关键词： 虚拟样机技术   协作机器人   运动学   动力学   仿真  

摘要： “智能工厂”、“无人工厂”在工业4.0时代成为大热之词,并被认为是自动化的最高境界。随着国务院在2015年5月公布的《中国制造2025》规划将工业机器人列为十大重点发展领域之一。从传统工业机器人到协作机器人,这是工业机器人发展过程中的一次重大突破。本文采用虚拟样机技术,分析研究六自由度协作机器人的运动学、动力学和轨迹规划问题,设计了PD+G的控制模型,并进行联合控制仿真,这对协作机器人的设计及力控研究具有重要的使用和参考价值。本课题的主要研究内容如下:(1)本文以遨博(北京)智能科技有限公司的OUR-i5轻型协作机器人为研究对象,利用SOLIDWORKS软件完成该协作机器人零部件模块化建模和物理参数提取,并将该协作机器人的总体模型导入到ADAMS软件中,构建虚拟样机模型。根据协作机器人结构参数和特点,采用改进的Denavit-Hartenberg(D-H)法对其进行数学建模,分析研究协作机器人正运动学和逆运动学问题,在ADAMS软件中对该协作机器人进行运动学仿真,并使用MATLAB软件编写了运动学计算算法。通过运动学分析,详细研究了该协作机器人的雅克比矩阵及其作用。(2)采用拉格朗日动力学方法推导该协作机器人动力学数学模型,并运用MATLAB软件编写了该协作机器人动力学计算算法。为该机器人动力学研究打下了基础。(3)在运动学分析的基础上,采用三项多项式插值法、五项多项式插值法和直线插补法等方法分别对协作机器人进行关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划。使用MATLAB的工具箱Robotic toolbox进行编程,模拟协作机器人运动过程,并绘制作业轨迹,直观的验证了该轨迹规划法的可行性和有效性。(4)通过ADAMS软件导出Controls模块,结合推导的动力学数学模型,在SIMULINK中建立PD+G的控制模型并进行联合仿真分析,为该机器人力控系统的研究奠定了真实可靠的基础。

关键词： 六轴机器人   滑模控制   径向基神经网络   模糊控制   联合控制  

摘要： 六轴机器人是在工业上应用最为广泛的一种机器人类型,常应用于搬运、焊接、码垛等多种工作状态中,以其多自由度的运动和灵活性而备受青睐。然而,对于多轴机器人来说,其控制问题一直是一个难以解决的问题,尤其是对机器人末端运动轨迹的精度和速度控制方面。机器人在运动的过程中,会受到外部的干扰、载荷的冲击以及自身建模的不确定性,这些都是导致运动轨迹出现误差的原因。因此,本文在对机器人进行动力学分析之上,主要对其运动轨迹的控制方法进行详细分析。本文对机器人的运动学进行了介绍,并以此求出了六轴机器人的姿态矩阵;在此基础上,对其动力学进行了建模,并对所用到的机器人动力学特性进行了简要的介绍。并且,根据轨迹控制的一种基本算法-滑模变结构控制,对其存在的一个最大的缺点-抖振进行了说明,并介绍了四种去除抖振的方法。将四种去抖方法的控制输入分别与本身相对比,证明了四种去抖方法的有效性,但同时也能看出,抖振是不能完全去除的,只能一定程度上的消弱。由于滑模变结构控制方法自身的局限性,本文通过两种智能控制算法与滑模变结构相结合,以期达到更好的控制效果。第一种是神经滑模控制,第二种是模糊滑模控制。本文分别提出了一种新型神经网络滑模控制与一种新型模糊滑模控制算法,通过与传统神经网络滑模控制与模糊滑模控制方法相比较,所提出算法的收敛时间更短,且收敛效果更好,更加适用于实际中。并且,与传统算法只注重理论结果不同,本文将两种所提出的方法进行Matlab/Adams联合仿真,可以通过仿真模拟看出机器人的实时运动状态,给算法的准确性以充足的支持,并且,联合仿真结果也证明了算法的准确性。

摘要： 本刊讯 4月23日,由白治区教育厅主办,广西电化教育馆、百色市教育局承办的'2017年广西中小学电脑机器人竞赛'在百色市第一小学开赛.来自我区各地的730支参赛队伍约1500名中小学牛参加13个项目竞赛.

