混凝土预应力管现普遍应用于水利工程,为了更好更快的完成对该类型管道的起重和运输,需要设计一种新型轮胎式行车。该轮胎式管道起重运输车为仿龙门式起重机,车架主梁采用箱型梁,双小车结构负责起升工作,三角星型底架结构实现更方便灵巧的转向性能,使运输能实现更灵活的自由移动。用catia建立了新型轮胎式管道运输车的三维仿真模型。由于轮胎式起重运输车对管道的起升过程中,主梁承载了极大载荷,采用ANSYS对所设计的新型轮胎式管道起重运输车的起升过程进行动力学分析,主要包括模态分析和瞬态分析。模态分析获取其前六阶固有频率与模态振型,瞬态分析获取其起升瞬态过程中车架结构的应力应变和位移情况,结果显示,其结构稳定且满足强度和刚度要求。

针对大型预应力钢筒混凝土管道外表面喷涂作业任务需求,设计了一种自行走式宏-微运动结合的5自由度喷涂作业机器人装备。对其进行构型与结构设计;建立涂层厚度数学模型,优化喷涂轨迹重叠距离,确定最优的喷涂轨迹间距;针对不同的喷涂轨迹喷涂单个管道所需的时间来选出最优的轨迹。结果表明当喷涂轨迹间距取最优值,喷涂路径为螺旋型时,所用时间最短,喷涂质量最佳。现场试验验证,该结构类型的喷涂机器人可以有效高质的完成大型管道外表面的喷涂作业且安全可靠。

铰间隙和连杆柔性是影响机构动力学性能的主要因素,其决定了机构运行的可靠性。以曲柄连杆机构为对象,采用Lagrange乘子法建立了耦合连杆铰间隙和连杆柔性作用的动力学模型。在此基础上,系统研究了间隙大小、连杆柔性及其耦合作用对机构动力学输出响应的影响。结果表明,同一运转周期内,碰撞主要集中在运动前期靠近曲柄或连杆的两侧;间隙增大,加剧铰接构件间的碰撞,碰撞力和相互嵌入深度的振荡幅值明显增大,会降低轴心轨迹的稳定性;适当的构件柔性处理可以缓和间隙引起的碰撞冲击。

为了在开展含间隙铰多体系统动力学性能分析时选择最佳的接触力计算方法,以含间隙铰曲柄滑块机构为对象,建立了含间隙铰曲柄滑块机构多体动力学模型,针对几种接触力计算方法进行系统的对比分析。研究了不同间隙、曲柄转速和恢复系数下,接触力计算方法对曲柄滑块机构动力学性能分析的影响。结果表明,在研究径向间隙、驱动载荷和恢复系数变化对多体系统动力学影响时,选择Lankarani-Nikravesh接触力模型和Zhiying-Qishao接触力模型都相对可靠,且ZhiyingQishao接触力模型对恢复系数敏感程度最低。

对Delta型3D打印机多能域机、电耦合系统展开了动力学建模研究。利用旋量键合图在并联机器人动力学建模上的优势,构建了该打印机机械本体子系统的动力学模型,并结合传统键合图建立驱动子系统的动力学模型,获得打印机系统机、电耦合的全局动力学模型。对于给定的动平台运动轨迹,对比Adams数值仿真、Matlab理论计算以及实验实测驱动力结果,证明了该机构多能域系统动力学全解模型的正确性。该成果为后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础,也为其他机械系统动力学建模提供了新思路。

为避免救护车内的病人受到车体振动带来的二次伤害,基于螺旋理论和全雅可比奇异性分析提出一种新型2-UPS-2-(RP-RR)U对称并联隔振装置,该机构具有2个转动自由度和2个移动自由度(2R2T)。运用螺旋理论方法,根据刚体转轴与约束螺旋的关系,确定了动平台的两条连续转轴,其中一条转轴为固定转轴,与机构位形无关,过静坐标系原点且沿Y轴方向;另一转轴为任意转轴,与机构位形相关,过动平台两U副中心点,验证了该机构运动的连续性。运用闭环矢量法建立该机构的运动学逆解模型,结合边界搜索法在MATLAB中仿真出该机构的工作空间,验证了运动模型的正确性。

针对2D图像识别缺乏3D姿态信息,而传统的3D视觉需要处理大量点云,运算时间较长等问题,提出一种基于改进Mask R-CNN与局部点云迭代优化相结合的机器人拆垛、分拣及码垛策略。对Mask R-CNN网络进行改进,在其ROIAlign结构之后加入空间变换网络模块,提升识别准确率;利用改进的Mask R-CNN网络对目标进行实例分割,结合场景点云分割得到物体感兴趣区(ROI)场景局部点云;采用加入K维树邻域搜索的迭代最近点算法将物体ROI场景局部点云与模板点云进行配准,最终得到位姿估计的结果。UR5协作机器人根据此结果解决拆垛、分拣及码垛问题,实验结果表明:利用改进的Mask R-CNN网络提升了目标识别的准确率,使用ROI局部点云法减少了场景点云与模板点云配准的迭代次数,提高了工业机器人的拆垛、分拣及码垛效率。

针对双臂协作机器人精度要求高、工作状态难采样的特性,基于二次四阶矩估计法提出一种双臂协作机器人可靠性分析模型,对机器人位置误差进行分析。利用极值分布原理将系统转换为串联系统,采用随机变量的各阶矩得出极限状态函数的各阶矩;通过最佳平方逼近方法确定极限状态函数的概率密度函数,从而实现单机械臂的可靠度求解,再采用体系可靠性方法对双臂协作机器人的可靠度进行求解。最后,以六自由度双臂协作机器人为例进行分析,通过与蒙特卡

为了解关节摩擦对刚柔耦合机械臂末端抖动的影响,解决机械臂的优化设计问题,利用ANSYS、ADAMS软件建立机械臂刚柔耦合模型,并在ADAMS中进行动力学仿真。通过进一步创建考虑关节摩擦的机械臂虚拟样机模型,对机器人末端振动特性进行动态模拟与分析。仿真结果表明:在机器人实际工作过程中,关节2和关节3存在摩擦对机器人末端抖动的影响最显著;在考虑多关节摩擦时,关节2和关节3共同存在摩擦时可使得机器人末端非周期性抖动幅值减弱,且当关节2摩擦因数

针对双机器人轮毂打磨系统的运动规划问题,建立双机器人协调相对运动的运动位姿约束模型,并利用激光跟踪仪及七点法的标定方式分别解决模型中对于双机器人基座标系和工具坐标系的标定问题。选取轮毂边缘面,搭建仿真平台对运动模型进行验证,最后搭建基于dSPACE控制器的双机器人协调打磨实验平台,进行了协调打磨位置跟踪实验,结果表明:打磨机器人位置跟踪精度在4 mm以内,证明了模型的准确性与可行性。