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关键词： 铸造流水线   四自由度   工业机器人   控制系统   触摸屏  

摘要： 本文以四坐标机器人为研究对象,通过分析机器人的运动特性及变量参数,利用编程软件Motion Perfect2进行基本Basic指令的设计,完成机器人4轴的基本运动控制.为了使机器人在离线状态下动作,利用触摸屏完成机器人的示教再现功能,并利用触摸屏上位机实现对机器人的控制,从而提高铸造流水线上机器人的运动控制能力,

关键词： 冗余自由度机械臂   模块化关节   运动规划   快速搜索随机树   机器人操作系统  

摘要： 近年来,电子商务的迅猛发展,给传统的仓储物流业带来了新的需求和重大挑战,提升仓储物流设备智能化程度,提高设备作业效率,实现人机安全协同作业,对于推进传统仓储物流业产业升级具有十分重大的现实意义。突出的操作能力,使机械臂被大量应用于仓储物流作业中的分拣、搬运等环节。但由于传统机械臂功能单一,对于复杂作业环境适应性差,因此只能在工作场景相对固定的环境中作业,逐渐难以满足仓储物流环境中高效率、高强度和安全性的工作要求。针对上述问题,本文采用模块化设计思想,对冗余自由度机械臂进行构型分析及结构设计。在此基础上,对所设计的冗余自由度机械臂进行正逆运动学分析。最后,采用改进的快速搜索随机树算法针对机械臂在复杂作业环境中的安全运动规划问题进行研究分析。本文具体研究内容如下:(1)对仓储物流环境作业特点进行分析,根据仓储物流作业环境要求,结合现有研究成果,对机械臂的构型以及设计参数进行分析,并以此为依据,对机械臂关节模块进行结构设计及关键零部件选型。在完成的结构设计基础上,采用有限元方法对其进行强度校核,确定机械臂中机械零部件可满足使用要求。(2)对机械臂的运动学进行建模、分析。使用D-H方法对所设计机械臂进行正向运动学建模,并引入参数化臂形角,获得在臂形角约束下机械臂运动学逆解的解析表达。在所建立的运动学模型基础上,使用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行仿真分析。(3)为提高机械臂在复杂作业环境下的安全性,对基于构型空间的机械臂避障运动规划问题进行研究、分析。采用目标倾向采样策略以及启发式估价函数对基本快速搜索随机树算法进行改进,以提升算法的规划效率,减少规划时间。在此基础上,在Matlab中构建含有不同障碍物的多种规划环境,验证了改进方法的有效性。(4)对机械臂样机进行加工、装配,并搭建测试平台,对机械臂的关节模块进行负载性能测试,测试结果证明了实际得到的机械臂关节模块输出力矩满足设计要求。在机器人操作系统中搭建本文所设计机械臂的可视化仿真模型,并联合物理仿真引擎Gazebo,对改进RRT算法在高维构型空间中的规划效果进行仿真,仿真得到效果验证了改进方法在高维构型空间中同样具有有效性。

