为解决巧克力分拣包装生产线上人工分拣易造成巧克力破碎、污染等问题,提出工业机器人分拣解决方案,采用两条输送链跟踪分拣巧克力并统一装盒。研究了并联机器人的输送链跟踪技术,讨论了在虚拟仿真环境中输送链和机器人运行速度之间的关系。结果表明,通过将输送链与机器人的速度设定为一定比值,机器人可以达到100%的分拣率,同时保证生产节拍和工作效率,对布局企业分拣生产线具有现实指导意见。

为提高机器人在高速运动过程中的精度和稳定性,研究了4-DOF的Delta高速并联机器人动力学方程的建模方法。采用几何法求解机器人逆运动学方程,结合旋量理论的Kane方法建立了机器人的动力学方程。采用Matlab编程对运动学和动力学模型进行求解,绘制了各个驱动臂的位移、速度、加速度以及力矩曲线。在Simscape中建立Delta机器人的动力学控制系统,以力矩为输入,得到驱动臂位移曲线。对比计算和仿真结果,验证了动力学方程的正确性。

研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解,通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式,建立刚度指标和综合灵巧度指标,得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证,可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵,通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性,并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明,在可达空间体积近似的情况下,直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好,而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。

Delta并联机器人被广泛用于小物品的高速拣选和包装等。为了得到优良的性能,控制系统设计和机械结构设计时需要考虑动力学模型的影响。文中利用凯恩方程对三自由度Delta并联机器人建立了动力学反解模型。文中建立的动力学模型结构紧凑。在整个建模过程中,只是用到了动平台的位置、速度、角速度参数和主动转动副转角、角速度及角加速度,不需要求出被动臂(即空间平行四边形机构)的位姿参数、(角)速度和(角)加速度。

针对机器人关节空间轨迹插值中插值点选择的复杂性,以Delta机器人动平台门字形轨迹为研究对象,提出一种基于轨迹压缩的轨迹插值方法。采用PH曲线平滑过渡动平台运动轨迹拐角,将任意轨迹点位置以3个主动杆的转动角度表示,形成关节空间轨迹;将遗传算法与改进的TDTR算法结合,对主动杆转动关节的轨迹进行离线压缩,得出特征轨迹点,作为5次NUBRS的插值点进行轨迹插值;与按时间与距离均匀划分所得相同数目的轨迹点作为插值点,进行轨迹插值数据对比,证明基于轨迹压缩的轨迹插值,关节角速度与加速度的最大值降低。仿真对比表明,此方法降低了动平台的最大加速度。测试实验结果验证仿真结论,动平台运动平稳,进行循环拾取操作的速率可达50次/min,证明该方法在提高运动平稳性方面具有优越性。

人机协同操作是机器人研究的热点。基于自主搭建的用于人机协同操作的小型Delta并联机器人,对其进行了系统地理论建模及抓取实验研究。建立了系统的运动学约束方程,推导出机构的运动学正逆解方程,并在此基础上利用虚功原理建立系统的简化动力学模型。在工作空间内对末端进行抓取轨迹规划。为检验系统的可行性,搭建实验系统进行抓取实验研究,实验结果表明了该小型Delta机器人系统的可行性,为后续人机协同操作奠定理论和硬件基础。

为了扩大Delta机器人工作空间,设计了一种新型冗余XY-Delta机器人。利用ADAMS软件辅助进行了Delta机器人电机与减速器的选型设计,然后根据Delta并联机器人工作空间的大小以及实际需求设计了XY平台,将Delta系统静平台安装于XY平台末端组成冗余XY-Delta机构系统;采用分散式控制方式搭建了系统的控制框架,并定义了控制逻辑。最后对物理样机进行了测试实验,实验结果表明,XY-Delta系统具有速度高、精度高等特点,并且能够改善Delta机器人系统工作空间小的缺点,具有一定的实用参考价值。

研究机器人运动学较为传统的方法为D—H参数法，以4-R（SS）^2并联机器人为研究对象，基于旋量理论，根据指数积公式对该机器人进行正运动学分析，得到机器人的位姿变换矩阵。旋量法只需要建立惯性坐标系S和工具坐标系T，经过每一个关节变量之间的变换，最终可得到其运动学方程。与D-H参数法相比，此方法使运动学模型变得更为简单，并且具有更明确的几何意义。最后对并联机器人进行运动仿真，构建其仿真模型，确定机器人各结构的参数，输入随机关节变量，得到的结果与文中计算的结果进行对比，验证本文方法的准确性。

DELTA机器人是实践中运用最成功的一种并联机器人之一，它依据独特的运动性能在并联机器人市场中占据重要的地位。文中利用蒙特卡洛法及位置正解对其工作空间进行了初步研究，借助MATLAB软件画出了其工作空间三维图及其各坐标轴剖面图，为后续设计打下了基础。

＂物料矫正＂是自动化生产线上工业机器人最常见的动作之一,对流水线上的产品进行姿态检测后按照特定程序摆放。文中引入工业相机作为视觉技术环节,在保证了跟踪抓取的精度的同时,进行物料矫正。研究了视觉引导机器人的跟踪矫正动作,为实地生产的工业自动化提供技术支持。