、超弹性材料软体机器人和智能材料软体机器人三大类。从仿生结构和仿生运动、驱动与加工、传感与控制三个方面对软体机器人的相关科学问题以及存在的技术难点进行总结与分析。分析了软体机器人在仿生结构、抓持作业和医疗康复等领域潜在的应用价值。对软体机器人目前的发展现状和存在的关键科学难点进行了系统的总结,并得出刚柔耦合、可变刚度和驱动传感控制一体化等研究方向可能是未来软体机器人研究新的突破点。

基于MOTOMAN-UP6的搬运机器人控制系统

针对智能制造对于搬运机器人的大量需求,开发了基于MOTOMAN-UP6六自由度通用机械臂的搬运机器人,并对机器人的控制方法进行研究。独立开发了双输出轴蜗轮蜗杆减速电机驱动的搬运手爪和手爪控制器,并通过I/O端口实现了手爪控制器与机械臂控制柜的有效连接。通过对MOTOMAN32的库函数进行二次开发,解决了在调用MOTOMAN32的控制指令时,出现的指令堆栈和死循环的问题。搬运箱体的实验验证了搬运机器人系统及控制方法的可行性。

三指机器人手的操作过程及其控制

描述了 3指机器人手的各种操作过程 ,用一台工业控制计算机完成手指运动、手指抓力与手指转角定位等控制以适合各种操作过程。经计算机动态仿真和实验 ,结果表明这种手爪能适应不同形状、软硬物体的抓取 ,可用于教学、科研和一般工业应用领域。

TBM试验台支撑推进液压系统设计与仿真分析

针对全断面硬岩隧道掘进机（TBM）存在推进系统压力控制不精准、支撑系统高压撑紧时冲击剧烈的问题,在直径2.5mTBM试验台上设计了支撑推进液压系统.在AMESim中搭建了系统模型,仿真分析了推进系统在随机负载下的压力响应及支撑系统中关键部件在不同设置参数下的系统响应.结果表明：推进系统压力控制精准,支撑系统中节流口直径在1-3mm内减小时,油缸稳态输出力无变化,系统冲击减缓,响应时间随之增加;背压阀压力增大时,油缸稳态输出力减小,撑靴速度更稳定,对系统压力响应影响小.节流口直径为1.5mm、背压阀压力为7 MPa时,冲击平缓,撑靴运动速度稳定,系统同时获得较快的响应速度.所设计液压系统可实现支撑系统响应速度较快、撑靴速度稳定、冲击平缓和推进系统压力控制准确.

电气动程序步进控制的设计与应用

在利用德国费斯托公司气动训练设备进行教学研究的过程中,对电气动程序步进控制进行了深入的研究和分析,得出一种有规律可循的电气动步进控制模式:步进输入控制模式和步进输出控制模式.在电气动程序控制中采用这种步进控制模式,可以简化复杂电气回路的设计.以铣床夹持器电气动程序控制系统为例,设计了系统的位移-步骤图、工作流程图、气动回路图及电气控制回路图,验证了步进控制模式的可行性及正确性.