关键词： 机器人   前瞻速度控制   S型柔性加减速   NURBS曲线   前馈力矩控制  

摘要： 机器人已广泛应用于现代工业,随着机器人和自动化技术的发展,其高速运动时的准确性和稳定性日益成为检验机器人性能的重要指标,是机器人的运动控制系统必须考虑的因素。在高速运动的情况下,机器人的非线性控制特性十分明显,并且实际存在的各种复杂不确性因素也严重影响着机器人的控制精度,因此对工业机器人进行运动优化及基于动力学的控制方法研究,以实现高速高精度的控制目标具有重要的理论意义和实用价值。根据工业机器人运动控制的实际特点,在运动学和动力学两方面对其高速高精度控制的基础理论展开研究,分析了连续运动路径的前瞻速度控制方法和直线、圆弧等运动路径的笛卡尔空间插补方法。对于直线和圆弧等运动路径,引入了S型柔性加减速规划方法和多次样条曲线速度规划方法,以减小机器人启停时受到的冲击和振动;针对NURBS(非均匀有理B样条)曲线,研究了基于曲线几何特性的前瞻分段速度规划方法。最后研究了基于牛顿-欧拉迭代方程建模的机器人动力学参数辨识方法,建立了基于动力学模型的前馈力矩控制模型。研究的主要内容如下:(1)研究了连续路径的前瞻速度控制方法,在各相邻路径之间添加过渡曲线,并规划出各段路径起始和终点处速度。同时也研究了直线、圆弧、过渡样条曲线等运动路径的笛卡尔空间实时插补方法。仿真结果表明,该方法避免了机器人在路径过渡处的频繁启停,提高了机器人运行的速度。(2)对于直线和圆弧路径,研究了S型柔性加减速速度规划方法,以减小机器人启停时受到的刚性冲击;而为了应对机器人带大负载高速运动的场合,研究了多次样条曲线速度规划方法;为了得到无冲击且柔性很好的加减速效果,研究了三角函数速度规划方法;对于NURBS曲线,采用全局插值和一阶泰勒展开的方法生成NURBS曲线,然后研究了基于曲线向心加速度和弓高误差限制等几何特性的前瞻分段速度规划方法。实验结果表明,以上速度规划方法,在一定程度上减小了机器人启停时受到的冲击,提高了工业机器人的位置控制精度。(3)研究了基于牛顿-欧拉迭代方程建模的机器人动力学参数辨识方法,通过数值解法得到带基础动力学参数的动力学方程,解非线性最优化问题得到最优傅里叶激励轨迹,使用带权最小二乘法解超静定方程得到机器人基础动力学参数。建立基于机器人动力学模型的前馈力矩补偿模型,根据机器人的理论轨迹,建立缓存队列,根据中心差分法计算各关节的角速度和角加速度量。在伺服电机位置控制模式下,在每个插补周期实时计算机器人各关节的前馈补偿力矩,并发送到电机底层的电流环,以作为电机反馈力矩的补偿。实验结果表明,基于动力学模型的前馈力矩控制可以在很大程度上提高机器人的响应速度,减小机器人各关节的轨迹跟踪误差和机器人停止时各关节的抖动。(4)搭建了基于x86平台和嵌入式实时操作系统的机器人运动控制系统平台,分别对前述高速高精度运动控制算法进行了相关实验验证。实验结果验证了上述算法和理论的可行性和有效性。

关键词： 智能科学与技术专业   机器人学   教学改革  

摘要： 针对武汉工程大学智能科学与技术专业学生培养,通过对课程进行定位、调研和分析,阐述了机器人学课程建设的现状。其次,分析了目前机器人教学存在的问题,并给出了机器人学课程建设的思路与途径,最后,对机器人课程建设的目标进行了展望。

关键词： 混联机器人   尺寸优化   旋量键合图   多能域动力学模型  

摘要： 本课题研究的4-DOF混联机器人由平面2-DOF冗余驱动并联机构和2-DOF串联机构组成,针对规则物体的抓放任务,本文围绕平面2-DOF冗余驱动并联机构的优化设计和4-DOF混联机器人的动力学建模、控制策略及样机实验等方面展开研究,主要研究内容如下:对4-DOF混联机器人进行运动学分析以及尺寸优化。首先分别求解了平面2-DOF冗余驱动并联机构和2-DOF串联机构的运动学反解;其次综合考虑速度椭球、刚度椭球和有效工作空间性能评价指标,采用性能图谱叠加和多目标归一化结合的方法对并联机构进行尺寸优化;最后在得到并联机构尺寸的基础上对奇异性进行分析。建立混联机器人机、电、气多能域动力学全局模型。首先利用传统键合图理论建立了伺服电机和气缸的键合图模型;其次采用旋量键合图理论建立了平面2-DOF冗余驱动并联机构和2-DOF串联机构旋量键合图模型;最后对平面2-DOF冗余驱动并联机构进行驱动力矩优化,结合由旋量键合图模型得出的状态方程求解混联机器人的动力学全解,结合数值算例进行验证。利用键合图自动化仿真软件20-sim搭建了整个混联机器人的多能域动力学模型。首先对电机进行参数整定;其次对平面2-DOF冗余驱动并联机构分别采用冗余驱动分支随动控制和力/位混合控制两种方法对混联机器人进行控制仿真。搭建实验系统,利用倍福控制器和台达伺服电机作为控制器和驱动装置,在冗余驱动分支随动控制和力/位混合控制两种情况下分别对混联机器人进行了控制实验;基于末端执行器抓放物体实验,研究4-DOF混联机器人对抓放任务的完成能力。

