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基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足人类向微小世界探寻的需要,作为机器人技术发展的一个重要分支,微操作机器人成为机器人学中十分活跃的研究领域. 本文结合国家"863"计划项目"6自由度纳米级宏微操作机器人的研究(项目编号2002AA422260)"和"原型装置靶瞄准定位系统工程预先研究项目(项目编号863-804-5)",共搭建了3套实验系统,其中采用了单一驱动以及双重驱动两条技术方案.在广泛的分析了目前已有的柔性精密定位系统,并联精密定位系统和宏/微双重驱动系统的基础之上,针对目前大范围运动定位与高精度定位的应用实际需要,提出了大行程柔性铰链的概念设计,并以此构建六支链大行程柔性并联结构定位系统,为满足超高精度的定位需要,在并联支链中集成了压电陶瓷驱动,构成了宏/微双重驱动并联结构系统,充分体现了驱动,结构,检测一体化的设计思想. 在结构单元的设计方面,针对当前柔性铰链运动范围小等问题,在通用的球副柔性铰链的基础之上,提出了大行程柔性铰链的概念设计;在柔性并联结构的设计方面,提出了在通用的并联结构系统中,采用大行程柔性铰链代替传统运动副的设想,建立基于大行程柔性铰链的并联结构系统. 在大行程柔性并联结构的运动学建模方面,利用材料力学的基本原理和小变形假设,推导了大行程柔性铰链的数学模型,并给出了在全局坐标系下的显式表达;在此基础之上,通过刚度组集的办法建立了大行程柔性铰链并联结构柔性支链的运动表达式,通过联立运动位移协调方程和力约束协调方程,建立了并联结构的位置解模型. 由于并联结构系统中的各部件,特别是柔性铰链结构在自身变形提供整体结构的运动输出的同时,还经历了大范围的刚体运动,导致大行程柔性并联结构的位置解模型成为典型的几何非线性问题.鉴于此,本文首先推导了空间柔性结构的几何非线性的刚度递推模型,并利用牛顿-莱弗森方法对该模型进行了求解.由于几何非线性模型的迭代求解方式,导致该模型的实时性很差,不易移植至控制系统进行实时控制求解,故在大量的试验尝试的基础之上,选择了BP神经网络方法,建立了3层六输入-六输出的位置解神经网络结构,从而在方便了实时控制编程的同时,还大大提高了系统的位置解的求解速度. 由于柔性并联结构的位置解模型中不仅仅包括结构中的位置信息,还提供了结构中相关的力信息以及刚度信息,本文在上述位置解模型的基础之上,给出了该类系统的刚度模型,并建立了并联结构中的结构参数和尺度参数对系统刚度的影响图谱,对这类系统的结构综合以及优化设计提供了有力的工具. 在大行程柔性并联结构的动力学建模方面,采用了欧拉梁理论和有限元方法,由拉格朗日方程建立了基于实际位移的大行程柔性铰链并联机器人各支链的动力学模型,并通过位移协调方程和动力协调方程,最终得到并联系统的动力学模型.综合采用了纽马克方法和牛顿-莱弗森方法解决了系统动力学求解问题,并通过一个算例进行了基于逆动力学的求解仿真. 在大行程柔性并联结构的样机实验方面,我们提出了采用大行程柔性铰链作为被动关节的6-PSS并联机器人系统,该系统采用压电马达作为驱动器,精密光栅尺作为位置反馈元件,其可在立方厘米级的工作空间内实现微米级精度的运动;在此基础之上,我们在并联机器人的支杆中嵌入压电陶瓷,在压电马达的宏运动结束之后,压电陶瓷可以驱动并联机器人进一步的微调,从而得到一个6-PSS和6-SPS结合宏微双重驱动并联机器人系统,其中,微动系统可在微米级运动空间内实现纳米级的运动精度.基于大行程柔性铰链的宏微双重驱动并联机器人系统,可以同时满足大工作空间和高精度的工程需要.此外,我们将大行程柔性铰链并联机器人系统,成功的应用到激光瞄准靶支撑装置中,其厘米级的运动范围和纳米级的运动分辨力,使其在神光III系统中发挥了十分重要的作用.
