Análisis Dinámico de mecanismos paralelos con requisitos de diseño mecatrónico

[ES]El objetivo del presente TFG es el Análisis Dinámico de mecanismos paralelos según las necesidades de la mecatrónica. La mecatrónica requiere expresiones explícitas de las fuerzas motoras que sólo dependen de las propias posiciones, velocidades y aceleraciones en los accionamientos. Ello requiere métodos avanzados de la mecánica analítica de sólido rígido. Concretamente se han desarrollado la ecuación de Lagrange modificada (según [11]) y la ecuación de Boltzmann-Hamel modificada, siendo esta última una aportación de este TFG. Como aplicación práctica se ha programado un modelo mecatrónico para un manipulador paralelo 5R y se ha optimizado el diseño de una Multi Axis Simulation Table 3PRS.

Integrated high pressure microhydraulic actuation and control for surgical instruments

To reduce the surgical trauma to the patient, minimally invasive surgery is gaining considerable importance since the eighties. More recently, robot assisted minimally invasive surgery was introduced to enhance the surgeon's performance in these procedures. This resulted in an intensive research on the design, fabrication and control of surgical robots over the last decades. A new development in the field of surgical tool manipulators is presented in this article: a flexible manipulator with distributed degrees of freedom powered by microhydraulic actuators. The tool consists of successive flexible segments, each with two bending degrees of freedom. To actuate these compliant segments, dedicated fluidic actuators are incorporated, together with compact hydraulic valves which control the actuator motion. Especially the development of microvalves for this application was challenging, and are the main focus of this paper. The valves distribute the hydraulic power from one common high pressure supply to a series of artificial muscle actuators. Tests show that the angular stroke of the each segment of this medical instrument is 90°. © 2012 Springer Science+Business Media, LLC.

基于最小疼痛感的机器人操作臂轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标的问题,从仿生学的角度提出一种新的轨迹规划方法。将关节加速度的增量进行编码,同时将疼痛感作为优化指标,利用遗传算法在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中的具有较小疼痛感的轨迹。仿真试验结果表明,所提出的方法是可行的,可以规划出正确的跟踪轨迹,同时有效的减小了操作臂运动过程中的疼痛感。

机器人操作臂跟踪动态目标的轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标问题,提出一种基于遗传算法的轨迹规划方法。通过对关节加速度的增量进行编码,实现在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中所需要的轨迹。仿真计算的结果表明,所提出的方法是有效的。

一种冗余机器人逆运动学求解的有效方法

针对7自由度冗余机械臂的逆运动学提出了一种新的求封闭解的方法。保证系统实时性的前提下采用二次计算法,在梯度投影法得出优化不精确解的基础上,根据系统结构特点用固定关节法进行再次计算,最终得到一组精确的优化解。既充分利用了系统的冗余特性又大大提高了计算精度。以7自由度仿人机械手臂为例具体阐述了这种方法。从手臂末端轨迹精度方面对梯度投影法和二次计算法的仿真结果进行了比较分析,说明了二次计算法在提高末端精度方面的有效性,并通过试验证明算法可以满足一般机器人系统的实时性要求。

拟人机器人交互作用力的研究

拟人机器人的动力学具有高度非线性、高度耦合的特点,分析清楚各组成部分之间的交互作用力是实施高级控制方法的基础。文章在以往分析移动机械手的基础上,从整体建模的角度入手,对拟人机器人的交互作用力提出了一个新的模型,即神经网络模型。利用该模型对一个特殊的单一手臂运动的例子进行了拟合,其结果是收敛的。这说明提出的模型是有效的,此后,我们将陆续给出研究成果。

水下七功能机械手摆动液压缸的研究

强作业型七功能水下机械手是水下机器人不可或缺的通用水下作业工具。随着对海洋的探索加快，对其需求量将越来越大。我国在强作业型七功能水下机械手的研究上与世界先进水平相差很大。对强作业型七功能水下机械手展开研发工作势在必行。 本论文对七功能机械手的重要关节驱动－摆动液压缸进行研究。首先确定摆动缸的结构选型。然后针对摆动液压缸的组合密封展开研究，以明确组合密封各部分的功能，优化密封件的密封性能。最后对摆动缸进行详细设计，并对其工作性能的参数进行估算。 首先，对组合密封模型进行简化后，用弹性流体润滑（EHL）理论进行分析计算，以得到密封件压缩量与密封油膜厚度、泄漏量、摩擦力的关系。 然后将用有限元(FEM)工具分别建立简化模型、叶片模型和组合密封模型，按接近实际的状态对模型进行约束和加载，以分析其变形和应力分布，并根据最终结果对EHL计算结果进行相应修正，以辅助摆动液压缸的设计。完成以上工作后，根据分析结果确定密封件适当的压缩量。同时，对轴端密封建立模型，用FEM工具对其进行受力变形分析，以改善其密封情况。 对密封件的分析表明，采用论文给出的组合密封结构，其中起支撑作用的Ｏ形圈受液压压力变形产生“自封”效应，强化了密封效果。组合密封的在给定压缩量时的，其O形圈的硬度对密封压力影响很大，应选择更高硬度的Ｏ形圈，以完成对摆动液压缸叶片的密封。端密封受装配后轴沿轴向的游动影响明显，应提高此处Ｏ形圈的直径并适当增加其预压缩量。

