关键词： 蚕丝打结机器人   自动打结机构   机构动力学仿真   机构优化设计   实验验证  

摘要： 丝绸行业是我国的传统行业,作为丝绸行业的基础和重要组成部分,蚕丝业更是中国的瑰宝。现阶段国内外生产的缫丝机在结构上均采用日本早期自动缫丝机的结构,导致缫丝机在缫制生丝过程中,若瓷眼检测到蚕丝中含有过大的杂质时,会触发停或机构进而导致蚕丝断丝,目前均是由人工进行打结去糙处理,导致耗时长、人工成本高、蚕丝生产效率低等问题。基于此,本文提出一款自动打结去糙的蚕丝打结机器人,并对其本体进行了详细的优化设计,最后针对设计的蚕丝打结机器人进行实验验证。结果表明,设计的蚕丝打结机器人可以顺利完成蚕丝的自动打结、去糙处理。本文的主要研究内容如下:(1)针对现阶段机械自动打结器结构复杂、加工成本高等问题,提出了一种分离式、四驱动的蚕丝打结机器人机构形式。分离式是指将蚕丝打结机器人划分为四大机构,分别为提蚕机构、压蚕机构、打结机构和脱蚕机构;四驱动则针对四大机构分别独立驱动。这种机构形式使得蚕丝打结机器人本体简易化,四大机构相互独立且相互协调完成蚕丝的自动化打结去糙处理。(2)针对采用外接触凸轮形式实现打结的机械式自动打结器机构尺寸偏大等问题,蚕丝打结机器人采用了内接触式打结机构完成对蚕丝的打结处理。内接触式打结机构通过打结刀臂与偏心圆柱的配合实现钳嘴旋转一周形成“φ”环的功能,这种机构形式大幅度减小了蚕丝打结机器人的机构尺寸。根据内接触式打结机构的原理,提出了一种打结刀臂顶点连线向偏心圆柱横截面投影的方法对打结机构进行了详细的设计,该方法利用钳嘴机构的运动学模型及打结刀臂的重要几何尺寸实现了对偏心圆柱关键尺寸的求解。(3)针对打结机构动力学仿真过程中加速度波动较大导致打结机构的稳定性低的问题,采用序列二次规划法对打结机构进行了优化设计。优化模型以打结机构加速度波动达到最小为目标函数,以打结刀臂几何尺寸为设计变量,以丝鞘保持、机构干涉和蚕丝受力为约束条件,找出加速度波动达到最小时打结刀臂的几何尺寸的最优解。(4)针对优化后的蚕丝打结机器人进行了实验验证,并对其打结性能进行了分析。实验验证包括单次打结去糙实验验证和连续打结去糙实验验证,单次打结去糙实验验证用于分析蚕丝打结机器人驱动电机在上电时的抖动对蚕丝打结机器人打结性能的影响;连续打结去糙实验验证用于分析蚕丝打结机器人各个机构驱动电机在不同转速下对蚕丝打结机器人打结性能的影响。实验验证结果表明,蚕丝打结机器人可以顺利完成蚕丝的打结去糙处理,打结性能良好。

关键词： 缆索机器人   带集中质量的弦振动方程   共振分析   振动响应   爬升性能  

摘要： 斜拉桥和悬索桥是当今社会使用最广泛的桥梁,有着巨大的经济价值,与此同时,桥梁的安全性也是不容忽视的问题。缆索作为桥梁的主要承重部件,经常受到风振、雨振等极端条件的影响,需要定期维护,而缆索机器人的应用可以将工人从危险的高空作业中解放出来。国内外已有一些投入使用的缆索机器人,但针对与缆索机器人的动力学特性研究较少。一方面,机器人在缆索上爬行时会改变缆索本身的振动特性;另一方面,振动也制约着机器人的爬升能力。所以本课题以机器人-缆索耦合动力学问题为重点研究对象。本文的具体工作有:(1)设计机器人的总体方案。分析机器人的机械结构,讨论电机选型与传动方案,研究影响回收机构性能的关键参数,讨论控制系统方案;(2)分析机器人的爬升性能、防脱轨能力、越障能力等。研究滚轮在振动情况下的防打滑、防跑偏能力,以及相互间的关系;讨论影响越障性能的参数,并研究驱动轮所在位置对越障能力的影响。(3)研究机器人与缆索的共振问题。用瑞利商法求机器人-缆索系统的固有频率,用ansys有限元软件求机器人机架的固有频率,对机器人的结构振动以及振动控制方法进行讨论,设计阻尼减振器并用状态空间对其建模。(4)研究机器人与缆索的振动响应问题。用带集中质量的弦振动方程对机器人-缆索系统进行描述,分别用解析法和离散法研究缆索在瞬态激励下的响应方程,并在离散法的基础上进行仿真,研究机器人在不同位置时缆索最大振幅的变化;建立相似性模型,研究相似性实验方案。(5)对机器人进行室内实验。通过实验研究机器人的爬升能力、安全回收机构性能、机器人爬升速度;搭建振动爬升实验平台,讨论实验平台的设计方法,观察机器人在振动环境中的爬升性能。本文中的一些研究方法,对其他类型缆索机器人也具有参考价值。