关键词： 六工位冷镦机   辅助换模机器人   动力学模型   路径规划   参数优化  

摘要： 冷镦机生产零部件各环节自动化、智能化的程度直接体现一个国家的装备制造行业的发达水平。对于多品种、小批量的生产模式而言,冷镦机的生产效率主要受制于冷镦机换模效率。目前,美国、日本等发达国家已经研发出冷镦机全自动换模系统,而国内的冷镦机换模技术非常落后,通常采用纯手动人工换模。为了缩短与发达国家在冷镦机换模技术的差距,达到提高冷镦机模具更换的效率和安全程度的目的,本课题独立自主研发出一款冷镦机模具更换辅助换模机器人。首先,对冷镦机模具更换流程进行动作分析,即夹取、搬运、装配、拆卸、定位和紧定动作;建立辅助换模机器人的结构简化模型,求解辅助换模机器人运动方程,确定辅助换模机器人运动轨迹规划的目标函数和约束条件,优化辅助换模机器人运动轨迹。其次,针对辅助换模机器人关键部件的位姿、位移、速度和加速度等参数,建立辅助换模机器人的D-H参数模型,应用凯恩方程法确定辅助换模机器人的动力学模型,通过Adams软件对机器人进行运动学和动力学仿真分析,分析机器人的位移、速度、加速度、力、力矩、角速度和角加速度随时间的变化规律,为辅助换模机器人整机设计提供理论基础。再次,根据冷镦机辅助换模机器人设计原则,确定辅助换模机器人的机械结构特征要求和重要设计参数配置,设计机器人的立柱、摇臂、转臂、角度限制器、抓取末端等关键部件,通过Solid works软件建立辅助换模机器人的三维模型,为试制样机提供直观参照。最后,根据冷镦机辅助换模机器人设计原则,确定辅助换模机器人的控制系统特征要求和参数配置,设计机器人的电气系统和控制系统。按照设计的方案试制辅助换模机器人样机,通过空载运动试验,验证辅助机器人结构设计的合理性;通过抓取试验,对比分析人机安装效果,验证辅助机器人达到了辅助换模的设计目标。

关键词： 弹性支撑   灵长类仿生机器人   悬臂运动   遗传算法  

摘要： 本文以灵长类仿生机器人为研究对象,研究其在弹性支撑下动力学建模与悬臂运动控制问题,对模拟灵长类动物野外真实运动具有重要的意义。此外,弹性支撑下灵长类仿生机器人系统不仅具有更多的欠驱动自由度数目,还包含柔性和弹性,成为一个高维刚柔混合欠驱动机械系统,从而导致其动力学建模和控制变得异常复杂,开展此类系统的控制理论研究工作,具有重要的理论价值。首先研究了弹性支撑的近似与建模问题。自然条件下的弹性支撑可以看作为悬臂梁。其中的分布参数的属性,给机器人系统动力学建模与分析带来很大困难。为简化分析过程,考虑灵长类仿生机器人行为特点,本文提出采用双正交弹簧阻尼器近似悬臂梁振动过程,进一步,分别基于力学理论推导和悬臂梁振动实验两方面对该假设进行验证,验证了近似模型的合理性和有效性。其次,基于双正交弹簧阻尼器假设,建立了弹性支撑下灵长类仿生机器人动力学模型,并结合仿真实验,构造能量守恒条件下实验,检验模型的准确性。相比刚性支撑下的灵长类仿生机器人,弹性支撑下灵长类仿生机器人具有更高的欠驱动自由度数,同时具有更强的内部耦合特性。为深入探究其中的复杂关系,针对垂直向上平衡位置这一特殊位置展开讨论。证明其在此平衡点处可观但不完全可控的结论。通过对比,发现系统可以分解为一个三自由度能控子系统和单自由度不控子系统,采用LQR方法实现了能控子系统的镇定控制和整体平衡控制。再次,针对弹性支撑下灵长类仿生机器人这一高维刚柔混合欠驱动系统悬臂运动控制问题,限于系统动力学特性的复杂性,传统的虚约束方法、目标动力学方法不再适用。本文提出采用基于遗传算法的前馈控制策略。将期望控制输入离散化为控制向量,利用遗传算法,结合给定的目标,寻找最优的控制向量。此外,还从理论上推导了悬臂运动周期的预测公式,为优化提供参考依据。本文先后讨论了时间无约束距离约束、时间最优能量最优、时间能量距离混合优化等情形,仿真结果表明方法的有效性。最后,开发了一套弹性支撑下灵长类仿生机器人半实物仿真平台,其中包含机械本体,电控系统和驱动软件。利用遗传算法对系统模型进行参数辨识。在此平台上开展实物实验,实验结果表明,利用所提出的方法,可以实现弹性支撑下灵长类机器人的有效控制。

关键词： 机器人  

ISBN: (纸本)9787560363950

摘要： 本书侧重于对机器人的应用和分析, 介绍了机器人的用途和组成, 包括机器人子系统、驱动器、传感器等方面的内容 ; 还从运动学、静力学、动力学、运动控制、运动规划等方面全面系统地介绍了对机器人的分析方法。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787115449832

摘要： 本书主要介绍机器人学的一些基本理论，包括对机器人的发展历程、机器人的结构和行为、机器人技术以及相关的实例讲解。本书是在iRobot平台上对一系列的机器人实例进行讲解和实现，书中采用独特的讲解模式，循序渐进地为读者揭秘有关机器人的各项内容。