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油茶果动态抓取delta机器人正运动学特性研究

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农机化研究 2024年第3期46卷 14-20,29页

作者：傅雄辉李立君范子彦李宇航吕辉中南林业科技大学机电工程学院长沙410004 湖南交通工程学院湖南衡阳421001

针对传统D-H参数法求解机械臂运动学时过程比较复杂的问题,为满足油茶果动态抓取的要求,提出了一种基于旋量理论构建3-R(SS)2delta机器人正运动学方程的方法。针对3-R(SS)2delta机器人的结构进行分析;通过旋量理论的指数积公式对该机器... 详细信息

针对传统D-H参数法求解机械臂运动学时过程比较复杂的问题,为满足油茶果动态抓取的要求,提出了一种基于旋量理论构建3-R(SS)2delta机器人正运动学方程的方法。针对3-R(SS)2delta机器人的结构进行分析;通过旋量理论的指数积公式对该机器人的正运动学特性进行研究,获得机器人的位姿变换矩阵;最后,通过搭建的delta机器人试验平台运行标准门型轨迹,结果表明:delta机器人末端执行器能够精准地对传送带上移动的油茶果进行抓取。对比分析正运动学方程的计算值和delta机器人试验平台试验测量值,得到末端执行器位置值的位置误差为±0.3mm,验证了所提出方法对构建油茶果动态抓取delta机器人正运动学方程的正确性及可行性,旨在为后续进行油茶果动态抓取的轨迹规划研究奠定基础。

关键词： delta机器人油茶果动态抓取旋量理论正运动学

基于Kane方程的delta并联机器人刚柔耦合动力学研究

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机械工程学报 2024年第7期60卷 124-133页

作者：商德勇黄欣怡黄云山张天佑中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院北京100083 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室北京100083

针对delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了delta并联机器人系... 详细信息

针对delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了delta并联机器人系统的刚柔耦合动力学方程,从而量化了从动臂连杆变形对机器人定位精度造成的影响。通过对比在相同跟踪轨迹下ADAMS模型仿真与MATLAB数值分析结果,两者的动平台质心运动轨迹基本重合且主动关节旋转角度偏差小于0.01rad,验证了刚柔耦合动力学方程的正确性。最后,通过数值分析和Adams-Matlab联合仿真分析,得到机器人在不同负载条件下,末端动平台在X和Z方向的最大位移偏移量及主动关节驱动力矩最大偏差值,仿真结果反映了从动臂柔性对机器人动力学性能的影响规律,为机器人的精确控制提供了理论支撑。

关键词： delta机器人高速重载刚柔耦合 Kane方程动力学建模

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delta机器人运动轨迹动态规划方法

机械设计与研究 2022年第3期38卷 81-87页

作者：张俊刘浩阳许涛福州大学机械工程及自动化学院福州350116

针对delta机器人末端的残余振动和抓取效率问题,提出一种基于Bézier曲线的轨迹动态规划方法,并为每段轨迹的运动周期提供设置依据。首先,以机器人路径中障碍物作为控制点的设置原则,利用多阶Bézier曲线动态调整路径中不同数量障碍物... 详细信息

针对delta机器人末端的残余振动和抓取效率问题,提出一种基于Bézier曲线的轨迹动态规划方法,并为每段轨迹的运动周期提供设置依据。首先,以机器人路径中障碍物作为控制点的设置原则,利用多阶Bézier曲线动态调整路径中不同数量障碍物所对应的轨迹几何形状。其次,采用3-4-5次多项式对轨迹运动规律进行三维规划,获得轨迹插补点的位置、速度和加速度。最后,优化轨迹几何形状,并基于关节能量近似函数优选机器人运动周期,以满足运动过程中的高效性和稳定性要求。运动轨迹及运动规律仿真结果表明,所提轨迹规划方法能够有效规避障碍物,并且运动速度与加速度连续且光滑。在搭建的delta机器人样机上采用所提轨迹规划方法进行抓取实验,结果表明,抓取速率可达100次/分钟,且能够有效降低运动停止后机器人末端的残余振动。