关键词： 拖动示教   动力学模型   牛顿欧拉法   神经网络  

摘要： 随着中国制造2025的提出,国内对于工业制造领域内智能化的需求越来越大,机器人协作控制成为新的研究热点。传统工业机器人在现场采用示教盒示教作业时,需要对操作人员进行编程训练,并且针对不同的作业工序都需要单独编程,实施成本较高。因此,具有便捷化、简单化、适合小批量作业等特点的拖动示教成为新的研究热点。在此背景下,本文对基于动力学模型的机器人拖动示教技术作了相关研究。目前,拖动示教的实现方式上有多种。本文基于机器人的动力学模型研究机器人的拖动示教相关内容,在拖动示教过程中,计算出机器人的重力、摩擦力、惯性力等,并根据机器人的动力学模型和各关节的实时力矩实现对外界力的估算,然后根据估算的外界力进行机器人的运动控制,实现机器人的拖动示教。本文首先基于实验室现有硬件资源搭建实验平台,以埃夫特公司的ER3A-C60机器人为研究对象,控制器与伺服驱动器之间采用EtherCAT通信协议。基于VxWorks操作系统多任务机制实现了对机器人运行状态的实时采样与位置模式下的反馈控制,并根据电机的输出扭矩与电流之间的正比关系实现对机器人运行过程中关节力矩的采样。在软件架构上设计并实现了协作机器人的示教过程和再现过程中的各个软件模块。接着,本文对机器人的动力学模型进行分析,根据牛顿欧拉法对串联机器人的重力、摩擦力、惯性力等动力学模型进行建模,每个独立轴待辨识的参数有12个,然后将待辨识参数与机器人的关节空间输出力矩之间的函数关系转换成线性关系,并根据条件数,针对系数矩阵对于采样数据的误差敏感程度进行分析,生成了傅里叶形式的激励轨迹。基于牛顿欧拉法建立的机器人动力学模型待辨识的参数较多,较为复杂,且对采样数据的误差比较敏感。对此,本文将神经网络引入动力学模型中进行研究,利用神经网络的万能近似定理对动力学模型进行拟合预测,并利用开源库Tensorflow对神经网络建立分析。在加速度为零的匀速运动以及加速度变化的正弦运动两种情况下,将牛顿欧拉法形式动力学模型和神经网络形式动力学模型作了对比验证分析。最后,本文以实体机器人为对象,建立神经网络形式动力学模型,并进行了拖动示教物理实验,在拖动示教的实验验证中,先依次对机器人前三轴各自单独进行了拖动实验验证,大致确定各轴拖动时所需外力,最后对前三轴的同时拖动示教运动进行了物理验证。实验验证,利用神经网络形式的动力学模型能很好的实现机器人的拖动示教功能。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787300257372

摘要： 本书讲述如何提高创造力的方法，基于德博诺先生多年的研究，这是一种以结果为导向的思维方法，教人们摆脱本书旨在拓宽我们对机器人和人工智能的理解，也是一本写给“机器人”的书。如何选择才能使机器人不是人类的奴隶，也不是潜在的霸主，而成为人类的伙伴？我们需要在这个人与机器人共处的世界里建立规则，维护彼此的尊严。作者认为：今天科学家、工程师所做的决定，将会影响人类的生命、死亡、健康，工作和生活，阶级地位、个人隐私、性别身份，以及战争的未来，城市景观的形态，以及许多其他领域。垂直思考的固有模式，培养自己的水平思考能力。水平思考一词已经成为一个固定概念，被收纳入英文词典，水平思考课程在国外及中国的许多大企业、政府机构所采用，成为他们培训员工的思维方式和创造力被采用最多的课程之一。

