面向狭长空间的三自由度并联机器人设计与建模

并联机器人因具有刚度大、结构稳定、承载能力大和运动负荷小等优点,在农业和工业等领域得到了广泛的应用。现有大部分并联机器人因支链呈空间对称分布,难以进入狭长空间工作。因此,针对狭长的工作环境,提出了一种新型三自由度并联结构,该机构整体沿一条直线导轨方向布置,减少了垂直于导轨方向的宽度,使之易于放入狭窄的空间内,同时能拥有较大工作空间,并实现3个自由度上的平动运动。通过G-K公式计算机构自由度;验证了该并联机器人设计的合理性;对平台进行了运动学和动力学分析;并根据遗传算法分析其奇异性;通过解析法对机构工作空间进行了分析。研究成果为三自由度并联机器人进入狭长空间工作提供了新的思路与构型。

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题,设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题,提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向,以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向,自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿,使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线,实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性,最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.

机器人打磨自适应变阻抗主动柔顺恒力控制

为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络变阻抗控制器分别作为内环控制和外环控制,在此基础上,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,用于在线自适应优化阻抗参数,动态调节打磨力修正量,实现机器人打磨作业自适应主动柔顺恒力控制。最后采用Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出方法的闭环稳定性。通过机器人打磨系统虚拟样机联合仿真实验和机器人平台实物实验,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够较好实现静态与动态期望打磨力跟踪,减小了打磨力波动、力超调量以及打磨初期打磨工具处的冲击力,提高了打磨力控制系统抗扰动稳定性、恒力跟踪性能和动态响应能力,对复杂多变工况机器人打磨作业具有较强的适应性与鲁棒性。

基于集成概率模型的变阻抗机器人打磨力控制

工业机器人对工件柔顺打磨作业的适应性差,为此设计机器人柔顺浮动力控末端执行器,基于集成贝叶斯神经网络模型的强化学习,提出主动自适应变阻抗的机器人打磨力控制方法.所提方法根据打磨作业的接触环境信息,利用自助法获取小量数据的多次采样样本,训练集成贝叶斯神经网络模型以描述机器人打磨系统与工况环境交互作用,采用协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES)求解最优阻抗参数.构建机器人打磨系统虚拟样机平台,开展叶片工件的打磨仿真实验,验证所提方法的有效性.实验结果表明,所提方法在十几次训练后,能够将打磨力的绝对跟踪误差减小至较小值,较好地实现了机器人打磨系统的主动自适应变阻抗打磨力控制,提高了机器人打磨力控制的柔顺性和鲁棒性.

基于液压驱动的清污机器人控制方法研究

针对水利设施中传统清污机清污效果较差的现状,设计一款液压驱动的清污机器人,用于拦污栅上污物的清理和拦污栅前污物的抓取。分析了清污机器人三自由度串联结构,采用几何法求解其运动学,得到各关节液压缸与末端位姿的非线性关系。根据清污机器人在清污过程中路径重复的特点,设计液压伺服驱动控制器。采用速度前馈控制方法,系统能够快速跟踪规划的轨迹;为减小位置误差,加入位置反馈控制方法。结果表明:所设计的清污机器人各个液压缸响应速度较快,位置精度较高。

基于神经网络的强化学习在服务机器人导航中的研究

提出一种基于神经网络的强化学习算法,并成功的解决复杂环境下服务机器人的路径规划问题。相较于传统的路劲规划算法,该算法解决未知环境下Q学习的状态空间到动作空间的非线性映射问题,加快算法的收敛速度。仿真结果表明,在未知环境下,机器人能够选择合适的行为,完成从起始点到目标点的无碰撞导航任务,说明该算法的避障能力好、自适应能力强、收敛速度快的特点。

等离子去板坯熔渣机器人运动学分析与研究

提出了一种工业机器人搭载等离子切割装备去除板坯毛刺的新方法,成功地解决了现有去毛刺设备的不足。该方法以五自由度切割机器人为研究对象,对其进行运动学分析,根据各关节的结构位姿特性建立相应的关节坐标系后,计算其末端坐标系相对基准坐标的的齐次变换方程,并精简对逆运动学方程的求解。利用Robotics Toolbox仿真后,结果表明该方法能够为机器人的优化设计及轨迹规划提供运动学依据。

