排爆机器人运动关节的伺服系统

机器人运动关节的伺服系统是机器人控制系统的基础,伺服系统的好坏决定了机器人整体性能的优劣。基于5自由度排爆机器人,使用Simulink设计出运动关节的伺服系统框图,并通过xPC目标系统生成可运行于PC104的实时控制系统。该系统采用先进PID控制器,具有专家特性。运行结果表明,该方案取得了良好的效果,机器人关节运动平稳且无静态误差,系统具有很好的鲁棒性和实时性。该伺服系统不但可用于机器人运动关节的伺服控制,还可以应用于数控机床等位置控制系统。     

文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统设计

为提升机器人机械臂关节的传动性能,使其处于良好的反步自适应工作环境,设计文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统。利用关键控制电路,实现机械臂全局PID滑膜控制器与机器人多关节滑膜控制器间的定向连接,完成新型控制系统的硬件运行环境搭建。通过机器人控制传感器标定操作,建立等效控制及动态滑膜方程,并利用上述计算结果界定机械臂滑膜的动态品质,实现新型控制系统的软件运行环境搭建,结合软、硬件运行单元,完成文献扫描机器人多关节机械臂滑膜控制系统设计。模拟文献扫描机器人多关节机械臂运行状态,设计对比实验结果表明,与传统系统相比应用新型滑膜控制系统后,机械臂关节的传动能力得到有效提升,反步自适应参数最大值可达到1.70     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后,搭建机器人控制系统实验平台,实验结果表明,所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动,精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务,满足实际生产工作要求。     

六足步行机器人的多关节协调控制

根据六足步行机器人的机械结构和关节运动的协调性、准确性的控制要求，确定了混合闭环的伺服结构控制方案。针对机器人步态控制算法给出的数据特点，采用了先对脉冲总数最大的那个关节进行插补，然后按照关节间脉冲总数的比例关系再对其它关节插补的插补算法，实现了机器人各个关节的指令在每一个位控周期内的协调。最后介绍了伺服参数的调整，使各个关节的位置增益一致，保证了各个关节响应时的协调。试验表明，采用该控制方案，通过该插补算法，对伺服系统的参数调整以后的控制系统能够满足机器人关节运动的协调性和准确性的控制要求。     

水轮机叶片修复机器人控制系统设计

为提高水轮机专用修复机器人的动态特性及稳定性，在分析机器人控制基本要求的基础上，设计了修复机器人控制系统，建立了机器人关节传动的数学模型。基于交流伺服电机动态特性，给出了关节的控制框图，采用了控制较为简单的单关节控制策略，求出了实际输出与输入（理想输出）之间的传递函数，并根据控制稳定性的要求，推导出了其控制框图中的位置反馈增益和速度反馈增益。基于OpenGL对该机器人进行的运动仿真结果表明，该系统具有良好的控制性能。     

基于CAN总线的分布式机器人控制系统设计

根据机器人控制性能的要求,设计了一个基于CAN总线的分布式机器人控制系统,该控制系统由上位主控计算机、通讯部分和下位各关节控制器组成,具有连线简单,扩充方便,通讯稳定可靠,控制实时性高等特点。并对机器人关节控制器的硬件电路设计和控制软件设计作了详细阐述。该控制系统已用于研制的6DOF机械手,控制效果良好。     

机器人的自适应控制系统

为解决关节式液压伺服机器人的动态控制问题,使机器人获得希望的响应性能和跟踪要求,本文据液压伺服系统自适应控制新原理,设计了机器人关节自适应控制系统。实验证明,在机器人上使用该系统是有效的。     

小型仿人机器人控制系统设计

本文提出了一种以ARM9为主控制器的新型的仿人机器人分布式控制系统。单片机和外部计数器组成关节控制器。主控制器和关节控制器之间采用USB通信。从而实现了控制系统的小型化和低功耗。通过该系统控制小型仿人机器人完成了行走实验。     

