摘要：随着机器人技术的发展,机器人应用场景逐渐从搬运、焊接、喷涂等非接触式作业,向去毛刺、打磨、抛光等接触式作业延伸,针对轮毂、模具等工件磨抛需求,以及气动驱动存在迟滞、力控精度较低问题,提出一种基于音圈电机的力控装置及自抗扰阻抗控制方法。首先,对力控装置进行理论分析与建模,得出磨抛作业过程中的动力学模型,设计阻抗控制器,并证明了其全局渐进稳定性,为消除作业过程中力控装置导轨摩擦力、音圈电机力常数拟合误差以及环境变化等干扰,提出了一种基于线性扩张状态观测器的自抗扰阻抗控制器。最后,搭建了基于Labview的实验平台,分别采用阻抗控制器和自抗扰阻抗控制器对力控装置进行阶跃响应、曲面恒力跟踪和不同材料打磨对比实验,实验结果表明自抗扰阻抗控制器相比阻抗控制器阶跃响应时间减小0.2 s,曲面恒力跟踪接触力最大误差减少73%,在动态响应能力和跟随控制性能上都得到了提高,且可适用于多种不同材料打磨,验证了算法的有效性和鲁棒性。

摘要：基于柔顺并联机构的音圈电机驱动装置是超精密定位系统实现大行程、高动态、超精密定位的核心部件,要求电机电流驱动器可实现跨尺度电流输出能力,即微安级到安培级。本文针对以上要求,设计了一种具有高电流环带宽、高电流分辨力的驱动器。首先,建立了驱动系统考虑电机负载参数的数学模型,并分析了系统的稳定性;其次,基于遗传算法优化了驱动器电路参数,提高了电流环带宽;最后,采用音圈电机驱动的单轴纳米定位平台搭建了实时仿真控制系统,测试了驱动器带宽、电流输出能力、定位平台的定位性能。通过实验验证了设计思路和理论模型的正确性。

摘要：提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。

摘要：提出一种新型双夹爪变刚度夹持器,每个夹爪是一个由四根对称旋转柔性支链组成的变刚度柔性并联机构(VSFPM)。夹持器由两个电动机驱动,其中一个宏动电动机用于控制夹爪的开合运动,适应被抓取物体的几何尺寸;另一个微动电动机用于控制柔性支链的旋转角度,以调整夹爪在开合方向的刚度,实现变刚度柔顺抓取,提高对被抓取物体几何形状、材料属性的适应能力。基于刚度投影方法,分析了基于旋转支链柔性并联机构在夹持方向上的变刚度原理;应用基于伴随变换的刚度分析方法,求得了夹爪在任意旋转角度下的刚度模型;通过有限元仿真分析,验证了刚度模型的准确性。此外,有限元分析结果表明,提出的VSFPM机构具有较大的刚度调整范围(0.178~9.663 N/mm),为变刚度柔性夹持器设计提供了新的思路和方法。

摘要：全向移动机器人使用无解耦机构的驱动万向轮在转向时会派生出额外的滚轮滚动输出,这会导致运动的不稳定以及增加控制算法复杂性.为了解决驱动万向轮转向运动与驱动运动之间的耦合问题,通过在驱动万向轮内加入差速行星齿轮机构,合理地设置该行星齿轮组的输出传动比,可以将转向时的派生滚动输出从转向运动中解耦,实现了对机器人运动的精确控制,提高了机器人运动平稳性.最后通过对机器人进行运动学分析,得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系,验证了机器人的全向移动功能,并为机器人运动控制提供了依据.

摘要：3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙,使得传动链中引入了传动间隙,导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙,利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性,提出了一种柔性行星架以消除传动间隙,并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试,结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

摘要：提出一种可以实现三个移动和一个转动(3T1R)的新型四自由度并联机构—2PPPaR并联机构,它通过两个转动副将两条相同支链与动平台相连,每条支链均采用平行四边形机构,通过安装在水平和垂直方向的两台直线电机驱动。该并联机构具有结构简单、构型对称、工作空间大、速度快且定位精度高的特点,可广泛用于高速高精度的分拣、包装、码垛操作中,具有较好的工业应用前景。基于螺旋理论验证了该机构自由度的数目和性质,分析了该机构的运动学特性,得到了其位置的封闭解,并通过算例进行了验证。基于机构的Jacobian矩阵分析了该机构的奇异性,给出了几种典型的奇异构型,利用解析法和数值法确定了机构的可达位置工作空间,分析姿态角和各设计参数对可达位置工作空间体积的影响,研究了机构可达位置工作空间的形状及满足的几何约束条件,为后续机构的优化设计和轨迹规划提供理论依据。

摘要：基于解耦式主动脚轮的全向移动机器人系统,提出了一种考虑未知脚轮打滑的轨迹跟踪控制方法。建立了包含脚轮打滑情况的全向移动机器人运动学模型,利用附加传感器获得的冗余信息对滑动参数进行估计;根据反步法设计轨迹跟踪控制器,利用Lyapunov定理证明闭环系统的稳定性,并依据极点配置的方法实现控制参数的整定。仿真与实验结果表明:该控制方法能够使全向移动机器人在复杂室内地面稳定地跟踪设定轨迹。

摘要：工业机器人与数控机床用永磁同步电机设计过程中为追求反电动势的正弦性和低转矩脉动,常采用面包型或偏心削极的不均匀气隙结构,该文基于微分原理对不均匀气隙结构转子磁极进行径向等极弧分段,在二维极坐标下将电机结构划分为永磁体、气隙、槽开口和定子槽四个精确子域的解析模型,并建立泊松方程和拉普拉斯方程,通过分离变量法与傅里叶级数法求解偏微分方程,通过边界条件对各子域谐波系数求解以得到各分段磁极磁场分布,然后基于积分原理对其等效叠加得到电机二维磁场分布结果。该解析方法同时考虑到瓦片型、偏心式与面包型磁极转子结构,可以计算任意单元数电机的空载、电枢及负载的磁场特性,并在此基础上计算转矩和空载反电动势特性。通过样机测试结果和有限元仿真结果与解析结果进行比较,验证解析方法的准确性,能够快速指导电机设计。

摘要：针对现有重载工业机器人缺乏力控功能而难以满足去毛刺、倒角和磨抛等连续接触式作业要求的问题,提出一种含氮气弹簧的气电直驱式3-P(UU)2型三平动力控末端执行器,采用鲁棒自适应力跟踪导纳控制算法实现操作空间中接触面法向输出力的快速跟踪,适用于工件内外侧面、孔洞和狭小结构的机器人磨抛等过程。建立机构正逆运动学与气电直驱致动器动力学模型,并设计了鲁棒自适应力跟踪导纳控制器。实验结果表明,基于鲁棒自适应力跟踪导纳控制的三平动力控末端执行器力阶跃响应的稳态误差为-4.5×10^(-4)N,上升时间19.27 ms,可实现力的快速精确跟踪;负载冲击下力的调整时间116.0 ms,最大超调量57.5%,具有良好的缓冲吸振特性与鲁棒性;在平面往复运动与圆柱面连续运动工况下,力均方根误差0.143 N,冲击峰值均值0.694N,对不同材质工具磨头的接触刚度变化与环境位移误差的适应性好,可提升工业机器人的连续接触式作业质量并拓宽其应用范围。