焊接机器人大臂的结构分析与优化设计

对焊接机器人的大臂进行结构分析,得到了焊接机器人大臂的动态应力云图和静态应力云图。根据结构分析结果,结合设计经验,对焊接机器人的大臂进行优化设计。仿真结果显示,优化设计后的焊接机器人大臂在静态变形增大1.5%,3阶固有频率降低24%的情况下,动态变形减小8.3%,动态应力减小37.2%,静态应力减小75.2%,质量减小11.7%,1阶固有频率提高133.5%,2阶固有频率提高38.9%。仿真结果表明,所采用的结构分析与优化设计方法具有较好的优化效果和工程实用性。

基于SIMP变密度法的工业机器人大臂拓扑优化设计

以某工业机器人机械大臂为研究对象,基于SIMP变密度法的拓扑优化数学模型思想,先使用ADAMS软件获得机器人大臂在最劣工况下的载荷情况,然后通过Altair Inspire软件,设置机器人大臂最劣工况载荷,对原始模型进行有限元分析,并以最大化刚度为优化目标,完成了机器人大臂的拓扑优化设计。通过对机器人大臂各种优化方案的对比,结果表明,在满足机器人大臂载荷、空间要求和刚度要求的前提下,减重率达26.28%,达到了机器人大臂轻量化设计的目的,并为相关结构件轻量化设计提供了参考。

基于代理模型的破拆机器人臂架结构优化设计

臂架结构是破拆机器人重要的工作装置,为提高破拆机器人臂架结构的性能,综合考虑整个臂架结构的静态特性以及动态特性指标,对其进行多目标优化。首先,确定了臂架结构最危险的工作姿态,并对其进行了静力学分析、模态分析以及谐响应分析;其次,建立了臂架结构总质量、最大等效应力、最大变形及臂架端部Y向最大频率-位移响应的代理模型;最后,使用NSGA-Ⅱ算法对建立的代理模型进行了多目标优化。优化结果表明,在臂架结构总质量不变的情况下,臂架结构的静强度、静刚度及动刚度均得到了改善,破拆机器人臂架结构的综合性能得到了提高。

梁场环向喷淋机器人关键技术及应用效益分析

针对铁路预制桥梁浇筑成型后,需要可重复应用的智能喷淋养护装备这一技术需求,并结合高速铁路梁场养护的特点,开发了可环向喷淋的智能机器人。通过信息融合及智能控制实现了系统集成及作业自主化,系统攻克了关键工序节点的时序逻辑分析及检测、高低液位振荡工况下伪辨识、整机动力系统及供电系统适配性的参数确定、工艺设备的网络集成及协调规划等几类关键技术;通过大量试验,开发了一体化集成喷头;研制了基于水动力驱动的梁底用高可靠开合展臂。在昌景黄高速铁路江西段进行了应用,该系统解决了传统养护方式高能耗、系统冗杂等问题,实现了预制件养护的作业自主化、工厂化;在满足养护效果的前提下,达到了节能、环保的技术指标。

凿岩机器人钻臂的运动学研究

为实现凿岩机器人钻臂在凿岩过程中的自动定位，建立了多关节钻臂的运动学方程；根据钻臂的实际工作特点和工作范围提出了一种求逆解的方法．运算结果表明，该方法可以成功地实现快速、精确求解，具有较高的实用价值．

多关节凿岩机械手快速定位方法

凿岩机器人在工作时 ,完成的任务是随机的 ,它每 1只机械手具有 6个转动关节和 3个移动关节 .在定位时 ,其运动学逆运算过程相当复杂 ,为满足实时控制的需要 ,必须实现快速逆运算 .作者在分析凿岩机器人钻臂结构的基础上 ,利用钻臂的双三角支架的空间平移性能 ,根据各关节变化所引起的钻臂端部位姿的变化 ,综合机器人学中运动学知识 ,建立一个专家系统 ,采用拟人化的方案———“先定点 ,再定位姿” ,解决凿岩臂的快速定位问题 ,以实现描述各关节位置的变量的快速逆运算 .根据实际工作情况 ,首先使钻臂的端点与目标定位点重合 ,求解出相应的关节运动变量的值 ,然后把凿岩机械手看作闭链机构 ,再选择相应的运动关节确定钻臂的空间位置 ,从而简化了计算的难度 ,可快速、精确地求解机械手的各关节变量值 .

