高适应性机构设计方法及其在电力行业的应用.pdf

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1、1高适应性机构设计方法及其在电力行业的应用王洪光中国科学院沈阳自动化研究所2023年6月29日2目录1.高适应性机构研究与应用1.1.高适应性机构概述1.2.电网运维环境与任务需求1.3.高适应性机构的设计方法1.4.典型应用案例分析2.协作机器人在电力应用展望3.结论333一机多能高适应机器人多场景多任务多功能高变构能力高平顺性高稳定性环境适应性任务适应性核心机构适应性高适应性机构与机器人技术是世界各国竞相争夺领先地位的高技术领域，也是体现国家在装备制造领域能力与水平的标志-引自“机械工程学科发展战略报告（2021-2035）”高适应机器人应用领域航空、能源、水利、交通等1.1高适应性机构概

2、述美国-NRI、欧盟-地平线、日本-机器人新战略:美国、欧盟、日本等发达国家机器人规划均涉及研发多场景、多功能、多任务的高适应机器人国家十四五机器人产业发展规划:机器人核心技术攻关行动-机器人重构技术4从深空探测到载人深潜，从空天装备到高铁工程，我国已成功完成的各重大工程背后均有高适应性机构与机器人技术的有力支撑，未来的国防航天任务与国民经济建设对机构与机器人系统的高适应性提出了更加严峻的挑战，包括机构适应性、环境适应性和任务适应性。机构适应性是指通过机构的构型、尺度与结构设计，使之能够根据与其相互作用的对象或环境做出适应性改变，是机构学研究的重要内涵。仿生机构与机器人、连续体机器人、软体机器

3、人、折展机构、变形与可重构机器人、智能结构与机械超材料等均是典型的自适应机构。引自“机械工程学科发展战略报告（2021-2035）”源自“机械工程学科发展战略报告（2021-2035）”1.1高适应性机构概述51.1 高适应性机构概述人类进化人类进化Evolution与自然环境的交互、自适应、演变过程机器变革机器变革Step Change由单一简单任务到复杂工况的机器革新适应多工况、多环境、多需求的机器人机器人核心技术攻关行动的共性技术：机器人模块化与重构技术国家十四五机器人产业发展规划机器人技术引领的技术转型第四次工业革命机器人与人工智能智造强国顺应世界发展趋势、满足国家需求多任务多工况机构

4、适应机器人适应性变革一机多用、一机多能的技术趋势多场景控制适应变结构、变拓扑或变自由度视/力融合感知引导混合规划61.1 高适应性机构概述6变胞Origami机器人Felton,Tolley变胞并联机构Zhang,DaiGan,Dai变拓扑机构H.Yan（JMD）可重构自动化包装系统J.Dai（Unilever）变胞机构J.Dai+J.Rees（DETC）J.Dai,Q.Zhang柔性机构变胞制造L.Howell（BYU）水下变胞机器人I.M.Chen变胞微装配机器人Giorgio Bozzini变胞爬行机器人Zhang,DaiTand,Dai变胞多指灵巧手Dai（TRO）变胞码垛机器人Wan

5、g,Dai变胞过约束机器人Song,Dai（MMT）199620222009适应多工况、多环境、多需求的机器(metamorphosis)由单一简单任务到复杂工况的机器革新(step change)机器革新与高适应机构绝缘子检测变胞机器人Yuan,Wang（MMT）空间可折展机构Huang（MMT）绝缘子检测变胞机器人Yuan,Wang（MMT）高适应机构(变胞机构)历史与发展结构尺寸能耗约束多作业任务需求环境适应性机构适应性任务适应性多环境适应可重构构型多功能适应多构型需求7现有机器人机构设计方法面临电网复杂环境和多任务适应性需求挑战复杂多作业任务状态检测设备操作 故障检修极端、复杂非结构环

6、境高空作业狭窄空间强电磁场轻质小型灵敏精准高负载比高刚度重载机器人机构大空间/体积比1.2 电网运维环境与任务需求极端环境和复杂任务工况的特殊性能需求81.3 高适应性机构的设计方法-传统机器人机构综合设计方法设计目标实现功能和限制条件基本工作原理拓扑结构设计构型综合、分析与优选驱动设计驱动类型、性能、位置运动尺度设计运动综合、分析与优化满足运动学需求动力参数设计综合、分析与优化满足动力学需求控制设计轨迹规划、生成控制策略和控制器设计满足控制需求优选设计方案改变拓扑结构改变驱动设计改变运动尺度改变动力参数改变控制设计NYYYYYYYYYNNNNNNN杨廷力杨廷力.机器人机构拓扑结构学机器人机构