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数字孪生工业机器人:概念框架、关键技术与案例研究
1
作者 刘永奎 杨康 +11 位作者 脱奔奔 潘亚铎 王欣宇 王一涵 龚永乾 张霖 王力翚 林廷宇 訾斌 李元 游玮 徐旬 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第7期1723-1752,共30页
为有效提升工业机器人价值及其全生命周期管理水平,将数字孪生与工业机器人进行深度融合,探讨一种新的工业机器人概念——数字孪生工业机器人。阐述数字孪生工业机器人的概念、构成和典型特征,并提出数字孪生工业机器人的体系架构。从... 为有效提升工业机器人价值及其全生命周期管理水平,将数字孪生与工业机器人进行深度融合,探讨一种新的工业机器人概念——数字孪生工业机器人。阐述数字孪生工业机器人的概念、构成和典型特征,并提出数字孪生工业机器人的体系架构。从“设计-制造-运维-退役”全生命周期的角度,系统梳理数字孪生工业机器人的关键技术。通过案例研究验证所提概念框架的有效性。总结并探讨数字孪生工业机器人的未来发展趋势。 展开更多
关键词 数字孪生 工业机器人 数字孪生工业机器人 全生命周期
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机器人去毛刺路径规划仿真实验教学设计——以轮毂窗口去毛刺为例 被引量：1
2
作者 郭万金 叶敏 +4 位作者 张志峰 朱武威 孙浩 曹雏清 赵立军 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第12期111-118,共8页
为显著提升智能制造工程专业学生对机器人的实际操作技能水平,针对机器人去毛刺路径规划仿真实验,设计了一种工业机器人技术与机器视觉技术结合的轮毂窗口去毛刺系统方案,提出一种机器人去毛刺实验教学方法。针对轮毂窗口去毛刺作业开... 为显著提升智能制造工程专业学生对机器人的实际操作技能水平,针对机器人去毛刺路径规划仿真实验,设计了一种工业机器人技术与机器视觉技术结合的轮毂窗口去毛刺系统方案,提出一种机器人去毛刺实验教学方法。针对轮毂窗口去毛刺作业开展机器人路径规划仿真与去毛刺实验,获得了良好的去毛刺效果,有效提升了作业质量和效率。所提方法为智能制造工程和工业机器人技术的创新实验教学提供一种实验教学案例和实现途径,可提高学生对工业机器人去毛刺技术的实践和应用能力,为新质生产力人才培养和高素质智能制造人才培养提供一种实验教学方法。 展开更多
关键词 实验教学 智能制造工程 工业机器人 机器人去毛刺 路径规划
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基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化 被引量：3
3
作者 郭万金 李锦辉 +2 位作者 郝钦磊 曹雏清 赵立军 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期299-314,共16页
针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器... 针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。首先,建立机器人位置误差模型。其次,建立一种可观性综合指标,评价不同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标函数和约束条件,提出一种基于DETMAX算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为DETMAX-改进差分进化算法,简写为DETMAX-IDE算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。通过机器人运动学标定仿真与实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低了62.09%和62.45%。 展开更多
关键词 机器人运动学标定 测量构型优化 病态参数分离 DETMAX-IDE算法 位置误差模型
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考虑廓形特征的机器人异型盘磨削接触力建模
4
作者 郭万金 吴广 +6 位作者 朱恒 陈柱宏 詹子立 曹雏清 赵立军 郭磊 朱文锋 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期167-180,共14页
