河南省教育厅工业机器人技术及应用创新团队

 

         团队研究方向

1. 少自由度工业机器人共性理论问题研究

研究少自由度机器人构型及动力学问题、优化运动路径、探索多机器人协调控制技术、实践机器人视觉技术、开展机械手指与柔性包装材料的接触过程与作用力研究。

2. 典型行业工业机器人应用研究

1）研发塔机专用焊接机器人

以塔机标准节主枝焊接机器人为典型研究对象。根据焊接件的工艺要求，对专用焊接机器人的结构形式、焊接机器人与标准节主枝在结构和布置上的连接、标准节主枝的夹紧方式等进行确定，在此基础上，对塔机标准节主枝焊接机器人进行理论建模。建立塔机专用焊接机器人的运动学与动力学模型，并对其进行仿真与实验研究。研发实际的焊接机器人，以提高塔机结构件的焊接质量与生产效益。

关键科技问题及解决方案：

(1)   弧焊机器人系统优化及集成技术

弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器，具有良好的低速稳定性和高速动态响应，并可实现免维护功能。

(2)   协调控制技术

控制多机器人及变位机协调运动，既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求，又能避免焊枪和工件的碰撞。

(3)   精确焊缝轨迹跟踪技术

结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点，采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪，提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性，结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差，基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正，在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。

2）上下料机器人

以上下料工业机器人为研究对象，分别对硬件层、控制层和软件层进行研究，包括工业机器人上下料末端接口的机械结构研究、机器人操作臂运动空间研究、运动学及动力学建模与仿真、多机器人协同控制算法研究、离线编程软件及协同控制软件研究等，建立一整套针对上下料机器人的研究方法及研究平台，提高机器人上下料负载能力以及工作效率。

关键科技问题及解决方案：

（1）    上下料通用接口机械结构研究

研究适用不同作业对象的上下料机械结构，确定工作对像和工作任务，明确设计要求，对机器人进行手臂平衡分析，机器人动力学分析，整机强度校核等。提出设计过程中应遵循的最小运动惯量原则，尺度规划优化原则，高强度材料选用原则，刚度设计原则，可靠性原则和工艺性原则等，大大提高上下料通用接口的机械性能。

（2）    机构动力学及控制技术研究

建立整个上下料机器人在不同工况不同负载下的动力学模型，对其进行工作速度、加速度、关节力矩等关键参数进行详细数学描述，提出针对上下料机器人重复运动的高定位精度以及柔顺控制方法，在理论建模以及仿真分析的基础上对其进行控制算法优化，提高上下料机器人的重复定位精度和工作效率。

（3）    研究少自由度并联机构在上下料机器人中的应用

研究两自由度并联机构在上下料机器人中的应用。研究并联机械臂平面内任意直线的插补计算方法、实现轨迹控制，制作样机验证，研究该并联机械臂在轨迹示教、再现方面的应用。该研究将对机器人在自动化清洗、自动化包装、自动化堆垛领域的应用产生直接的推动作用。

3）包装机器人技术与应用

根据目前食品、医药行业的对包装高速和无污染的要求，本团队拟开展包装机器人技术与应用研究。包装机器人的应用可以提高产品质量，生产精准度，流程效率，以及实现系统化整合，流程再造等，以提升先进制造和供应链营运管理水平。

应用于食品、医药包装行业的抓放机器人及其成套装备主要具备以下功能和性能：（1）在满足给定位置精度条件下, 机器人必须具有很高的操作加速度, 以便提高生产率。（2）机器人必须具有足够的洁净度, 避免产品遭受污染。当物料在传送带上无规则摆放时, 机器人设备必须配备计算机视觉系统, 以实现对物料的准确识别。（3）对于由多台机器人组成的成套装备自动化生产线, 必须均衡各机器人的操作物流量, 以保证生产节拍；需要将机器人制作成即插即用的模块, 以便通过合理布局和组态来提高对产品种类和生产率变化的适应性。

关键科技问题及解决方案：

（1）    机器人视觉技术

具体包括识别与检测技术：高光谱和多光谱图像技术,射线探伤检测技术、核磁共振检测技术、红外检测技术、热红外图像检测技术、激光图像技术。

（2）    多机械手布局方式及任务分配

随着柔性制造系统的不断发展和生产规模极度膨胀, 多机器人系统串并联工作布局成为当前研究热点, 根据系统的初始成本、质量、可靠性和生产量、可伸缩性扩展生产能力所需成本、可生产产品种类、系统生产不同产品的转换时间六个方面, 优化单机器人系统的多任务执行次序, 动态平衡多机器人之间的任务分配, 这对于生产率的提升具有重要意义。

（3）    运动规划与控制技术

包装机器人的动作复杂，需要对其精密运动控制进行研究。建立一个基于DSP与FPFA的控制系统，充分利用DSP 的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度高、速度快、运动平稳，满足包装机器人要求。

 

团队带头人，王新杰教授

团队骨干： 陈鹿民、王良文、李  伟、王才东、李一浩