【摘 要】
：
随着制造业领域对加工精度、灵活性以及可编程化的要求不断提高,工业机器人应时而起。传统机器人通常为串联机构,这种轻质构型虽然灵活程度高但刚度较低、承载能力不强,很难适用于接触力较大的加工领域。在这种背景下,混联机器人因其具有较高的刚度和较强的承载能力脱颖而出。但对于诸如搅拌摩擦焊接等接触力过大的加工环境,混联机器人虽不导致机构损坏但其变形也会影响到定位精度和加工质量。因此,本文以TriMule混联机
论文部分内容阅读
随着制造业领域对加工精度、灵活性以及可编程化的要求不断提高,工业机器人应时而起。传统机器人通常为串联机构,这种轻质构型虽然灵活程度高但刚度较低、承载能力不强,很难适用于接触力较大的加工领域。在这种背景下,混联机器人因其具有较高的刚度和较强的承载能力脱颖而出。但对于诸如搅拌摩擦焊接等接触力过大的加工环境,混联机器人虽不导致机构损坏但其变形也会影响到定位精度和加工质量。因此,本文以TriMule混联机器人的变形补偿问题为研究目标,针对机器人在不同安装方式中的变形问题展开深入研究,建立自适应遗传算法优化的反向传播神经网络（GA-BPNN）模型离线训练并得到机器人在不同位姿的变形规律,进而利用此模型对变形进行在线预测并实现在线补偿。首先,分析导致机器人发生变形的根本因素,考虑机器人的关节变形、结构件变形以及基本控制算法的误差等变形来源,研究相关理论并利用有限元仿真软件建模、计算得到机器人在运动空间部分位姿处的变形数据。通过对数据的分析得到机器人在不同安装方式、不同位姿下的变形规律。利用这些规律建立自适应GA-BPNN模型结构,并根据这些变形数据离线训练得到模型参数。在机器人正运动学、逆运动学的基础上,结合机器人串联部分的光栅尺数据建立变形补偿算法,利用训练得到的模型在线预测机器人变形数据并利用补偿算法实现实时补偿。将机器人的位姿信息作为模型的输入,在线预测得到机器人末端的位置变形值,再结合实测到的A/C摆头的两个关节角度及运动学推导得到姿态的变形值。将位置变形值和姿态变形值经过PID环节转化为补偿值后发送至机器人控制系统中,实现在线补偿。最后,分别建立外力影响明显的立式混联机器人变形补偿加工实验、重力影响明显的卧式混联机器人变形补偿加工实验。通过实验数据以及对加工工件的分析,验证变形预测以及在线补偿的准确性。
其他文献
弹性轴承拥有金属与橡胶层层相叠的特殊结构,因其特殊的结构特点而具有优良的缓冲减震性,同时它还有比一般轴承更高的疲劳寿命,可以满足长期在役的工作要求。弹性轴承叠层中的橡胶片因受循环复杂载荷而产生的疲劳破坏是其失效的主要原因。目前国内外尚无对弹性轴承进行参数化有限元建模和疲劳寿命预测相关计算的研究,因此,开发出一套适合弹性轴承建模、刚度计算和数值计算程序具有十分重要的意义。本文主要以预测一定工况下弹性
与传统的六自由度喷涂机器人相比,七自由度喷涂机器人能够解决在执行喷涂任务时所遭遇到的避障,运动学奇异以及关节物理限制等问题。然而,与一般工业机器人不同,喷涂机器人常采用中空非球型手腕。七自由度喷涂机器人作为一种带有中空非球型手腕的冗余机器人,其设计与控制面临诸多挑战。为此,本文开展七自由度喷涂机器人尺度综合,逆运动学,奇异分析以及解冗余问题技术的研究工作。首先,进行七自由度喷涂机器人的机构综合任务
伺服进给系统作为数控装备的核心功能部件,直接决定着数控装备的运动精度与加工质量。全闭环控制方法使用末端位移作为位置控制环反馈,可以抑制间隙、螺距、热变形等因素引起的运动误差,伺服进给系统中存在的弹性形变、时变特性与非线性摩擦等问题,成为制约进给系统运动精度提升的主要因素。因此研究伺服进给系统的模型建立与摩擦补偿技术具有重要意义。针对存在弹性形变与非线性摩擦的伺服进给系统建模问题,采用机理建模方法与
氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨性能好以及化学稳定性高等优异的理化特性和力学性能被广泛应用在航空航天、生物医学、机械化工、电子信息等领域。但是,随着科学技术的飞速发展,不仅要求氧化锆陶瓷本身性能优异,还对其表面性能提出了更高的要求。为了提高氧化锆陶瓷的表面性能,各种表面处理方法层出不穷。激光织构化表面处理技术作为一种新型处理技术,由于其具有操作简单、处理效率高、绿色无污染等特点,因此脱颖而出。本
机械超材料是一种新型人造复合材料,其不同寻常的材料属性来自于它们的微观结构几何,而不是材料组成。对于大多数设计完成的机械超材料,其力学性能主要由结构的几何参数决定,从而导致其性能单一,难以适应复杂多变的应用场合。可重构结构通过构型的改变可以主动调控其形状和刚度,是实现可编程、可调控机械超材料的理想选择。同时,可重构结构的应用需要其形状可被主动控制,以进行部署并与周围环境保持一致。本文主要研究了一种
搅拌摩擦焊技术是一种新型的固相连接技术,该技术在焊接过程中不需要将焊缝处金属熔化,具有变形小、应力小、强度弱化不明显等优点。可实现铝、镁、铜、钛及其合金同质或异质的板材对接、搭接、角接等,广泛应用在航空航天、船舶、汽车、轨道车辆等各个领域。由于被焊接工件的应用领域、尺寸、结构形状、加工要求等方面的不同,搅拌摩擦焊机的种类和数量越来越多,但开发新的搅拌摩擦焊机生产成本高,开发周期长,并且开发出的搅拌
并联外固定支架具有微创精准、固定有效等优点,在骨折复位、固定和康复领域具有广阔的应用前景。现有的由六条支链构成的并联外固定支架存在重量大、医学影像设备扫描后伪影严重等问题。为此,本文以三支链六自由度并联外固定支架为研究对象,开展了机构构型综合、运动学分析、拓扑与性能优化设计等研究工作。主要研究成果如下:1.构型综合。基于有限旋量理论,对三支链六自由度的并联机构开展构型综合分析。由并联机构末端期望运
连续体手术机器人可通过手术切口或自然腔道在患者体内完成复杂而精细的手术,且能在远端产生较大的力来支持各种操作,可减少对人体柔性与易损组织的损伤,提供安全人机交互,因此被广泛地引入微创手术中。但是在实际操作过程中,连续体手术机器人因其结构柔顺,建模精度低,自身材料非线性变形明显,传感元件集成困难,实现连续体机器人精确可靠的运动控制仍存在困难。内窥镜作为手术室中手术成像设备的必要组件,且不会干扰机器人
搅拌摩擦焊接技术开创至今,在国内外均发展迅猛,逐渐成为航空航天领域大型铝合金结构件的实用固相连接技术。本文基于课题组研发的一种新型混联构型机器人,开发一种以混联机器人为核心制造单元的搅拌摩擦焊装备,设计并搭建配套数控系统。针对开发的六自由度搅拌摩擦焊接装备,在综合考虑搅拌摩擦焊工艺特点的基础上,侧重于数控系统关键技术研究,并提出一种基于刚度最优区间理论的运动学逆解算法。针对搅拌摩擦焊工艺大轴向承载
水下滑翔机作为一种新型的无人水下自主航行器,因其低功耗、长航程等优点被广泛应用于海洋环境观测等领域。然而,传统的水下滑翔机依靠浮力推进,利用刚性固定平板机翼滑翔,抗流能力较弱,运动方式单一;混合推进水下滑翔机又因引入螺旋桨出现噪声大、隐蔽性弱等问题。本文借鉴牛鼻蝠鲼胸鳍大变形、大推进力的运动特点,将传统水下滑翔机的刚性固定平板机翼融入仿生学理念,采用张拉整体结构（Tensegrity）作为基本骨架