一种经济型码垛机器人的码垛规划算法

为了降低机器人的制造成本,设计了一种4自由度经济型码垛机器人,具有结构简单、机身紧凑的特点,满足轻量化和低成本设计要求。采用几何法建立了码垛机器人的正、逆运动学模型,并且基于工业现场码垛要求建立了码垛机器人与码垛托盘之间的数学模型。同时考虑码垛物体对机器人的常用垛型进行了详细分析,并设计了垛型计算方法和机器人的码垛轨迹。最后进行了码垛机器人实验,仿真及实验结果验证了码垛机器人机构设计及码垛算法的有效性,满足码垛机器人的设计及实际应用要求。

泵体口环装配工艺的机器视觉化研究及应用

为了解决传统泵体口环人工检测、装配精度差的问题,构建了基于机器视觉的泵体口环装配系统平台。研究了基于机器视觉的泵体口环装配过程中的光源照明、工业相机和镜头选型及图像采集等关键问题。设计了泵体口环的位姿及尺寸参数的视觉检测算法,并探讨了泵体口环装配系统平台的硬、软件及装配流程。试验结果表明,提出的针对泵体口环装配工艺的视觉检测算法能够对图像中的泵体口环进行较精确的识别检测,对提高泵体口环装配工艺精度及柔性度具有现实意义。

SCARA机器人运动学仿真分析和实际应用

为了分析SCARA机器人的运动学特性,运用D-H方法构造了其连杆坐标系,并且推导了它的正、逆运动学方程,详细求解了该机器人的正、逆解,运用ADAMS对该机器人进行正运动学仿真分析,其结果与理论分析相符合,证实了正运动学模型是正确的;同时利用其正解值通过理论计算,论证逆运动学模型是正确的。对SCARA机器人实际运动工况进行运动仿真分析,指导现场调试,提高了现场调试的效率。结合图像处理实现了对物体的精确定位,通过实验证明了该机器人运动仿真对其实际应用具有重要的指导意义。

六足机器人爬楼步态的力学仿真分析

为提高六足机器人对楼梯障碍物的适应能力,设计一种半圆形腿式的六足机器人。根据机器人的结构特点,规划了六足机器人爬楼梯中的四足步态。基于机器人柔性体半圆形腿的结构特点,采用ANSYS软件和ADAMS软件对其进行了联合仿真,建立半圆形腿的柔性体模型,对其进行运动仿真并进行了应力应变和模态分析。仿真结果表明:六足机器人结构设计合理,验证了柔性体半圆形腿选材和电机选型的正确性,为进一步进行机器人系统结构与误差的分析奠定了基础。

一种铅锭搬运机器人真空吸附夹具的设计与分析

设计了一种基于真空系统原理的工业机器人真空吸附夹具,用于铅锭搬运,取得了良好的效果。介绍了真空吸附夹具的结构组成。阐述了真空回路和真空发生器的工作原理及技术特点。对真空吸盘、真空发生器和电磁阀等主要组成元器件进行计算和选型,并设计了夹具支架,运用Solidworks软件对夹具支架进行了有限元分析。

座舱盖打磨下料机器人离线编程仿真

尝试通过机器人离线编程技术来解决座舱盖复杂曲面机器人打磨下料轨迹难以获取的难题,重点介绍了利用Tecnomatix PS辅助机器人离线编程的方法。首先运用SolidWorks三维建模技术建立机器人工况模型以模拟打磨机器人的工作环境,同时结合Tecnomatix PS的虚拟仿真技术实现了打磨机器人的离线编程和仿真,最终得到离线程序。基于Tecnomatix PS的编程作为整体离线编程方法的一部分,通过验证,其输出结果能够满足后续编程步骤的需求。

一种搬运机器人运动学仿真分析和实际应用

采用D-H方法建立了一种搬运机器人的连杆坐标系,详细求解了其运动学正解问题,通过ADAMS对该搬运机器人运动仿真分析,得到了机器人末端位置点的位移和角度,证明了其运动学模型的正确性;同时利用ADAMS对搬运机器人在实际应用中进行空间轨迹规划,指导现场调试,节约了现场调试时间。该搬运机器人解决了实际生产中对一定规格的重物以及有害物质搬运难的问题,从而提高了生产效率。