基于大数据聚类的机器人步态控制系统设计

为提高机器人关节的运动灵活性,使其具有更快、更稳的步行能力,设计基于大数据聚类的机器人步态控制系统。结合外接主电源与传感器设备,为主处理器元件、舵机控制板提供足量的传输电信号,完成机器人步态控制系统硬件设计。定义关键的关节节点,通过建立适应度函数的方式,实现基于大数据聚类的步态节点安排。分别从支撑腿运动规划、摆动腿运动规划两方面着手,收集大量的步态运动信息,再联合已知函数条件,对机器人关节角度进行求解,完成机器人行进步态的规划与处理,实现基于大数据聚类机器人步态控制系统的应用。实验将所得关节弯曲次数、角度值与理想数值对比可知,本文系统位姿标定情况下关节弯曲次数值大、角度值小,机器人关节的运动灵活性水平高,具有相对稳定的步行运动能力。     

基于DSP的欠驱动体操机器人的摇起控制设计

针对欠驱动机器人控制系统,给出一种基于DSP控制的类人形的三关节欠驱动体操机器人。首先以ADSP2181为核心设计出控制器,通过高速PCI总线与上位机PC通讯,采用直流电机伺服控制。然后依据建立的体操机器人动力学模型提出基于能量增加的正弦和斜坡函数输入方式,经对体操机器人作摇起控制实验,实验显示,设计的三关节欠驱动体操机器人控制系统满足实时性、稳定性和准确性要求。     

一种新的改善机器人动态精度的方法

从机器人关节反馈控制系统模型出发,本文提出了一种利用补偿指令轨迹来改善机器人动态精度的方法,并指出了这一方法实施的全过程.利用这一方法对机器人实施控制,不仅可以从根本上克服由于重力负载和杆件离心效应等因素的干扰给控制系统带来的动态精度问题,而且还可消除由于反馈控制系统本身的固有特性所决定的系统的动态跟踪误差.通过在 PUMA560上的数值研究,证明了本文理论方法的正确性.     

Micro robot arm utilizing rapid deformations of piezoelectric elements

A unique precise positioning mechanism is introduced. It utilizes inertial force and friction, and can make step-like motion of several nanometres up to several micrometres. Repeating step-like movements, precise positioning with a resolution of several nonometres and for an unlimited movable range is possible. Prototypes of joint mechanisms for a micro robot and a 4-degrees of freedom micro robot arm were constructed using this mechanism. These arms and joints proved to have a high positioning resolution and a practical maximum velocity. Applications of this micro robot arm are also discussed.     

基于hp自适应伪谱法的空间机器人路径规划

针对空间机器人运动过程中基座姿态产生较大扰动的问题,基于hp自适应高斯伪谱法提出了一种以基座所受反作用力矩最小为目标函数的空间机器人路径规划方法.首先,综合考虑空间机器人运动过程中存在的关节角度约束、关节角速度约束、控制力矩约束及初始状态和终端状态约束等约束条件,将空间机器人路径规划问题看成满足一系列约束条件和边界条件并实现特定性能指标最优的最优控制问题.其次,结合hp自适应高斯伪谱法（hp-AGPM）与非线性规划技术,求解带有边界约束和路径约束的优化控制问题,得到满足约束且性能指标最优的空间机器人运动轨迹.最后,以平面2自由度空间机械臂为例对所设计方法进行仿真验证,并与其他伪谱法进行对比分析.仿真结果表明：本文算法能在10.6 s的时间内规划出满足各约束条件且容许偏差低于10^-6的最优运动轨迹,并且在计算速度和配点数量上都优于其他伪谱法.     

A real-time impedance-based singularity and joint-limits avoidance approach for manual guidance of industrial robots

This paper studies real-time manual guidance considering singularity and joint-limits avoidance using impedance control in an industrial scenario. The operator is responsible for keeping the end-effector (EE) away from the robot’s singularity and joint-limits. The proposed approach detects the singularity and joint-limits in real-time. Then, virtual stiffness and damping are added to target stiffness and damping as the robot is getting close to the singularity or joint-limit. A criterion is presented for detection of singularity by combining manipulability ellipsoid and condition number. Also a new joint to Cartesian space transformation is formulated in order to convert joint stiffness and damping to Cartesian stiffness and damping for joint-limits avoidance method. The presented approach is applied on a SCARA robot. An experiment is performed in this paper to investigate singularity and joint-limits avoidance separately as well as together. Increase in stiffness and damping warn the operator of the possibility of singularity or joint-limits allowing the operator to changes the EE path. The proposed approach, eliminates the need for a robotics expert by allowing any operator with no knowledge about robot singularity and joint-limits to interact and teach the robot in a safe, real-time and time-saving manner.     

