面向智能化铸造生产线的重载机器人迭代学习轨迹跟踪控制

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作者 胡文洪 王宪 +1 位作者 彭兆鑫 舒赞辉 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第4期581-591,共11页

围绕混线生产的智能化铸造生产线对重载机器人末端执行器高精度控制的需求,提出了一种自适应迭代学习轨迹跟踪控制的方法。首先,建立了考虑末端负载质量影响的重载机器人动力学模型,分析了重载机器人砂芯搬运时的力学变化特性;然后,在... 围绕混线生产的智能化铸造生产线对重载机器人末端执行器高精度控制的需求,提出了一种自适应迭代学习轨迹跟踪控制的方法。首先,建立了考虑末端负载质量影响的重载机器人动力学模型,分析了重载机器人砂芯搬运时的力学变化特性;然后,在传统迭代学习控制律的基础上,提出了一种新的随负载质量改变自适应调整增益的迭代学习控制律,给出了控制参数的调整策略。仿真结果表明,本文提出的控制方法具有更快的迭代学习速度,机器人的最大距离误差较传统迭代学习控制方法低56.1%以上,负载的改变对控制精度的影响可以忽略不计。本文控制方法可以提高重载机器人迭代学习速度和轨迹跟踪精度。 展开更多

关键词 重载机器人 智能化铸造生产线 轨迹跟踪 自适应迭代学习 动力学分析

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基于KUKA重载机器人的柔性搅拌摩擦焊接系统开发与试验研究 被引量：4

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作者 张新棋 董传杰 +2 位作者 谢冬 孙丹 毕煌圣 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期79-85,共7页

为实现铝合金复杂结构产品的高效率高质量搅拌摩擦焊接成形,开展了基于KUKA重载机器人与新型搅拌摩擦焊技术结合的柔性焊接系统研究,通过自主研制多功能搅拌摩擦焊主机单元和试验工装,开发机器人柔性焊接专用控制系统实现集成控制,以此... 为实现铝合金复杂结构产品的高效率高质量搅拌摩擦焊接成形,开展了基于KUKA重载机器人与新型搅拌摩擦焊技术结合的柔性焊接系统研究,通过自主研制多功能搅拌摩擦焊主机单元和试验工装,开发机器人柔性焊接专用控制系统实现集成控制,以此为基础开展了平板焊接试验试片接头组织性能研究及空间曲线轨迹的搅拌摩擦焊试验验证。研究结果表明:该重载机器人搅拌摩擦焊接系统可稳定实现6 mm厚2219 C10S铝合金平板试片和3 mm厚S形空间曲线焊接试验件的焊接,当搅拌头为转速n=800 r/min,焊接速度υ=200 mm/min时,试片接头抗拉强度和延伸率等力学性能较好,对试样焊缝进行超声相控阵及X光检测,未发现焊缝内部存在孔洞、裂纹等超标缺陷,验证了机器人搅拌摩擦焊接系统和工艺方法的适用性。 展开更多

关键词 重载机器人 搅拌摩擦焊 柔性焊接系统 空间曲线轨迹 焊接试验验证

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重载机器人横梁结构静动态特性分析与优化 被引量：12

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作者 王进 王向坤 +3 位作者 扶建辉 陆国栋 金超超 陈燕智 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期124-134,共11页

为了探究并改善重载桁架机器人横梁结构在承受极限负载压力下的静动态特性,利用有限元方法分析该结构的静动态特性并进行结构优化.静态分析结果表明,横梁结构在承受极限负载17800 N的压力下,横梁结构在Y方向上的最大变形量为0.470 mm.... 为了探究并改善重载桁架机器人横梁结构在承受极限负载压力下的静动态特性,利用有限元方法分析该结构的静动态特性并进行结构优化.静态分析结果表明,横梁结构在承受极限负载17800 N的压力下,横梁结构在Y方向上的最大变形量为0.470 mm.动态分析结果表明,横梁结构的前6阶固有频率为47~134 Hz.谐响应分析结果显示了前3阶固有频率对结构的影响.优化结果表明,在中心复合设计(CCD)与最佳填充空间设计(OSF)2种不同实验设计方法下,OSF实验设计方法具有更好的优化效果.OSF实验设计优化后,横梁结构的质量降低了1.47%,总变形量降低了18.41%,频率降低了13.48%. 展开更多

