摘要： 10月11日,由国网山东省电力公司主办,国网山东电科院、鲁能智能技术有限公司承办的第四届国际电力机器人学术会议(CARPI)在济南隆重召开,会议的主要目的是交流电力机器人技术发展最新成果,研讨未来发展方向,促进各方深入交流合作。国际大电网会议组织B3委员会主席TerryKrieg(特里·克里格),中国工程院院士雷清泉,中国科学院院士、国家电网公司副总工程师陈维江应邀出席会议。国家电网公司总

关键词： 可重构机器人   动力学   构型自适应   模糊补偿控制   神经网络自适应控制  

摘要： 模块化可重构机器人(modular reconfigurable robot)由一些不同尺寸和性能的连杆和关节的基本模块组成。模块自身具有连接性和互换性,可以通过模块间的连接或分离改变机器人的整体构型,丰富其运动形式。根据不同工作环境下的任务需求重构为构型各异的机器人系统,极大地丰富了可重构机器人的适用范围。此外,采用模块化设计方法,降低了生产制造的成本,突发故障时可以通过更换故障模块迅速恢复工作,使机器人的维护和保养极为方便。因此,可重构机器人在工业机器人应用领域具有良好的应用前景,成为机器人研究的一个热门领域。可重构机器人在重构前后运动学和动力学参数发生了改变,造成被控对象的数学模型需要根据构型的不同而重新生成。对于依赖动力学模型的控制器,模型的变化意味着对控制率的参数自适应能力提出了要求。本文初步讨论了模块化可重构机器人的运动学及动力学模型生成与自适应控制器设计的问题。基于指数积公式和牛顿-欧拉方法推导了单链情况下模块化机器人系统的正运动学和动力学方程。该方法具有一定的普适性,可应用于链式可重构机器人。考虑到得出的动力学方程中存在建模误差,并且含有摩擦力及外部扰动等模型不确定项,提出一种模糊算法对其补偿控制。基于李亚普诺夫稳定性理论设计模糊网络权值参数的自适应调节律,保证不同动力学模型下闭环系统的稳定性。并引入鲁棒项整体对建模误差进行补偿以提高系统抗干扰能力。针对不同任务中拓扑构型的变化,在误差跟踪方程的基础上,设计了一种神经网络自适应控制器逼近构型的动力学模型。基于李亚普诺夫稳定性理论设计自适应率,保证闭环系统的稳定性。仿真环境下对模块化机器人的不同构型进行试验,结果证明了两种自适应方法的有效性和可靠性。

关键词： 多臂空间机器人   约束力算法   动力学   反馈线性化   多臂移动  

摘要： 随着航天事业的快速发展,具备在轨服务能力的空间机器人受到越来越多的关注。应用空间机器人对大型航天器进行维修、组装成为未来航天任务之一,为此,期望空间机器人具备在大型航天器表面附近移动的能力。本文以带有三部机械臂的空间机器人为研究对象,对其动力学、控制问题展开研究,并设计具体任务场景,对空间机器人在大型航天器表面的移动展开仿真分析。首先,给出适用于任意构型多刚体系统动力学解算的约束力算法。该算法可以在求解动力学输出的过程中解算系统约束力,为工程设计和应用阶段提供重要参考依据。通过分析开环多体系统节点处的动力学和运动学关系以及闭环结构的约束条件,将仅适用于单链结构的算法推广至适用于任意构型系统。其次,通过约束力算法建立多臂空间机器人在典型工作状态下的动力学模型,并对其进行验证。所研究的多臂空间机器人具有四种典型工作状态,分别是单臂工作状态、双臂开环工作状态、双臂闭环工作状态和三臂闭环工作状态,这四类典型工作状态在构型上涵盖了单链系统、开环/树形系统、单一闭环系统以及带有闭环结构的一般系统,在完成对机器人建模和验证的同时证明了约束力算法对任意构型多刚体系统的适用性。然后,对多臂空间机器人的控制问题展开初步研究,采用依赖系统准确模型和参数的反馈线性化与PD控制方法,针对空间机器人的多臂移动过程,分别设计适用于开环构型和闭环构型的控制器。最后,结合系统动力学模型和控制器,完成对空间机器人多臂移动过程的仿真。该过程共分为六个阶段,空间机器人利用所携带机械臂从大型卫星一个平面翻转至另一平面。仿真结果表明在所设计的反馈线性化与PD控制器的控制下,空间机器人在各个任务阶段均能跟踪期望轨迹,完成整个移动过程。