三角钻臂的运动控制研究

建立了三角臂的杆件坐标系,利用多关节闭链的约束条件建立了运动学方程,得到了由给定钻臂位置计算油缸长度的精确算式.增加油缸俯仰角的测量点后,得到缸长的简化算式,减小了油缸长度的在线计算量,应用该式可提高三角钻臂轨迹控制的精确度.

双三角钻臂及其液压系统的建模与参数估计

双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点 ,被凿岩机器人所采用 .为了控制钻臂 ,对轨迹进行跟踪和精确定位 ,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型 .然而 ,该系统十分复杂 ,具有非线性和快时变的特点 ,要建立其精确的模型很困难 ,也没有必要 .作者从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手 ,对双三角钻臂及其液压驱动系统机理建模 .在建模过程中 ,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素 ,获得了系统的简化模型 .通过对钻臂的结构和受力进行分析 ,导出了模型中的参数、液压缸负载力的估算公式和估算方法 。

机器人关节间的碰撞检测

将多臂机器人各运动关节简化为具有一定直径的圆柱体 ,通过计算两圆柱体中心线间最短距离来进行机器人的碰撞检测研究。在此过程中 ,首先通过总结提炼两空间线段间的相互位置关系 ,在进行解析 ,推导的基础上 ,提出了 7个有意义的解析几何推论 ,直接可得出两空间线段间的最短距离 ,然后根据得出的结果 ,设计了一个机器人运动关节间的碰撞检测算法。该算法程序设计简单 ,计算量小 ,能有效地满足实际应用需要。

双臂凿岩机器人离散任务规划

探讨了一种实现基于个体的双臂凿岩机器人离散、随机任务合作规划的方法。用统计方法对凿岩机器人两机械臂进行任务划分,以机械臂完成离散随机任务的最短空间移动距离为优化目标函数,将任务合作规划简化为一个具有三角属性的双TSP问题的组合;用解决TSP问题的近似算法求解得到两机械臂任务规划的哈密尔顿回路;针对哈密尔顿回路中的交叉网络采用动态规划的方法进行合理优化,从而得到凿岩机器人的较优任务规划序列。算法的时间效率为0(n2),其任务规划的最短距离代价比近似算法平均优化15%。

多臂机器人关节间的碰撞检测研究

将多臂机器人各运动关节简化为具有一定直径的圆柱体,通过计算两圆柱体中心线间最短距离来进行机器人的碰撞检测研究.在此过程中,首先通过总结提炼两空间线段间的相互位置关系,在进行解析、推导的基础上,提出了8个有意义的解析几何推论,直接可得出两空间线段间的最短距离,然后根据得出的结果,设计了一个机器人运动关节间的碰撞检测算法.该算法程序设计简单,计算量小,能有效地满足实际应用需要.

双三角钻臂直接定位自适应预测控制

针对复杂非线性系统控制中闭环预测存在的缺陷,提出了一种适合于一般非线性系统的非齐次时变线性模型,给出并证明了其存在性定理,推出了基于该类模型的自适应预测控制算法;引入直角坐标系和斜角坐标系来描述双三角钻臂的结构和运动特性,通过坐标变换,根据给定的钻臂目标运行轨迹对各液压缸的运行速度作出决策,采用自适应预测控制策略控制其运行速度;在原有双臂凿岩台车的基础上研制了一套完整的凿岩台车两级计算机控制系统,应用上述方法实现了双三角钻臂轨迹跟踪直接定位控制。

悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统研究

针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法,通过建立的悬臂式掘进机器人坐标系统及悬臂式掘进机器人运动学正问题与逆问题求解,确定轨迹规划光滑函数参数;规划好截割轨迹后,以视觉定位方法获得的悬臂式掘进机器人截割头位姿数据作为反馈量,基于反馈线性化积分滑模控制器的截割轨迹控制算法实时计算控制量,以规划轨迹点和视觉测量位姿点构建反馈控制系统,实现对悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的动态控制。实验结果表明,该系统能够实现悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的智能控制,定位精度高,稳定性好,轨迹跟踪误差小于25.61mm,可满足巷道成形质量需求。

