四自由度码垛机器人性能优化方法

码垛机器人是自动化车间最常用的工业机器人之一，合理的现场布置方案和控制方法可以有效地提升码垛机器人的运行性能，提高生产效率。本文主要从基于最优路径的现场布置方法和基于平均速度的控制逻辑两个方面对四自由度码垛机器人性能优化方法进行了研究。     

码垛机器人工作空间合理度量化评价方法及应用

文章提出了一种对四自由度码垛机器人工作空间合理程度进行量化评价的方法。应用D-H法建立待评价机器人坐标系,将最小长方体任务空间转化为子午面内矩形任务空间,对比分析机器人实际工作空间与矩形任务空间的偏差,并结合对于工作空间利用效率的考虑,提出了应用工作空间利用率及左侧轮廓斜率绝对值评价机器人工作空间合理程度的方法。算例验证表明,该评价方法有效,相关方法对四自由度码垛机器人的结构设计及优化有一定的指导意义。     

基于多项式拟合插值函数的码垛机器人轨迹规划

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于关节空间提出一种新型多项式拟合插值的运动轨迹规划方法。该方法不仅能够保证其速度、加速度甚至冲击有界且连续,还可得到不同限制条件下机器人最短执行时间;同时根据码垛机器人的特殊结构和特定运动模式,基于机器人末端运行路径实现了对关节运动过程的进一步合并优化,使得编程控制简单化。基于MATLAB软件对拟合曲线实现了仿真,分析对比了对称型及非对称型拟合曲线各自的性能。最后,在TRIO Motion Perfect软件环境下实现了码垛机器人实验运动控制。结果表明,该运动轨迹规划方法准确可行且工作效率高。     

计入多个闭链影响的四自由度机器人动力学优化

文章以动力学性能指标为优化目标,对含多个局部闭链的四自由度码垛机器人结构设计中的尺寸参数优化设计方法进行了讨论;充分考虑多个局部闭链间的相互影响,建立了码垛机器人的刚体动力学模型,对模型的计算精度进行了验证分析;在此基础上,针对机器人典型的运动轨迹下的动力学性能优化设计方法进行了探讨,以机器人各驱动关节的峰值扭矩和机器人总能耗最小为动力学优化目标;优化过程中,计入杆件质量和质心位置的影响,并利用平方和加权法将多目标优化问题转变为单目标优化问题。算例结果表明,优化后各项动力学性能指标得到明显改善,腰部、大臂和小臂的驱动峰值扭矩降幅分别为8.35%、16.23%和10.45%,机器人总能耗降幅为9.78%,验证了该优化方法的有效性。     

基于焊接工艺的悬臂式重载码垛机械手

设计了一种基于焊接工艺的悬臂式重载码垛机械手,利用SolidWorks建立了大臂和小臂的三维模型,采用ANSYS对其进行静力学分析,获得了最大负载工况下大臂和小臂的应力分布及变形云图,并在ADAMS软件中模拟研究了机械手大臂和小臂的动力学行为。分析结果表明:机械臂的应力和变形量满足设计要求,运行平稳,证明了对机械臂制造工艺的改进可提高码垛机械手的刚度及生产效率,降低生产成本。     

四自由度机器人Matlab仿真实例

以一个四自由度机器人为例,图示了关节坐标系的设置,建立了机器人的运动学参数和关节的变换矩阵,并通过两个Matlab示例程序介绍了仿真程序的编写方法.最后通过实际仿真应用,探讨了利用Matlab软件完成绘制四自由度机器人的三维运动轨迹,并且通过动画来进行仿真研究的方法,最终通过机器人在笛卡尔空间做直线轨迹运动的截图展示了仿真运行的效果.研究表明,利用Matlab进行软件仿真能够大大地缩短机器人的开发周期,具有非常高的经济效益.     