关键词： 长沙市   创客教育   文老师   机器人   南苏丹   课堂教学竞赛  

摘要： 在新一轮的教育改革中,课程内容的设置更加注重学生核心素养的发展,更加注重动手、合作、创新能力的培养。为进一步提高小学信息教师机器人、创客教育课堂教学能力,提升学生创客作品制作水平,推进机器人、创客教育的广泛开展,6月7日至8日,由长沙市教育科学研究院、长沙市教育学会小学信息技术专业委员会主办,育英西垅小学承办的"2018年长沙市小学机器人、创客教育课堂教学竟赛暨学生创客作品比赛"在

关键词： 索杆复合驱动   码垛机器人   运动学   动力学耦合   柔索跳动  

摘要： 本文以六自由度索杆复合驱动混联码垛机器人为研究对象,对其机构设计、运动学分析、刚性假定下的动力学分析仿真,以及刚柔耦合动力学建模仿真进行了研究,本文完成的主要工作归纳如下:1.本文设计了一种索杆复合驱动混联码垛机器人,并对其机体结构和传动系统进行了详细阐述。利用改进的G-K公式计算机器人的自由度,将其与驱动源数量进行对比分析以确定机器人的运动可靠性。2.本文对混联码垛机器人的运动学进行了分析与仿真,正运动学分析得到机器人末端执行器相对于基座的位姿齐次矩阵,逆运动学分析在已知末端执行器位姿条件下,对关节变量解的组合进行了研究。本文还对混联码垛机器人的两种特定工况进行了算例求解,并对其中的一种工况进行正运动学仿真,验证运动学分析的正确性。3.本文针对刚性假定下的混联码垛机器人,构造相关速度雅克比矩阵,并选取工作空间中末端执行器位姿变量作为广义坐标,从能量的角度利用拉格朗日法建立混联码垛机器人的动力学模型,根据虚功原理求解关节所受的转动力矩以及驱动柔索的牵引力。4.本文利用仿真软件自带模块直接建立驱动柔索的柔性体,并在此基础上建立混联码垛机器人的刚柔耦合动力学模型,并对不考虑柔索弹性变形的动力学模型和刚柔耦合动力学模型进行相应的动力学仿真,对仿真结果进行对比,验证了文中混联码垛机器人的两类动力学分析都是正确的。本文还进一步研究了机器人系统的定位误差,以及驱动柔索的震颤和跳动,为控制方案的反馈环节提供具体数据,有助于提高混联码垛机器人的精确度和安全性。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787517063551

摘要： 本书对现代机器人学的理论与控制进行了系统的探究。以机器人学的相关理论为基础，详细论述了机器人的控制方法，对机器人现代控制技术进行了解构，向读者呈现出了更加直观的机器人控制技术。

关键词： 爬杆机器人   模态分析   静力学   ADAMS   动力学仿真  

摘要： 爬杆机器人,不仅能够在各种危险的工作环境下替代人工作业,而且工作效率高、运行成本低,具有安全可靠等优势,其发展前景非常广阔。因此,爬行类机器人已经成为近年来研究的热门话题之一。本文所研究的爬杆机器人是在无障碍的杆表面进行快速爬行,通过相应传感设备能在杆上进行作业维修操作的新型机器人。本课题选择以爬杆机器人作为研究对象,以现代机械设计理论为基础,通过对爬杆机器人各种工况的分析,合理设计其总体方案与结构;利用三维参数化软件PRO/E建立爬杆机器人的三维实体模型,在ANSYS环境下对其进行了模态分析,确定其固有频率值。并对其进行静力分析,通过观察受力云图发现该爬杆机器人的强度符合使用要求。再运用ADAMS软件建立该爬杆机器人的动力学仿真模型并进行仿真,获得了受力和速度的曲线图。研究结果表明,该机器人接触部分存在振动,但振动较小,对其运动不会产生太大影响;通过杆与摩擦轮受力分析,得出了该机器人的动载荷系数。根据对参数的分析结果最终确定参数值,以避免机器人在研究开发过程中因需要频繁地改变设计而进行大量的实验所带来的高昂成本问题,进而提高机器人的设计质量和缩短了制造生产的周期,因此具有理论研究和实际应用价值。

