基于Scratch的USB模块化可拆卸教育机器人设计与开发

为响应国家对提高学龄儿童信息化素质教育的号召,开发了基于Scratch的USB插拔式模块化教育机器人.对模块化教育机器人功能模块进行整体方案设计:基于Altium Designer对单片机最小系统,电源选择模块,串口烧录等电路进行分块设计,通过布线与铺铜形成模块化产品级PCB板.采用USB数据线将模块进行连接可形成功能各异的目标机器人.开发基于Mixly的智能避障机器人图形化程序,并将其成功应用于所设计的目标机器人进行测试.测试结果表明:所开发的可拆卸模块化教育机器人能够很好地执行相关指令,完成相应目标动作,具有操作方便,易学性好等优点.

云和木玩物流机器人控制系统软硬件设计与开发

以云和木玩为研究对象,对轮式循迹搬运机器人的软硬件系统进行了探讨。通过对所需各电气元件及传感器进行选型,设计了轮式循迹搬运机器人的整体方案;定义了Arduino平台的电路接口,设计了循迹模块软硬件系统;设计了机器人的搬运物料模块,开发了基于Arduino平台得搬运控制程序。

空间机械臂基于速度观测器的神经网络控制

针对无速度反馈的柔性关节空间机器人控制问题,提出了一种基于速度观测器的自适应神经网络的控制方法.基于奇异摄动理论将柔性关节空间机械臂动力学模型分解为快慢变2个子系统;利用神经网络逼近控制器和观测器中的未知非线性,设计基于自适应神经网络的速度观测器和控制器,动态抵消模型不确定性对系统的影响;利用泰勒线性化方法,设计了权值、基函数中心和宽度参数在内的自适应学习律,提高了控制精度,且不需要离线学习;设计了基于速度差值的控制器来抑制快变子系统模型中的弹性振动;基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的一致最终有界.仿真实验证明了所提控制策略的有效性.

RP型刚柔机械臂螺栓结合部等效建模及结构特性分析

螺栓结合部是RP型刚柔机械臂的关键连接部件,建立其等效模型并使用ANSYS对其结构特性进行分析。首先分析螺栓结合部受力状态,确立结合面接触面压与螺栓预紧力的关系表达式;然后基于弹簧等效原理,建立了螺栓结合部等效模型;基于微凸体变形模型和赫兹接触理论,分别推导螺栓结合部切向刚度方程和法向刚度方程;利用PRO/E建立螺栓结合部三维模型,运用ANSYS进行仿真分析,探究螺栓预紧力、螺栓直径对结合部的力学特性影响规律,以及螺栓数目及排列方式对结合部模态频率特性影响机理。所得结论对于深入研究刚柔耦合柔性臂的动态特性具有重要意义。

基于TMS320F2812 DSP的四轴自动焊接机器人研制

为解决焊接机器人的关键技术问题,提出一种四轴自动焊接机器人系统研发方案。利用DSP芯片TMS320F2812为控制核心,设计了机械传动机构、反馈系统模块、运动控制模块、机械保护措施、环境检测系统、接口扩展模块、电源管理模块等技术实现方案,最终完成四轴自动焊接机器人原型机研制。

直角坐标机器人基于D-H参数的运动学建模与轨迹规划

机器人的运动学和动力学分析是实现机器人运动控制与轨迹规划的基础,其中运动学分析是最基本的问题,D-H参数法就是常用的分析方法之一,通过仿真可以模拟机器人的运动情况和动态特性,验证建立的运动学模型。利用D-H参数建立了平面关节型机器人运动学模型,用拉格朗日动力学方程得出了机器人的一些运动参数,并利用MATLAB Robotic Toolbox分析了直角坐标机器人正逆运动学模型,通过运动学轨迹规划仿真进一步验证了模型的正确性。