关键词： 球面并联机构   旋量键合图   动力学建模   参数辨识  

摘要： 球面2-DOF过约束并联机器人,具有承载能力与刚度高、工作空间内奇异少等优点,可以应用于球面上点的定位设备,具有重要的应用前景。本文以此并联机器人为研究对象,从多能域动力学建模、动力学参数辨识及实验等几个方面展开研究,主要研究内容如下:建立了球面2-DOF过约束并联机器人的反解模型,速度雅可比矩阵,以及每个连杆与末端执行器的速度、加速度映射模型。采用旋量键合图建立了球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统的动力学模型,所建动力学模型只有36个方程,但是由于该机构同时存在被动过约束和主动过约束,共有43个未知量需要求解,为此,针对被动过约束问题,通过分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;对于主动过约束问题,采用驱动力优化方法补充了1个方程,最终建立了该机器人完整的多能域动力学模型。并通过数值算例,验证该方法的可行性和合理性。建立了关于关键点的偏速度矩阵和等效力(力矩)矩阵,基于虚功原理,建立了球面2-DOF过约束并联机器人的动力学模型,并将其线性化处理得到关于动力学参数的线性化模型;依据该机器人的运动约束条件,以观测矩阵条件数最小为目标,对改进五次多项式的傅立叶级数进行优化并得到优化的激励轨迹;最后给出了辨识流程。设计加工了球面2-DOF过约束并联机器人样机,开发了其控制系统;并在此基础之上,进行了动力学参数辨识实验,得到了动力学参数的辨识结果,最后,利用任意轨迹对实验结果进行了验证。

关键词： 并联机器人   运动学   动力学   有限元分析   结构优化  

摘要： 本文以一种部分结构参数可调节的灵活性较高的踝关节康复并联机器人为研究对象,重点分析了该并联机器人的运动学性能、动力学性能、装配体有限元应力应变分布及结构优化等问题。主要内容如下:首先,对踝关节康复并联机器人的结构进行了分析,建立踝关节康复并联机器人动平台转角、角速度与气动肌肉长度、长度变化速度关系的运动学模型。在MATLAB中编制机构运动学模型运算程序,得到机构运动学性能曲线图,据此设计出初始状态下气动肌肉所应具有的收缩长度,同时,利用该并联机器人的运动学模型推导出了其速度雅克比矩阵,为动力学分析做基础。其次,分析了系统能量的变化关系,推导出踝关节康复并联机器人各运动部分的动能、势能表达式;应用第二类拉格朗日动力学方程,结合其速度雅克比矩阵,建立了该型并联机器人的动力学模型;运用MATLAB软件编制其动力学模型程序,绘制出给定结构参数时的机器人动力学性能算例分析图。在此基础上,根据该并联机器人具有三处机构参数可调节的特点,针对不同的康复运动输入,结合其动力学模型,在MATLAB软件中建立了该踝关节康复并联机器人的动力学仿真平台及其人机界面,可以随时得到该并联机器人在不同的结构参数(3个)及康复运动模式(14种)下其运动学及动力学性能曲线图。最后,利用三维建模软件Solidworks和有限元分析软件ANSYS Workbench对该踝关节康复并联机器人进行了装配体有限元分析,得到了康复运动过程中气动肌肉施力最大时其应力应变分布云图,据此对并联机器人的可调结构参数进行了优化分析并进一步提出了U型横架的优化方案以及四种弧形纵架的优化方案,且逐一进行了验证,得到了最优方案,大大提高了该并联机器人的刚度和强度,满足了设计要求。

关键词： 多连杆柔性关节机器人   凯恩方法   反演方法   神经网络   自适应控制   动态面控制  

摘要： 随着机器人的应用领域日益扩大,许多行业对机器人的控制精度与性能要求也越来越高。大量实验与研究表明,关节柔性是制约机器人高精度控制的关键因素,而精确的动力学模型是实现机器人高精度控制的基础。因此,研究柔性关节机器人的动力学与控制算法具有非常重要的意义。本文以多连杆柔性关节机器人为研究对象,以其动力学模型为基础,递进地研究了几种高精度控制算法。首先在Spong假设的基础上,运用凯恩方法建立了传动比不为1的多连杆柔性关节机器人的动力学方程,并在Adams中运用速比折合的方法建立了虚拟样机模型,从而为多连杆柔性关节机器人的控制提供了依据。其次,为了消除对关节柔性大小的限制以及加速度反馈信息的需要,对反演控制算法进行了研究。在动力学模型精确已知的情况下,充分利用动力学性质设计了基本反演控制算法。在动力学模型未知或不精确的情况下,设计了一种新型神经网络自适应反演控制算法。该算法将系统非线性未知项与已知项分开并利用径向基神经网络在线逼近非线性未知项,并根据李亚普诺夫函数设计控制律与参数自适应律,从而实现多连杆柔性关节机器人的关节轨迹跟踪控制。然后,为了消除反演控制过程中“微分爆炸”现象,对动态面控制算法进行了研究。在动力学模型精确已知的情况下,以基本反演方法为基础,设计了基本动态面控制算法。在动力学模型未知或不精确的情况下,提出了一种无需神经网络的自适应动态面控制算法。该算法将模型未知项表示成惯性参数的线性形式并对这些惯性参数进行估计,同时利用动态面方法引入一阶滤波器消除高阶微分项,并根据李亚普诺夫函数稳定性设计这些惯性参数的自适应律,从而实现多连杆柔性关节机器人的关节轨迹跟踪控制。最后,运用Adams进行柔性关节机器人的动力学仿真,仿真结果证明了所建的凯恩动力学方程的正确性;运用S函数在Matlab的Simulink模块中构造控制系统并进行以上所提控制算法的仿真,仿真结果证明了所提控制算法的有效性;运用Matlab与Adams进行联合仿真,证明了反演法可用于实际控制,并具有很好的控制效果。

