基于Beckhoff的瓷砖铺贴机器人控制系统设计

为促进建筑行业自动化发展,针对瓷砖铺贴工艺对机器人技术、定位技术及高速、高数据处理性能及实时坐标记录的需求,提出了基于Beckhoff嵌入式PC控制系统的瓷砖铺贴机器人控制系统。设计了针对机器人、移动平台、激光测距传感器、真空吸盘的综合控制系统,该控制系统利用激光传感器实现瓷砖空间定位,真空吸盘实现瓷砖抓取放置动作,移动平台扩大瓷砖铺贴范围。Beckhoff嵌入式PC作为上位机与硬件通过对应数字量模块、RS232模块实现通讯。瓷砖铺贴实验结果表明:系统可实时记录瓷砖位置坐标,并能满足机器人实时控制的需求,验证了该系统在精度上可完全代替人工实现瓷砖铺贴工作,同时铺贴效率得到了大幅提高。     

掘进机截割头齿座的机器人自动定位技术

为提高悬臂式掘进机截割头上截齿的定位精度,改进截割头制造质量,根据截齿在截割头表面的排列形式,分析齿尖的定位方法和截齿空间姿态的确定过程,提出并研制一种基于截割头设计方法的齿座定位专用机器人系统,介绍了将截齿定位设计坐标系转换为专用机器人制造坐标系的方法。通过控制串联式机器人手部关节的旋转与回转台的翻转,实现了截齿空间姿态设计参数与制造参数的统一;通过重力自定位原理,实现了齿座相对机器人手部的自动精确定位,有效降低了机器人调试过程的复杂性。此外,通过模拟机器人自动制造过程,分析了不同制造工艺路线对截割头齿座定位工作效率的影响。研究结果表明,采用机器人自动定位技术能有效提高截割头齿座定位精度,合理的制造工艺路线能有效提高截割头制造效率。     

可移动多维振动时效机器人设计与运动学分析

针对现有振动时效技术的不足,为解决多维激振作业的需求,设计了一种在3-UPU并联结构支架基础上串联3条机械臂的混联式多维振动时效机器人,拓展了末端执行器的自由度及工作空间。运用ADAMS对并联支架进行运动学分析;基于D-H参数(Denavit-Hartenberg parameters)对机械臂进行建模,并对串联机械臂进行正运动学求解,运用MATLAB对机器人机械臂Ⅱ的工作空间进行求解,解出激振器工作空间的范围。验证了机械臂末端执行器工作区间的可行性。多维振动时效机器人机械臂拥有良好的工作性能,提高了振动时效的工作效率,机械臂间相互协同满足多维振动时效的作业要求。     

基于径向基神经网络的Delta机器人位置精度补偿

针对Delta并联机器人末端控制精度问题,提出一种基于RBF的提高Delta并联机构运动学控制精度的方法。首先对Delta并联机器人的运动学逆解进行分析,探讨了影响控制精度的因素和现有提高控制精度方法的局限性。其次,求解Delta并联机器人的工作空间,结合实际工作,通过试验采集训练样本。以末端实际位置为输入样本,末端的期望位置与实际位置之差为输出样本,进行RBF神经网络模型训练,得到末端实际位置与位置偏差之间的非线性映射关系,基于此设计位置补偿策略。最后,在Delta机器人平台上进行实验验证,使用训练好的RBF网络结合运动学逆解,对Delta机器人末端进行轨迹跟踪控制。实验结果表明,末端控制误差由±30mm减小到±5mm,有效的减少了末端位置误差,为Delta机器人精准控制提供了一种简单易行的方法。     

基于模型预测控制的轮式移动机器人轨迹规划

针对轮式移动机器人(Wheeled Mobile Robot-WMR)自身欠驱动的特点,并考虑到实际工作时的各种约束和限制,提出了一种基于模型预测控制(Model Predictive Control -MPC)的多约束轨迹规划方法。可以对车体自身的运动学约束、物理约束以及避障等约束进行集中有效的处理,可以生成符合车体自身模型特点并满足各种约束的可行轨迹,充分保证了轮式移动机器人自主行驶的可行性,安全性,高效性。仿真结果充分验证了该方法的有效性。     