关键词 重载桁架机器人 横梁结构 模态分析 谐响应分析 结构尺寸优化

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智能重载机器人的设计与应用 被引量：2

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作者 郭超 武超 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第2期79-83,共5页

以煤矿巷道修复机为原型,对其结构进行改进;搭载油/电两用新型高效混合动力驱动控制系统,满足不同作业需求;对控制、传感与监控等模块进行协同控制,有效提升机器人智能化;将云计算、大数据、虚拟现实等技术进行有效融合,构建了完整数字... 以煤矿巷道修复机为原型,对其结构进行改进;搭载油/电两用新型高效混合动力驱动控制系统,满足不同作业需求;对控制、传感与监控等模块进行协同控制,有效提升机器人智能化;将云计算、大数据、虚拟现实等技术进行有效融合,构建了完整数字矿山类智能巷道重载机器人体系。与传统机器人相比,构建的重载机器人提升了其结构的轻便性与作业的灵活性,且智能化程度更高,自主控制能力更强,能适应巷道内狭小封闭的环境,提高了生产效率。 展开更多

关键词 重载机器人 智能化 数字矿山 虚拟现实技术

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重载足式机器人变缩放比例腿设计

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作者 索喆 李想 +1 位作者 刘建峰 王继新 《中国机械工程》 北大核心 2025年第2期191-196,共6页

分析了二自由度比例缩放机构的运动特性,对比了多种变缩放比例设计方案及其优缺点,提出了一种变缩放比例腿,设计了非线性腿长调整机构,仅用一个驱动器即可实现大腿杆和小腿杆的长度按照非线性比例关系进行调整,进而在保证缩放特性的同... 分析了二自由度比例缩放机构的运动特性,对比了多种变缩放比例设计方案及其优缺点,提出了一种变缩放比例腿,设计了非线性腿长调整机构,仅用一个驱动器即可实现大腿杆和小腿杆的长度按照非线性比例关系进行调整,进而在保证缩放特性的同时实现了缩放比例的调整。变缩放比例腿无需进行拆卸和更换零部件即可完成缩放比例的调整,改变了足端运动空间和机器人的承载能力。 展开更多

关键词 重载足式机器人 腿足行走装置 变缩放比例腿 非线性长度调整机构

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采用非线性频谱的重载工业机器人故障机理分析 被引量：4

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作者 陈乐瑞 曹建福 胡河宇 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期92-101,共10页

针对重载机器人故障机理分析问题,利用非线性频谱分析重载机器人系统故障特性。考虑重载机器人系统中存在的柔性关节,在重载机器人刚柔耦合动力学模型基础上,利用递推法建立重载机器人关节的前4阶基于输出频率响应函数的非线性输出频率... 针对重载机器人故障机理分析问题,利用非线性频谱分析重载机器人系统故障特性。考虑重载机器人系统中存在的柔性关节,在重载机器人刚柔耦合动力学模型基础上,利用递推法建立重载机器人关节的前4阶基于输出频率响应函数的非线性输出频率响应函数(NOFRF)频谱计算模型,得到不同疲劳故障程度下的NOFRF频谱;利用NOFRF频谱对关节发生机械疲劳时高次谐波成分和亚共振现象进行分析解释,并进行了故障诊断实验。结果表明:NOFRF频谱对关节疲劳故障很敏感,能够较好地解释重载机器人因关节机械疲劳故障产生抖动现象的机理;与利用系统输出频域和时频域信号进行故障诊断的方法相比,所提采用NOFRF频谱作为故障特征的方法在重载机器人的诊断准确率分别提高了19.38%和6.88%,达到了93.13%。 展开更多

关键词 重载机器人 非线性输出频率响应函数 机理分析 故障诊断

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新型全液压重载锻造机器人机构设计及分析 被引量：4

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作者 李阁强 王帅 +1 位作者 邓效忠 周斌 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1168-1175,共8页

