关键词： KUKA机器人   动力学建模   柔顺控制   曲面抛光  

摘要： 曲面零件广泛应用于航天航空、船舶、汽车行业及模具制造行业。目前曲面抛光主要采用人工作业,存在抛光质量稳定性差、粉尘大、效率低等缺点。基于工业机器人的曲面抛光可以有效克服人工作业的各种弊端,已逐渐成为一种行业趋势。为了获得良好的抛光质量,机器人的柔顺控制是一个核心问题。本文基于柔顺控制算法,通过搭建工业机器人自动抛光系统,进行理论和实验研究。主要研究内容包括:(1)在分析曲面零件抛光工艺的基础上,通过Preston模型研究了工业机器人抛光对工件表面质量的影响因素,搭建并介绍了KUKA机器人附带力反馈的自动抛光平台,由需求设计了抛光控制软件的整体架构。(2)求解了六自由度机器人的雅可比矩阵,使用拉格朗日法完成机器人的动力学建模,求解了动力学方程重要参数惯性矩阵、重力项系数等,并对推导的动力学模型进行了MATLABA编程计算,通过联合ADAMS仿真,结果基本吻合,验证了动力学模型的准确性。(3)基于柔顺控制理论,内环采用PD控制的位置控制环,外环分别采用单力反馈控制、阻抗控制以及导纳控制互相对比分析。通过基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术,分别仿真了三种控制算法各自的参数对控制效果的影响和利弊。最终本文采用导纳控制,针对导纳控制的缺点,提出了一种基于时间的动态因子来改进导纳控制算法,可以同时符合较小的超调量及稳态误差,通过仿真验证了改进算法,得到了较理想的控制效果。(4)开发了基于VC++6.0和LabVIEW平台的抛光系统柔顺控制软件,通过LabVIEW平台完成力信号的采集,在VC++6.0平台完成上位机与控制器的通讯,完成了库卡RSI通讯协议及其控制程序的开发。机器人抛光系统通过调用基于动态修正因子的导纳控制算法子程序完成轨迹位置的修正,对曲面工件进行抛光试验,验证了控制算法的有效性。本文通过搭建KUKA机器人抛光平台,探索抛光机器人动力学特性,提出一种基于时间的动态因子的改进导纳控制算法,并通过试验验证了控制算法。本文研究成果对于机器人曲面抛光理论及工程应用具有重要意义。

关键词： 少先队员   机器人竞赛   爱迪生  

摘要： 淮安市洪泽实验小学乐搏中队中队长:满雯雯队员数:53人辅导员:应洁中队铭言:自主平等友爱向上乐学创新积极拼搏在淮安市洪泽实验小学,有这样一支中队:他们充满自信、敢于拼搏、相亲相爱、携手共进,他们就是乐搏中队。乐搏中队53名队员在辅导员应洁老师的带领下,每个队员都争当中队"小主人",迸发出无尽的朝气与热情。他们积极开展活动:走近最美劳动者王伟伟阿姨,感受时

关键词： 机器人   科技体育   少数民族地区  

摘要： 当今社会,机器人及科技体育竞赛活动开展的越来越广泛,无论国内还是国外,开机器人及科技体育竞赛已经非常普遍。而我们处于比较落后的临夏少数民族地区也不甘落后,开始慢慢尝试开展。由于没有专门的机器人教育专业教师,使得我们临夏地区在机器人方面的师资处于真空状态。为此作为一线教师在机器人及科技体育方面的培养上带来了新的思考。

