新型船舶壁面除銹爬壁機器人動力學(xué)建模與分析

對具有大范圍運動特性的柔順關(guān)節(jié)并聯(lián)機器人開展了動力學(xué)建模、特性分析、控制策略設(shè)計及動態(tài)性能分析等研究。基于偽剛體法,研究柔順關(guān)節(jié)特性,建立含大變形柔順關(guān)節(jié)的系統(tǒng)模型,應(yīng)用拉格朗日方法建立了系統(tǒng)動力學(xué)方程。為補償柔順關(guān)節(jié)引起的系統(tǒng)振動、未建模動態(tài)以及慣性參數(shù)攝動造成的模型誤差,設(shè)計趨近律滑模控制策略并證明了其穩(wěn)定性。仿真結(jié)果驗證了動力學(xué)模型和控制策略的有效性。

為提高儲罐爬壁機器人的噴漆質(zhì)量及工作效率,研究了一種可實現(xiàn)z字形軌跡的噴漆機構(gòu)。該機構(gòu)以爬壁機器人為載體,通過與機器人運動的協(xié)同控制,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的噴漆效果,具有噴槍高度、間距及噴射角度調(diào)節(jié)等功能,該機構(gòu)便于實現(xiàn)大型儲罐表面的各種自動化噴漆作業(yè)。分析了機構(gòu)實現(xiàn)原理,完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,利用adams軟件建立噴漆機構(gòu)的虛擬樣機模型并進行運動學(xué)仿真,驗證了設(shè)計方案的可行性。

無線偵察爬壁機器人專用離心風(fēng)機

本文討論了用履帶式磁吸附爬壁機器人實現(xiàn)噴漆的問題,闡述了噴漆機構(gòu)運動的實現(xiàn)以及如何保證噴漆連續(xù)條件。設(shè)計了可工作于平面和弧面的噴漆機構(gòu),并且在罐壁上進行了實驗,達到了預(yù)期的效果。

用拉格朗日方法對創(chuàng)新的3ptt型水平滑塊式三桿并聯(lián)機器人機構(gòu)進行了動力學(xué)建模,為該機器人的控制提供了基礎(chǔ)·還利用動力學(xué)模型對該機器人的可操作性和動力學(xué)特性進行了分析,分析結(jié)果證明,該機器人在工作空間內(nèi)部,其加速特性和動態(tài)特性良好,而在工作空間邊緣,加速特性和動態(tài)特性變差·滑塊驅(qū)動力隨平臺重量增加而增加,加速時間應(yīng)適當(dāng),且磨削力對滑塊驅(qū)動力也有影響·該新型并聯(lián)機器人動力學(xué)性能良好,具有很好應(yīng)用價值·

對走鋼絲機器人姿態(tài)的模糊滑模控制問題進行了研究。在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,利用拉格朗日方法建立了走鋼絲機器人的動力學(xué)模型,為克服模型的強非線性和模型參數(shù)難以測量等實際難題,基于合理的假設(shè),簡化出適合于模糊滑?？刂萍夹g(shù)的系統(tǒng)模型,并根據(jù)所建立的模型設(shè)計了模糊滑?？刂破?。matlab仿真表明,所提出的控制策略有較好的跟蹤效果。為了進一步驗證控制策略的可行性,進行了實物樣機的實驗驗證,實驗和仿真結(jié)果基本吻合。

為了提高儲油罐壁檢測作業(yè)的機器人負(fù)重能力,設(shè)計了一種變磁力吸附多足爬壁機器人。該爬壁機器人由運載平臺、控制系統(tǒng)和攝像模塊組成。運載平臺采用變磁力吸附方式的四足結(jié)構(gòu);控制系統(tǒng)對爬壁機器人的各分系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和控制,同時完成各系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和顯示;攝像模塊主要采集油罐壁面圖像。應(yīng)用表明多足爬壁機器人滿足負(fù)重作業(yè)、吸附可靠的要求。

柔索并聯(lián)機器人采用柔索代替連桿作為機器人的驅(qū)動元件,它結(jié)合了并聯(lián)結(jié)構(gòu)和柔索驅(qū)動的優(yōu)點。500m口徑大射電望遠鏡(fast)粗調(diào)系統(tǒng)是通過六根索長的協(xié)調(diào)變化使饋源艙作跟蹤射電源的六自由度運動,其工作特點類似并聯(lián)機器人,因此也被看作柔索并聯(lián)機器人?；趂ast5m縮比實驗?zāi)Ｐ?首先進行了逆運動學(xué)分析;其次,采用拉格朗日方程建立了柔索并聯(lián)機器人的逆動力學(xué)模型;最后,針對結(jié)構(gòu)特點模擬作用在饋源艙上的隨機風(fēng)荷,設(shè)計了用模糊控制器自動調(diào)整免疫系統(tǒng)反饋規(guī)律的免疫pid控制器來控制饋源軌跡跟蹤的風(fēng)振響應(yīng)。數(shù)值結(jié)果驗證了該主動控制策略能夠有效衰減風(fēng)荷振動,從而提高了饋源軌跡跟蹤精度。