关键词： Aerospace   Inspection   Mobile robots   Teleoperation   Autonomous robots   Field robotics  

摘要： Purpose - The following paper details a "Q&A interview" conducted by Joanne Pransky, Associate Editor of Industrial Robot Journal, to impart the combined technological, business and personal experience of a prominent, robotic industry engineer-turned successful business leader, regarding the commercialization and challenges of bringing technological inventions to the market while overseeing a company. The paper aims to discuss these issues. Design/methodology/approach - The interviewee is Dr William "Red" Whittaker, Fredkin Research Professor of Robotics, Robotics Institute, Carnegie Mellon University (CMU);CEO of Astrobotic Technology;and President of Workhorse Technologies. Dr Whittaker provides answers to questions regarding the pioneering experiences of some of his technological wonders in land, sea, air, underwater, underground and space. Findings - As a child, Dr Whittaker built things and made them work and dreamed about space and robots. He has since then turned his dreams, and those of the world, into realities. Dr Whittaker's formal education includes a BS degree in civil engineering from Princeton and MS and PhD degrees in civil engineering from CMU. In response to designing a robot to cleanup radioactive material at the Three Mile Island nuclear plant, Dr Whittaker established the Field Robotics Center (FRC) in 1983. He is also the founder of the National Robotics Engineering Center, an operating unit within CMU's Robotics Institute (RI), the world's largest robotics research and development organization. Dr Whittaker has developed more than 60 robots, breaking new ground in autonomous vehicles, field robotics, space exploration, mining and agriculture. Dr Whittaker's research addresses computer architectures for robots, modeling and planning for non-repetitive tasks, complex problems of objective sensing in random and dynamic environments and integration of complete robot systems. His current focus is Astrobotic Technology, a CMU spin-off firm that is d

关键词： Biomimetic   Creativity   Engineering design   Evolutionary design   Industrial design   Innovation   Mechanical design   Mechanical transmissions   Mechatronics   Medical robotics   Medicine services robotics   Robotics   Surgery robotics assisted   Sustainable development  

摘要： It is an entry technique in use recently, albeit in selected centers and represents a further step in the field of minimally invasive surgery. Basically it has the same indications but, at present, is reserved for selected patients. Compared to traditional video-assisted surgery presents some important differences. The surgeon is physically distant from the operative field and sits at a console, equipped with a monitor, from which, through a complex system, controls the movement of the robotic arms. These are fixed the various surgical instruments, tweezers, scissors, dissectors, that team shall present to the operating table to introduce into the cavity operative site. The use of mechanical arms has the advantage of allowing a three dimensional view an image with more stops and to make the most delicate maneuvers purposes and also because the tools are articulated to the distal end. The disadvantage is related to the times longer operative and the difficulty of determining the strength (as can happen in giving the right tension to a surgeon's knot). In the future it can be assumed that robotic surgery will allow, with the development of the experience, the spread of the equipment and improvement of telecommunication systems and data, to operate at ever greater distances. If you think that today, the space centers, you can operate the robots sent to the moon or farther away, it is not hard to believe that it will become usual to operate from side to side of the area, providing you with all the best and specific skills. The first surgical robot called da Vinci, in honor of Leonardo da Vinci, was developed in Silicon Valley by Intuitive Surgical and in 2000 he obtained the authorization of the American Food and Drug Administration (FDA) for use in laparoscopic surgery. The present paper wishes to show briefly several models of the main robots placed in the service of human medicine. © 2016 Relly Victoria V. Petrescu, Raffaella Aversa, Antonio Apicella and Florian Ion

关键词： 机器人  

ISBN: (纸本)9787111536017

关键词： Dynamic analysis   Finite element   Modal analysis   Silo   Suspended robot  

摘要： All mechanical systems are subjected to dynamic forces when they are in functioning. Thus a dynamical analysis has to be studied to determine the system behaviour. The vibration is of interest to study, due to its destructive or constructive effect. In the present era computational techniques are quite common and are very reliable as far as the modal analysis is concerned. In this work, the robot of silo cleaning is analysed for its vibration behaviour using finite element method (FEM).The robot was modelled and meshed in ANSYS. Modal analysis was conducted to calculate few initial natural frequencies. After carrying out the modal analysis, harmonic and transient analysis were done to see the response of the robot under dynamic loading. It was observed that robot is safe in its entire range of operation. © IAEME Publication.