基于单维拉线测量系统的码垛机器人定位误差分析及运动学标定

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于单维拉线测量系统对该机器人的运动学标定方法进行了研究.采用环路增量法构造了码垛机器人平行四连杆的误差模型,并建立了带关节变量比例系数的运动学误差模型,从而对关节传动误差进行补偿.通过对影响机器人末端位置精度的几何误差参数进行敏感性分析,将几何误差源简化为11项,可有效提高辨识效率.结合单维拉线测量系统的特点,建立了末端运动误差与几何误差源的映射关系,进而提出了一种基于距离测量的参数辨识模型.通过计算机仿真和标定试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明,标定后码垛机器人位置误差3?值由11.73,mm减小至1.79,mm,运动精度提升84.7%,.     

结合深度强化学习与变形五次多项式的搬运机器人关节轨迹规划

针对在生产节拍固定的情况下搬运机器人各关节的运动轨迹及时间分配问题,构建基于深度强化学习与变形五次多项式相结合的搬运机器人关节轨迹时间分配模型;设计以节拍要求、速度约束和加速度约束为目标的奖励函数,搭建神经网络,利用MATLAB/Simulink软件,得到满足生产节拍和运动学约束的时间序列,并利用单臂四自由度搬运机器人仿真实验,验证所构建模型的可行性和有效性。结果表明：单臂四自由度搬运机器人各关节的运行时间均为5.89 s,其中平移关节1、 3的最大速度分别为2 597.84、 1 697.97 mm/s,最大加速度分别为19 532.11、 31 302.61 mm/s²;旋转关节2、 4的速度大小相等且方向相反,最大角速度均为137.53 (°)/s,最大角加速度均为1 180.51 (°)/s²,均未超过运动学约束;所构建的模型可以解决在指定生产节拍下搬运机器人关节轨迹时间分配问题,实现搬运机器人搬运过程中各关节的运动均衡,改善搬运机器人运行的稳定性和有效性。     

基于UG预处理的ANSYS有限元分析方法

为克服大型复杂构件使用ANSYS进行有限元分析时实体模型建立过程中的困难,将计算机辅助设计软件UG与有限元分析软件ANSYS结合起来,在UG中完成实体模型的创建、有限元模型的生成、材料属性的设置以及边界条件和载荷的加载等预处理工作,并生成解算文件.然后将解算文件直接导入ANSYS软件中进行求解,克服了UG实体模型导入ANSYS后网格划分困难、UG有限元模型导入ANSYS后预处理工作无法展开的缺点.实际算例表明,文中方法发挥了UG功能完备的建模优势及ANSYS强大的解算功能,并充分利用了解算文件的可修改性和ANSYS软件的开放性,使分析的可行性与精确性达到最大的统一,为大型复杂结构的有限元分析开辟了新途径.     

风洞四自由度并机器人奇异路径优化分析

奇异位形是机器人机构的一个十分重要的运动学特性,机器人的运动、受力、控制精度等方面的性能都与机构的奇异位形密切相关。该文对风洞四自由度并联机器人奇异位形进行了研究,使得机器人动平台能够平滑地绕开奇异点且能够获得最短路径,并建立了奇异位形优化方程。最后通过MATLAB仿真得出优化后的轨迹。     

一种新型四自由度并联机器人

提出一种用铅垂导轨上4个滑块作为原动件的新型四自由度并联机器人。该并联机器人的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该并联机器人的运动学建模方法,给出了运动学正、逆解,用Grassmann几何法分析了该并联机器人在其工作空间人不会出现奇异形位。基于该四自由度并联机器人可以非常方便地开发具有大工作空间的五轴联动数控机床。     

多机器人多工位码垛系统的实现与优化

本文主要介绍了一个柔性生产线多机器人多码垛位的应用实例。系统同时采用2台码垛机器人、4个码垛位完成柔性生产线末端码垛任务。系统中由PLC完成过程控制、机器人通信工作,由上住机完成信息处理及目标码垛位的分配。文中详细介绍了竞争算法实现码垛位分配原则,该算法简洁,易实现,易调试。实际应用表明系统调试方便,运行稳定。     

重载码垛机器人法向动态静力学分析

针对高速重载码垛机器人运行中产生法向抖动的问题,提出了一种计算机器人动态法向位移的数学方法.分析了各个关节的法向受力,建立了机器人臂部机构的力学模型,应用虚功原理和叠加原理求解了机器人末端的动态法向位移,确定了机器人臂部机构的薄弱环节,运用Matlab软件进行了理论计算,其结果反映了动态法向位移随机器人运动指令的变化.使用ANSYS软件进行了仿真分析,得到了臂部机构薄弱环节的变形云图,与理论计算结果基本相符.本方法可以作为码垛机器人关键零部件的设计的理论依据.     

