基于高频微幅振动的微操作机器人实验系统

研制出一种基于高频微幅振动的微操作机器人原型,其微动机构为3-RUU纯移动并联机构.并在动平台设置有高频微幅振动单元,联接于微振动单元的操作针能随动平台做较大范围的空间运动,同时操作针在微振动单元的激励下实现往复穿刺运动,通过复合完成微切剖作业.设计、制作了微操作机器人并以其为基本单元组建了微操作实验系统,结合牛卵细胞的初步操作对微操作实验系统的性能进行了验证,试验表明,微操作实验系统能成功地完成预期的操作任务,而且微体对象的弹性变形及物理损伤均较小,该系统可作为显微操作实验研究的物理平台.     

全方位精密微小型移动机器人的运动分析

采用压电陶瓷作为微驱动元件，设计了一种尺寸为50 mm×50 mm×10 mm，基于尺蠖蠕动原理工作的新型全方位精密微小型移动机器人，以其作为负载平台，用于精密操作过程中对微小元件的搬运、操作、精密定位等.在介绍尺蠖蠕动工作原理的基础上，对机器人的运动特性进行了分析，建立了机器人全方位运动模型.对机器人进行了分辨率、定位精度以及全方位运动等的实验研究，实验结果表明，该机器人负载能力约为750 g，最大工作频率可达40 Hz，运动速度可达208 μm/s，运动分辨率可达50 nm，开环直线定位偏离率约为5％；在采用了逐次逼近法进行误差补偿和显微视觉实现闭环控制后，定位精度可达100 nm，可以作为一种通用的高精密移动定位平台，在机器人上集成多种精密微操作器件后，可完成多种微作业任务.     

柔性导线微夹持系统结构设计

为了实现柔性导线理线焊接的自动化,以直径几十微米的柔性导线为研究对象,设计了一种具有自动引线功能的柔性导线微夹持系统.把引线过程分解为定位、夹持、牵引和释放4个阶段,通过显微视觉系统计算显微对象之间的相对距离,利用微夹钳操作柔性导线.设计了柔性导线自动微夹持系统的结构,包括视觉系统、微夹钳和控制系统,对微夹钳的力学性能进行了仿真.实验结果表明:该系统能够准确计算微夹钳和导线之间的相对距离,并能成功实现夹持、牵引和释放导线的功能,能够用于任何柔性导线的微夹持环境中.     

简讯

哈尔滨工业大学微电子机械系统研究获新成果由哈尔滨工业大学机器人研究所研究完成的"面向微电子机械系统(简称为MEMS)组装、封装与键合测试的关键微操作设备"项目通过了国家技术鉴定.微电子机械系统在航空航天、石油化工、水电、冶金制造、锅炉、控制等领域都有广泛的应用,还可以用在计算器、手机等各种电子器件中。MEMS产品已经渐渐成为机械的高级维护系统、微型工厂、人体管腔诊断和检查系统的主流产品.据悉,该项研究成果在系统集成、显微视觉、微作业工具、微操作作业策略等关键技术方面达到国际先进水平;填补了国内外MEMS领域相关…     

显微立体视觉系统的研究

在分析摄像机、体视显微镜和显微立体视觉系统光学原理基础上,提出了双目显微立体视觉系统方案,此系统是由单目显微镜改造而成,根据目标物体在两个摄像机上所成图像的视差,求得目标物体距摄像机的距离,从而可以对目标物体进行各种微操作。实验证明,此系统是一种高效、精确的显微视觉系统。     

显微立体视觉系统的研究

在分析摄像机、体视显微镜和显微立体视觉系统光学原理基础上，提出了双目显微立体视觉系统方案，此系统是由单目显微镜改造而成，根据目标物体在两个摄像机上所成图像的视差，求得目标物体距摄像机的距离，从而可以对目标物体进行各种微操作。实验证明。此系统是一种高效、精确的显微视觉系统。     

光学微扫描显微热成像系统超分辨力图像处理方法研究

为提高已研制光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力,基于改进的频域图像配准技术和凸集投影超分辨力算法,提出了显微热成像系统光学微扫描超分辨力图像处理方法。给出了该方法的原理及步骤,采用不同重构方法行了仿真研究,给出了评价参数和结论。利用光学微扫描显微热成像系统采集低分辨力显微热图像序列进行了超分辨力处理实验,实验结果表明本文提出方法的有效性,光学微扫描显微热成像系统的空间分辨力得到提高从而可满足需要高分辨力显微热分析的场合。该方法还可以应用于其它不可控光学微扫描成像系统中,具有广泛的应用前景。     