針對風(fēng)力發(fā)電機檢測和維護工作的日益增多,為避免工人高危作業(yè),設(shè)計出了一種新型風(fēng)力發(fā)電機檢測和維護任務(wù)的爬壁機器人。分析了該機器人對風(fēng)力發(fā)電機進行檢測和維護工作的實際意義；提出了該機器人的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)路線,并對機器人的基本功能方案做了重點分析,確定出了機器人的機械本體結(jié)構(gòu),為防止吸附失效,建立了機器人克服沿壁面脫落、傾覆及吸盤泄漏等幾種危險狀態(tài)下的力學(xué)模型,并進行matlab仿真分析,確定出了臨界吸附力,為機器人吸附裝置的吸附力的確定提供參考依據(jù)。

針對現(xiàn)有兩輪機器人轉(zhuǎn)彎速度較低問題,提出一種可軸向擺動的新型兩輪機器人設(shè)計方法.該方法使用連桿控制機構(gòu)擺動來調(diào)整機構(gòu)的重心分布,實現(xiàn)機器人在小轉(zhuǎn)彎半徑條件下穩(wěn)定運動的目的.基于拉格朗日方程方法,對機器人的小擺角自由度進行了動力學(xué)建模與分析,得到了系統(tǒng)動力學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種狀態(tài)反饋控制器.運用matlab/simulink進行控制器系統(tǒng)仿真,驗證了控制器在機器人穩(wěn)定控制方面的有效性.結(jié)果表明,該兩輪機器人機構(gòu)設(shè)計思路及運動控制手段可有效提高系統(tǒng)運動穩(wěn)定性.

針對目前船舶除銹設(shè)備移動不方便、在現(xiàn)場作業(yè)存在一定的難度的情況,設(shè)計了一種車載式超高壓水射流船舶除銹設(shè)備,并對除銹機器人的控制驅(qū)動系統(tǒng)及受力情況進行分析,提出了選擇氣馬達及磁鐵的方法。給出整個系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù),分析了高壓泵組系統(tǒng)、真空回收系統(tǒng)及空氣供給系統(tǒng)及系統(tǒng)的控制原理,給出機器人轉(zhuǎn)向過程中的瞬時回轉(zhuǎn)半徑的計算公式,便于控制機器人行走。

設(shè)計了基于雙自由度萬向輪機構(gòu)的速度測量裝置,該裝置由雙自由度滾輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、角位移傳感器和水平姿態(tài)傳感器等構(gòu)成.機器人運動時,利用水平姿態(tài)傳感器檢測爬行機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角速度,雙自由度萬向輪機構(gòu)利用角度傳感器測量速度方向,利用光電編碼器測量速度大小,實現(xiàn)對機器人運動狀態(tài)的測量.根據(jù)其測量結(jié)果,建立了電動機輸入和控制點運動狀態(tài)之間的關(guān)系,為機器精確任務(wù)操作提供了基礎(chǔ).

給出了一種全向的永磁輪式爬壁微機器人。為獲得爬壁機器人運動所需力矩和磁力與其尺寸設(shè)計之間的關(guān)系,研究了其動力學(xué)分析方法。結(jié)合爬壁機器人自身永磁輪尺寸、永磁輪間距、轉(zhuǎn)向齒輪傳輸比、底盤半徑、所需磁吸附力等設(shè)計約束,構(gòu)造所需驅(qū)動力矩最小為目標(biāo)函數(shù),對其主要尺寸參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計。通過ansoft磁力仿真、pro/engineer機械仿真和matlab計算對爬壁機器人整體尺寸優(yōu)化設(shè)計進行求解。對仿真計算結(jié)果進行了分析比較,證明上述設(shè)計方法的可行性。

為了改進艦船修造行業(yè)除銹、噴漆工作落后的、傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式,設(shè)計了一種具有除銹、噴漆功能的機器人裝置。該機器人采用直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo)相結(jié)合的設(shè)計方法,通過主從遙控控制或自動軌跡規(guī)劃控制,能夠?qū)崿F(xiàn)平面和曲面作業(yè)。詳細介紹了該機器人的本體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)構(gòu)成,并對機器人自動工作方式的軌跡規(guī)劃作了闡述。實踐表明,使用該機器人代替人工作業(yè),不僅可以減輕操作工人的勞動強度,還可提高工作效率和施工質(zhì)量,具有較強的應(yīng)用價值。