四自由度采摘灵巧臂的结构设计及运动学分析

根据四自由度机械手臂应用于蔬果采摘的要求,提出一种坐标系优化法。先列出基于此坐标系的四自由度机械手臂运动学方程,并求得其正、逆解,然后求得末端执行器的位置、方向角度与机械手臂主动关节的关系;再利用动力学仿真软件ADAMS/VIEW对机械手臂的虚拟样机进行建模;最后,将运动学分析结果导入在MATLAB/Simulink搭建好的机器人力控制系统模型,进行联合仿真,得出运动轨迹、各个方向转角误差等仿真曲线。通过仿真验证了理论推导的正确性和方案的可行性,进一步证明本方案具有很好的运动特性。     

棉花异性纤维分拣机器人总体结构的优化设计

针对棉花分拣的具体情况,依据机器人的机构选型原则,对棉花分拣机器人进行了机构选型设计,提出了一种具有整体升降和小臂伸缩功能的五自由度串联关节型棉花分拣机械手.基于棉花的分布空间,利用几何法对机械手末端轨迹进行模拟,得出机械手工作空间主剖面的面积组成,由此确定了机器人机构参数的取值范围,并建立优化模型,得到了机器人机构参数的优化解.     

基于ABB机器人工作站的码垛工艺实现方法

在ABB机器人工作站基础上,研究码垛工艺普通功能实现法、码垛工艺计时功能实现法、码垛工艺样式选择实现法等三类码垛工艺实现方法,并通过RBF神经网络对其进行轨迹优化,从而提高其轨迹准确性。通过对码垛工艺实现方法的研究,能够有效地提高码垛工艺轨迹的稳定性与效率。     

水轮机修复机器人打磨工况的谐响应分析

水轮机修复机器人在打磨工况时产生剧烈振动,为了验证机器人能否克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害影响,基于ANSYS软件对机器人进行了有预应力的谐响应分析,研究了在频率134~168 Hz范围内,机器人末端操作器中心面节点位移变化曲线及在150 Hz的外界激励下机器人节点最大位移值、应力及应变值.分析结果表明,机器人在56.667、1.57 Hz的外激励下产生共振,且节点应力小于材料的屈服强度.分析结果为研究机器人动力性能,优化机器人结构奠定了基础.     

基于弹性动力学仿真的码垛机器人动态优化

为提升码垛机器人全域动态性能,将有限元建模、弹性动力仿真、性能指标评价和尺寸寻优过程集成于Matlab下,实现自动尺寸优化.选取杆状零件的20项关键尺寸参数作为设计变量,构建有限元模型,在典型码垛过程中进行弹性动力仿真.综合提高基频、降低关节转矩和提升末端定位精度的设计要求,定义优化目标函数.借鉴梯度寻优思想,优化设计参数.优化后,机器人全域关节转矩均方根值由97.6kN·m降至81.9kN·m,全域基频均值由6.983Hz增至7.506Hz,全域定位误差均值由2.424mm降至2.119mm.结果表明通过优化码垛机器人杆件尺寸可有效提升系统全域动态性能.     

避免关节限制的机器人冗余分解方法

对几种主要的机器人运动学冗余分解方法进行了总结,指出了每种方法的优点及存在的问题;介绍了基于优化的任务扩充方法并讨论了这一方法的关切限制避免问题,通过一实际的四自由度平面机器人的仿真,比较了梯度投影法和任务扩充的方法。     

基于单片机的多功能机器人设计

本文采用MSP430F149单片机为主控,对整体的系统硬、软件框架,系统性能需求分析及设计原理进行了介绍.硬件方面讨论WIFI路由模块、四自由度机械臂、减速直流电机的控制方法,研究WIFI无线通信、车载传感器的原理与应用;软件方面主要包括对WIFI路由器、机器人主控MCU、上位机控制端的编程.经测试,本系统的实时性、可控性强,且满足多领域内对移动控制的需求.