基于运动估计和图像匹配的视觉控制算法

针对微操作的作业空间小、路径可估计、位移及定位精度要求高等特点,提出了一种基于运动估计和图像匹配的视觉伺服控制算法,该算法将运动估计引入到视觉伺服中,利用运动估计出末端执行器下一次可能出现的位置,进行小区域的匹配搜索,而不进行整个视频区域的匹配搜索,大大减少了图像匹配时间,提高了实时性和实用性,并增强了鲁棒性。将该算法应用于解决细胞注射微操作过程中的位移以及精密定位等问题,研究了此算法的可行性以及理想运动轨迹的计算和实际运行的轨迹,给出了实现视觉伺服控制算法的数学推导模型及公式。实验结果表明:此算法实现了实时跟踪和识别定位,且鲁棒性好,可应用于大多数的微操作中的移动定位。     

用于精密微装配的全方位微小机器人

研制出了一种90 mm×60 mm×85 mm，可用于精密微装配作业的全方位微小型机器人，机器人集成了移动定位单元与精密微操作单元，移动定位单元由微型电机驱动的快速宏运动单元与压电陶瓷驱动的精密微运动单元两部分组成，最大宏运动速度为50 mm/s，开环定位精度1 mm，微运动最大速度200 μm/s，开环定位精度1 μm，分辨率为50 nm；微操作单元由压电陶瓷驱动的球基微驱动器与微夹持器两部分组成，微驱动器转动分辨率为0.000 1°，定位精度为0.000 5°，微驱动器金属球可以实现空间复杂的扫描运动，同时带动微夹持器末端实现精密定位，微夹持器采用压电陶瓷驱动的两级杠杆放大机构，末端最大张合位移为280 μm，最大微夹持力为0.1 N.开发了基于视觉反馈的微装配作业控制系统，并在视觉的引导下，实现了机器人对微型齿轮、微型轴/孔等元件的夹取、搬运等微作业任务，并顺利完成了Φ180 μm微型轴与Φ200 μm微型孔之间的精密装配实验研究.     

微操作力提升系统控制策略实验研究

为了改进微操作力提升系统的性能,设计了一种新型的末端操作器,分析了末端操作器的工作原理,提出了适应操作者操作特性的速度和位移增量2种控制策略,并基于dSPACE实验平台对微操作力提升系统进行了实验研究.实验结果表明:速度控制策略和位移增量控制策略均可行,操作者施加较小的操作力,提升系统就能顺应人的操作升降负载,能够满足操作者提升操作的柔顺行要求.     

球面2自由度机器人的滑模变结构控制

球面2自由度5杆机器人的应用非常广泛,可用于机械数字化仪、微操作装置、灵捷眼和人体关节修复装置等。在球面2自由度5杆机器人运动学和动力学模型研究的基础上,提出了该类机器人系统的滑模变结构控制方法。介绍了球面2自由度机器人的机构和动力学模型。引入决定附加补偿力矩的指数趋近律,建立了球面2自由度机器人的控制算法。提出了外力、质量、转动惯量以及滑模控制参数等对球面2自由度机器人的控制精度和系统稳定性的影响规律,并对球面2自由度机器人进行了控制仿真。仿真表明,控制方法是有效的。在选择合理参数下能避免机器人系统的振荡,且能保持系统的稳定性、鲁棒性和提高系统的运动精度。     

基于VC的直角坐标机器人控制系统设计

针对现代工业对机器人控制系统开放性和通用性的要求,基于VC++设计了一种直角坐标机器人控制系统。整个系统以"工控机+运动控制卡"为核心,采用GALIL DMC-1842运动控制卡、伺服电机驱动器以及直角坐标机器人构成一个开放式结构。控制系统主要包括硬件设计、软件设计和轨迹规划,实现了单轴点动、连续运动、回零运动以及多轴直线插补、圆弧插补等功能。机器人根据末端执行机构的不同,可完成不同作业任务,具有良好的开放性和扩展性。本文执行机构采用雕刻机专用电主轴,根据设定的雕刻任务,编写轨迹程序,成功实现了雕刻任务。实验结果表明,所设计的机器人控制系统较好的完成了轨迹规划任务,具有很好的性能和应用前景。     