基于修正的固定界面子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合法———craig-bampton法,利用多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件msc.adams與有限元分析軟件msc.nastran完成對雙連桿柔性機械臂動力學(xué)建模,進行了運動學(xué)仿真分析,并且與剛性臂運動相比較,對柔性機械臂末端運動振動信號進行了頻譜分析。分析結(jié)果表明,這種方法在多柔體系統(tǒng)建模和分析中是精確和高效的。

針對重型自卸汽車的開發(fā),應(yīng)用多體動力學(xué)分析軟件adams建立了自卸汽車數(shù)字化模型,進行了隨機路面下的平順性仿真試驗,綜合評價了自卸汽車駕駛員舒適性能。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于假想柔順控制的膝關(guān)節(jié)助力機器人動力學(xué)分析及其運動控 制 姓名：謝興旺 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：檢測技術(shù)與自動化裝置 指導(dǎo)教師：余永研 2011-05 摘要 摘要 近年來隨著全球范圍內(nèi)人口老年化趨勢日益加劇，可穿戴型助力機器人已 經(jīng)成為重點的研究領(lǐng)域之一，膝關(guān)節(jié)助力機器人作為可穿戴型助力機器人的重要 組成部分，科學(xué)家對其技術(shù)的開發(fā)和研究已經(jīng)取得巨大的進步。膝關(guān)節(jié)助力機器 人將環(huán)境感知和多傳感器信息融合和運動控制等多種功能集于一身，是典型的人 機一體化系統(tǒng)。當(dāng)人穿上膝關(guān)節(jié)助力機器人時，機器人在人的智力指導(dǎo)下為人的 行走提供助力從而擴展了人的運動能力和活動范圍。 在國家自然科學(xué)基金“可穿戴型智能助力機器人技術(shù)研究”的資助下，本 文采用假想柔順控制策略和pid控制算法，實現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)助力機器人為人提供助 力的目的。具體內(nèi)容包括： 1．通過分析

介紹了4種支承輪式管道機器人變徑方案的工作原理,比較分析得出絲杠螺母副變徑機構(gòu)具有更高的驅(qū)動效率。在此基礎(chǔ)上,基于虛功原理分析了絲杠螺母—支承桿變徑機構(gòu)的驅(qū)動特性,并應(yīng)用多體動力學(xué)仿真軟件adams對其進行了動力學(xué)仿真驗證,結(jié)果顯示絲杠螺母—支承桿變徑機構(gòu)具有更高的驅(qū)動效率和更強的管徑適應(yīng)能力,并給出了其驅(qū)動電動機隨管徑變化的一般動力學(xué)特性,為支承輪式管道機器人推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

依據(jù)船舶修造行業(yè)的現(xiàn)狀,多方面考慮適應(yīng)各種不同大小船舶的使用條件,提供一種可滿足各種船艙除銹噴漆工藝技術(shù)要求的除銹噴漆移動機器人的設(shè)計,通過變換機器人前端手部不同工具,實現(xiàn)在同一臺機器人上既能夠進行除銹作業(yè),也能夠進行噴漆作業(yè),尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)在船艙中的三維空間作業(yè)面的方便轉(zhuǎn)換和簡單曲面的連續(xù)除銹噴漆作業(yè).

應(yīng)用牛頓-歐拉方法推導(dǎo)了6自由度機器人的動力學(xué)方程,在matlab中進行了編程求解。并應(yīng)用adams軟件建立虛擬樣機模型進行動力學(xué)仿真,用仿真的結(jié)果驗證了編程計算的正確性。最后采用adams的參數(shù)化分析方法,搜索出了滿足一定約束條件下機器人各關(guān)節(jié)的最大驅(qū)動力矩,為機器人電機精確選型提供了參考依據(jù)。

本文以雙連桿機械臂為對象,針對這一類非線性的機械模型對象,利用拉格朗日法對被控對象進行運動學(xué)建模,以便于根據(jù)模型設(shè)計各種不同的控制器,不僅使雙連桿機械臂系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能,同時也保證了系統(tǒng)具有較好的魯棒性。筆者通過仿真實例驗證了所給結(jié)果的有效性,為機械臂的控制提供了一種新的思路。

采用pro/e和adams軟件相結(jié)合的方法,建立了草方格鋪設(shè)機器人動力學(xué)模型,同時探討了二者聯(lián)合建模仿真的一般步驟。模型添加必要的邊界條件后,對縱向壓輪和橫向插刀正常動作時的草方格鋪設(shè)機器人振動狀態(tài)進行了仿真。通過仿真,得到了牽引車、縱向鋪設(shè)機構(gòu)、橫向鋪設(shè)機構(gòu)、縱向壓輪和橫向插刀質(zhì)心的位移、速度以及加速度曲線。分析了這些曲線出現(xiàn)波動的原因,為進一步的優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)。通過試驗,得到實際狀態(tài)下的試驗曲線,并與仿真曲線進行對照,證實了草方格鋪設(shè)機器人仿真模型和仿真結(jié)果的合理性和可靠性。