面向人机交互的机器人关节减速器评估与设计方法综述

人机交互技术已广泛应用于各领域,但机器人在与人类互动时的性能仍受关节减速器技术的限制。通过梳理国内外学者对机器人关节减速器的研究,特别针对行星齿轮传动、谐波传动、摆线针轮传动以及RV传动技术等常用的机器人关节驱动的主流技术,描述和对比分析其结构特点、传动方式和优缺点,并提出适用于机器人关节减速器适用性和性能分析的框架。针对未来机器人应用场景介绍齿轮轴承传动和Galaxie驱动器两种新型传动技术,展望机器人关节减速器技术发展趋势,为机器人关节减速器的设计和选型提供参考。

基于概率统计的机器人运行工况检测

为监控工业机器人的运行状态,给出常态的运行标准。该文将利用便携式声学振动仪采集各轴不同速度下的振动信号。利用Matlab计算峭度系数、峰峰值、标准差、平均值及脉冲因子并绘制折线图,进行概率统计分析。对比各轴在变速运行下的参数特征,总结各轴振动特性及值域范围,为工业机器人的故障检测、精度优化和运行监测提供理论基础。

机织钩面粘扣带表面质量的机器视觉检测方法

针对机织钩面粘扣带表面质量人工检测中存在的精度低等问题,提出了基于机器视觉的机织钩面粘扣带表面质量检测方法。通过单目视觉的切向成像获得粘扣带表面的单行图像,避免了粘扣带相邻行之间的干扰。对单行粘扣带图像进行预处理后,采用投影法对其进行水平投影和垂直投影,提取粘扣带表面单行图像中的每个钩扣状区域,基于连通域统计法判别钩扣状区域的切割状态,计算其切开率,通过统计数据表征粘扣带表面质量。实验结果表明,该方法对机织钩面粘扣带表面质量的检测相对误差为1%,具有较高的稳定性。

基于元宇宙概念的工业制造业融通模式及其陕西实践

新一轮产业革新的根本驱动力是数字信息领域各种新兴技术的落地转化与集成应用,而元宇宙作为数字信息领域各种新兴技术的聚合载体,将为制造业如何抓住新一轮产业革新带来的发展风口红利找准方向和提供基本切入点。本文对元宇宙概念尤其是其核心特性进行了深入剖析,并进一步将其向着工业生产领域进行了拓展,深入挖掘了工业元宇宙的核心内涵。在此基础上,围绕工业元宇宙与制造业间的融通模式进行了分析,并以我国西部制造业重镇陕西省为例,就如何促进工业元宇宙与制造业间的融合实践进行了探讨,希望能为相关工作的推进提供一些有益借鉴。

基于双创教育下的开放科研实验室管理与运行机制研究

为提升本科生就业竞争力、拓展本科生的学术视野,提升其独立思考、分析和解决问题的能力。本文将探讨开放科研实验室的重要意义及运行机制,研究本科生开放科研实验室的重要性和目前存在的问题,从高校科研实验室的运行机制、管理模式及产学研合作模式三方面出发,提出一种适合机械类专业发展的新模式,切实做好实用型人才的培养。

并联机器人模型参考变结构控制研究

为了抑制并联机器人建模中不确定性因素对系统性能的影响,采取了基于参考模型的变结构控制策略。以系统状态误差始终指向滑动模态且具有李雅普诺夫意义下渐近稳定的动态品质为目标设计控制量,抑制不确定性因素对系统性能的影响。通过对参考模型和滑动模态运动进行极点配置,使系统状态误差在状态空间中更快速地收敛于原点。实例将球面三自由度并联机器人用作跟踪飞行器姿态定位平台的执行机构,设计出跟踪偏差的检测方案。仿真结果表明,基于参考模型的变结构控制方法对系统的不确定性因素引起的参数变化及外界扰动具有较好的控制效果,在变结构不确定性控制量作用下,系统在0.6s后,姿态角跟踪误差控制到0.0001°的范围内。

堆叠筒子纱机器人无序分拣方法

针对筒子纱分拣机器人对作业目标堆叠时识别不准确、抓取位置不稳定的问题,课题组提出了一种堆叠筒子纱的机器人无序分拣方法。构建了具有3D视觉感知的筒子纱分拣机器人系统,利用Kinect V2相机获取堆叠筒子纱的图像信息,对采集到的筒子纱点云进行处理;通过M估计抽样一致性算法(MSAC)和直通滤波算法对原始点云进行裁剪,采用改进E-R分割算法和ICP算法完成点云的分割和配准,得到筒子纱的位姿信息;最后使用机器人进行抓取实验。实验结果表明:该方法能够实现对堆叠场景下的作业目标的识别定位,系统的抓取成功率达到86%,可以满足筒子纱分拣的实际生产需求。