关键词： delta机器人轨迹规划 Bézier曲线 3-4-5高阶多项式

delta机器人综合位置误差研究及其耦合特性分析

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振动．测试与诊断 2017年第3期37卷 573-582页

作者：郑坤明张秋菊江南大学机械工程学院无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室无锡214122

以delta机器人为分析对象,研究了动平台的位置误差模型,并对误差源的耦合特性进行了分析。首先,利用从动臂的位置特性,依据几何空间矢量法,建立了delta机器人机构误差模型;其次,以数理统计与空间矢量原理为基础,推导出delta机器人关节... 详细信息

以delta机器人为分析对象,研究了动平台的位置误差模型,并对误差源的耦合特性进行了分析。首先,利用从动臂的位置特性,依据几何空间矢量法,建立了delta机器人机构误差模型;其次,以数理统计与空间矢量原理为基础,推导出delta机器人关节间隙误差模型;然后,基于空间有限元理论,在建立系统弹性动力学模型的基础上建立了其柔性误差模型;综合考虑这3种误差源,建立了delta机器人综合位置误差模型;最后,利用Adams与Workbench联合仿真、Matlab数值计算和FARO激光跟踪仪的现场试验验证了位置误差模型的正确性,并对误差源的耦合特性进行了分析,阐述了方向位置误差与坐标轴方位之间的关系。结果表明,影响delta机器人动平台位置误差的各个误差源间并不是简单的叠加,而是具有明显的耦合特性,并且动平台方向位置误差会随着坐标轴方位的变化而变化。

关键词： delta机器人机构误差模型间隙误差模型柔性误差模型综合位置误差耦合特性

基于delta机器人的食品生产线动态目标抓取方法

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食品与机械 2022年第6期38卷 117-122页

作者：毕宪东王振李朝龙安阳中等职业技术学校河南安阳455000 河南科技大学河南洛阳471000 华北理工大学河北唐山063210

目的:解决当前食品生产中delta机器人在动态目标抓取方面存在的精度差、效率低等问题。方法:提出了一种新的动态目标抓取方法用于食品生产线中delta机器人的抓取控制,通过传送带的偏移量和编码器的反馈值计算目标的动态位置,优化目标的... 详细信息

目的:解决当前食品生产中delta机器人在动态目标抓取方面存在的精度差、效率低等问题。方法:提出了一种新的动态目标抓取方法用于食品生产线中delta机器人的抓取控制,通过传送带的偏移量和编码器的反馈值计算目标的动态位置,优化目标的抓取顺序,并结合门型轨迹和改进的梯形加减速算法对动态目标进行抓取。通过试验对优化前后的控制方法进行分析。结果:在20mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率由3.33%降至0,抓取速度从0.756个/s提高到0.860个/s;在30 mm/s的输送速度下,优化前后机器人漏抓率从8.83%降至0,抓取速度从0.885个/s提高到1.130个/s。结论:动态目标抓取方法能有效提高delta机器人的抓取效率。

关键词： delta机器人动态目标抓取方法门型轨迹梯形加减速算法食品生产线

基于机器视觉的delta机器人目标识别算法研究

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工具技术 2022年第3期56卷 113-117页

作者：赵鹏宇王宗彦何晓丁培燎中北大学机械工程学院山西省起重机数字化设计工程技术研究中心太原市030051

传统机器视觉目标识别算法中的目标物与背景不精确分割会导致定位不准确,并影响并联机器人工作时的抓取精确度。为此,提出一种基于ORB特征提取算法与Onecut分割算法结合的目标提取算法,对delta机器人进行系统标定,确定了工业相机、机器... 详细信息

传统机器视觉目标识别算法中的目标物与背景不精确分割会导致定位不准确,并影响并联机器人工作时的抓取精确度。为此,提出一种基于ORB特征提取算法与Onecut分割算法结合的目标提取算法,对delta机器人进行系统标定,确定了工业相机、机器人及传送带的位置转换关系。将ORB特征提取算法与Onecut算法相结合,实现了Onecut免交互分割以及对目标进行识别和定位。实验结果表明,此算法的定位精度达到并联机器人的抓取要求。