哈尔滨工业大学 2021-05-04
一种适用于机器人无线充电系统的控制装置及控制方法
本发明公开了一种适用于机器人无线充电系统的控制装置及控制方法,该无线充电系统包括高频逆变电源、能量发射装置、能量接收装置及能量变换电路;控制装置包括充电控制器、光电开关传感器,光电开关传感器安装在能量发射装置的四个角;光电开关传感器的输出端与充电控制器的输入端连接,充电控制器用于控制高频逆变电源是否工作;能量发射装置、充电控制器、高频逆变电源均安装在地面充电站。本发明将无线电能传输技术、智能技术完美地结合起来,使巡检机器人能够在无人干预的情况下长期工作;可以根据需要选择自动充电还是手动充电;投入成本较低,控制方法灵活方便、可靠性较强,有很强的实用性。
东南大学 2021-04-11
基于大行程柔性铰链的6自由度并联机器人系统的研究
项目成果/简介:随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造,MEMS封装与组装,高精密机械加工与装配,生物芯片制备,大范围高速扫描检测装备等行业.随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度,高重复精度,高分辨力,同时还要求其工作范围大,质量轻,能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求.在这样的前提之下,为满足
哈尔滨工业大学 2021-01-12
一种基于体感技术的机器人离线示教编程系统及方法
本发明公开了一种基于体感技术的机器人离线示教系统,其包 括空间点位采集模块,数据处理模块和离线编程模块,其中,空间点 位采集模块用于完成机器人的示教过程,其通过体感设备识别和捕捉 人体肢体动作,获得肢体运动轨迹中的空间点位,以提供给数据处理模块;数据处理模块用于对所述空间点位进行滤波和光顺处理,获得 适合机器人运动的运动轨迹,并将处理后的空间点位坐标提供给离线 编程模块;离线编程模块用于对运动轨迹中的空间点的坐标进行坐标 变换和后置处理,以生成机器人可以执行的代码,用于输出至机器人 实现示教。本发明
华中科技大学 2021-04-14
一种加工航空领域金属构件基于 CMP 的机器人磨抛系统
本发明公开了一种基于 CMP 的机器人磨抛系统,包括六轴机器人、放置工件的工件夹、对需要抛 光工件进行检测并三维重构的轮廓检测单元、带抛光垫的磨轮、安装磨轮的基座、以及主控制器,所述 六轴机器人自由端部设有带伺服电机的电主轴,工件夹上方设有能向工件喷 CMP 抛光液的抛光液喷射 装置,工件夹安装在所述电主轴上,所述主控制器控制轮廓检测单元、六轴机器人、电主轴
武汉大学 2021-04-14
一种用于消化道内窥镜检查的胶囊机器人及其控制系统
本发明公开了一种用于消化道内窥镜检查的胶囊机器人,包括胶囊外壳、设置在胶囊外壳内部的内置永磁体、齿轮传动机构、影像采集单元,以及可伸出胶囊外壳的回转腿;其中内置永磁体可在外置永磁体的驱动下旋转;齿轮传动机构的输入端与内置永磁体相连,用于将旋转运动转换为绕着胶囊机器人主轴线的回转运动,其输出端与回转腿构成移动副,用于驱动回转腿以改变其伸出胶囊外壳的长度;影像采集单元用于拍摄被检部位,并将所拍摄的影像发送至影像接收处理装置,由此执行内窥镜检查过程。本发明还公开了相应的运动控制系统。通过本发明,能够灵活执
华中科技大学 2021-04-14
LG-GJQS1型 工业机器人与智能视觉系统应用实训平台
