New design of a compact aero-robotic drilling end effector: An experimental analysis

This paper presents the development of a normal adjustment cell (NAC) in aero-robotic drilling to improve the quality of vertical drilling, by using an intelligent double-eccentric disk nor-mal adjustment mechanism (2-EDNA), a spherical plain bearing and a floating compress module with sensors. After the surface normal vector is calculated based on the laser sensors’ feedback, the 2-EDNA concept is conceived specifically to address the deviation of the spindle from the sur-face normal at the drilling point. Following the angle calculation, depending on the actual initial position, two precise eccentric disks (PEDs) with an identical eccentric radius are used to rotate with the appropriate angles using two high-resolution DC servomotors. The two PEDs will carry the spindle to coincide with the surface normal, keeping the vertex of the drill bit still to avoid repeated adjustment and position compensation. A series of experiments was conducted on an aeronautical drilling robot platform with a precise NAC. The effect of normal adjustment on bore diameter, dril-ling force, burr size, drilling heat, and tool wear was analyzed. The results validate that using the NAC in robotic drilling results in greatly improved vertical drilling quality and is attainable in terms of intelligence and accuracy.     

基于改进启发式蚁群算法的无人机自主航迹规划

无人机自主航迹规划是未来无人机作战使用的关键技术难题。针对传统航迹规划方法存在的求解效率不高、实时性较差、容易陷入局部最优等缺点,提出一种基于改进启发式蚁群算法的无人机航迹规划。算法前期使用Dijkstra 算法进行初始化航迹,引入启发式信息,提高搜索效率;采用Logistic 混沌映射初始化信息素,增加解的多样性,提高算法收敛速度;算法中、后期采用多航迹选择策略和模拟退火机制,提高全局搜索能力,避免因收敛速度过快,陷入局部最优解。对该算法进行仿真分析,结果表明：在存在威胁和障碍的复杂环境中,本文的改进蚁群算法与标准蚁群算法相比,能够有效规划出一条从起点到终点的航迹,并且寻优精度更高,收敛速度更快,具有一定应用价值。     

一种球形移动机器人的运动性能分析

球形移动机器人的特殊结构使之非常适合在缺少人为干预的恶劣环境(如外星球、野外等)中应用,在此类的环境中,机器人的运动性能是决定机器人能否顺利完成预定任务的关键.介绍了BHQ-1G型球形移动机器人的结构,采用几何法和拉格朗日方程建立了该球形移动机器人的模型,并对它的直线运动、爬坡能力、越障、转弯半径等运动性能进行了具体的分析,证明了该设计的可行性并确定了影响该机器人运动性能的参数.该分析结果可用于BHQ-1G机器人的优化设计和样机研制.     

基于VCM的自适应越障机器人优化设计

虚拟运动中心(VCM,Virtual Center of Motion)机构实质上是一种少自由度的功能机构,根据VCM机构的特点,将其应用到被动式自适应越障机器人的设计中,提高了机器人越障性能.通过分析VCM位置与前导轮轮心的位置关系,优化了前导机构的结构参数.利用VCM的特点简化了前导机构的静力学模型,通过量化的对比分析了悬挂在前导机构的弹簧在改善机器人整体力学性能中的作用,并优化了弹簧的安装位置.试验中优化后样机可以平稳的翻越约2.1倍轮子直径高的竖直台阶障碍,并且可以连续攀登单阶1.27倍轮子直径高楼梯和自适应各种复杂地面.     

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人（Free Floating Space Robot, FFSR）点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程（DSDRE）控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵（GJM）行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。     

层压型高弹材料及在机器人装配中的应用

在机器人实现自动装配过程中，为吸收系统中存在的位置和角度误差，促进装配过程的顺利进行，常采用柔顺装置，在该装置中，弹性件是关键元件。本文采用金属和非金属相结合，制成一种弹性杆，可作为该装置的弹性件。文中介绍了该弹性杆的层压型结构及其制造方法，分析了该杆的轴向压缩弹簧刚度和横向剪切弹簧刚度的计算方法，讨论了影响该杆性能的主要因素。本文应用该弹性杆组成了柔顺装配工作台，经性能测定和装配试验，效果良好。最后，介绍了该工作台主要性能参数的测定方法和结果。     

基于FNN机器人擦洗玻璃的主动柔顺控制研究

综合运用了神经网络、模糊理论，详细分析了力反馈和主动柔顺控制的特点，首次提出了“力／位并环控制”的新策略，建立了相应的神经网络结构，利用基于知识的模糊规则实现模糊粗校正，消除明显的干扰信号；再利用神经网络特点将力／位有效综合，并直接输入机器人位置伺服系统，实施了力／位并环控制。并在ＡｄｅｐｔＴｈｒｅｅ精密装配机器人上进行了难度极大的擦洗平面玻璃的实验，有效地将力控制在８±０．５Ｎ的理想范围内，取得了满意的效果。     

NAIWR－1智能两足步行机器人模糊自适应控制研究

本文对模糊控制、自适应控制和ＰＩＤ控制进行了综合研究，实现了自行研制的ＮＡＩＷＲ－１智能两足步行机器人的模糊自适应ＰＩＤ控制，并用模糊递阶协调方法进行关节到位协调送数，成功实现了两足步行机器人的稳定行走     

自动化钻孔系统柔性控制

针对飞机柔性装配中的壁板精确制孔问题,提出了采用工业机器人与末端执行器柔性自动化协同控制的钻孔的系统方案,实现了对飞机壁板的自动化精确制孔任务。柔性自动化钻孔控制软件系统健壮、开放性好、集成度高、钻孔效率达3～4个/min。所以,采用工业机器人钻孔系统柔性自动化控制能够满足飞机工业对精度、产量、柔性、成本等诸多要求。     

机器人柔性钻孔控制系统的设计与实现

针对飞机柔性装配的需要,在具体分析机翼钻孔流程的基础之上,提出一套基于工业机器人的柔性钻孔控制系统。该系统采用工业机器人集成多功能末端执行器的工作方式,并开发出具有精度补偿、姿态自适应调整和运动控制等功能的软件包。实验证明,该系统能有效提高机翼钻孔的质量和效率,满足其装配需求。