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薄壁铝合金管机器人弯曲成形起皱调控优化

锻压技术 2023年第5期48卷 205-220页

作者：郭训忠许祥勇刘春梅白雪山张坤孙振彪沈然涛南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016 浙江金马逊智能制造股份有限公司浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水321403 航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110850

机器人管材弯曲成形技术是于工业4.0大背景下诞生的一种新型高灵活度管材弯曲成形技术,可实现细长管件的全自动化快速弯曲成形。工业机器人控制的末端弯曲装置在弯曲旋转的同时沿管材轴线方向进给,一定程度上改善了弯管件壁厚减薄的问题... 详细信息

机器人管材弯曲成形技术是于工业4.0大背景下诞生的一种新型高灵活度管材弯曲成形技术,可实现细长管件的全自动化快速弯曲成形。工业机器人控制的末端弯曲装置在弯曲旋转的同时沿管材轴线方向进给,一定程度上改善了弯管件壁厚减薄的问题,但增大了起皱趋势。针对该问题,以Al6061铝合金管为对象,开展薄壁管机器人弯曲成形起皱优化调控。选取嵌入几何微缺陷后模型计算中消耗能量最低时的波长、起皱形貌以及与实际样件最为相似时的缩放因子作为最佳参数,建立了嵌入几何微缺陷的机器人管材弯曲成形有限元模型。采用几何微缺陷耦合有限元模型、响应面优化分析及成形实验相结合的方法,建立了起皱响应面回归预测模型,通过获得的响应曲面与等高线图,揭示了工艺参数耦合对Al6061铝合金薄壁管机器人弯曲成形起皱的影响规律,获得了最佳成形工艺参数,进一步验证了起皱预测模型和嵌入几何微缺陷的有限元模型的可靠性。

关键词：薄壁铝合金管机器人弯曲成形技术几何微缺陷起皱调控响应面优化

基于模具创新设计的高强钛管小半径加热绕弯扁化控制

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精密成形工程 2022年第1期14卷 95-100页

作者：林姚辰曾元松吴为林伟明吕凤工金凤臻李恒浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水321403 中国航空制造技术研究院北京100024 浙江金马逊机械有限公司浙江丽水321403 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

目的发展小直径高强钛管小弯曲半径(R=1.5D)加热弯曲成形的截面扁化缺陷控制技术。方法基于对管材弯曲前预变形和弯曲过程中施加有效约束的原理,设计变曲率型腔的反变形压力模结构、勺形芯模结构和带芯球的柔性芯模结构,结合有限元仿真... 详细信息

目的发展小直径高强钛管小弯曲半径(R=1.5D)加热弯曲成形的截面扁化缺陷控制技术。方法基于对管材弯曲前预变形和弯曲过程中施加有效约束的原理,设计变曲率型腔的反变形压力模结构、勺形芯模结构和带芯球的柔性芯模结构,结合有限元仿真分析,研究探索不同模具结构设计对弯管截面扁化的影响。结果与"压力模+圆形芯棒"模具组合相比,使用反变形压力模可以将最大截面扁化率降低9%~21%;与传统模具组合下的最优扁化率(6.19%)相比,反变形压力模结合勺形芯模和带芯球的芯模可进一步将扁化率降低24%~33%,最优扁化率为3.9%。结论反变形压力模和勺形芯模带芯球的芯模相结合的模具结构设计,有效解决了小直径高强钛管小弯曲半径成形的截面扁化问题,将扁化率控制在4%以内。

关键词：管材加热绕弯成形截面扁化反变形压力模勺形芯模柔性芯模

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柔性辊压成形技术及装备发展现状与展望

现代制造工程 2024年第1期 151-161页

作者：郭文凤刘春梅王云郑硕冯宇程南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211100 浙江金马逊智能制造股份有限公司浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室丽水323000

柔性辊压成形是一种新型塑性加工技术,与传统带材成形技术相比,该工艺通过多道次成形辊小角度变化完成成形要求,结合了自动化及高水平智能控制系统,工艺先进性高,该工艺的升级可以更好地利用框架式结构来实现轻量化。针对成形构件的不... 详细信息

柔性辊压成形是一种新型塑性加工技术,与传统带材成形技术相比,该工艺通过多道次成形辊小角度变化完成成形要求,结合了自动化及高水平智能控制系统,工艺先进性高,该工艺的升级可以更好地利用框架式结构来实现轻量化。针对成形构件的不同特征,包括等截面、变截面、轴线侧弯和变深度构件,调研了辊压成形工艺的研究现状,包括机理机制、成形受力及有限元仿真。描述了该工艺成形过程中出现的缺陷类型及产生机理,给出了控制各类缺陷所使用的改进措施。最后总结了该工艺目前已应用的领域和未来重点开发应用的领域,指出该工艺在采用高自动化水平制造高精度、高质量构件方面具有良好的发展前景。