关键词： 工业机器人   机器人动力学   时间最优轨迹规划   轨迹优化   凸优化  

摘要： 随着工业生产线的自动化与智能化水平不断提高,工业机器人的轨迹规划能力也面临着更严格的要求。工业机器人的时间最优轨迹规划是提高生产效率的重要技术,在过去几十年中吸引了国内外众多研究人员的研究兴趣。如何使工业机器人的末端执行器,在最短的时间内沿着预定的笛卡尔空间路径运动,同时满足运动学约束与动力学约束,仍然是一个困难而重要的问题。因此本文以工业机器人的轨迹优化算法为研究对象,针对不同的约束条件与目标函数,规划出满足工业应用要求的最优轨迹。具体研究内容如下:首先,根据小型六轴机器人的改进DH参数进行运动学建模,分析正运动学并计算连杆间的齐次变换矩阵。为了避免采用代数解法进行过多的矩阵求逆运算,选择几何投影法与欧拉角解法相结合的方法,求解小型六轴机器人的逆运动学。分别利用牛顿欧拉迭代法与拉格朗日方程法对小型六轴机器人进行动力学建模,通过编写MATLAB程序验证动力学算法,并比较了两种动力学算法的计算效率与计算误差。其次,介绍了沿预定路径的工业机器人时间最优轨迹规划算法。该算法基于机器人的完整非线性动力学,利用路径参数化的方法,建立时间最优轨迹规划的数学模型。利用凸松弛法将粘性摩擦力引入的非凸约束转化为凸约束,并将非线性的目标函数和约束转化为二阶锥约束。制定适当的离散化方案,将轨迹优化问题转化为有限维度的二阶锥规划问题。编写时间最优轨迹规划算法的MATLAB程序,调用凸优化求解器SDPT3获得时间最优轨迹的数值解。再次,针对时间最优轨迹规划算法存在的缺点,通过原理分析、模型推导、程序实现等方法,对时间最优轨迹规划算法进行改进:施加更多满足实际需求的运动学约束;目标函数增加对能量消耗和总加加速度的限制,从而降低运行时间最优轨迹的能量消耗,限制关节加速度的突变,改善轨迹的跟踪性能;引入速度相关的转矩约束,进一步降低时间最优轨迹的运行时间。最后,为了验证时间最优轨迹的可实施性,搭建了小型六轴机器人的Simulink-ADAMS机电联合仿真平台,对轨迹优化算法生成的最优轨迹进行了仿真测试,再将仿真验证后的最优轨迹在小型六轴机器人实验平台上运行,验证算法的有效性与最优轨迹的可实施性。

关键词： 管道机器人   椭圆齿轮   非对称惯性力   动力学模型   遗传算法优化  

摘要： 智慧管理是管网系统的必然趋势,而管道机器人是实现管网智慧管理必不可少的设备,管道机器人代替人工检测的技术极大的提升了检测的精度、降低了作业成本、同时提高了工作效率,然而目前的管道机器人动力系统与环境之间多为动密封,动力系统可靠运行存在隐患,为此本文提出了一种全封闭式非对称惯性行走系统。针对管道结构特点,提出了基于椭圆齿轮驱动的全封闭惯性行走机构,阐明了惯性管道机器人的机构组成、行走原理以及换向原理,分别建立了管道机器人在干燥和湿滑管道环境中的非线性动力学模型。通过数值方法,定量地求解了机器人在不同参数下的动态响应,分析了系统结构参数、驱动参数以及环境因素对行走行为的影响规律,随着管道倾角和质量比的增大,系统移动速度减小,随电机转速,椭圆齿轮偏心率、偏心质量块回转半径以及支承力的增大,系统移动速度先增大后减小。因此要提高非对称惯性行走系统的运行速度,必须综合控制系统参数的取值。进一步,以机器人最大平均速度为优化目标,通过遗传算法优化非对称惯性行走系统在干燥管道环境以及湿滑管道环境下系统参数,并与仿真参数进行对比,结果表明优化后的非对称惯性行走系统有效地提升了机器人的行走速度。最后,基于非对称惯性行走系统动力学参数优化结果,设计并试制了非对称惯性行走装置试验样机,测试了干燥管道环境中,行走装置在不同转速下的平均速度,并与理论平均速度相互对比,结果表明理论分析与试验基本吻合,从而证明了管道机器人利用非对称惯性力的驱动实现行走的可行性,同时验证了非对称惯性行走系统的动力学模型的正确性。

关键词： 智慧校园建设   教育信息化   教育教学信息化   教育新生态   数字教育资源   信息化创新   机器人竞赛   创客教育  

摘要： 教育信息化的发展带来了教育形式和学习方式的重大变革,并将极大地影响整个教育生态。近年来,长沙市通过加强顶层设计、多方协调推进,着力构建融合创新、交互共享的智慧教育体系,以网络学习空间"人人通"为载体和纽带,集成各类应用系统,创设了集教育、教学、管理于一体的智慧教育"云"