针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,... 针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,采用三组液压缸并联驱动,可有效增大机器人工作空间,使负载分配合理,易于控制。建立了运动学和动力学模型,采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动,在MATLAB中求解出机器人的工作空间,得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线,验证了该模型的正确性和机构的合理性,为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。 展开更多

关键词 新型重载锻造机器人 运动学分析 工作空间 动力学分析

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煤矿巷道修复重载作业机器人现状与发展趋势 被引量：11

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作者 薛光辉 候称心 +1 位作者 张云飞 吴淼 《工矿自动化》 北大核心 2020年第9期8-14,共7页

煤矿重载作业机器人是替代高危岗位工人作业的智能装备,面临作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等挑战。总结了重载工业机器人现状及煤矿巷道修复装备的发展历史,指出目前煤矿巷道修复装备仅实现了遥控和自动卷缆功能,智能化水平不高,... 煤矿重载作业机器人是替代高危岗位工人作业的智能装备,面临作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等挑战。总结了重载工业机器人现状及煤矿巷道修复装备的发展历史,指出目前煤矿巷道修复装备仅实现了遥控和自动卷缆功能,智能化水平不高,需研发煤矿巷道修复重载作业机器人;提出了煤矿巷道修复重载作业机器人的概念及功能定位,指出煤矿巷道修复重载作业机器人研制面临狭长封闭巷道空间内位姿精确感知、行走路径规划与行走控制、作业轨迹规划与运动控制等关键技术问题;阐明了煤矿巷道修复重载作业机器人发展方向为提高煤矿巷道修复重载作业机器人的可靠性、稳定性和智能化水平,加强与其他机器人施工工艺的匹配。 展开更多

关键词 煤矿机器人 重载作业机器人 巷道修复 位姿精确感知 行走路径规划 行走控制 作业轨迹规划

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重载铸造机器人抓手的设计与有限元分析 被引量：2

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作者 王成军 王鹏 郭永存 《热加工工艺》 北大核心 2019年第1期82-85,共4页

针对现有机器人抓手只能连续抓取单一规格或规整形状的铸件或型芯的问题,设计了一种可抓取不同规格铸件的重载铸造机器人用多指异步可翻转式机器人抓手。运用Creo软件建立了重载铸造机器人用多指异步可翻转式抓手的三维实体模型,利用ANS... 针对现有机器人抓手只能连续抓取单一规格或规整形状的铸件或型芯的问题,设计了一种可抓取不同规格铸件的重载铸造机器人用多指异步可翻转式机器人抓手。运用Creo软件建立了重载铸造机器人用多指异步可翻转式抓手的三维实体模型,利用ANSYS Workbench软件对在抓取和翻转两种不同工况下的抓手进行了静力学分析。根据分析结果对抓手进行了设计优化,并对优化后的模型进行了疲劳分析。结果表明,优化模型优于最初设计模型并满足作业要求。结果能为重载铸造机器人抓手的设计提供参考。 展开更多

关键词 重载铸造机器人 抓手 有限元分析 结构优化 疲劳分析

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重载轮式移动机器人路径跟踪滑模预测控制 被引量：5

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作者 陈勇 刘哲 +1 位作者 乔健 卢清华 《兵器装备工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期214-220,共7页

提出了基于动力学模型的重载轮式移动机器人在工作空间受限工况下的路径跟踪滑模预测控制方法。根据重载移动机器人结构,建立机器人运动学模型和动力学建模,标定出位置误差和姿态角误差;通过泰勒公式对非线性动力学方程线性化,然后利用... 提出了基于动力学模型的重载轮式移动机器人在工作空间受限工况下的路径跟踪滑模预测控制方法。根据重载移动机器人结构,建立机器人运动学模型和动力学建模,标定出位置误差和姿态角误差;通过泰勒公式对非线性动力学方程线性化,然后利用有限差分法对线性系统进行离散化,再利用全局稳定指数趋近律控制器的位姿误差进行预滑模调节,设计了重载移动机器人的动力学滑模预测控制器;采用CarSim和Matlab对固定速度、不同速度、固定速度下滑模预测控制与预测控制及扰动等情况下的滑模预测控制器进行联合仿真,验证了机器人滑模预测控制器的路径跟踪控制可行性与有效性。结果表明:基于动力学模型的滑模预测控制方法,结合了滑模控制和预测控制的优点,有效提高了重载移动机器人路径跟踪的速度和稳定性。 展开更多