机器人RV减速器输入端的有限元分析

分析RV-40E型减速器加载下关键部件的受力及模态情况。利用UG软件建立减速器输入端及摆线轮的动力学分析模型,对模型进行静态及模态求解。计算得到输入轴和行星轮的啮合齿轮在不同转矩下应力、应变及位移的最大值,摆线轮应力、应变、位移的最大值及固有频率与振型。确定各部件最大应力及振型发生位置,为RV减速器的优化设计提供理论基础。

基于关节转角偏差对机器人末端位置精度的研究

基于RBF神经网络算法,在不改变机器人控制器参数的情况下,提出了一种通过减小单关节转角偏差,提高机器人绝对定位精度的方法。首先,建立机器人D-H运动学模型,并分析机器人末端位置误差和关节转角偏差的计算方法。其次,采用基于RBF神经网络算法对机器人关节转角偏差进行训练,得到关节转角偏差的预测值接近于实测值,最后将预测转角偏差补偿到理论关节转角,机器人末端的位置误差有一定的改善,证明文中的方法可以有效改善机器人的绝对定位精度。

考虑摆线轮齿距误差的RV减速器转臂轴承寿命评估

针对RV减速器的转臂轴承易失效的问题,课题组以RV-110E减速器为研究对象,对转臂轴承进行受力分析,采用ADAMS软件建立RV减速器多体动力学模型,以Lundberg-Palmgren理论为基础,计算转臂轴承的寿命,分析摆线轮齿距误差对转臂轴承寿命的影响规律。研究结果表明:转臂轴承的载荷合力与分力呈周期性变化,同一摆线轮上的转臂轴承承受的载荷大小和周期相同,相位差为120°,转臂轴承承受的最大载荷为8 094.6 N,最小载荷为1 371.2 N;转臂轴承的理论寿命为4 629.0 h,仿真寿命为2 505.6 h;齿距误差值开始值为正时,轴承的载荷力比无误差大,反之则小;齿距误差值越大,转臂轴承的载荷力峰值振幅越宽,转臂轴承的寿命稳定性高,反之亦然。

机器人RV减速器振动测试与分析

以秦川RV-40E减速器为研究对象,利用减速器综合测试平台测试不同转速下的振动信号,通过时域分析研究减速器整体振动特性,通过频域分析找到特征频率的主要峰值,对比随转速变化的频谱图得到振动特性变化规律。研究发现早期振动以齿轮碰摩特征为主,固有频率及干扰信号影响剧烈。

工业机器人用RV减速器随转速变化的频率特性

通过机器人减速器综合测试系统及振动测试系统,采集RV减速器随转速变化的振动信号,利用MATLAB进行傅里叶变换得到频谱图,对比分析不同输入转速下的频谱图,总结随转速变化的振动特性。研究发现了RV减速器在不同转速下的主要峰值及幅值变化情况,得到在RV减速器进入疲劳失效以前,影响机器人精度的抖动因素主要来源于结构固有频率以及特征频率与固有频率发生的共振的结论。

RV减速器关键参数测试与分析

RV减速器是工业机械臂的核心组件,其性能参数对末端精度影响很大。该文以RV-40E减速器为研究对象,利用精密减速器综合测试平台探究RV减速器运行过程中驱动端负载和转速对空载摩擦转矩、空载跑合、定位精度和机械效率等指标的影响,实时监测关键参数的变化,并绘制分析相应测试曲线。研究表明试验台RV减速器四个参数的性能不仅满足国家标准,并且优于同类其他产品。本研究对RV减速器的性能测试与评价具有参考意义。

RV减速器振动特性的互相关分析

为研究RV减速器的振动特性,该文将采用互相关函数法研究RV减速器在不同转速下的振动信号相似性。利用精密减速器综合测试平台,采集升速过程的振动信号,分析不同转速下的频谱及不同频谱之间的互相关图谱。研究发现了频率中占主要特征的频率成分来源,发现了在系统中比较接近的3个齿轮啮合频率的拍频共振现象。该研究为减速器的共振研究提供理论指导。

RV减速器传动误差的测量与分析

传动误差是产生RV减速器振动与噪声的主要原因之一,该文将测试不同转速下的传动误差的变化,探究为了针对不同动态性能在不同标准下的区别,探寻对比标准公式下RV减速器的实际误差和国家标准误差范围或者企业实况下的参数的误差区别。该文以RV-40E减速器为研究对象,分别测试在空载和负载状态下输入不同转速的传动误差,并对比国产机和市面上公司的试验机在传动误差上的差距与性能优劣。