关键词： 双半球胶囊机器人   倾斜环境动力学   悬停调姿   滚动行走   爬坡性能  

摘要： 胶囊机器人,不仅能缓解胃肠道病人的诊断痛苦,而且能通过人机交互系统控制机器人避开诊断视觉盲区。在外磁场的控制下,双半球胶囊机器人可以实现精确的控制,从而在食道、胃、结肠等非结构性宽裕的环境中实现介入治疗和诊断。因其安全性高,体内诊断稳定可靠,具有普遍的临床应用推广价值,同时也是国际小微机器人医疗研究的热门领域。本文主要研究倾斜环境下双半球胶囊机器人的动力学特性、爬坡性能和运动稳定性。首先,双半球机器人通过两种模态的相互切换,不仅实现了主动模态在倾斜环境下稳定运动和爬坡行走,同时也实现了在被动模态时的悬停调姿作业。倾斜环境下机器人双模态作业的控制分离,为实现食道、胃等非结构宽裕空间内的医疗诊断与遍历检查提供了理论依据。其次,在研究过程中,发现机器人无论在何种模态下工作,胶囊机器人总是主动半球自传,作为运动主体,跟随磁场运动,被动半球并不绕轴线转动,形成欠驱动状态。深入分析双半球胶囊机器人运动时姿态特征和方位信息,从而引入陀螺定点运动时的坐标系体系。同时利用拉格朗日方程、陀螺力学等相关原理,推导了被动模态下定点“悬停”调姿的动力学模型与主动模态下的滚动动力学模型。根据机器人的“悬停”调姿的稳定条件,确定了机器人能稳定调姿的最大倾斜角和控制参数选参范围;并根据机器人的爬坡性能,确定了机器人的爬坡运动条件和不同参数下最大爬坡角度。最后,因为双半球机器人运动模型是复杂的时变非线性动力学方程,所以无法得到通用的解析解,只能通过仿真工具进行数值分析。本文主要通过Maple推导了双半球机器人运动模型,并利用Matlab仿真分析了机器人不同运动状态非线性模型的动态特性。通过分析机器人被动模态下姿态角的收敛情况,根据李雅普诺夫稳定性条件验证了机器人在被动条件下“悬停调姿”的稳定性。为了验证机器人的抗干扰能力,对机器人姿态角的时间响应曲线也做了充分分析。此外,机器人具有自站立特性,这确保了机器人的轴线方位始终只有一个,从而对机器人姿态角实现了准确的控制。在一定磁场控制下,机器人通过主被动模态转换,实现了倾斜环境下滚动和爬坡运动,这使得机器人可以按照要求到达指定位置从而进行检查,奠定了机器人在非结构性宽裕空间运动的基础。

关键词： RV减速器   变厚齿轮   传动误差   动力学分析   齿轮修形  

摘要： 机器人应用密度是一个国家工业制造发展水平重要体现,RV减速器作为保证机器人工作性能关键零部件,发挥着传递高精度运动和动力的作用。为突破机器人用RV减速器传动精度的技术瓶颈,提升国产RV减速器在全球市场的竞争力,加快我国工业转型升级,实现制造业强国战略目标,本文以机器人用变厚齿轮RV减速器为研究对象,基于变厚齿轮RV减速器的原理和特点,对其动力学特性和优化设计进行了理论分析和仿真研究。论文的主要工作内容如下:1)基于RV减速器变厚齿轮副内部激励非线性因素分析,建立了变厚齿轮副纯扭转动力学模型;并对其动力学微分方程进行无量纲化,通过多尺度法分析了内部激励作用下变厚齿轮副系统的共振响应规律。2)对RV减速器变厚齿轮传动部分的固有误差和装置误差等影响因素机理分析,推导出误差的计算公式。基于蒙特卡洛模拟原理建立了RV减速器各级传动误差数学模型,并利用Matlab软件对RV减速器传动系统误差进行了蒙特卡洛模拟分析和计算,得出各级传动误差和影响整机传动误差的最大影响因素。3)根据相对坐标理论,推导出变厚齿轮齿面方程;并基于RV减速器主要参数,通过SolidWorks软件完成了对RV减速器的三维建模。利用RecurDyn软件对RV减速器进行了动力学特性仿真,分析了各级传动转速和变厚齿轮副啮合力曲线变化规律,并验证了样机模型的正确性;并借助ANSYS软件对变厚齿轮副进行了瞬态接触分析,揭示了变厚齿轮齿面接触时的马鞍形现象。4)对齿轮修形原理及方法进行分析,推导出传动误差与修形量的关系式。基于遗传算法理论与有限元软件联合的优化方法,确定了以传动误差波动最小值为目标的最佳修形参数;通过对比分析修形前后变厚齿轮副接触特性和RV减速器的传动误差,证明该修形优化方法准确、有效,能够消除变厚齿轮副齿面边缘的应力集中、大幅度提高RV减速器的传动精度。

关键词： 机器人学   DARPA  

摘要： 2018年9月底,美国国防高级研究计划局(DARPA)将众多机器人学家聚集于肯塔基州的路易维尔巨洞,交给他们一项任务:设计出一种能在隧道和洞穴构成的、能令人筋疲力尽的地下环境里通行的机器人,那些机器人要面对地球上最残酷无情的环境。组

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787111633853

摘要： 本书详细地介绍了机器人的特点、机器人的运动学和动力学知识、机器人的控制、机器人常用的传感器、机器人视觉、机器人关节轨迹的生成、机器人编程方法、机器人焊接应用等内容。本书内容精炼, 由浅入深。书中的公式只有小部分是需要读者理解记忆的, 这在机器人运动学和动力学部分尤为明显。在控制部分, 介绍了以机器人关节为对象建立控制模型, 这是当前技术主流。机器人轨迹规划部分, 则主要以路径轨迹的产生为主, 介绍了轨迹产生方法。