基于ANSYS的H型刚柔耦合机械臂动力学建模与动态特性机理研究

柔性宏刚性微机械臂作为机器人系统的一个重要结构,存在刚柔之间相互耦合。固有频率作为系统动态特性的一个重要指标,从整体上反映了系统动态特性,可通过结构参量分析改善系统动态特性。因此,有必要对其固有频率特性和内在机理进行深入研究。首先建立刚柔机械臂系统动力学模型。由于柔性宏刚性微机械臂系统具有多变量性和非线性,为较全面了解其动态特性机理,以H型截面宏柔微刚机械臂为例,分别从截面参数、材质组合、集中质量等方面分析各因素对系统固有频率特性的影响。研究结果表明:在相同情况下,随着等比长度的增加,机械臂固有频率呈现急剧减小趋势;采用柔性钢刚性铝组合的机械臂相比全钢或全铝,结构固有频率大幅提升;在保持其他参量不变的条件下,降低末端质量有利于提高机械臂固有频率。通过以上分析为进一步研究H型刚柔机械臂整体优化设计提供了理论依据。

基于自适应神经网络的柔性关节空间机器人振动抑制控制

针对存在负载变化、建模误差和摩擦干扰的柔性关节空间机器人控制问题,提出了基于奇异摄动的神经网络自适应鲁棒控制方法。首先,通过拉格朗日方程和动量矩守恒定理建立柔性关节漂浮基空间机器人动力学模型;其次,通过奇异摄动理论将动力学模型近似分解表征为刚性的慢变子系统和柔性的快变子系统,针对于慢变子系统,设计基于神经网络补偿的自适应鲁棒控制器;针对于快变子系统,设计柔性补偿器和力矩微分反馈抑制器;最后,基于李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性。仿真表明:所提出的控制策略是有效的,且在柔性补偿器失效的情况下,采用独立的神经网络自适应鲁棒控制器能够抑制弹性振动,并精确跟踪期望轨迹。

工业机器人基于工作空间的力/位PID控制系统研究

工业机器人在执行打磨、抛光和装配任务时,工作空间中末端执行器微小的位置偏差可能产生巨大接触力,进而对机器人及目标物造成损毁,接触作业中添加力控制功能可以很好地避免类似事件的发生,因此有必要对机器人的力位控制进行深入研究。首先,推导了工作空间的工业机器人动力学模型,进而分别设计了基于PID的两种主流力/位控制器——力/位置混合控制器和阻抗控制器,并证明了控制系统的稳定性。为了更好地研究两种控制系统的特性,首次基于同等机器人模型进行了比较系统的实验研究,研究结果表明在期望接触力为10 N的情况下,阻抗控制表现出更加优越的柔顺性,其在力与位置控制方面精度更高,易于实现。研究结果对于力/位置控制技术的工程应用具有一定的借鉴意义。

基于ANSYS的输油栈桥供热管道热结构耦合分析

温度场的分布不均会引起结构的热应力,研究输油栈桥供热管道的热结构耦合对于管道改进具有重要意义.首先对供热管道的材料属性及工况环境进行定义,采用截面法对供热管道进行建模和有限元网格划分;基于ANSYS对其进行了热结构耦合分析;对热流量、热梯度、位移变形、等效应力及温度分布进行求解,获得了相应的分布情形图.分析结果对于供热管道的性能改进与研发具有重要借鉴价值.

啤酒灌装恒压PID随动控制关键技术研究与开发

本文针对当前啤酒恒压灌装随动装备的技术难点,从硬件到软件进行了详细的技术研制。首先对硬件选型进行讨论,设计了位置跟踪抓取控制装置、实时监控面板、主动运动装置、被动跟踪装置、压力反馈装置、运动传动装置及上下料机器人等,然后设计基于PID的运动控制程序和MCGS监控程序,完成了恒压随动装备的关键技术验证。

基于超声相控阵全聚焦修正技术的焊接缺陷定量检测方法

超声相控阵全聚焦成像算法可用于焊接缺陷的定量化检测,然而超声波在介质中传播会产生能量的衰减,影响成像质量,从而降低被检缺陷定量的准确性。针对以上问题,提出一种基于检测声场模型的超声相控阵全聚焦修正技术,利用多元高斯叠加模型计算了被检工件内的声场分布情况,利用计算结果对超声相控阵全聚焦矩阵数据进行修正处理。为验证该方法的可行性,对一块包含人工缺陷的试件开展超声相控阵全聚焦成像检测试验,试验结果表明,该方法不仅可以改善成像质量,还可以提高缺陷定量精度。