2017, 45(21):1-6. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.001
摘要:提出一种具有冗余分支的并联平面机构,利用旋量理论和李群李代数对该机构进行运动分析,在对分支进行运动分析时,对不同分支采用了不同的初始位置,使得运动方程更加简洁明了。计算了机构的工作空间,提出了最大有效空间,分析了该机构的奇异性,分析了冗余分支对机构奇异性的影响。
2017, 45(21):7-11. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.002
摘要:结合人工打磨不锈钢抽油烟机的现场操作,研究不锈钢打磨的要点,将工业机器人技术、比例阀控制技术、力反馈技术、PLC控制技术等结合在一起,利用气动执行元件,通过Solid Works软件进行结构设计,完成了一种基于机器人的自适应不锈钢抽油烟机打磨系统的开发。安装在刚性很强的机器人上的打磨头能在工件表面始终保持恒定的打磨压力,保证了工件的打磨品质。设备实现了打磨的智能化、自动化,不仅可以应用于不锈钢抽油机产品,还易于推广到陶瓷等其它产品表面的打磨,对于提高劳动生产率、提高难于打磨产品的质量具有重大应用价值。
2017, 45(21):12-16. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.003
摘要:基于CAD三维模型匹配的方法测量了单相机下目标工件的机器人定位精度。该方法是一种利用几何形状检索CAD三维数据模型,对图像信息中相关特征进行交互,能够快速和高效地从背景中分离出目标物体,对轮廓明显且具有反光特性的目标具有高效的识别能力。通过迭代算法将三维模型与图像中目标物体的边缘进行不断拟合,以三维模型的位移及旋转量估算出目标当前的姿态。通过机器人“手眼”标定确定目标与机器人之间位置及方向,实现对目标定位抓取精度测量。将目标绕xy平面旋转0°、45°、90°后,3个位姿下平均定位误差分别为3.012、2.856、4.983 mm。实验结果表明:用这种方法定位目标,定位误差会随着摆放角度增大而增大。
2017, 45(21):17-20. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.004
摘要:LinuxCNC是一款开源实时数控系统,可应用于工业机器人的伺服控制等领域,但其本身并没有实现任何与下层设备的通信功能。因此,若想利用该系统作为上位机软件,需另外扩展其与下位机的通信模块。介绍了一种通过扩展LinuxCNC的HAL模块来实现EtherCAT实时工业以太网主站的设计方法,从而实现整个系统的上位机和下位机通信。详细阐述了主站各个模块的功能和工作原理,并给出了其具体实现的步骤。实验结果表明,用该方法实现的EtherCAT主站可以稳定高效地运行在LinuxCNC数控系统上。
2017, 45(21):21-25. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.005
摘要:针对单杆柔性机械臂末端轨迹跟踪和弹性振动抑制的问题,提出了一种基于奇异摄动法的复合控制方法。采用假设模态法和Lagrange方程推导出柔性臂的动力学模型。基于奇异摄动法将柔性臂的刚柔耦合动力学方程分解成慢变(刚性)和快变(弹性)两个子系统。慢变子系统控制器选择滑模控制和PID控制相结合的方法以抑制控制输入引起的抖振,快变子系统则选择LQR最优控制方法以实现简单的线性状态反馈控制律。数值仿真表明:该方法不仅能实现柔性臂的轨迹跟踪,而且有效地抑制了柔性臂运动过程中的弹性振动。并且,采用滑模控制和PID控制相结合的方法设计的慢变子系统控制,能减少普通滑模控制中的输入抖振,具有更好的控制效果。
2017, 45(21):26-30. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.006
摘要:针对PCB数控钻床上下料时对人力过度依赖所带来的问题,提出采用自动上下料机械手替代人工上下料。根据上下料机械手功能需求对自动上下料机械手进行了总体设计,分析了机械手安装布局,并使用SolidWorks建立了机械手的模型。运用D-H参数法建立机械手的运动学方程,求解出机械手末端在全局坐标系下的位置及姿态。再通过ADAMS对机械手进行运动仿真,得到并分析了机械手的末端的轨迹信息、位移信息、速度及加速度信息,验证了设计的正确性和合理性,为机械手实际动作优化和运动控制提供了依据。
2017, 45(21):31-34. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.007
摘要:设计了一个基于开放式运动控制平台的机器人视觉抓取控制系统。该系统将视觉技术与机器人运动控制系统相结合,采用模块化设计,利用TCP/IP网络实时传输实现信息交互,机器人在视觉引导下完成复杂条件下的抓取作业,系统的可靠性、实时性及可扩展性都得到了提高。该系统应用于自主研发的4轴关节式机器人,运行稳定可靠。