多重约束下智慧仓储机器人配置仿真优化研究

针对智慧仓库的仓储机器人配置问题,构建了基于排队论的离散事件仿真模型,在保证系统可靠性和服务强度的前提下,考虑到故障对系统的影响,以距离成本、时间成本、空闲成本和购置成本所构成的总成本最小化为目标,提出了一种基于FlexSim平台的离散事件仿真优化方法。通过分析系统平均队长、订单平均逗留时间等指标,将直观化的系统瓶颈与运行实际数据相结合,求得系统成本最小的配置策略。结合实例,对算例中的智慧仓库机器人配置方案进行求解。结果表明,基于FlexSim平台的离散事件仿真寻优方法,能够求解仓储机器人配置的优化方案,并能保证模型方法的计算效率。     

基于Wigner-Ville分布的移动机器人语音定位中时延估计方法

在移动机器人语音交互中，时延估计算法的精度是影响语音定位精度的关键因素。针对在强噪声情况下，基于时延估计原理进行语音定位的精度较低的问题，提出基于维格纳 威利分布(Wigner-Ville distribution， WVD)的一次与二次相关时延估计算法。在强随机噪声环境条件下，信号间的相关计算会加大侧峰的峰值，极大程度地干扰对主峰峰值的搜索，无法准确估计时延，进而影响语音定位效果。为了减小侧峰的影响，进一步对相关峰值加窗处理。但加窗虽减小了侧峰的干扰，却导致主峰宽度变大且变化趋势平坦，也会影响时延估计精度，因此，需选择希尔伯特变换对峰值锐化处理。仿真实验研究了各算法的估计情况与时延估计的均方根误差，实验结果表明，所提出算法相比其他几种算法对时延估计性能更高。此外，实际场景实验验证了该算法的抗噪声性能。     

4足机器人腿部机构运动学分析及步态规划

为提高足式机器人的承载能力与运行稳定性，提出了一种基于3UPR并联机构的4足机器人，并对其运动性能进行分析. 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析，通过位置反解模型对机器人腿部机构进行运动学分析，得到驱动进给量和驱动速度. 通过ADAMS仿真与理论计算结果的数据对比，验证模型建立的正确性. 通过求解速度雅克比矩阵对机构进行奇异性分析. 根据单腿的运动轨迹，对机器人进行对角步态规划. 结果表明该机构具有X、Z方向转动和Y方向移动的3个自由度. 该机构不存在奇异位置，且具有良好的运动性能. 步态仿真结果表明，机器人可以在平地上实现平稳运动，前进速度达到135 mm/s.      

对流室炉管外壁清洗机设计与试验

针对加热设备对流室内炉管积灰导致能源浪费和安全隐患等问题，设计了一种可在炉管上实现行走、导向与越障功能的清洗机.该清洗机携带有喷杆，可喷射高压水射流对炉管外壁进行清洗.喷杆可自由调整摆角以实现不同层多根炉管外壁的全面清洗.根据清洗机的结构以及工作流程，设计了清洗机的控制系统.对清洗机进行了动力学仿真，对清洗机设计参数进行了优选.搭建了试验平台与样机，试验结果表明，该清洗机运行平稳，搭载高压水射流后可实现炉管清洗作业.      

油气管道涡流变形检测探头研制

针对传统的管道变形内检测探头环向检测面积较小的问题,在磁旋转编码检测技术的基础上,结合电涡流检测技术,研制了一种涡流变形内检测探头。文中首先介绍了电涡流管道变形检测的理论基础,设计了管道涡流变形检测探头的机械结构及电路系统,利用有限元方法得到探头与被测件距离d的增加引起传感器输出电压峰值信号呈现非线性减小的变化规律,同时研究了激励信号峰值和激励线圈内径变化对d值检测的影响。后进行实验验证,结果表明基于电涡流检测技术的管道变形检测具有可行性,实验测量精度达到1mm。该检测探头的研制对于提高管道变形内检测环向检测精度、降低检测成本具有一定的意义。