高空带电机器人臂架稳定性优化控制仿真研究

以高空带电机器人的臂架变幅液压系统为研究对象,介绍臂架结构和变幅液压控制系统。针对该高空带电机器人作业时出现的臂架振动、抖动现象,采用PID控制器对臂架液压控制系统进行优化。建立平衡回路数学模型,运用多领域仿真软件AMESim对变幅液压缸动态过程进行仿真,对比优化前后液压缸的动态特性。通过搭建实验平台对PID优化的控制系统进行实验。结果表明:PID优化控制能大大缩短液压缸活塞杆速度波动时间和降低速度波动幅度,可以有效改善臂架系统工作过程中出现的振动、抖动问题,提高臂架的稳定性。

凿岩机器人三角钻臂的运动研究

针对凿岩机器人三角钻臂精确运动控制困难的问题,对三角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了三角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于三角钻臂特定结构约束下的运动特点,利用空间几何解法,构建了相对简单的运动数学模型,同时在此基础下提出了三角钻臂运动的一般控制流程;最后结合具体实例分析两种不同模型下的计算结果并与相同条件下的三角钻臂三维模型的测量结果进行了相互验证。研究结果表明:运动解耦分析所建立的运动数学模型正确性得到了验证,这可以为钻臂的精确定位控制打下基础。

凿岩机器人钻臂平行联动机构的机理建模

从液压系统的基本方程入手 ,对凿岩机器人钻臂平行联动机构进行了机理建模。在建模过程中 ,忽略对模型精度影响不大的一些次要因素 ,获得了系统的简化模型 ,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制创造了条件。

大伸臂重载装配机器人

面向航天、飞机、码头等领域的重载装配作业,提出了一种具有装配和操作功能的伸缩式重载装配机器人,以期避免人们对重载货柜直接操作导致的操作风险。给出机器人的一种5自由度造型,介绍了其机械结构及其软硬件的构成。给出了三种伸缩臂的加减速方案设计,并通过计算、比较确定了伸缩臂加减速的方案,为解决伸缩臂在加减速过程中发生震颤提供了强有力的依据。

双三角钻臂的定位控制及仿真

推导双三角机械臂的关节变量到支臂油缸长度计算的增量公式,运用该式提出一种新的钻臂定位的控制系统结构,即直接以关节变量(而不是油缸长度)为目标的闭环控制系统。在MATLAB环境下对以上算式及控制系统结构进行仿真验证。先在ADAMS中建立双三角臂的动力学模型,然后将该模型导出成为MATLAB.m计算模型,最后在MATLAB中实现钻臂定位的闭环控制系统仿真。针对某实际钻臂的仿真结果表明,增量算式尽管是在微变情况下推导的,在偏差较大的范围内应用时其计算误差对定位过程影响不大,体现在钻臂轨迹于隧道断面的投影不是直线,同时不会影响最终的控制精度,可以用于实际控制。

混凝土泵车浇筑过程机器人化探讨

对混凝土泵车布料机构的运动姿态调整采取了最优控制 ,解决了泵车机器人化的运动分析的臂解问题 ,论述了泵车动态分析中应解决和注意的问题 ,给出了泵车控制自动化的程序流程图和控制系统图 。

隧道凿岩机器人双三角十字铰钻臂的运动控制

通过研究凿岩机器人双三角十字铰钻臂运动规律,在分析两变幅缸伸缩变化与钻臂摆角与俯仰角的变化之间关系的基础上,得到了钻臂摆角与俯仰角按特定规律运动时钻臂在空间的运动轨迹,同时也得到了两变幅缸的伸长变化轨迹,据此,通过控制两变幅缸按一定规律变化可使钻臂在空间的移动平缓并且使得钻臂的运动控制方便、简单,且易于达到较高的控制精度。