2017, 45(21):35-38. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.008
摘要:为了研究SCARA机器人的结构和动态特性,应用SolidWorks软件对SCARA机器人建立了三维模型并导入ANSYS中进行了分析。对SCARA机器人进行了静力学分析,结果证明:该机器人能够满足在冲击载荷作用时的定位精度要求和强度要求;通过对SCARA机器人的模态分析,得到其前8阶的固有频率和结构振型,分析数据表明:该机器人满足工作要求;为了了解各阶频率对SCARA机器人动态载荷的响应情况,对SCARA机器人进行了谐响应分析,得到SCARA机器人的谐响应变化曲线,结果表明,SCARA机器人的第7阶固有频率对其动态性能影响最大。通过分析数据,为SCARA机器人的改进和今后的结构设计提供了依据。
2017, 45(21):39-42. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.009
摘要:针对传统工业机器人柔性不足的情况,根据象鼻仿生学基本原理,采用气动柔性驱动器(FPA),设计了气动连续型机器人的机械结构,并基于“头部引导法”进行了运动学分析,设计了相应的测控系统。系统实现连续型机器人弧长、偏转角度、曲率实时检测,并将检测数据传输至上位机。由上位机实现机器人位姿实时计算。最后加工制作了该连续型机器人原型,并实现了抓取实验,原型机可实现200 g以内物体卷绕抓取,弯曲角度控制精度小于10°。
2017, 45(21):43-46. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.010
摘要:为了降低控制系统的研发成本和周期,增强相关知识的重用性和规范性,基于GX Developer、GX Simulator、MX OPC SEVER4.20和kingview6.55等软件构建了虚拟控制平台,并以三自由度液压机械手为控制对象开发了控制系统。重点介绍了系统的总体设计方案、软件编程以及组态界面的设计。仿真结果表明,该设计方案具有较强的可行性,为实际机械手的设计和研发提供了实验支撑。
2017, 45(21):47-51. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.011
摘要:通过对人体行走方式和姿态的分析研究,确定了行走助力机器人髋部、膝部、踝部3个关节的尺寸及动力驱动类型,并完成机器人的结构装配;设计驱动液压系统的原理图,对驱动系统中液压缸的动作进行算法优化,并采用拉格朗日算法完成机器人的运动学分析;使用Virtual.Lab Motion与AMESim进行机液联合仿真,将仿真结果与计算所得曲线进行对比,证明了运动学分析的正确性和液压驱动系统的可行性。
2017, 45(21):52-55. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.012
摘要:基于一种交通锥回收机械手液压缸铰接点位置对交通锥回收稳定性的影响,研究了其液压缸铰接点位置与交通锥运动、受力之间的关系,建立了以最小化交通锥水平加速度峰值为目标的液压缸铰接点位置优化模型,通过罚函数将有约束优化问题转化为无约束优化问题,形成了新的目标函数,利用粒子群优化算法,求得液压缸铰接点位置的最优解。对优化前后的模型进行仿真,仿真结果表明,在满足液压缸最大工作压力限值的前提下,液压缸铰接点位置的优化大幅度降低了交通锥水平加速度的峰值,提高了交通锥回收的稳定性。
2017, 45(21):56-59. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.013
摘要:气动力敏机械手指是利用气压测微技术和气膜柔性承载技术,将触觉传感器和普通机械手结合为一体,实现对工件无损伤抓取。芯轴与辊环之间的气膜是组成测力系统的关键部分,气膜内的气体压力分布状态直接影响气动力敏机械手指的工作性能。介绍了气动力敏机械手指的结构及工作原理,推导了气膜压力场雷诺方程,并采用FLUENT软件仿真计算了气膜压力场。得出的结果为实际气动力敏机械手指的设计提供了理论基础。
2017, 45(21):60-63. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.014
摘要:采用了一种改进型的BP神经网络方法对3-RSR并联机构的位置正解进行了研究,首先通过理论方法对3-RSR并联机构的位置逆解进行求解,然后采用改进型BP神经网络对通过位置逆解得到的数据进行了网络训练,神经网络训练结果与理论结果对比,验证了该方法的合理性。而且,对比改进后的BP神经网络结果与普通BP神经网络结果,发现两种方法均具有非常高的计算效率,且有效避免了复杂的推导和演算,但改进型BP神经网络方法得到的结果精度更高,因而在高精度的工程领域,采用改进型BP神经网络方法更具合理性。
2017, 45(21):64-67. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.015