目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法。方法首先,基于弹性薄板弯曲理论... 目的为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法。方法首先,基于弹性薄板弯曲理论,分析薄板挠曲形变与接触力关系。其次,依据静态弹性理论,建立橡胶板在弹性形变区域内弹性形变与接触力模型。再次,开展有限元数值模拟实验求解橡胶板弹性形变参数和薄板挠曲形变参数,并通过变量替换建立接触力与异型盘法向进给位移数值形式反函数模型。最后,搭建机器人异型盘磨削实验平台,分别开展1种平面与3种曲率曲面工件的机器人异型盘接触力模型验证实验和1种侧曲面圆台铸铁工件的机器人异型盘磨削一致性验证实验。结果机器人异型盘接触力模型验证实验结果表明,当盘倾角较大时,能够较为准确地预测接触力。机器人异型盘磨削一致性验证实验结果表明,在相同的磨削参数条件下,3条磨削路径(路径1、2、3)的磨削深度平均值分别为0.0663、0.0632、0.0645 mm,最大偏差分别为0.0139、0.0090、0.0108 mm,变异系数分别为11.2%、6.4%和9.6%。实验验证了所提方法的有效性。结论所提方法考虑了异型盘廓形特征,将工件表面曲率、盘倾角、廓形参数和异型盘尺寸等参数包含在磨削接触力模型中,并描述了磨削接触力与异型盘法向进给位移的数值形式反函数关系,能够度量异型盘磨削作业接触区域和解释磨削接触力影响因素,可为机器人异型盘的高效率、高质量恒定接触力磨削提供理论依据。 展开更多
关键词 接触力建模 异型盘磨削 挠曲形变 弹性形变 机器人磨削
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基于多阶段退化建模的谐波减速器实时可靠性评估与寿命预测 被引量：15
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作者 王国锋 曹增欢 +2 位作者 冯海生 王俊奇 户满堂 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期122-132,共11页
谐波减速器是工业机器人的关键核心部件,其可靠性的实时评估和剩余寿命预测对于提升工业机器人的工作性能和健康监管具有重要意义.作为一种复杂的高精度机械部件,其退化过程表现出明显的多阶段性特点.因此,针对谐波减速器的退化特性,提... 谐波减速器是工业机器人的关键核心部件,其可靠性的实时评估和剩余寿命预测对于提升工业机器人的工作性能和健康监管具有重要意义.作为一种复杂的高精度机械部件,其退化过程表现出明显的多阶段性特点.因此,针对谐波减速器的退化特性,提出基于Gamma过程的多阶段退化模型对谐波减速器性能退化过程进行精确描述.首先,根据谐波减速器退化趋势的变化,进行多阶段退化过程的划分;然后采用历史性能指标数据,基于最大皮尔逊相关系数准则估计模型先验分布的超参数,建立基于Gamma过程的多阶段退化模型.在此基础上,针对在役设备的实际运行特点和工程现场中性能指标数据获取困难的问题,提出采用振动特征来建立高斯过程回归模型,对性能指标值进行精准预测以实现对退化模型后验分布参数的实时更新.最后在此基础上对谐波减速器进行实时可靠性评估和剩余寿命预测.通过对谐波减速器可靠性实验数据的分析表明,所提出的方法能够实现可靠性的实时评估,并且与单一阶段退化模型相比,该方法对剩余寿命的预测精度更高. 展开更多
关键词 多阶段 Gamma过程 高斯过程回归 可靠性评估 寿命预测
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工业机器人误差补偿运动学算法设计 被引量：6
6
作者 梁兆东 肖永强 +1 位作者 游玮 葛景国 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第5期273-275,280,共4页
鉴于目前国产工业机器人绝对定位精度较低,为了满足高精度应用,设计了一种误差补偿的运动学算法。以MDH模型为基础,建立几何参数误差与机器人末端位姿误差之间的误差模型。设计了通过雅克比矩阵将笛卡尔空间的位姿误差转换到关节空间的... 鉴于目前国产工业机器人绝对定位精度较低,为了满足高精度应用,设计了一种误差补偿的运动学算法。以MDH模型为基础,建立几何参数误差与机器人末端位姿误差之间的误差模型。设计了通过雅克比矩阵将笛卡尔空间的位姿误差转换到关节空间的关节各轴的角度偏差,并与名义逆运动学获得逆解相结合的误差补偿运动学算法,可以获得满足误差阈值的作业精度。以自主研发ER3A机器人为误差补偿算法试验对象,经误差补偿后ER3A机器人的绝对定位精度获得明显提高,测量点的位置误差均值从0.5754mm降低到0.2779mm。 展开更多
关键词 误差补偿 运动学 工业机器人 运动学标定 误差模型
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工业机器人电气控制柜的热流场分析 被引量：3
7
作者 许礼进 冯海生 +3 位作者 方雄灿 肖永强 高国栋 储昭琦 《机床与液压》 北大核心 2018年第15期32-36,共5页
针对通用工业机器人电气控制柜(简称电柜)热特性、噪声问题,采用Fluent建立了电气控制柜的热流场仿真模型,基于质量加权平均法将电柜内多材料构成的电子器件等效为单一材料的电子器件。同时建立了机器人电柜的热环境防护设计流程且通过... 针对通用工业机器人电气控制柜(简称电柜)热特性、噪声问题,采用Fluent建立了电气控制柜的热流场仿真模型,基于质量加权平均法将电柜内多材料构成的电子器件等效为单一材料的电子器件。同时建立了机器人电柜的热环境防护设计流程且通过试验验证了其有效性。利用计算流体力学(CFD)方法分析了电柜热流场特性,结果表明:强制风扇冷却中鼓风冷却方式的冷却效果优于抽风冷却方式;当风扇风速提高后,电柜内各热源的温度持续降低但其整机辐射噪声增大,即存在降温效果和噪声辐射最佳的风扇风速区。 展开更多
关键词 热流场 CFD 工业机器人电气控制柜 风扇冷却
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