关键词： 六自由度调姿平台   挂装车   结构设计   性能试验   有限元分析  

摘要： 随着技术的发展与作业要求的提高,用于物体装卸搬运车的专业分工越来越细,针对性越来越强。但目前广泛应用的装卸搬运车存在挂装时间长、自动化水平低、耗费人力资源多等明显问题。因此,加强具有调姿功能的挂装车设备特别是基于六自由度调姿平台的挂装车研发,完善六自由度调姿平台的设计与试验研究,对促进整个挂装工业实现自动化、产业化具有重要的意义。本论文研制的是一种基于六自由度调姿平台的挂装车,该挂装车能够实现纵移、横移、俯仰、横滚、举升和回转六个自由度的调整且具有调姿范围广、调姿时间短的特点。本文研制的挂装车从理论计算、模拟仿真和试验研究三个方向开展,论文主要内容如下:首先,根据挂装车设计要求与相关设计标准,完成挂装车的整车参数匹配设计。主要包括:(1)完成对电机的计算与选型并校核挂装车驱动性能;(2)根据挂装车对电池的要求完成对动力电池的参数匹配设计。然后对挂装车整车进行结构设计,包括:车架设计、转向机构设计、动力电池箱设计、车身与控制面板的设计并提出底盘总布置方案。最后确定整车电源系统、电气系统和液压系统初步方案。其次,根据六自由度调姿平台设计要求提出总体设计方案,并分别对纵移回转层、横移层、俯仰横滚层、垂直升降层和被动调节层进行结构设计与强度校核。同时对举升机构进行理论分析与力学计算,根据油缸最大推力完成举升油缸选型。为了研究六自由度调姿平台对挂装车作业工况的影响,本文选取挂装车在调姿作业工况中十种极限的调姿位置作为极限调姿工况,对这十种工况中的挂装车整车进行有限元分析。结果表明,挂装车的强度和刚度满足要求,并分析得到六自由度调姿机构调姿位置与挂装车受力的变化规律。为了研究六自由度调姿平台对挂装车行驶工况与模态的影响,本文针对挂装车行驶中可能遇到的三种极限行驶工况对挂装车整车进行有限元分析,结果表明挂装车的强度和刚度满足要求。对挂装车整车进行模态分析,根据前六阶固有频率和振型与激励频率对比分析,结果表明挂装车整车在行驶和作业时不会发生共振现象。最后对挂装车进行调姿性能试验、行驶性能试验与其他项目检测。根据试验得到的数据对比设计要求,结果表明调姿性能与行驶性能可以基本满足设计要求。同时根据试验中发现的问题提出了解决的措施。

关键词： 并联机器人   动力学   Lagrange法   神经网络  

摘要： 并联机器人机构自上世纪30年代出现至今,已经发展了几十年,其具有承重能力强、刚度大、动态特性好等特点,使得应用领域逐渐拓展。在不同的使用领域,并联机器人的驱动方法和材质否有着不同。微动并联机器人是微动精密机器人方向的一个典型结构,其理论分析和实践研究在机器人领域内也逐渐成为一个热门课题。并联机器人技术发展的极为迅速,相应的应用也极为广泛,但无论是一般的大型并联机器人还是微动型的并联机器人,始终面临着一些问题,如运动学正解的多解性,系统中的不确定性,工作空间的奇异性等等,使得并联机器人无法完全发挥并联机器人的性能优势,也阻碍了并联机器人的推广。本文在开始简要阐述了并联机器人的历史,介绍了其发展进程中,一些学者针对某些问题做出的巨大贡献。在文章的开头,简要介绍了国内外并联机器人的发展状况,以及未来的发展方向。文中以六自由度并联机器人为研究对象,进行了鲁棒非线性控制研究。首先,本文用笛卡尔坐标系构建了描述并联机器人的空间,其工作空间可以用位置向量表示。文中依据并联机器人的结构尺寸,写出了其几何关系,建立了过渡矩阵,并将活动台上的坐标转换到固定台的坐标系中。利用空间距离公式推导了运动学方程,并引入微分的方法,得到了逆解方程。本文选取了一个广义坐标向量来表达并联机器人的位置和姿态,利用Lagrange方程法推导了并联机器人的数学模型。然而在建模过程中,由于系统中某些动态特性很难被估计出来,使得所获得的模型是不精确的。为补偿不确定性,本文采用了鲁棒非线性控制,这是一种针对不确定性的常用方法。为了更好的补偿不确定性,发挥并联机器人的性能和品质,文中在鲁棒非线性控制的基础上,引入了神经网络对不确定性进行补偿,增强系统的鲁棒性。在文章的末尾章节,本课题使用Solidworks软件构建了并联机器人的三维物理模型,并将其导入MATLAB中,添加了相应的模块,搭建了仿真系统。本着实践的精神,本文利用实验室的并联机器人设备进行了一系列的实验测试,在Visual C++环境下编写了上位机程序。