摘要:针对目前双臂机器人阻抗控制方法的研究,传统的主从控制方法不适宜搬运柔性物体,通过分析研究人类双臂搬运物体的动作特点,建立了一种新的双臂主从动作的阻抗控制方法。通过引入双臂间的相对误差及由相对误差产生的虚拟恢复力概念,有效地克服传统主从控制不适宜搬运柔性体的缺点。实现了冗余双臂机器人协调搬运作业要求,提高了双臂机器人的工作能力,保证了双臂机器人在协调搬运作业过程中各臂运动的平稳性,最后通过双臂协调搬运仿真,验证了该方法的可行性。
2017, 45(21):68-72. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.016
摘要:为应对无人机遇到的复杂任务状况,快速寻找一条可行较优航迹,通过改进初始化蜜源方式、引入模拟退火算法的Metropolis准则、引入复合形法等对人工蜂群算法进行改进,提出了一种基于改进人工蜂群算法的无人机航迹规划方法。针对无人机航迹规划问题建立数学模型,采用该改进人工蜂群算法进行寻优,并通过MATLAB进行仿真验证。仿真实验结果表明,该改进人工蜂群算法有效提高了无人机航迹规划的鲁棒性、收敛速度和精度。
2017, 45(21):73-75. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.017
摘要:为了提高斜坡式自动化药房中上药机械手的上药效率,保证上药系统的稳定性,研究了一种五自由度上药机械手。对其机构组成及工作原理做了论述,并对其基于PLC的软、硬件控制系统做了详细介绍。对旋转式对称双上药机构进行了重点说明,通过齿轮啮合实现储药槽的翻转,使得药品利用重力原理滑入储药柜,通过监控系统适时监控上药机械手的动作状况,采用RS485总线通讯方式传输数据,根据动作要求完成对机械手上药动作的控制。结果表明:在机电控制系统和软件控制系统相互配合下,上药机械手系统能够实现稳定、高效地工作。
2017, 45(21):76-80. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.018
摘要:研发了一种移动机器人,该机器人包含双电机驱动的底盘系统和具有2自由度摆臂、2自由度头部的机器人本体;采用DSP芯片为核心控制芯片,实现了移动机器人的运动控制。文中详细讨论了机器人运动控制系统的总体框架结构及软、硬件,研究了所采用的控制方法、软件结构等,重点介绍了运动控制系统的主程序、芯片初始化和端口应用、中断程序,并通过实验证实了所研制的DSP控制的移动机器人能够满足运动控制要求。
2017, 45(21):81-84. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.019
摘要:采用开源的Arduino Melzi电路板作为控制主板,并将机械手运动学反解算法加入到开源的Marlin固件程序中,设计出了桌面型关节机械手的控制系统,实现了利用G代码控制3自由度关节机械手的目的。该控制系统采用Pronterface作为上位机,可以实现在线和离线控制。测试结果证明,采用这种直角坐标与旋转坐标之间点对点变换的方法控制机械手,能使其轨迹正确、运动平稳,可靠性好。
2017, 45(21):85-88. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.020
摘要:针对某电热水器生产车间自动化程度偏低以及工厂提出的自动化生产的需求,结合工业机器人以及工作劳动强度大的特点,提出了应用机器人来摘取内胆的自动化方案,并设计了基于KUKA机器人的电热水器内胆摘取的自动化系统。该系统应用PLC作为主控系统来控制机器人、悬挂链和生产线,并协调设备间的动作使之有序进行。该自动化系统已经在某电热水器生产车间运行。用机器人代替人工作业,提高了车间的生产效率,减少了用工成本,促进了工厂的自动化建设,达到了系统设计的预期目标。
2017, 45(21):89-91. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.021
摘要:介绍了一种工业机器人的手腕结构,它将传动系统的全部零件设计为3个可独立安装的整体单元,其结构简单,传动系统精度高、使用寿命长、加工制造容易,手腕安装及维修时,谐波减速器及传动部件无需分离和进行任何调整。
2017, 45(21):92-94. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.022
摘要:目前自动螺柱焊普遍存在焊接精度尺寸波动大,焊接不稳定等现象,尤其是机器人空间数据复杂且不直观。针对这些问题,在原焊接系统基础上,增加TCP校正新技术,搭建PLC与机器人网络通讯系统,实现多个机器人多个工位的联动控制。针对螺柱焊枪头的特殊性,自制夹持器内嵌式测量销简化调试过程,提高测量精度。
2017, 45(21):95-99. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.023