一、产品概述       本设备以工业机器人与机器视觉为核心,将机械、气动、运动控制、变频调速、编码器技术、PLC控制技术有机地进行整合,结构模块化,便于组合,实现对高速传输线上的不同物料进行快速的检测、组装。为了方便实训教学,系统进行了专门的设计,可以完成各类机器人单项训练和综合性项目训练,可完成各类机器人单项训练和综合性项目训练。可以进行六轴机器人示教、定位、抓取、装配等训练,        包含六自由度工业机器人、智能视觉检测系统、PLC控制系统及一套供料、输送、装配、仓储机构,可以实现对高速传输的工件进行分拣、检测、搬运、装配、存储等操作。该平台各组件均安装在型材桌面上,机械结构、电气控制回路、执行机构相对独立,采用工业标准件设计。通过此平台可以进行机械组装、电气线路设计与接线、PLC编程与调试、智能视觉流程编辑、工业机器人编程与调试应用等多方面训练,适合职业院校、技工学校自动化类相关专业《工业机器人与控制技术》、《自动化技术》等课程的实训教学,适合自动化技术人员进行工程训练及技能比赛。二、技术性能1、输入电源:单相三线~220V±10% 50Hz2、工作环境:温度-10℃~+40℃  相对湿度≤85%(25℃)  海拔<4000m3、装置容量:<1.5kVA4、实训平台尺寸:2200mm×1200mm×1500mm5、安全保护:具有漏电保护,安全符合国家标准三、设备结构与组成      该实训平台由ABB IRB120-3型六自由度工业机器人系统、海康智能视觉检测系统、可编程控制器(PLC)系统、四工位供料单元、环形输送单元、工件存储盒供料单元、工件组装单元、仓库单元、废品回收桶、各类工件、型材实训桌、型材电脑桌等组成。 1、工业机器人本体: ABB IBR120/3六自由度工业机器人本体;最大负载≥3 kg; 最大臂展半径≥580mm; 轴数:≥6轴;位置重复精度:≦0.01mm; 防护等级: ≥IP30; 轴运动范围: (1)1轴:≥±165°  (2)2轴:≥±110° (3)3轴:≥+70°至 -110° (4)4轴:≥±160° (5)5轴:≥±120° (6)6轴:≥±400° 机器人本体重量:≤25kg; 最大噪音:≤70dB(A)。 2、工业机器人控制器: (1)紧凑型工业机器人控制柜,与配套的工业机器人本体配套; (2)控制硬件:多处理器系统大容量闪存、 UPS 备份电源(≥20S); (3)控制软件:软件出厂预装; (4)额定功率:≥3KVA(变压器容量); (5)电源输入:200V/230V 50-60Hz (6)尺寸:710*449*442mm (7)重量:30kg (8)防护等级:IP20 3.FlexPendant示教器 (1)重量:1kg (2)支持:彩色触摸屏、操纵杆,紧急停、支持惯用左/右手切换,支持U盘、热插拔、恢复程序,支持USB储存器,带时间标记登录,支持远程服务。 4、海康智能视觉检测系统   主要是配合工业机器人做智能检测工件角度缺陷及自动对位等以及工业机器人视觉学习开发使用;工业相机,要求如下:像素:≥130W像素; 分辨率:≥1280×960; 像素尺寸:≥3.75μm× 3.75μm; 光谱:彩色; 支持自定义AOI,降低分辨率、f≥16mm F1.4:12毫米工业镜头,百万像素相机; 配套同轴光源,光源大小≥80mm×80mm;准环形光源,直径≥70mm,照射角度≥90度,带模拟控制器;配套同轴光源及光源控制器:发光窗口≥50mm*50mm含调光控制电源;机器视觉兼视觉开发环境。5、西门子可编程控制器单元     配备西门子S7-1200可编程控制器,自带以太网通讯模块、数字量扩展模块控制机器人、电机、气缸等执行机构动作,处理各单元检测信号,管理工作流程、数据传输等任务。   6、四工位供料单元     由移动井式料库、推料气缸、无杆气缸和光电传感器组成,安装在型材实训桌上,用于将工件库中的工件依次推出到环形输送线。提供不同颜色的标准工件,杂色叠加等不合格工件。多工位的供料设计,使得供料方式多样化,可以进行单一的上料,也可以进行不同颜色的组合上料,以及对上料速 度进行控制,实现上料形式的多样化。7、环形柔性输送单元      包含一套交流调速系统,由三菱D720变频器、三相交流电机、环形板链(传送带)、光纤传感器等组成,安装在型材实训桌上,用于传输工件。8、工件存储盒供料单元      包含一套步进电机推杆、DM556步进驱动、料盒存储槽等组成,安装在型材实训桌上,当一个工件存储盒被取走会自动退出下一个工件存储盒,用于工件存储盒自动供料。