关键词： 磺酸粘多糖乳膏   按摩   内瘘   血液透析  

摘要： 目的探讨局部涂擦多磺酸粘多糖乳膏联合按摩法促进血液透析患者动静脉内瘘成熟的效果。方法将本院2017年12月～2018年5月接受血液透析治疗的自体动静脉内瘘患者80例作为临床研究对象,根据干预方法的不同分为研究组及对照组,每组各40例。两组患者均局部涂擦多磺酸粘多糖乳膏。研究组在此基础上实施按摩,比较两组患者干预前后内瘘血管内径、血管壁厚度以及血流量。结果干预后,两组患者干预前后内瘘血管内径、血管壁厚度以及血流量水平均存在一定幅度上升,但研究组水平较对照组更高(P<0.05)。结论局部涂擦多磺酸粘多糖乳膏联合按摩法可促进血液透析患者动静脉内瘘成熟。

关键词： 六自由度机器人   轨迹规划   仿真   运动控制  

摘要： 随着现代工业生产自动化程度的不断提高,国内外对机器人技术的发展越来越重视。本文以REBOT-V-6R六自由度机器人为研究对象,对其运动学、轨迹规划、运动仿真进行了分析研究,主要研究内容如下:第一,对六自由度机器人运动学进行研究。采用D-H法建立六自由度机器人的数学模型,求出运动学正、逆解的表达式,为六自由度机器人轨迹规划及运动仿真的研究打下数学基础。第二,对六自由度机器人的轨迹进行规划。为了使得机器人在运动过程中的振动和冲击减少,通过提高轨迹规划的精度来实现,对矩形轨迹进行规划。分别采用三次多项式、三次B样条、三次NURBS、五次多项式和五次B样条对机器人轨迹进行规划。规划结果表明,采用三次NURBS规划的运动轨迹中角位移、角速度、以及角加速度光滑连续,突变较小,机器人轨迹精度好,规划性能优于三次多项式样条和三次B样条;采用五次多项式规划的运动轨迹中角位移、角速度、以及角加速度光滑,连续没有突变,规划性能要优于三次多项式样条;采用五次B样条规划的运动轨迹角位移、角速度、以及角加速度的规划性能也优于三次B样条。第三,对六自由度机器人进行运动仿真。利用MATLAB的GUI工具建立六自由度机器人仿真平台,六自由度机器人的三维模型通过在MATLAB中编写三维实体函数进行建立,此外在仿真平台中添加了关节控制模块、轨迹规划模块、动画仿真模块等等,其中轨迹规划模块中矩形、圆形、正弦轨迹等轨迹可以分别用上述五种规划方法对其进行规划;动画仿真模块可以分别仿真矩形、圆形和正弦轨迹,这对于六自由度机器人的运动学仿真的研究以及后续的运动控制提供了可靠的依据。第四,利用Visual Studio 2015建立六自由度工业机器人的控制平台。为了对机器人末端执行机构规划一个矩形轨迹,采用DMC运动控制器对实验室机器人实体进行运动控制并仿真,通过机器人控制平台来操作机器人实体验证规划的可靠性。

关键词： global performance index   influence coefficient matrices   kinematics   parallel mechanism   virtual mechanism method   全域性能指标   并联机构   影响系数矩阵   虚设机构法   运动学   global performance index   influence coefficient matrices   kinematics   parallel mechanism   virtual mechanism method   Language of Keywords: English   Chinese  

摘要： A novel 3UPS-UPR 4-DOF parallel mechanism (PM) with three UPS-type active legs and one UPR-type active leg was presented. A three-dimensional model and the inverse kinematic formulas of this PM were constructed， the first-order and second-order comprehensive influence coefficient matrices were derived based on virtual mechanism method， and analytic formulas for solving the velocity and acceleration of this PM were derived. The global performance index of this PM was analyzed using the condition number of Jacobian matrix， the impact trend of the moving platform and fixed base’s dimensions on global performance index was obtained， and the dimensions with good velocity and acceleration performances were obtained. Numerical examples verified the correctness of global performance index， and provided foundation for the optimization design of PMs. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