摘要:为实现电动振动台振动输出力的高精度跟随控制,对交流伺服电机驱动的振动台输出力跟随控制策略进行研究。采用基于输出力、位移和速度的三参量控制器作为控制算法,在Matlab/Simulink平台上运用实数编码遗传算法对三参量前馈控制器参数优化整定,并进行正弦输出力跟随控制仿真;构建以TwinCAT实时控制软件为基础的振动输出力跟随控制实验系统,对四组振动输出力信号进行跟随实验研究。实验结果证明了电动振动测试装置和振动输出力跟随控制策略的有效性和正确性。
2017, 45(21):100-104. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.024
摘要:采用线性二次型(LQR)最优控制策略对由磁流变(MR)阻尼器构成的前起落架减摆器进行半主动控制,考虑其对机轮摆动角度、摆动角速度和侧向位移的影响。采用Spencer模型来表征磁流变阻尼器的动力学特性;建立了前起落架摆振的数学模型。分析了减摆器在不同摆角和摆动角速度时的稳定范围。对前起落架系统的振动响应和控制性能进行比较分析。仿真结果表明:在飞机滑跑速度范围内,半主动线性二次型最优控制作用于磁流变阻尼器中能有效地抑制前起落架摆振。
2017, 45(21):105-109. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.025
摘要:电液伺服控制器是风机轴系疲劳实验和动静载实验测试台的重要组成部分。设计了一种基于C8051F060的电液伺服控制器。给出了该控制器的系统结构设计方案,并详细介绍了控制器的硬件设计和软件设计。对常规PID算法和前馈PID控制算法进行了对比分析与研究,并在MATLAB环境下分别对其进行仿真,验证了前馈PID控制的良好动态跟踪性能。最后在实验测试台上测试性能,实验结果表明:该控制器与传统的控制器相比,具有结构简单,控制精度高、控制平稳,动态跟踪性能好等优点,能够满足设计要求。
2017, 45(21):110-112. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.026
摘要:针对未确知信息影响制造网格服务执行的预测与决策问题,讨论信息未确知的制造网格服务执行的关键技术:平台体系结构的建立、运行模式的分析、未确知信息的分析与处理、制造资源服务元模型的建立信息未确知条件下的多目标决策、以及信息未确知条件下柔性服务调度,并给出了相应的解决方案。
2017, 45(21):113-116. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.027
摘要:为了探寻一种切缝窄、切缝轮廓平直的金刚石线锯切割工艺,将电火花线切割机床改装为金刚石线锯切割机床,并进行了金刚石线锯恒力进给切割陶瓷的实验,探究了丝速和配重对切缝宽度和切缝轮廓平直度的影响;用光学显微镜测量切缝宽度,并观察切缝轮廓的平直度。实验结果表明:随着丝速的增大,切缝宽度变化不明显,随着配重的增大,切缝宽度明显减小;随着丝速的增大,切缝轮廓逐渐出现锯齿状,随着配重的增大,切缝轮廓发生弯曲甚至崩碎。
2017, 45(21):117-121. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.028
摘要:磁流变减振器的磁路结构是磁流变减振器设计的重要环节,该结构的好坏将直接影响到减振器的工作性能的优良。采取参数化仿真的方法,分析得到了磁路的关键结构参数对间隙磁路的磁感应强度的影响,针对设计目标,选取设计变量,建立磁路的仿真模型。在磁流变减振器的设计中引入有限元分析的优化设计过程,采用参数化语言编程对模型结构参数进行优化。加工磁流变减振器样机,实验验证优化效果。仿真分析及实验结果均表明:运用参数化语言编程对磁流变减振器的磁路结构进行优化设计后,间隙处的磁感应强度得到明显改善,能够满足设计目标,磁场分布更加合理,是一种有效的磁路优化方法。
2017, 45(21):122-126. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.029
摘要:提出了一种基于PID控制和滑模变结构控制的复合控制策略,建立了电动静液作动器(EHA)的数学模型,并对系统进行仿真分析,比较了三环PID控制系统和复合控制系统的综合性能,结果表明:所提控制策略能够提高系统的快速性,具有一定的鲁棒性。
2017, 45(21):127-134. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.030
摘要:油气悬挂内部物理状态对其输出特性具有重要影响,其中温度场的变化是不可忽略的重要因素。根据油气悬挂的结构特点,搭建力学模型;基于传热学理论,考虑了缸筒和活塞杆的热容对油气悬挂温升的影响,运用集中参数热模型法建立了油气悬挂的热力学模型,并将其与油气悬挂的非线性输出力数学模型相结合,得出了油气悬挂温度变化的规律。搭建油气悬挂周期激励试验台,通过油气悬挂热力学模型的计算结果和油气悬挂周期性激励加载的试验结果都表明:油液是影响悬挂温升的主要内部因素,而且在外界激励存在的情况下,由于与外界环境的热量交换,悬挂的温度会逐步达到一个平衡的状态;同时试验结果中输出力的变化趋势表明:悬挂系统温度变化对悬挂输出力的影响是不能忽略的,在实际中应加以重视。