传动可靠度约束下RV减速器加工精度等级优选方法

加工误差是影响RV减速器传动精度的关键因素。为评估多种加工误差对该机构的传动误差的影响机制,基于轮齿接触分析方法构建了考虑齿廓修形、加工误差和装配误差时渐开线齿轮及摆线针轮两级传动的轮齿接触方程,得到不同制造误差作用下摆线针轮行星传动误差分析模型,并评估了各种制造误差对机构传动误差的灵敏度;然后,以该灵敏度为公差等级选择依据,将RV减速器的各项加工误差表达为以公差等级IT5和IT6为基础产生的高斯分布随机数,通过随机抽样误差来分析各组误差样本下RV减速器不发生干涉的可靠度,以及传动误差分布情况。计算结果表明:针齿位置度误差、摆线轮齿距累积误差对传动误差的影响最大;渐开线齿轮偏心量误差和曲柄轴偏心量误差的影响较小;针齿半径误差的影响最小。将灵敏度较小的加工误差设为IT6,灵敏度较高的加工误差设为IT5,可得到所有加工误差均为IT5时的传动误差精度要求,其可靠度达98%且加工成本更低,从而为RV减速器加工精度选用和制造成本控制提供依据。

可靠度约束下摆线针轮减速器加工精度优化

摆线针轮减速器主要用于高精密传动场合,其在加工过程中,会产生影响传动精度的制造误差。为在实际加工中选取符合传动条件的最优加工参数,基于坐标变换与齿轮共轭接触原理,建立了考虑齿廓修形、制造误差的轮齿接触分析模型,分析了不同种类制造误差对传动误差的灵敏度,并设计一种基于传动可靠度的轮齿修形参数与加工精度优化方法。结果表明,基于DIRECT算法对样本的最佳化计算,可得到一组在许用传动误差条件下制造成本最低的减速器加工参数,且该组加工参数具有高可靠度特性。因此该方法可为制造高可靠度摆线针轮减速机提供理论优化参考。

传动比波动幅度约束下的摆线轮齿廓修形量优化

摆线轮齿廓修形对摆线针轮传动机构的承载能力和运行平稳性有重要影响。为获取最优的修形策略和修形量,提出了一种以最小化传动比波动幅度为优化目标、基于内点法的摆线轮齿廓等距-移距复合修形量的优化方法。以单级摆线针轮减速器为例,建立考虑修形后的摆线轮受力平衡方程,以及摆线轮针齿的轮齿接触方程,并通过优化流程将力平衡方程和轮齿接触方程耦合集成,从而实现对3种等距-移距修形组合策略下的修形量进行优化计算,发现正等距加正移距组合修形下的最优修形量可将传动比波动幅度降低40%,最大针齿接触力降低17%,实现更平稳的传动和更好的承载性能,也有利于提高减速器传动精度和寿命。

轴承非线性特性对摆线针轮减速器传动效率的影响分析与参数确定

为构建考虑轴承接触弹性的摆线针轮传动效率理论计算方法,并揭示轴承非线性刚度的影响机制,提出一种耦合摆线轮设计参数、接触载荷及轴承参数的传动效率理论模型。该模型考虑了输入轴与摆线轮的轴承弹性,并引入非线性的轴承刚度。采用牛顿法建立摆线轮受轴承弹性力、惯性力及接触载荷时的动力学微分方程,求解该方程得到轴承弹性位移,并将其与轴承刚度参数纳入传动效率计算模型。通过对比分析不同轴承刚度参数和运行工况下的理论传动效率,并利用理论计算效率与实验测定值的差异,对理论模型加以修正并迭代计算,从而拟定轴承参数。分析表明:轴承刚度指数较小时传动效率受运行速度和负载影响很小,轴承刚度指数较大时传动效率随着负载增大而提高;拟定刚度模型具有合成效应且给定合理参数下所得传动效率与测试值大致相符,可为摆线针轮传动效率评估提供高效且准确的理论方法。

复杂背景下电子吊秤数字的定位识别方法

电子吊秤计量大多以人工操作为主,计量过程中重复性操作多、自动化程度低,针对该问题,提出一种基于计算机视觉的电子吊秤数字的自动识别方法。该方法通过颜色特征定位电子吊秤,利用透视变换对电子吊秤图像进行倾斜矫正,通过轮廓特征获得感兴趣数字区域,用电子吊秤单行字体样本训练光学字符识别引擎Tesseract⁃OCR,生成独立的数字库,并用该库识别电子吊秤的数字,提高了文字识别率。应用该方法对三种电子吊秤的图像进行处理和识别,结果表明该方法可有效实现电子吊秤数字的自动识别。