关键词： 机器人   布局优化   轨迹规划   运动时间   耗能  

摘要： 机器人工作单元布局是设计领域的一个重要组成部分,对于提高机器人工作单元的工作效率、减少机器人耗能具有重要的意义。本文研究对象为一种用于硅片传输的三自由度支链嵌套并联机器人工作单元,将机器人各关节运动约束考虑在内,同步完成机器人工作单元布局优化与机器人轨迹规划工作,克服了传统串行式设计对机器人工作单元工作效率的误差影响,保障了机器人的工作效率。首先,针对硅片传输机器人工作单元工作效率低下的问题,在分析总结国内外相关研究的基础上,采用了一种适用于三自由度支链嵌套并联机器人工作单元的布局优化方法。其次,建立了三自由度支链嵌套并联机器人的工作空间及运动学模型;完成了机器人周边待布局设备的简化建模以及干涉检验,分析并得出机器人的运动位姿与周边待布局设备间的位置关系。再次,利用最短运动时间轨迹规划理论在机器人关节空间进行轨迹规划,结合关节运动学约束得出机器人的运动时间;建立机器人动力学模型,结合能量计算公式求得机器人耗能。将运动时间和耗能作为布局评价指标,结合布局约束建立机器人工作单元布局优化模型。最后,结合实际案例对该机器人工作单元布局优化方法进行验证分析。实验结果表明,该方法可以同步实现机器人工作单元布局与机器人轨迹规划工作,且优化后机器人工作单元的布局更加合理,机器人的运动时间以及能量消耗均得到了明显改善。证明了该机器人工作单元布局优化方法的有效性与实用性。

关键词： 机械手   单片机   舵机   PWM   控制  

摘要： 机械手控制系统作为机械手的核心，对于它的研究有着极其重要的意义。随着微电子技术和控制技术的不断进步和发展，以单片机作为控制器的控制系统也逐渐趋于成熟。本课题正是应用单片机作为核心控制器完成对五自由度机械手系统的控制。

关键词： 七自由度工业机器人   位姿轨迹   四元数姿态算法   正弦加减速控制   遗传算法  

摘要： 工业机器人是衡量一个国家科技水平和制造业水平的重要标志,是目前我国大力发展的战略性新兴产业。由于我国对工业机器人的研究起步相对较晚,无论从制造水平还是应用水平,与发达国家相比都还有一定的差距,因此需要不断投入研究。位姿轨迹规划是工业机器人应用的一个重要方面,在减少示教工作量、提高任务精度和优化运行时间等方面有着重要作用。本文以Cyton Gamma300串联型七自由度工业机器人为对象,通过理论研究与仿真验证相结合的方式对位姿轨迹规划研究开展了如下工作:构建了机器人的运动学模型,建立了相应的运动学方程,并设计基于自适应遗传算法的七自由度机器人逆运动学求解算法。以运动学方程的正解和逆解为基础研究机器人的位姿轨迹规划方法。位置轨迹规划方面,分别以空间直线轨迹和空间圆弧轨迹为目标轨迹,研究各自的插补方法,为了避免机器人末端执行器在启停阶段的速度阶跃引起的冲击和振动,采用正弦加减速控制策略对整个运动过程进行加减速控制。采用四元数描述机器人末端执行器的姿态,研究了单位四元数球面线性插值与正弦加减速控制策略相结合的姿态轨迹规划方法,并将规划好的姿态轨迹与位置轨迹进行同步规划处理,获得了笛卡尔空间下基于正弦加减速控制算法的位姿轨迹规划算法。分析了关节空间轨迹规划方法,研究了三次B样条曲线在关节轨迹平滑处理中的应用。最后,在matlab环境下对各算法进行了仿真验证和分析,结果表明,所设计位姿轨迹规划算法可以使机器人末端执行器的运行轨迹连续光滑,位置变化和姿态变化符合正弦加减速控制策略的预期目标,各关节平稳运行。论文通过理论研究与仿真验证相结合的方式对串联型七自由度工业机器人的位姿轨迹规划算法进行了研究,为串联型七自由度工业机器人提供了一套有效的位姿轨迹规划研究方法与规划算法。