关键词： ROV   reactor pool   redundant navigation   speed detection   hydrodynamics   sonar  

摘要： The navigation reliability of remote-operated vehicle (ROV) in nuclear power plant is very important. It is necessary to carry out redundant navigation design using components with stronger anti-radiation performance compared with traditional navigation devices, to ensure relatively high precision navigation in the case of failure of traditional navigation equipment. The paper proposes a new navigation algorithm for ROV working in the reactor pool combined propellers' rotating speed detection with hydrodynamics analysis and sonar data correction without using other sensors, just as a redundant navigation strategy. The designed ROV can work at any water depth thanks to the high-precision depth control algorithm. At first, the hydrodynamics analysis of ROV is completed. After that, the dead reckoning (DR) is implemented combined with rotating speed detection of high-performance propellers with dynamics analysis of ROV. Then, the error of DR is analyzed and compensated through repeated field experiments. At last, the sonar data are added to correct the deduced position of ROV when it stops. Field experiment verifies that the precision of the proposed algorithm is high enough to be used as a redundant navigation strategy for ROV working in the reactor pool of the nuclear power plant.

关键词： 重载搬运机器人   动力学分析   性能提升   位置控制系统   参数整定   系统仿真  

摘要： 在经济和产业转型升级过程中,随着技术成熟和制造成本的降低,工业机器人被广泛应用于实际生产中,大规模地解放了生产力,提升了企业的综合实力。在纺织行业,受工作环境和成本制约,以及人口老龄化速度加快,劳动力结构性短缺矛盾日趋严重,研发和应用更换搬运棉桶的机器人是当务之急。本文结合纺织车间实际情况,设计了重载搬运机器人和AGV协同作业的复合机器人,并对重载搬运机器人重点分析,进行了机器人结构概述、动力学分析与仿真、位置控制系统参数整定及工作性能实地测试。结合机器人技术参数和工作流程,确定了机器人总体设计,分析了其结构特点;基于拉格朗日方法推导了机器人动力学方程,指出了惯量项、加速度项和重力项等系数对控制系统的影响;总结了与机器人构件质量、几何长度相关综合物理量,从机械设计的角度分析了通过减小综合物理量的方式提升动力学性能,并提出了结合其他平衡方式来改善系统动平衡。为实现机器人稳定运行与精度提高,依据集中参数法推导了传动系统动力学方程;基于PID控制思想建立了关键轴伺服系统方程,分析了机器人独立关节位置控制系统模型;运用MATLAB软件进行系统仿真,利用阶跃响应曲线与试凑法对整定及优化系统参数;基于整定后的参数,研究了系统阶跃响应和位置控制跟踪误差特征规律。为验证机器人结构设计的合理性和电机选择的正确性,采用ADAMS对机器人关键部件的运行动态特性与末端位移特征曲线进行仿真,分析了关键部件运行过程中误差波动及行成原因;通过模拟机器人典型工况下的作业受力情况,考察分析了关键部件的峰值力矩特征规律;依据机器人关节位置控制系统模型,建立了联合仿真平台,并对机械结构及控制系统性能进行了测试。为进一步验证机器人设计的合理性和可靠性,搭建复合机器人实验样机;结合理论分析和在线调整技术进行伺服系统调参,参照工业机器人安全实施规范和调试说明对控制系统进行了联调,实地测试了机器人稳定运行状态;依据测试标准测试了机器人的位置距离重复性,其结果与行业标准基本吻合,并提出了影响机器人精度的主要因素。本文在参考国内外文献和前人研究的基础上,重点研究了自主研发的重载搬运复合机器人,分析重载搬运机器人结构特征;通过机器人动力学分析,提出了机器人动力学性能提升途径;通过阶跃响应曲线和试凑法,对位置控制系统参数进行了整定优化;通过对机器人动力学与控制系统仿真,验证机器人结构设计的合理性和电机选型的正确性;通过系统调试与性能测试,表明机器人设计功能与运行技术达到了行业标准,具有一定工程实践指导意义。