9、工件组装单元      由工件存储盒托盘及型材立柱组成,安装在型材实训桌上,用于装配工件。工件盒内设有4个工件槽用于放置工件,机器人可以根据不同配方按照上位机设定颜色进行放置工件。10、仓库单元      由工件存储盒托盘及型材立柱组成,安装在型材实训桌上,机器人用于放置装配完的组件进行堆垛,也可以通过机器人对装配完成的组件进行拆垛。11、废品回收桶      安装在型材实训桌左后侧,用于机器人自动放置被检测出来的无用工件或不合格品。 四、实训项目1. 机器视觉系统的原理、使用和调试2. 六轴工业机器人系统的原理、使用和调试3. 六轴工业机器人坐标系统和机器视觉坐标系统标定及相互转换4. 工业机器人与机器视觉系统综合应用的安装与调试5. 机器视觉系统模板设置、编程与调试6. 通过示教单元手动调试工业机器人7. 通过示教单元设置、修改各控制点坐标8. 通过示教单元编写、修改工业机器人程序9. 机器人追踪坐标整定10. 工业机器人系统的软件二次开发编程  11.智能视觉图像输入编辑与调试12.智能视觉结果给出编辑与调试13.智能视觉颜色比对测量14.智能视觉编号比对测量15.智能视觉尺寸比对测量16.智能视觉角度测量17.智能视觉系统与工业机器人综合应用18.PLC程序编程与调试19.智能视觉系统与工业机器人综合应用
北京智控理工伟业科教设备有限公司 2022-06-30
一种利用波浪能驱动的大洋探测机器人
本发明涉及波浪滑翔机领域,旨在提供一种利用波浪能驱动的大洋探测机器人。该种利用波浪能驱动的大洋探测机器人包括机械动力部分和探测装置部分,所述机械动力部分包括浮子基体、舵片、翼片、柔性缆索、重块、机器人机架、蓄电池、单片机、舵机,所述探测装置部分采用浮子载体实现,浮子载体与浮子基体连接,用于安装固定太阳能电池板、PH传感器、温度传感器、GPS模块、无线通信模块。本发明完全依靠机械结构将波浪能转换为向前的推力,并利用太阳能电池板为加装的多种传感器供电,不需要提供额外的能量,从而通过简单的改变搭载仪器完成不同的功能需要,实现平台的多功能利用和拓展化利用。
浙江大学 2021-04-11
基于5G通信控制的智能喷雾机器人
1.开发背景 随着去年新型冠状病毒的爆发,全国各地各个场所的消毒任务显得尤为必要,现在在医院等场所,依旧是采用背负式喷雾机进行喷雾消毒,人力消耗大、效率慢且很辛苦,因此需要解决喷雾的效率问题。 2.开发思路 立式双筒喷雾机器人,包括底座,固定支架,两个喷雾设备,中间装有双目摄像头,底座上分离式安装有立体式水箱,水箱顶部周边的支架上固定安装有水泵,电气箱。应用了5G通信技术进行硬件设计、网络传输,应用QT实现遥控界面的开发,通过机器人上方的高清摄像头采集到的视频,然后转换、压缩反馈到遥控界面,由反馈得到的视频信息,通过遥控远程控制机器人的驱动、喷雾等功能。 3.主要创新点 (1)立式机器人创新结构设计 (2)基于双目测距的智能喷雾设计 (3)基于5G通信模块的远程操控 4.市场应用 (1)江苏淮安宾馆有限公司 (2)江苏臻隆生态农业科技有限公司
淮阴工学院 2021-05-11
多机器人三维几何地图的融合方法
本发明公开了一种多机器人三维几何地图的融合方法,包括:把待融合的三维几何地图投影成二维的栅格地图;采用图像配准算法对栅格地图进行融合,得到栅格地图之间的旋转参数;对三维地图施行旋转变换,采用三维点集配准算法进行三维几何地图的融合。本发明多机器人三维几何地图的融合方法,通过考虑三维地图中的几何特征信息,结合二维地图融合和三维点集配准算法,完成多机器人三维几何地图的融合,明显了改进三维几何地图融合的准确性。本发明多机器人三维几何地图的融合方法主要用于在多机器人同时定位与地图重建应用中,对单个机器人所创建的局部地图进行融合以形成全局地图。
浙江大学 2021-04-11
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