关键词：辊压成形柔性型材轻量化缺陷

RP型刚柔机械臂螺栓结合部等效建模及结构特性分析

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中国工程机械学报 2022年第3期20卷 205-210,215页

作者：张文辉闻志游张平沈金淼叶晓平南京晓庄学院电子工程学院江苏南京211167 浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310000 丽水学院工学院浙江丽水323000 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水323000 浙江省文创产品数字化设计与智能制造重点实验室浙江丽水323000

螺栓结合部是RP型刚柔机械臂的关键连接部件,建立其等效模型并使用ANSYS对其结构特性进行分析。首先分析螺栓结合部受力状态,确立结合面接触面压与螺栓预紧力的关系表达式;然后基于弹簧等效原理,建立了螺栓结合部等效模型;基于微凸体变... 详细信息

螺栓结合部是RP型刚柔机械臂的关键连接部件,建立其等效模型并使用ANSYS对其结构特性进行分析。首先分析螺栓结合部受力状态,确立结合面接触面压与螺栓预紧力的关系表达式;然后基于弹簧等效原理,建立了螺栓结合部等效模型;基于微凸体变形模型和赫兹接触理论,分别推导螺栓结合部切向刚度方程和法向刚度方程;利用PRO/E建立螺栓结合部三维模型,运用ANSYS进行仿真分析,探究螺栓预紧力、螺栓直径对结合部的力学特性影响规律,以及螺栓数目及排列方式对结合部模态频率特性影响机理。所得结论对于深入研究刚柔耦合柔性臂的动态特性具有重要意义。

关键词： RP型刚柔机械臂螺栓结合部等效建模结构特性

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空间机械臂基于速度观测器的神经网络控制

空间控制技术与应用 2022年第6期48卷 12-21页

作者：张文辉沈金淼游张平叶晓平周书华南京晓庄学院电子工程学院南京211167 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310000 丽水学院工学院丽水323000 浙江经济职业技术学院汽车工程学院杭州323000 浙江省文创产品数字化设计与智能制造重点实验室丽水323000 计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学) 南京210093 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室丽水323000

针对无速度反馈的柔性关节空间机器人控制问题,提出了一种基于速度观测器的自适应神经网络的控制方法.基于奇异摄动理论将柔性关节空间机械臂动力学模型分解为快慢变2个子系统;利用神经网络逼近控制器和观测器中的未知非线性,设计基于... 详细信息

针对无速度反馈的柔性关节空间机器人控制问题,提出了一种基于速度观测器的自适应神经网络的控制方法.基于奇异摄动理论将柔性关节空间机械臂动力学模型分解为快慢变2个子系统;利用神经网络逼近控制器和观测器中的未知非线性,设计基于自适应神经网络的速度观测器和控制器,动态抵消模型不确定性对系统的影响;利用泰勒线性化方法,设计了权值、基函数中心和宽度参数在内的自适应学习律,提高了控制精度,且不需要离线学习;设计了基于速度差值的控制器来抑制快变子系统模型中的弹性振动;基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的一致最终有界.仿真实验证明了所提控制策略的有效性.

关键词：空间机械臂柔性关节速度观测器神经网络振动抑制

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航空发动机导管加工设备与精度保障研究

锻压装备与制造技术 2021年第4期56卷 111-114页

作者：潘宝山杨茜林姚辰周青锋樊智涌中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司辽宁沈阳110041 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江缙云321403 浙江金马逊机械有限公司浙江缙云321403

若将航空发动机比作人的心脏,那发动机导管则是连通各个"器官"的"血管",用于输送"血液"、"氧气"等物质的重要管道,对整体的运行发挥着至关重要的作用。为了确保正常飞行,必须确保发动机导管的正常工作,而发动机导管的工作情况,在很大程... 详细信息

若将航空发动机比作人的心脏,那发动机导管则是连通各个"器官"的"血管",用于输送"血液"、"氧气"等物质的重要管道,对整体的运行发挥着至关重要的作用。为了确保正常飞行,必须确保发动机导管的正常工作,而发动机导管的工作情况,在很大程度上取决于加工设备的精度。为提高航空发动机导管的工作效率、使用寿命,本文主要论述常用导管加工设备及保障航空发动机导管加工设备精度的方法。

关键词：航空发动机导管加工设备精度

基于自适应神经网络的柔性关节空间机器人振动抑制控制

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上海航天（中英文） 2022年第6期39卷 29-36,50页