关键词： 并联机器人   绳索牵引   动力学控制   张力补偿   同步控制   自适应控制   渐近稳定  

摘要： 绳索牵引并联机器人是利用绳索连接静平台和动平台(或末端执行器)的一类特殊的并联机器人,它具有工作空间大、运动惯量小、负载/质量比高、制造成本低和易于模块化等独特优势。然而,由于绳索中只能产生拉力的特性给绳索牵引并联机器人运动控制的研究带来了巨大的挑战。本文从绳索牵引并联机器人的动力学控制、绳索之间同步控制和自适应控制三个方面进行理论研究,并在理论研究的指导下在实验室搭建的绳索牵引并联机器人平台上进行了实验验证。论文主要工作如下:(1)针对三自由度绳索牵引并联机器人,建立了绳长空间(或关节空间)驱动装置的动力学模型,设计了两种基于动力学模型的张力补偿控制方法,并利用矢量中值定理和Lyapunov方法分别证明了两种控制律下闭环系统的渐近稳定性,并在实际的空间三自由度绳索牵引并联机器人平台上进行了轨迹跟踪控制实验,实验结果表明文中提出的两种控制方法都能达到较好的控制精度。(2)绳索牵引并联机器人的运动控制主要挑战是运动过程中绳索应处于张紧状态,绳索中的拉力和各绳索之间运动的同步性存在密切的关系,而现有的控制器很少考虑这一点。为了解决这个问题,本文提出了一种绳长空间同步控制器来实现绳索之间的同步运动,最终提高动平台的轨迹跟踪精度。文中利用Lyapunov方法证明了绳长空间同步控制器能够保证跟踪误差和同步误差渐近收敛到零,并在实验平台上进行了轨迹跟踪实验验证。实验结果表明采用绳长空间同步控制器,绳索之间的同步误差和动平台的跟踪误差都大幅度减小。(3)针对驱动装置动力学模型参数的不确定性,设计了自适应控制器,并通过Lyapunov方法证明了跟踪误差的收敛性,最后将绳长空间自适应控制器用于绳索牵引并联机器人的轨迹跟踪控制。将自适应控制和绳长空间同步控制相结合,提出了一种自适应同步控制方案,通过模型参数的自适应控制提高轨迹跟踪精度,通过同步控制改善绳索之间的同步运动。利用Lyapunov方法和Barbalat引理严格证明了轨迹跟踪误差和同步误差的收敛性。最后将其轨迹跟踪的实验结果与绳长空间自适应控制器的实验结果进行了对比分析。

关键词： RV减速器   固有频率   动态响应   摆线轮   振动测试  

摘要： 工业机器人在现代化制造中有着不可或缺的作用,而RV减速器作为工业机器人关节臂的重要装置,是一种新型结构的减速器,以行星传动与针摆传动的双层式连接传动结构为基础。与其他行星传动以及谐波减速器等相比,其具有大的传动比、结构布局合理且体积比较小、承受载荷能力强、回程误差小、传动过程中比较平稳等优点。RV减速器作为一种高精密的减速器在工业中被用在机器人的关节臂上,并承载着关键性的作用。而其传动结构复杂,丰富的内部激励,并且实际工程上严格要求了高速、重载、轻量化与平稳运转等性能,近几十年来以来,国内外学者们已经对RV减速器做了一定的研究。其在静态特性研究在理论方面已经达到了一定的深度。因此,基于工程与理论研究的基础上,对RV减速器动力学特性进行研究是十分必要的。本文具体研究内容如下:首先,从传动系统动力学建模、动力学响应、动力学特性分析等方面评述了行星轮系和针摆轮系的研究进展及现状,并从固有特性、参数稳定性、动力稳定性、动态响应等方面阐述了RV减速器的研究动态方向,为论文的研究奠定了基础。其次,利用三维建模和虚拟装备等功能,建立了RV减速器的实体模型,并根据真实的安装关系完成了装配,为以后的有限元分析做准备。再者,利用有限元分析软件分析了整机的结构模态和重要零部件的约束模态,得出了前十四阶固有频率,为以后的设计提供了理论支持。最后,通过集中参数法建立了动力学方程,通过求解动力学方程,得出了传动系统的固有频率,利用归纳法画出了前八阶振型。考虑了渐开线齿轮时变啮合刚度的影响得出了各构件的动态响应,为了进一步的验证动力学模型的准确性,采用振动信号采集的理论,对传动系统进行了动力学试验,获得了机体的振动信号。通过与理论值进行比较,验证了模型的正确性,总结出了RV减速器的动力学特性,给后人的研究提供了理论支持和依据。