一种基于光栅传感器反馈的混联机器人动态精度控制策略

为了有效抑制因减速器和丝杠–螺母副等传动误差及弹性变形等因素引起的跟随误差,提高混联机器人的末端动态精度,利用安装在摆角头减速器输出侧和并联机构从动关节上的高精度光栅传感器,研究混联机器人的动态精度控制策略。在PID+前馈体系架构下,采用Lyapunov稳定性理论,设计出基于光栅传感器和伺服电机编码器位置反馈的控制律,据此构建出混联机器人的动态精度补偿器。以天津大学自主研发的TriMule-200混联机器人为研究对象,开展了试验验证。结果表明,相比于半闭环位置控制,所设计的动态精度补偿器能够大幅提高混联机器人的末端动态精度,动态误差的最大降幅达到82.88%,由此验证了所提出基于光栅传感器反馈的动态精度控制策略的有效性。     

面向飞机大部件的密封胶自动涂覆机器人系统研究

针对目前飞机大部件涂胶过程中人工作业方式存在的涂胶质量一致性差、效率低、可达性有限、工作环境恶劣等问题,设计了龙门悬挂式机器人自动涂覆系统。该系统通过对视觉系统的标定以及对理论涂胶轨迹的修正,评估涂胶工艺参数影响因素,获得机器人运行速度和电机速度之间的匹配关系,并构建集成工业相机、激光轮廓扫描仪等设备的多功能末端执行器。同时开发了一套集成控制系统和软件,实现了大尺寸飞机部件的高效、高质量的密封胶自动涂覆。试验结果表明,涂胶轨迹精度为±0.5 mm,胶条精度为±0.5 mm,完全可满足实际工艺需求。     

基于深度神经网络的机器人加工系统模态特性预测

串联式工业机器人具有工作空间大且灵活性强的特点,被广泛应用于飞机蒙皮、航空透明件等大型结构件的加工。然而,工业机器人存在刚度弱、动态特性空间分布差异大的问题,导致其铣削稳定性极限低,不同加工区域的铣削性能变化明显,可供选择的工艺参数窗口狭窄的问题。研究机器人铣削系统加工过程中的动态特性,建立位姿相关模态预测模型对提升机器人加工性能有重要意义。本文以ABB机器人加工系统为研究对象,提出了一种基于深度神经网络的模态预测方法。首先,采用多普勒测振仪对机器人加工系统进行了模态试验,对多阶模态的空间变化加以分析。随后,根据机器人实际工作空间,设计测试试验组从而获取位姿相关的频响函数集,并利用有理多项式法准确辨识相关模态参数。在此基础上,采用超参数优化法建立深度神经网络预测模型,最终实现工业机器人工作空间内位姿相关的多阶模态参数准确预测。试验结果表明,该方法预测精度可达80%以上。     

结构参数范围内Delta机器人最优工作空间求解

求解Delta机器人结构参数范围内的最优工作空间对规划Delta机器人的运动轨迹具有重要参考价值。文章基于Wolfram Mathematica软件分别根据三自由度Delta机器人正、逆运动学模型求解Delta机器人的工作空间。以Delta机器人的工作空间为评价指标开展正交试验,研究Delta机器人主动臂长度(250～350 mm)、从动臂长度(500～700 mm)、静平台外切圆半径(125～175 mm)、动平台外切圆半径(50～90 mm)这4种结构参数对Delta机器人工作空间的影响。研究表明：结构参数范围内Delta机器人最优工作空间对应的结构参数分别是主动臂长度350 mm、从动臂长度600 mm、静平台外切圆半径125 mm、动平台外切圆半径90 mm,此时Delta机器人的工作空间最大,工作空间可以容纳一个高度为300 mm、宽度为800 mm的Delta机器人拾放运动门字轨迹。     

一种适应火星主要地形的航天器仿生足设计

火星地形以大面积的沙漠和崎岖陡峭的山地为主,传统火星车容易陷入沙土或难以翻越障碍。为提高火星探测任务的成功率和探索范围,文章设计一种适应火星主要地形的航天器仿生足。该仿生足兼顾沙漠和山地,具备大面积多弧形足底的柔性垫,可有效在沙漠中起到防滑防陷的作用;还具备可多向安装的仿生钩爪,支持足式火星机器人攀越崎岖山地。开展多弧形柔性足垫在沙地中的受力分析,论证其优越的防滑防陷功能。构建钩爪与大倾角地形作用的球接触力学模型,分析总结其在不同角度下建立有效抓附效果的规律。制作足部实物进行性能测试,得到了单足最佳钩爪的配置为6根钩爪,弯曲角为125°。开展足式火星机器人的运动仿真试验,验证了仿生足的越野性能和减震性能。试验结果和理论分析表现一致,仿生足具备针对火星探测的应用前景和研究价值。     

双臂空间机器人闭链系统的协同柔顺控制策略研究

双臂空间机器人对目标的协同操作具有负载能力大、定位精度高的特点,同时存在着闭链运动和控制力约束条件.本文以双臂六自由度空间机器人为研究对象,针对同一目标的搬运操作任务,建立了闭链系统的动力学模型.基于机器人和目标的虚切断铰接结构,以操作臂为刚性运动,协作臂为柔性运动的操作模式,分别设计了关节跟踪控制律和柔顺阻尼控制律.基于实例进行了运动仿真,验证了双臂协同控制算法的有效性.     

机器人力/位并环混合运动学分析研究

提出用大系统理论进行复杂的机器人力控制研究,介绍了与之相应的智能力／位并环控制新策略,针对力控制中未知环境约束运动的特点,详述了力控制大系统智能新策略中核心：根据腕力传感器输出的三维力,考虑摩擦力的影响,推导了动态求解机器人终端与环境接触点的法向--力控方向和切向--位控方向的公式,从而建立了基于力反馈的运动学模型,有效解决了长期遗留的未知环境约束运动中的难题。     

空间型两足步行机器人的运动学建模研究

提出两足步行机器人运动学建模的一般方法,既适应于平面运动型,也适应于空间运动型。采用这种建模方法,针对作者设计的NAIWR-Ⅰ空间型两足步行机器人,建立了运动学模型,并对逆运动学解和唯一解问题进行了讨论。     

视觉导引机器人定性定位与导航

在总结己有定性导航工作的基础上,系统地讨论了定性定位的两种方法——顺序区域和有向区域定位,以及各自的性质和相互关系,并给出了实验结果。     

半自主多机器人竞技对抗决策系统研究

机器人竞技以其独有的动态性、实时性等特点,逐渐成为多智能体机器人系统的研究平台。以类人型机器人为硬件平台,设计了包含视觉子系统、决策子系统以及通信子系统在内的半自主机器人的竞技对抗决策系统。然后根据类人型机器人运动特性提出攻防策略模型,设计态势评估、路径规划等相关机器人对抗决策策略。最后通过实验证明了对抗决策系统的稳定性。