关键词： 工业机器人   可控机构   动态性能   运动学   误差分析   运动标定  

摘要： 随着工业机器人的蓬勃的发展,以及应用领域的不断扩大,现代工艺和生产制造对机器人的工作性能提出了更为严格的要求。精度作为衡量工业机器人工作性能的重要指标之一,是研究人员紧密关注的对象。现如今市场上机器人主要以传统串联机器人为主,其拥有工作空间大、占地小的优点,但是由于其机构为开链式结构,且驱动电机安装在关节的转角处,使得机械臂受力增加、运行时的转动惯量大。而机器人的外加负载、惯性力以及运行位姿都会引起杆件和关节累积形变,从而严重影响机器人的稳定性和末端定位精度。为了改善机器人的动态性能、提高作业精度,我们结合并联机构的优点,并且将可控机构理论与传统的串联机器人相结合,研制出一种新型六自由度可控焊接机器人。本文以实验室研制并加工的样机为研究对象,建立了机器人的运动学以及工作空间,然后运用有限元法对机器人机构进行弹性动力学建模,进而对机构的动力学方程进行求解,分析了机器人运行时的弹性误差。其后根据运动学知识对机器人进行了运动误差分析,分析了运动学模型中各参数偏差对末端定位影响的敏感度,为合理配置公差、选择加工精度提供了经济实用的参考。最后通过标定仿真实验,用最小二乘法识别出机器人的真实参数,反馈给机器人运动学模型当中,提高了机器人的绝对定位精度,验证了该方法的可行性。

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。

关键词： 贵州科技馆   机器人  

摘要： 2018年新年伊始,中国科协青少年科技中心主任刘阳一行六人到贵阳调研机器人大赛场地情况。贵州省科协副主席刘开树、贵州科技馆馆长杨泳滨、贵州省青少中心主任朱莞苏、贵州科技馆副馆长刘嵘陪同调研。据悉,此次现场调研是为2018年第十八届全国青少年机器人竞赛各项活动的开展摸底。调研组先

关键词： 冗余驱动   并联机器人   刚体动力学   刚柔耦合   主动控制  

摘要： 面向先进制造业领域对高性能并联机器人的应用需求,本文以一种平面冗余驱动并联机器人为主要研究对象,系统研究其刚体动力学建模、性能分析、刚柔耦合非线性动力学建模以及主动控制策略设计等关键问题。全文取得如下成果:(1)以平面3-RRR并联机器人及其衍生出的平面冗余驱动4-RRR并联机器人为分析对象,基于矢量链法,建立其位置逆解模型,并进一步获得了两类机器人的逆速度雅克比矩阵和逆加速度映射模型;在此基础上,针对特定运动轨迹,进行逆运动学仿真;基于间接雅克比矩阵,定义灵巧度指标,对两类机器人进行运动学性能比较分析。结果表明,冗余驱动可有效克服传统非冗余驱动并联机器人工作空间内的第二类奇异,并可有效改善机器人的运动学性能。(2)基于凯恩方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法,据此建立了冗余驱动并联机器人和非冗余驱动并联机器人的刚体动力学模型,有效降低了建模复杂度。基于系统刚体动力学模型,定义动态灵巧度指标,据此比较分析了上述非冗余驱动并联机器人和冗余驱动并联机器人的动态性能,并针对特定运动轨迹,开展了逆刚体动力学分析。最后,建立机器人的多体仿真参数化模型,对理论模型的正确性进行了验证。(3)针对高速应用环境和面向控制需求,建立平面冗余驱动4-RRR并联机器人的刚柔耦合动力学模型。首先,借助假设模态法和凯恩方程,建立机构任意支链的刚柔耦合动力学方程;其次,基于多体思想,组集支链和动平台动力学方程,进而附加约束方程,建立系统的刚柔耦合动力学模型;在此基础上,基于零空间矩阵法,消除系统动力学模型中广义约束力,获得独立广义坐标形式的动力学简化模型,为主动控制策略实施奠定基础。(4)为适应主动控制,建立永磁同步伺服电机动力学模型,进而与机械系统刚柔耦合动力学模型进行整合,建立系统的机电耦合动力学模型。在此基础上,借助奇异摄动方法,将机电耦合动力学模型分解为不同时间尺度下的慢、快变子系统,分别针对各子系统设计控制器,进而组合获得系统的复合控制器,以实现机器人的轨迹跟踪和振动抑制。最后,针对特定运动轨迹,开展主动控制仿真,验证了主动控制策略的有效性。本文研究成果可进一步充实并联机构研究理论,对进一步拓展其应用领域具有重要的理论意义和参考价值。

