基于超声测距的工业机器人避障控制系统设计

工业机器人对于自身与障碍物之间的距离测量不准确,无法根据二者距离判断行驶路径,导致避障效果较差。为此基于超声测距技术设计了一种新的工业机器人避障控制系统,从硬件和软件两方面对避障效果进行优化设计。将具有脉冲信号的超声换能器安装在单片机的操作模块中,增加MOS功率器件作为超声换能器的驱动元件,应用EA1、EA2和EA3三种型号的误差放大器,将回波信号稳定放大到电路中,利用运算放大器和RC网络电路实现滤波放大,利用信号检测电路实现检测。利用超声波传感器精准测量出自己与障碍物之间的距离,通过建立模糊数据库、定位漫反射信息、提取不同方向的测距信息实现工业机器人避障控制。实验结果表明,设计的基于超声测距的工业机器人避障控制系统能够准确测量出与障碍物之间的距离,避障控制准确率平均值达97.4%,能够实现工业机器人避障防碰撞操作。     

基于三坐标测量机的机器人位姿精度检测方法

针对医疗场合导航引导下的手术机器人定位精度检测问题,提出了基于三坐标测量机的机器人位姿距离精度测量方法。该方法通过放置在一个平面上的三个标准球来实现三坐标测量机对姿态精度的测量,并参照机器人辅助外科手术系统的定位原理构建基于三坐标测量机的机器人位姿检测平台。在此基础上,依据国家标准规定的机器人性能检测方法和过程,完成机器人位姿距离精度的测量。通过该方法对研发的骨科手术定位机器人进行测量的结果表明,所设计机器人位置距离准确度和重复性分别在[10-1]mm和[10-2]mm级别,姿态距离准确度和重复性分别在[10-1]度和[10-2]度级别。最后将该机器人应用于前交叉韧带重建手术实验,结果表明通过这种方法检测的机器人能够满足手术场合要求。     

协作环境下的人机距离建模与最小距离迭代算法

为了使机器人适应更广泛、更复杂的任务需求,实现人与机器人的协作与共融,精确并实时地计算人与机器人之间的相对距离成为了不可避免的问题.针对该问题,提出了一种协作环境下的人机距离建模方法以及计算人机间最小距离的迭代算法.首先,利用机器人的3D模型构建机器人结构特征,并通过3D视觉传感器提取人体骨骼特征,将以上2组特征映射到同一坐标空间中建立协作环境下的人机距离模型.然后,在此模型的基础上迭代计算人与机器人间的最小距离并给出对应的空间位置点.最后以ABB公司的YuMi机器人为测试对象进行人机最小距离测量实验,实验结果表明该方法降低了建模难度、实现了计算的实时性,验证了该建模方法与迭代算法的有效性和实用性.     

辐射巡测机器人控制系统设计

为了提高建筑物终态辐射测量效率、减少测量人员遭受放射性照射的风险、降低工作强度，设计研发了一台辐射巡测机器人，完成了辐射巡测机器人控制系统设计。控制系统结合机器人运动学逆解算法，以微型计算机作为下位机主控制器，实现了机器人按照自动规划的路径进行运动，实现了探测器数据的采集，实现了终态建筑物地面、墙面和天花板的表面污染自动测量和终态建筑物内的空间γ剂量率测量。运行结果表明，辐射巡测机器人控制系统设计合理、运行稳定。     

开放式机器人控制器中仿真组件的实现

文章将机器人三维图形仿真模块作为开放式机器人控制器中的一个通用组件来进行研究,分析了其建模和设计过程。为了保证组件的通用性,将连杆作为基本单位来设计机器人对象,并根据串联结构机器人的特点设计了通用的三维造型方法,使其可以适用于大多数串联结构的机器人。同时,为了满足机器人规划和避障的要求,在仿真组件中实现了基于距离计算的碰撞检测,并给出了仿真实验的结果。     

基于机器视觉的机器人测距研究

机器人测距技术是机器人导航、路径规划以及协作编队关键技术之一。基于透视投影几何原理,提出了单目视觉测距模型,实现物体测距。单目视觉测距模型实现了在摄像机与目标平面平行或者有夹角情况下,对目标物体距离的测量。实验结果表明,所提出的测距模型和和所用的算法,不仅避免了复杂的摄像机标定,而且测量速度快,能够实现对目标物体空间距离的精确测量。     

多传感器信息融合在轮式机器人运动控制中的应用

分析了多传感器信息融合模型的建立和实现的过程,并利用多传感器信息融合技术中的信息协同和信息互补来完成对轮式机器人的运动控制。运行结果表明机器人可以半径范围为40cm～100cm的圆周上自主运行并能够灵活调整轨道半径;当机器人接近擂台边缘约5 cm时会自动检测边缘位置并根据自身的姿态情况及时调整运动方向。该系统运动控制性...     