仓储式多AGV系统的路径规划研究及仿真

对于自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)的单机路径规划问题,已存在很多静态算法可以有效求解。但由于AGV间抢占系统资源的相互影响和制约,多AGV的协同作业会出现死锁、碰撞冲突等问题,静态路径规划算法无法满足实时动态作业的系统需求。智能仓储系统中,多AGV动态路径规划的核心问题不再仅是单AGV快速求解最优路径,而在于多AGV的冲突避免或解决,达到整体协调最优。拟采用两种思路解决上诉问题:一种方案是对最有效的静态算法进行改进,并引入动态机制和冲突解决策略以满足作业需求;另一种方案提出一种具备多步前瞻性的主动避障算法,优化路径并提前避开交通拥堵路段,减少冲突可能性和重新寻路代价。实验结果表明两种算法都具有良好的鲁棒性,可有效解决冲突,且后者可持续扩展AGV数量,具有更高的系统效率。

基于二元正态分布匹配和非线性优化的激光SLAM研究

AGV自导航的关键之一是拥有高精度地图,因此激光SLAM(同步定位与建图)地图构建系统非常重要。针对现有算法精度和效率的不足,该研究建立了一个适用于AGV上的激光SLAM系统,并进行了测试和实现。首先,系统由激光雷达获取激光帧,进行滤波处理,并由第一帧激光帧初始化自由概率地图;其次,将t-1时刻激光帧进行二元正态分布化,由t时刻激光帧在t-1时刻激光帧的相关区间进行投影和概率打分,找到离散最优解;其次,由二元正态分布概率密度函数和双三次插值的自由概率残差构建目标代价函数,在离散最优解位置进行非线性优化,得到最优解位姿;最后,将激光帧投影到地图中的最优解位姿,进行地图更新。结果表明,该算法匹配精度高,算法耗时少,满足AGV工业精度和实时性要求,对AGV在实际工业环境的应用具有重要意义。

基于图像轮廓的泵体口环位姿及尺寸检测算法

针对泵体口环人工检测安装精度差的问题,提出了基于图像轮廓的泵体口环位姿及尺寸的视觉检测算法。首先对泵体口环图像进行图像预处理,然后进行图像轮廓检测,分割出泵体口环目标轮廓,最后建立了求取泵体口环位姿及尺寸的数学模型,并根据目标轮廓中包含的像素点数学信息,设计了泵体口环位姿及尺寸检测算法。实验结果表明,基于该算法能够较精准的识别检测泵体口环位姿及尺寸,在较高精度工业机器视觉化应用中具有现实意义。

基于视觉的汽车线束绑扎胶套检测与测量系统

为解决汽车电路线束绑扎胶套的质量检测时人工测量误差大、效率低的问题,提出基于机器视觉和深度学习的汽车线束绑扎胶套检测与测量系统。系统通过相机对汽车线束的各个部分进行图像采集,然后利用Halcon算法库对采集的多张图像进行拼接,通过深度学习和形态学处理对拼接图像中的胶套进行粗定位和精定位确定胶套数量及位置,使用自适应边缘检测阈值设定法检测胶套边缘,提出一种自适应类高斯权重分布的全采样测量方法对胶套长度进行测量。经现场测试,该系统对胶套尺寸的测量平均相对误差低至1.12%,胶套检出率达100%,可满足实际应用中胶套检测与测量要求。

机器人自主抓取的三维点云基本形体简化算法

针对抓取任务的非结构化特性,提出一种基于非规则物体三维点云的基本形体简化算法,为抓取策略的选取提供思路,提高机器人自主抓取的准确率.将不规则的复杂物体简化为由基本形体组成的简单物体,基于三维网格分割算法将物体3D数据点进行分割,依据最优拟合算法将分割后各部分拟合为球体、椭球体、圆柱体和平行六面体中的一种,实现对复杂物体的简化.实验结果表明:本文算法可应用于不同形状及姿态的非规则物体抓取,具有较高的鲁棒性.

一种改进工业自动导引车路径规划算法

为了解决当前工业自动导引车(automated guided vehicle,AGV)栅格地图下路径规划算法存在路径转弯较多、弯曲度较大、搜路时间较长且距离障碍物近等问题,基于A^(*)算法提出了一种改进路径规划算法。首先,通过在全局地图中设置路径关键节点,生成关键点拓扑地图,并利用Floyd算法进行最短路径规划,输出路径节点集合;其次,利用A^(*)算法对集合中相邻节点进行路径规划,并将生成的路径进行拼接;最后,通过引入贝塞尔曲线对拼接路径进行平滑处理,以获取全局路径。实验结果表明:本文算法规划的路径转弯更少、弯曲度更小、搜索时间更短且能完全避开障碍物行走,更符合工业AGV的应用环境。