关键词： Inspection   Robot   Drones   Non-destructive testing  

摘要： Purpose - The purpose of this paper is to provide an insight on the use of robots in a range of industrial test and inspection applications. Design/methodology/approach - Following a brief introduction, this discusses robotic test and inspection products and practices in the following applications: pipelines, storage tanks, bridges, marine uses, green energy generation and aerospace. Finally, concluding comments are drawn. Findings - This shows that robotic test and inspection practices are being used in a wide range of applications across a diversity of industries. This reflects the many operational and economic benefits arising from their use which include the ability to automate certain laborious manual methods;operation in hazardous locations;uses in inaccessible environments such as within pipelines;the ability to deploy several different techniques simultaneously and thus detect multiple potential defects;reduced workforce costs;and, very often, more rapid testing and greater data acquisition rates than are possible with human operators. Originality/value - This illustrates the increasingly important role played by robotic technologies in industrial test and inspection practices.

关键词： 智能机器人   智能装备  

摘要： 智能机器人学院是广东开放大学(广东理工职业学院)与巨轮智能装备股份有限公司(广东首批15家机器人骨干企业之一)合作共建。实行"混合所有制"办学模式,是广东省高职院校首家机器人学院。学院主动对接"中国制造2025"国家战略,重点、发展工业机器人、服务机器人、无人机、人工智能四大领域,培养智能装备制造业紧缺的高素质技术技能型人才。

关键词： 阿西莫夫的教诲   机器人学三法则   人类与机器人的关系   人类中心主义  

摘要： 阿西莫夫通过《双百人》展示了人格的丰富内在含义,特别是其中所包含的财产、自由、生命和人格尊严的基本内容。作者通过揭示在现代英美法框架下,机器人安德鲁获得法律上的主体资格的过程,或明或暗地提出了机器人学三法则所内含的矛盾问题,但是作者并没有对机器人学三法则进行任何文本的修订,这是因为作者意图通过对机器人安德鲁独一无二之特性丧失分析,隐微地告诉潜在的立法者对普遍赋予机器人法律主体资格之可能性与必要性的否定性倾向。阿西莫夫从机器人学的终极发展进行思考,将《双百人》作为他最喜爱也是自认为写得最好的机器人短篇作品,以不那么刺耳和令人反感的方式,提醒和警告在人工智能发展的时代,重申保障人类整体和个体的安全是而且必将是人类立法者的最高义务和最高价值。

关键词： 超冗余仿生象鼻机器人   结构设计   运动学   动力学   虚拟样机技术  

摘要： 本文以5(3UPS-URP)超冗余仿生象鼻机器人为研究对象，研究超冗余仿生象鼻机器人的结构设计、运动学、动力学及虚拟样机技术等。论文取得如下成果：　　以生物象鼻的生理结构和运动形式为参考依据，提出仿生象鼻机器人的机械结构设计要求，制定详细设计方案，确定单元体构型、机器人整体构型与连接方式，根据实际需求选取实体样机所需零部件，最终完成超冗余方式象鼻机器人设计方案。　　在考虑到支链关节灵活性的情况下，从支链角度研究3UPS-URP并联机构动力学。利用矢量链法进行运动学分析，引入自然正交补法推导与分解惯量矩阵，同时建立其支链动力学模型，在给定末端运动轨迹的条件下对其驱动力及驱动功率进行模块化解耦分析，最后通过具体数值算例进行仿真分析，验证了自然正交补法运用于3UPS-URP并联机构动力学建模的正确性。　　研究超冗余仿生象鼻机器人运动学与动力学，对其进行运动学建模，同时引入各单元体的自然正交矩阵来消除运动方程的约束力项，并对其进行动力学建模，进而推导出一种运用自然正交补法的超冗余仿生象鼻机器人逆动力学模块化求解方法，最后通过具体数值算例进行仿真验证。　　运用虚拟样机技术建立3UPS-URP并联机构和超冗余仿生象鼻机器人的三维模型，对其进行运动学仿真，验证运动学理论建模的正确性。选取几种具有代表意义的超冗余仿生象鼻机器人极限构型进行静刚度分析(变形量、应力及应变)，保证超冗余仿生象鼻机器人整体强度满足要求。在运动学仿真分析与静刚度分析的基础上，对3UPS-URP并联机构和超冗余仿生象鼻机器人进行动力学仿真分析，在验证前面动力学建模的同时，分析其运动误差状况，并对所选驱动装置是否符合要求进行校核。