空间机器人关节空间轨迹跟踪的补偿学习控制

讨论了具有不确定性的漂浮基空间机器人系统的控制问题。在载体位置不控、姿态受控情况下,结合系统动量守恒关系对系统进行了运动学、动力学的分析,得到了漂浮基空间机器人的系统动力学方程。由系统的闭环动态误差方程,设计了漂浮基空间机器人的控制方案,提出了一种补偿学习控制方法,给出了漂浮基空间机器人系统的数值仿真,验证了该方法的有效性。     

具有非驱动关节机器人的位置闭环控制

以具有非驱动关系的水平两自由度机械手为对象，建立了其动力学数学模型，对具有非完全约束机器人的特点进行了分析，利用解非线性方程的有效方法平均值法对模型进行了处理，得到平均值系统，使模型得到简化，在此基础上，针对平均系统，利用李亚普诺夫稳定性方法设计了非驱动关系的任意位置闭环控制，仿真结果表明平均系统与原真实系统具有相同的动力学特性，且设计的位置环控制方法是有效的。     

Resonance Suppression Strategy for Humanoid Robot Arm

To address the problem of resonance in the control of a robot arm, a resonance suppression strategy is proposed for a single-joint humanoid robot arm based on the proportional-resonant(PR) controller. First, an arm joint model of the humanoid robot is established. Then the influence of resonance frequency on the performance of the control system with the robot arm is analyzed. The voltage fluctuation of the drive motor caused by the changes in arm motion is recognized as the disturbance of the current loop. The PR controller has the characteristic of disturbance rejection at a specific frequency. The output fluctuation of the driving system caused by the change of arm motion state at the resonance frequency is suppressed. Therefore the output current of the inverter will not be affected by the vibration of the arm at the resonance frequency. Finally, the control system is verified by MATLAB/Simulink simulation. The simulation results demonstrate that the control strategy for the humanoid robot arm based on the PR controller can suppress the resonance of the arm effectively, improving the dynamic performance and system stability.     

不确定动态环境中约束机器人的建模

本文通过描述约束机器人在动态环境中的运动学及动力学来研究一种基于模型的机器人手臂的控制方法。这种方法从环境端来表示约束机器人末端的运动约束及与周围不确定环境的动力学交互。使用自调节模糊PID控制器的仿真对于强非线性的系统可满足机器人手臂的时变跟踪控制。     

基于TCP的多线程Socket通信实例

通信软件是机器人控制系统的重要组成部分,其实时性、准确性和效率至关重要。利用多线程技术,设计了基于TCP的套接字通信系统,并应用于实际机器手控制系统中,完成上位机与机器人控制器间的通信,实现了用户对机器人控制系统的监测与控制。系统功能完善、界面友好,并且稳定性和实时性都比较令人满意。     

基于二型模糊大脑情感学习控制器的双足机器人容错控制研究

为提高双足机器人行走的控制精度,提出利用二型模糊大脑情感学习控制器对双足机器人进行容错控制.该方法利用控制器的非线性估计模块估计双足机器人的系统故障和建模误差信息,并由计算转矩控制器和鲁棒控制器实现容错控制以解决外部扰动引起的系统不稳定问题.利用Matlab对两个案例进行仿真结果表明,该方法在双足机器人出现系统故障和外部出现扰动的情况下,仍能良好地估计出控制器的输入值,使双足机器人正常运行.因此,该方法对提高双足机器人的容错控制精度及轨迹跟踪的可靠性具有很好的参考价值.     

喷射钢纤维混凝土机器人的研究与实现

该机器人是完成喷射钢纤维混凝土作业的新型机器人。介绍了其整体结构、动作原理。并阐述了机器人液压系统和电控系统的总体设计方案,以及电控系统可靠性设计的实施途径。最后介绍了发明及创新点。实践证明,该机器人具有很高的可靠性和稳定性,完全满足喷钢纤维混凝土工艺要求。     

非驱动关节机器人的位置闭环控制研究

以具有非驱动关节的水平2自由度机器人为研究对象,利用拉格朗日动力学方程,建立了具有非驱动臂的两关节机器人的动力学数学模型,利用求解非线性方程的有效方法——平均值法,对已经建立的二阶非线性微分方程的数学模型进行了平均化处理,实现了数学模型的化简,同时提出了一种非线性闭环反馈的控制方法并对此控制方法进行了仿真,在控制仿真中,实现了对非驱动关节机器人系统的期望控制目标,并验证了模型化简和控制方法的有效性。