监控式水下机械手及相关技术的研究

水下机械手作为水下机器人通用作业工具得到广泛地应用，目前水下机械手的主要操作方式为主从方式。虽然主从方式具有操作直观，灵活的特点，但难于完成需要精确定位，轨迹控制的水下作用，如海洋石油钻井平台导管架的检查作用。为了扩展水下机器人的作业能力，提高水下作业智能化程度，沈阳自动化所承担国家863课题“水下虚拟遥操作与监控机械手系统”关键技术的研究工作。作者参加了此课题的研究工作，以Schilling水下机械手为研究对象，深入研究机械手的作用功能，对机械手的逆运动学，焊缝空间轨迹规划作了深入的研究，形成本文阐述的主要内容。由于Schilling水下机械手各关节之间的连接参数中存在多个偏距，其运动学逆解不能简单由解析方式给出。机械手进行控制与轨迹规划等操作必须找到一种快速求解的方法。本篇文章得出一种基于信赖域法的机械手运动学逆解算法。由于该算法具有收敛速度快的特点，故可以被应用于在线求解机械手运动学逆解；由于没有直接求解二阶导数，故不存在奇异解的问题。经理论分析和实验证明该方法在解决水下监控机械手在线跟踪水下结构物空间轨迹的技术问题具有较好的效果。作为课题的实际应用背景的导管架焊缝曲面为一复杂的空间曲面。为了实现课题的研究目标，本课题不仅要求解焊缝的轨迹，而且要给出其法线方向。对于这样一个问题，用空间解析几何和微分几何方法是很难求解的，本文给出了一种基于B样条参数曲面及曲面求交的方法，具有速度快，通用性强的优点。

一种柔性冲压自动化生产线系统的研制

本文介绍了一种用于大型汽车覆盖件冲压生产的柔性自动化生产线，系统由６台压机、１２台上下料机械手、１台翻转传输装置、４台穿梭传输装置及１台磁力分层装置构成．给出了生产线的主要性能指标、机械手结构简图及单元控制系统框图，简要介绍了系统的工作原理。

并联机器人机床运动学正、逆解

基于一般ＳＴＥＷＡＲＴ机构研制的并联机器人机床是新一代智能化金属切削加工机床．然而，机床的运动学位置正、逆解呈强非线性，求解困难．出于机床精度的需要，本研究的模型样机在结构上采用了滚珠丝杠传动，因此又带来了关节运动耦合，导致机床运动学位置正、逆解求解更加复杂．利用运动学等效的原则，引入整机等效串联机构及分支等效串联机构，以等效广义坐标为中间变量建立机床运动学正、逆解求解迭代算法．仿真与控制实验表明，该算法具有收索速度快便于实际应用等特点。

遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统

本文介绍遥控移动式作业机器人实时多任务管理系统．该系统是在多总线和位总线相结合的计算机系统上，利用ｉＲＭＸⅡ实时多任务操作系统设计编制的实时多任务管理系统．该系统为遥控机器人提供了数据通讯，人机接口，任务作业等重要管理工作，使机器人能顺利地完成机械手操作和车体运动等重要控制功能。

基于运动耦合结构的并联机器人的运动学正逆解

根据运动学等效的原则，在并联机器人中引入等效串联机器人及分支等效串联机器人，以等效广义坐标为中间变量建立并联机器人运动学正道解求解算法。该算法能有效处理结构带来的运动耦合，并且规划的软件具有自动生成迭代初始点、避免多解性以及便于实际应用等特点，从而为并联机器人的结构设计与创新提供了理论支持。

机器人机械手的鲁棒性稳定跟踪控制

为工业机器人机械手提出了一种稳定跟踪控制法．这种控制方法由前馈控制器、反馈控制器组成．前馈控制根据期望轨线用计算力矩法得到；反馈控制由线性ＰＩＤ控制项和非线性ＰＤ控制项组成，这种控制方法能使跟踪误差逐渐趋近于零．最后，给出了ＰＵＭＡ５６０机器人的计算机仿真实验验证此控制方法的有效性

双机械臂协调系统的一类最优轨迹规划方法

机器人机械手的离散时间学习控制

本文为机器人机械手提出了一种基于离散时间的重复学习控制法，这种学习控制法利用机器人动力学模型的部分知识，从它的特性和实用观点看，这种控制法比现有的其它学习控制法更有吸引力．本文还给出了学习控制法的收敛性证明和计算机仿真结果。