关键词：机器视觉 delta机器人图像处理 Onecut算法

基于深度学习的delta机器人螺柱焊延长杆分拣系统研究

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基于深度学习的Delta机器人螺柱焊延长杆分拣系统研究

作者：孟子渝重庆理工大学

学位级别：硕士

随着工业4.0智能制造时代的到来,越来越多的生产线引入工业机器人以实现产线的柔性化和智能化,分拣系统作为生产线中的重要一环,其智能化研究具有重大意义。delta并联机器人具有刚度高、速度快、灵活性强、重量轻、体积小、成本低等优点... 详细信息

随着工业4.0智能制造时代的到来,越来越多的生产线引入工业机器人以实现产线的柔性化和智能化,分拣系统作为生产线中的重要一环,其智能化研究具有重大意义。delta并联机器人具有刚度高、速度快、灵活性强、重量轻、体积小、成本低等优点,在分拣轻量型、多种类、多尺寸零件时具有得天独厚的优势。深度学习模型能够快速构建一套柔性视觉识别系统,具有高灵活性、高稳定性、高适应性和低成本的特点。研究基于深度学习的delta并联机器人分拣技术,实现一套高柔性、高速度、高稳定性和低成本的智能化延长杆分拣系统,符合智能化工业流水线的发展趋势,对于实现智能化工业生产有着重要的理论意义和实际意义。主要研究内容如下:1.研究基于深度学习的目标识别模型。开发和实现Squeeze网络目标识别算法,构建视觉测量模型,采用张氏标定法实现相机标定,实现基于深度学习的抓取检测算法。2.研究delta并联机器人机构。通过分析位置的正向和逆向解创建机器人的机械结构运动学模型,在正位置解分析的基础上得到机器人机构工作空间,为搭建实验样机机械结构设计提供理论基础。3.研究delta并联机器人控制系统。基于stm32构建底层数控层系统,开发并联机器人控制算法,实现运动轨迹控制。基于PC构建上位机系统,开发底层系统的通讯协议,构建系统软件UI界面。4.在上述理论研究基础上,研制用于螺柱焊延长杆分拣的delta并联机器人智能视觉分拣实验样机,实现精确识别抓取分类,验证本文并联机构理论分析的正确性和构建数控系统的可行性。

关键词：工业智能化分拣智能化 delta机器人深度学习

具有视觉拾取功能的delta机器人的研究与设计

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具有视觉拾取功能的Delta机器人的研究与设计

作者：乔东辉东北石油大学

学位级别：硕士

随着我国智能制造步伐的加速,具备视觉功能的工业机器人成为了行业变革的主要源动力。并联机器人中的delta机器人具备高速,高精度等优点,从诞生起就受到了各方面的关注。本文通过对机器人运动学正、逆解,抓取过程轨迹规划,视觉目标识别... 详细信息

随着我国智能制造步伐的加速,具备视觉功能的工业机器人成为了行业变革的主要源动力。并联机器人中的delta机器人具备高速,高精度等优点,从诞生起就受到了各方面的关注。本文通过对机器人运动学正、逆解,抓取过程轨迹规划,视觉目标识别和系统整体集成等相关理论及技术的研究,采用通用工业控制器设计实现了一种具有视觉拾取功能的delta机器人。针对delta机器人常规解析法正解过程繁琐这一问题,通过将二维优化问题中的Nelder-Mead单纯形法拓展到三维,提出一种基于Nelder-Mead单纯形法的delta机器人运动学求解算法。在简化求解模型复杂度的同时降低了计算复杂度,可在较短时间内完成delta机器人笛卡尔坐标系中的三维坐标与三个主动臂角度间的运动学求解。delta机器人拾取过程中需要满足笛卡尔坐标系下末端执行器轨迹平滑和电机速度、加速度平稳连续变化的使用要求。在此前提下针对拾取过程中最常见的门型轨迹,提出一种局部利用Pythagorean-Hodograph曲线进行曲线路径规划、全局采用多项式轨迹规划的时间最优轨迹优化方法,其中采用蜂群算法进行优化问题求解,获得时间最优的单次门型拾取放置轨迹。针对delta机器人视觉拾取功能中的手眼标定和目标坐标点提取问题,在完成相机标定的基础上采用图像处理方法实现对于拾取目标中心点坐标获取,将该坐标准确转换至机器人坐标系中,为进行delta机器人运动学求解提供基础。通过对上述delta机器人设计实现关键技术的研究,运用系统集成技术设计实现一种基于通用工业控制器的具有视觉拾取功能的delta机器人实验平台,对本文研究的各部分功能进行了实际验证,进一步证明了研究结果的有效性和工程价值。