自由飘浮空间机器人系统基座姿态调整

规划机械臂的运动以调整作为其基座的卫星的姿态，既节约姿控燃料，又可作为常规姿控系统的备份手段．首先，建立自由飘浮空间机器人系统的状态方程，其状态变量为关节角和卫星姿态角，输入变量为关节角速度．基于系统能控性理论，规划连接系统初始状态和期望状态的路径，实现了仅通过机械臂关节的运动同时控制基座姿态和机械臂关节角的目的．从理论上分析了机械臂的能量消耗，给出了使能量指标最小的近似最优算法．仿真结果表明了该方法的有效性．     

工业机器人空间曲线实时轨迹规划算法

本文设计了一种六轴机械臂沿空间曲线行走的控制算法。算法使机器人对输入空间曲线计算出各关节的电机控制命令使机器人沿曲线运动。算法中推导出机器人逆运动学各关节解析解,使机械臂控制器计算过程由解方程组简化为代数运算。对类似结构的机械臂都可以使用,具有一定的通用性。使用Matlab对算法进行编程实现,从而验证了文章所设计算法的正确性。     

基于点云的补漆机器人系统

汽车补漆机器人需要面对各种不同大小的车型,适配各种造型曲面和颜色,这种高度自适应要求使得补漆机器人在目标跟踪、路径规划、运动空间等方面的设计难度远超汽车厂的喷漆机器人.因此需要重新规划喷漆路径,首先对汽车的点云数据进行分部位切割,然后以八邻域法计算封闭曲面轮廓,最后以切片法在曲面上生成光栅轨迹,形成了每一个补漆面的关键路径.设计了八轴桁架机器人系统,用蚁群算法计算生成八轴联动时的路径规划,再通过倍福的ADS协议将路径数据和梯形曲线的加速度下发到PLC运动控制程序,完成各关节轴的联动协同补漆运动.实测表明,该系统能针对不同汽车,自动控制机器人工具轴心以法向量对准任意曲面,并以联动方式驱动八轴平稳跟踪曲面运动.该系统可广泛应用于各种曲面的机器人加工.     

连续型机器人研究综述

连续型机器人是一种新型的仿生机器人,采用“无脊椎”的柔性结构,不具有任何离散关节和刚性连 杆．其弯曲性能优良,对障碍物众多的非结构环境和工作空间狭小的受限工作环境适应能力强,不仅可以像传统机 器人那样在其末端安装执行器以实现抓取和夹持等动作,还可以利用其整个机器人本体实现对物体的抓取．本文对 连续型机器人的仿生原理与结构特点进行了分析,介绍了连续型机器人的研究现状,并对其潜在应用领域和未来研 究工作进行了探讨和展望．     

一种新的机器人机构距离误差模型及补偿算法

在标定机器人绝对位置精度和实施误差综合补偿过程中,必然涉及到测量系统坐标系与机器人基础坐标系间的变换.由于这一变换很难精确测定.从而给机器人绝对位置精度标定与误差补偿带来了难以克服的困难.本文首次提出了一种新的机器人机构距离误差计算模型及补偿算法,论证了距离误差同样可以作为机器人绝对位置精度的一种度量.利用该模型和算法对机器人进行误差分析和实施误差综合补偿,可避开上述测量系统与机器人系统间的坐标变换,从而简化了机器人绝对位置精度的标定过程,为提高机器人的绝对位置精度开辟了一个新的简便的途径.     

基于路径预测的机器人足球路径规划

针对常用的机器人路径规划算法过于复杂并且在每个运动周期都计算路径的问题,提出了一种结合路径预测的路径最优算法.充分利用预测结果减少每周期的路径规划时间;用微量调整动态控制机器人左右轮速度,并充分利用折线路径的短距离优势,为避障机器人创建一条最短路径;以基于周期性预测在同个时间轴上的相交作为碰撞信号,来减少每个周期的重复性计算时间.实验结果表明,该方法能大大提高机器人路径规划的速度,降低不同周期上路径规划结果不一致导致的运动震荡.