关键词 重载移动机器人 运动学 动力学 预测控制 滑模控制 路径跟踪

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基于刚柔耦合模型的重载搬运机器人动力学仿真分析与结构优化 被引量：7

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作者 苗登雨 孙玉萍 +1 位作者 周新 张志伟 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2017年第12期38-42,107,共6页

为准确分析重载搬运机器人结构设计的优劣,基于多体动力学软件ADAMS建立了重载搬运机器人的刚柔耦合多体动力学模型。由此模型对重载搬运机器人进行了重载搬运典型工况下的动力学仿真,分析了不同电动机控制方法的优劣,以及重载搬运机器... 为准确分析重载搬运机器人结构设计的优劣,基于多体动力学软件ADAMS建立了重载搬运机器人的刚柔耦合多体动力学模型。由此模型对重载搬运机器人进行了重载搬运典型工况下的动力学仿真,分析了不同电动机控制方法的优劣,以及重载搬运机器人在动作过程中的振动偏移情况。根据分析结果对重载搬运机器人结构进行了改进优化,并结合优化后刚柔耦合模型的动力学仿真验证了结构优化的有效性。所应用的建模及分析方法简便可靠,提高了工作效率,具有一定的工程实用价值。 展开更多

关键词 重载搬运机器人 刚柔耦合 动态仿真 结构优化

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一种重载码垛机器人结构优化设计方法 被引量：17

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作者 魏雅君 邱国梁 +2 位作者 丁广和 杨亮 刘桁 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期332-339,共8页

码垛机器人常用于焊接、喷涂、上下料、装配和码垛等工艺,可以提高劳动生产率和保证产品质量。针对现有的重载码垛机器人,使用D-H法构建其运动学方程并利用MATLAB解算其工作空间。联合使用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanic... 码垛机器人常用于焊接、喷涂、上下料、装配和码垛等工艺,可以提高劳动生产率和保证产品质量。针对现有的重载码垛机器人,使用D-H法构建其运动学方程并利用MATLAB解算其工作空间。联合使用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)和ANSYS Workbench,分别对重载码垛机器人零部件和整机进行瞬态动力学仿真,得到机器人各零部件所受的应力、应变以及机器人末端变形量等,并将其与试验数据对比,以验证仿真方法的可靠性和准确性。结合响应面法和拓扑法对重载码垛机器人结构进行联合优化,获得其结构的轻量化设计方法。研究表明该方法适用于各类关节型机器人的轻量化设计,可进一步降低机器人的材料、电机和减速器的成本。 展开更多

关键词 重载码垛机器人 运动学方程 瞬态动力学仿真 轻量化设计

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楔横轧上料机器人设计与分析 被引量：1

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作者 郭凯 张静 +3 位作者 寇子明 郭宏伟 夏峰 单天松 《机电工程》 CAS 北大核心 2022年第9期1269-1277,共9页

在楔横轧机轧制过程中,为了实现对大质量、大尺寸轴类零件的灵活抓取与大范围的稳定转运作业,设计了一种新型楔横轧上料机器人。该机器人分别利用六连杆机构和四连杆机构实现机身的两次升降运动和水平摆动,并基于拉紧机构和回转关节实... 在楔横轧机轧制过程中,为了实现对大质量、大尺寸轴类零件的灵活抓取与大范围的稳定转运作业,设计了一种新型楔横轧上料机器人。该机器人分别利用六连杆机构和四连杆机构实现机身的两次升降运动和水平摆动,并基于拉紧机构和回转关节实现夹钳的开闭和翻转,从而完成对大尺寸轴类零件的转运。首先,依据机构运动原理简图,结合大尺寸轴类零件带来的重载抓取和转运要求,进行了机器人三维虚拟样机设计;然后,采用D-H参数法推导了机器人运动学的正逆解,通过Robotics Toolbox建立了机器人的运动仿真模型,并基于蒙特卡洛法规划了机器人的工作空间;最后,利用ADAMS对机器人虚拟样机进行了动力学仿真分析,获得了各驱动部件及关键杆件上各铰接点的受力和力矩变化曲线。研究结果表明:机器人末端夹钳的水平移动范围为-889 mm~1172 mm,纵向移动范围为1548 mm~2551 mm,证明机器人末端夹钳可灵活抓取物料,并可完成大范围的稳定转运;该结果可为超大型轴类楔横轧制设备的自动化上料提供一种解决方案。 展开更多