2017, 45(21):135-138. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.031
摘要:码垛机与粉煤灰砖压制成型机配套使用,广泛应用于砖坯压制成型后的码垛作业,码垛过程中出现定位精度低,码垛质量差,存在安全隐患等缺点,为改善这些缺点,采用负载口独立控制技术对码垛机气动位置伺服系统进行改进,对气缸两腔分别采用位移闭环和压力闭环控制,并且对垂直方向负载进行平衡,有效减小了定位误差,提高了码垛机的定位精度和响应速度,同时,使位移控制腔处于低压值。独立负载口控制有效地提高了码垛机的生产效率和能源利用率。
2017, 45(21):139-142. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.032
摘要:针对柱塞泵结构不同,通过计算和MATLAB仿真,对斜柱塞泵和直柱塞泵在定量工况下结构尺寸、几何排量、流量脉动等展开研究。结果表明:在同等条件下,直柱塞泵与斜柱塞泵相比流量脉动情况稍好。斜柱塞泵与直柱塞泵相比有它自身的优点:柱塞位移增大、缸体径向尺寸变小、泵有更大的排量和更小的体积,柱塞离心分力有助于柱塞回程,能有效提高泵的吸油压力。
2017, 45(21):143-148. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.033
摘要:电动静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)集成了机械、液压、控制、电子等多领域技术。根据EHA特点,以MATLAB与AMESim软件平台为基础,对EHA进行多学科建模与集成仿真。应用MATLAB平台搭建控制与电子子系统模型,应用AMESim平台搭建液压与机械子系统模型,通过Sfunction接口连接各子系统模型。仿真结果表明,EHA多学科模型性能良好,很好地反映系统运行状况,可以通过仿真来指导系统的优化设计与系统控制算法的实现。
2017, 45(21):149-152. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.034
摘要:根据圆射流的射流条件建立了流场的CFD模型,并通过计算流体动力学的有限元软件ANSYS,对湍流射流外部流场流动特性进行了数值模拟。通过在外部流场入口处加入脉冲微射流,对原本处于层流状态的射流外层边界层进行扰动并得到模拟结果,从而分析在径向脉冲微射流的影响下,外部流场的变化特性。在改变微射流的脉冲频率的情况下,得到不同脉冲频率下的外部流场流动特性。通过对比,得到的射流流场数值模拟结果与实验结果趋势一致,并且与前人所得实验结果相吻合。
2017, 45(21):156-159. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.036
摘要:油垫结构对工作台的刚性有着重要影响,针对这一问题,以扇形油垫为例,从油腔的深度、形状、结构3个方面的变化对其进行静力学和流场分析;同时基于ANSYS Workbench流固耦合分析,对比分析了槽形、扇形、圆形3种油腔形状,将流场产生的压力施加到油垫的油腔,对油垫进行力学分析,为油垫的结构优化设计提供了依据。
2017, 45(21):160-163. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.037
摘要:介绍了某型液体火箭发动机用直动式电磁阀的结构和工作原理,建立了基于Ansoft的电磁场仿真模型和基于AMESim的电磁阀系统仿真模型。通过把电磁场仿真结果导入AMESim系统仿真模型中,实现了电磁、机械和液压系统之间的耦合求解。经电磁阀动态特性试验结果验证表明,建立的仿真模型能够准确地计算电磁阀的动态特性。
2017, 45(21):164-172. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.21.038
摘要:类人机器人因在医疗、娱乐和服务等领域的广泛需求以及作为评价人工智能等多个学科技术的理想平台,而备受研究者青睐,是机器人研究领域的热门课题之一。类人机器人技术需要机械、材料、计算机科学和人工智能等多个相关学科的理论和技术支持,其发展也必然带动相关学科的发展和进步,因此对其研究有着十分重要的理论价值。同时,相比于轮式、履带式和蠕动式等其它种类的机器人,其可以更好地适应人类生活环境,工作空间也更广泛,动作形态更加丰富,且其能源利用效率更高,因此对其研究有着十分重要的应用价值。文中对国内外类人机器人的研究现状,步态规划方法以及稳定性判据的研究现状,及各自的特点进行了详细分析介绍。
版权所有 ©《机床与液压》编辑部 技术支持:北京勤云科技发展有限公司