作者：沈金淼游张平张文辉叶晓平周书华单以才浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310000 南京晓庄学院电子工程学院江苏南京211171 丽水学院工学院浙江丽水323000 浙江省文创产品数字化设计与智能制造重点实验室浙江丽水323000 浙江经济职业技术学院汽车工程学院浙江杭州310018 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水323000

针对存在负载变化、建模误差和摩擦干扰的柔性关节空间机器人控制问题,提出了基于奇异摄动的神经网络自适应鲁棒控制方法。首先,通过拉格朗日方程和动量矩守恒定理建立柔性关节漂浮基空间机器人动力学模型;其次,通过奇异摄动理论将动力... 详细信息

针对存在负载变化、建模误差和摩擦干扰的柔性关节空间机器人控制问题,提出了基于奇异摄动的神经网络自适应鲁棒控制方法。首先,通过拉格朗日方程和动量矩守恒定理建立柔性关节漂浮基空间机器人动力学模型;其次,通过奇异摄动理论将动力学模型近似分解表征为刚性的慢变子系统和柔性的快变子系统,针对于慢变子系统,设计基于神经网络补偿的自适应鲁棒控制器;针对于快变子系统,设计柔性补偿器和力矩微分反馈抑制器;最后,基于李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性。仿真表明:所提出的控制策略是有效的,且在柔性补偿器失效的情况下,采用独立的神经网络自适应鲁棒控制器能够抑制弹性振动,并精确跟踪期望轨迹。

关键词：空间机器人负载变化柔性关节神经网络振动抑制自适应控制

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面向未知目标的柔性关节空间机器人滑模控制

空间控制技术与应用 2021年第3期47卷 49-56页

作者：张文辉陈浩文闻志叶晓平南京晓庄学院电子工程学院江苏南京211100 南京工程学院江苏南京211100 浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310000 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水323000 丽水学院工学院浙江丽水323000

针对载荷捕获的空间机器人控制问题,同时考虑机械臂关节柔性和非合作目标质量未知等因素影响,提出一种基于目标质量观测器的滑模变结构控制方法.首先,针对空间非合作目标质量未知问题,设计基于改进的最小二乘迭代算法实现对非合作目标... 详细信息

针对载荷捕获的空间机器人控制问题,同时考虑机械臂关节柔性和非合作目标质量未知等因素影响,提出一种基于目标质量观测器的滑模变结构控制方法.首先,针对空间非合作目标质量未知问题,设计基于改进的最小二乘迭代算法实现对非合作目标质量在线辨识.进而,采用拉格朗日方法和动量矩守恒原理,建立漂浮基座柔性关节空间机器人动力学模型;针对动力学模型中刚柔耦合特性,基于奇异摄动理论将系统模型近似地分解为快慢变子系统;针对慢变子系统,设计滑模变结构控制器来保证系统的鲁棒性和动态特性;针对快变子系统,设计基于速度差值的反馈补偿控制算法,抑制柔性关节产生的残余振动,保证控制精度.最后,实验分析了快慢变子系统各自的作用机理,验证了控制方法有效性.

关键词：柔性关节空间机器人奇异摄动理论滑模控制质量观测器

基于Scratch的USB模块化可拆卸教育机器人设计与开发

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南京晓庄学院学报 2022年第6期38卷 1-5页

作者：赵孜孜沈金淼张文辉昌路叶晓平游张平南京晓庄学院电子工程学院江苏南京211171 浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310000 丽水学院工学院浙江丽水323000 浙江省航空航天金属导管塑性成形技术与装备重点实验室浙江丽水323000 浙江省文创产品数字化设计与智能制造重点实验室浙江丽水323000

为响应国家对提高学龄儿童信息化素质教育的号召,开发了基于Scratch的USB插拔式模块化教育机器人.对模块化教育机器人功能模块进行整体方案设计:基于Altium Designer对单片机最小系统,电源选择模块,串口烧录等电路进行分块设计,通过布... 详细信息

为响应国家对提高学龄儿童信息化素质教育的号召,开发了基于Scratch的USB插拔式模块化教育机器人.对模块化教育机器人功能模块进行整体方案设计:基于Altium Designer对单片机最小系统,电源选择模块,串口烧录等电路进行分块设计,通过布线与铺铜形成模块化产品级PCB板.采用USB数据线将模块进行连接可形成功能各异的目标机器人.开发基于Mixly的智能避障机器人图形化程序,并将其成功应用于所设计的目标机器人进行测试.测试结果表明:所开发的可拆卸模块化教育机器人能够很好地执行相关指令,完成相应目标动作,具有操作方便,易学性好等优点.

关键词： Altium Designer 教育机器人智能避障多模块化