关键词 重载机器人 机构设计 运动学分析 动力学分析 灵活抓取 零部件转运 D-H参数法

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搅拌摩擦焊工业机器人结构性能分析及实现研究 被引量：4

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作者 万强 吴修玉 +1 位作者 吴智慧 周志鹏 《制造技术与机床》 北大核心 2018年第11期66-69,共4页

国外工业机器人搅拌摩擦焊已经应用阶段,国内还处于研究阶段。将负重能力为210 kg的ER210-C40机器人改造为搅拌摩擦焊机器人,利用有限元方法对其进行结构性能分析,在实际载荷条件下,机器人结构强度不能满足条件要求,所以必须采用其他方... 国外工业机器人搅拌摩擦焊已经应用阶段,国内还处于研究阶段。将负重能力为210 kg的ER210-C40机器人改造为搅拌摩擦焊机器人,利用有限元方法对其进行结构性能分析,在实际载荷条件下,机器人结构强度不能满足条件要求,所以必须采用其他方法以实现工业机器人搅拌摩擦焊。但用两台工业机器人同时加载的方法来实现生产线上的搅拌摩擦焊存在诸多不能解决的问题,因此必须采用负载能力更强的重载机器人来实现。 展开更多

关键词 搅拌摩擦焊 重载机器人 有限元方法 静力学

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智能收获机器人侧滑及滞后性控制策略研究 被引量：2

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作者 王焯轩 王立辉 +2 位作者 许宁徽 李勇 石佳晨 《智能化农业装备学报（中英文）》 2022年第2期37-44,共8页

针对智能重载收获机器人在田间自动作业时容易发生侧滑及控制系统滞后性特点,提出一种能够补偿侧滑和校正滞后性的机器人路径追踪控制策略。建立收获机器人的运动学模型,根据上一时刻和当前时刻的位姿信息估算等效侧滑角,补偿期望转向角... 针对智能重载收获机器人在田间自动作业时容易发生侧滑及控制系统滞后性特点,提出一种能够补偿侧滑和校正滞后性的机器人路径追踪控制策略。建立收获机器人的运动学模型,根据上一时刻和当前时刻的位姿信息估算等效侧滑角,补偿期望转向角;根据当前时刻的速度和位姿信息预测未来时刻的位姿信息,校正当前时刻的横向偏差和航向偏差,优化由路径追踪算法计算的期望转向角,以克服田间作业侧滑问题,校正控制系统的滞后性、非线性对路径追踪精度的影响。通过试验验证了在0.6m/s和1.0m/s的行驶速度下该算法的有效性,收获机最大横向误差分别为8.3cm和13.9cm,标准偏差分别为3.01cm和4.09cm。结果表明,所提出的补偿侧滑和校正滞后性的纯追踪策略能有效降低横向误差,实现准确的路径追踪控制。 展开更多

关键词 智能重载收获机器人 纯追踪算法 非线性 滞后性 侧滑

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基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析

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作者 曹学鹏 张正 +1 位作者 李彩红 鲁航 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-12,共12页

重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性... 重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题,提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法(environmental parameter estimation sliding mode,EPESM)。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型,并以PID作为基础控制器;为改善SEA阻抗控制的动态性能,根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿;为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性,使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优;以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明:在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下,EPESM阻抗控制的响应速度明显更快,可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内,能更快地达到预期位移和预期接触力,且能略微降低稳态误差,使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下,EPESM阻抗控制的动态性能更好,在快速进入跟踪状态后,可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。 展开更多

关键词 重载机器人 串联弹性执行器 阻抗控制 模糊-自适应参数估计 滑模控制

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