关键词： delta机器人 Nelder-Mead单纯形法多项式轨迹规划 Pythagorean-Hodograph曲线手眼标定

基于食品包装的delta机器人轨迹优化研究

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基于食品包装的Delta机器人轨迹优化研究

作者：张培森沈阳工业大学

学位级别：硕士

工业机器人因其高度自动化的特点,在食品包装领域广泛应用。目前食品行业存在包装效率低、能耗高等问题。为实现生产效益最大化,在保证生产效率的前提下,尽可能地减少能耗,因此以包装食品的delta机器人为研究对象,进行运动规划,针对能... 详细信息

工业机器人因其高度自动化的特点,在食品包装领域广泛应用。目前食品行业存在包装效率低、能耗高等问题。为实现生产效益最大化,在保证生产效率的前提下,尽可能地减少能耗,因此以包装食品的delta机器人为研究对象,进行运动规划,针对能耗与时间开展轨迹优化研究,获取综合最优轨迹规划方案,主要内容如下:(1)分析机构特点,建立delta机器人虚拟模型,基于从动杆杆长方程进行逆运动学求解,采用结合遗传算法和非线性规划的函数优化算法进行正运动学求解,通过实例验证运动学理论,由此获取理论最大工作空间与全工作空间,便于后续规划食品包装的动平台轨迹;在从动杆质量等效分配的基础上,基于虚功原理构建动力学方程。(2)路径规划方面,采用PH曲线平滑处理动平台的门字形路径的直角拐角;轨迹规划方面,由于TDTR算法具有局限性,改进后,结合改进的离散差分进化算法形成改进的轨迹压缩算法,以算法提取的轨迹特征点作为插补点进行插补。基于规划的轨迹实例,采用改进的轨迹压缩算法与TDTR算法分别压缩关节轨迹,数据对比表明,改进的轨迹压缩算法降低驱动电机抖动和机器人的能耗,动平台运动平稳,证明算法在轨迹规划与仿真方面的有效性;同时基于轨迹实例,运用ADAMS软件仿真验证机器人动力学理论。(3)轨迹优化方面,运用改进的多目标粒子群算法,以动平台分段轨迹时间为优化变量,明确能耗与时间性能指标,进行轨迹多目标优化。基于欧几里得距离进行折衷规划,权衡时间与能耗,从Pareto最优解集中获取综合最优轨迹方案;对比轨迹实例,优化后机器人能耗降低5.35%、时间降低6.07%,算法降低能耗、提高工作效率。分别研究综合最优轨迹方案与轨迹实例中驱动关节轨迹插补数据与动平台仿真数据,对比表明相对于轨迹实例,各支链关节速度最大值与速度变化量降低,机器人所受干扰与冲击小,运动平稳。(4)试验方面,搭建delta机器人的试验平台,对综合最优轨迹方案进行试验验证,对比各支链驱动关节转角的试验数据与仿真数据可知,误差处于合理范围内,各支链的驱动关节按预设轨迹平稳运动,验证了算法的有效性与综合最优轨迹方案的可行性。

关键词： delta机器人轨迹规划 ADAMS 轨迹多目标优化试验验证