超声在移动机器人障碍物检测中的应用研究

在移动机器人的相关技术的研究中,移动机器人障碍物检测是机器人研究的一个重要方向。以上海英集斯自动化技术公司生产的MT-R机器人为研究对象,首先利用其内部安装的超声传感器及相关软件测量机器人前方障碍物的距离,得出测量结果,并分析误差原因;其次利用机器人前面三个超声传感器进行避障实验,运行过程基本能够满足一般要求,但对特殊障碍如有桌洞的障碍物,机器人钻入桌洞,无法避开。单独采用超声传感器不能满足机器人对障碍物的精确识别,有必要结合其他传感器提高障碍物的测量精度。     

一种新型机器人自标定装置及其算法

针对传统基于几何约束的机器人自标定装置仅能对局部工作空间内的机器人位型进行标定测量的问题,提出了一种由安装于机器人末端的球心位置测量装置和可移动球杆组成的新型便携式机器人自标定装置,通过利用球面约束和距离约束,可在较大工作空间内对机器人进行标定测量,从而提高标定结果的可靠性．根据可移动球杆的单、双球布置方式,分别建立了基于向量差和距离差的2种机器人自标定模型及其算法．通过采用局部指数积公式并引入位置伴随变换矩阵,简化了2种自标定模型,从而降低了对运动学方程线性化的计算量．最后,对一种6自由度串联机器人进行了仿真实验,实验结果表明2种自标定算法均能够快速收敛,验证了2种算法的有效性和鲁棒性．     

能力风暴机器人的全局路径规划

基于Messy遗传算法(Messy GA),设计了移动机器人的通用路径规划算法,其中的优化目标包括最短路径、一定的平滑度和最优安全距离.在算法中加入了优化算子及交叉率和变异率的自适应调整,加快了收敛速度.仿真结果验证了所提方法的有效性.根据能力风暴机器人(AS-R)的实际运行要求,修改算法以扩大路径与障碍物之间的间隔度,并提出采用平滑的方法来优化路径.以AS-R为平台进行了轨迹跟踪实验.实验结果表明算法在随机摆放障碍物和实验室环境下可以实现路径规划,并能够最终实现AS-R机器人的全局路径规划.     

仿人机器人上楼梯行走稳定性研究

针对仿人机器人上楼梯行走稳定性问题,进行了步态规划、稳定区域和稳定裕量的计算、控制策略等关键技术的研究。通过仿真,得到稳定行走姿态变化情况及各关节参数,为研究实时控制提供了依据。     

一类不确定非完整机器人的时变自适应镇定

通过对质心和几何中心不重合情况下两轮驱动移动机器人镇定问题的研究，提出了一种光滑时变控制律，并针对质心和几何中心距离参数未知的情况，利用自适应技术对其进行了修正. 证明了所提出的控制律可使该类型移动机器人的位姿从任意的初始状态指数收敛到原点．仿真试验验证了本文所提出控制律的有效性．     

A hybrid control approach to action coordination for mobile robots

In this paper, the problem concerning how to coordinate the contributions from concurrent controllers, when controlling mobile robots, is investigated. It is shown how a behavior based control system for autonomous robots can be modeled as a hybrid automaton, where each node corresponds to a distinct robot behavior. This type of construction gives rise to chattering executions, but it is shown how regularized automata can be used to solve this problem. As an illustration, the obstacle-negotiation problem is solved by using a combination of a robust path-following behavior and a reactive obstacle-avoidance behavior that move the robot around a given obstacle at a predefined safety distance.     

一种消防机器人的视觉及其信号处理

本文设计一种供消防人员迅速、准确地判定火源点的消防机器人视觉及其信号处理系统。其特点是既能判别火源的方位，又能测量火的距离。其中，测距采用光谱辐射比率的方法，即用两个光谱带的辐射测量仪器之比率建立数学模型。采用新型红外探测器和单片机技术，并进行了实验和误差分析。     

Range-only measurements based target following for wheeled mobile robots

We consider the problem of navigation and guidance of a wheeled mobile robot towards a maneuvering target based on the measurements concerning only the distance from the robot to the target. We propose a sliding mode controller that drives the robot to the predefined distance from the target and makes the robot follow the target at this distance. Mathematically rigorous proof of convergence and stability of the proposed guidance law is presented. Simulation results confirm the applicability and performance of the proposed guidance approach.     

Application of Genetic Algorithms for biped robot gait synthesis optimization during walking and going up-stairs

Selecting an appropriate gait can reduce consumed energy by a biped robot. In this paper, a Genetic Algorithm gait synthesis method is proposed, which generates the angle trajectories based on the minimum consumed energy and minimum torque change. The gait synthesis is considered for two cases: walking and going up-stairs. The proposed method can be applied for a wide range of step lengths and step times during walking; or step lengths, stair heights and step times for going up-stairs. The angle trajectories are generated without neglecting the stability of the biped robot. The angle trajectories can be generated for other tasks to be performed by the biped robot, like going down-stairs, overcoming obstacles, etc. In order to verify the effectiveness of the proposed method, the results for minimum consumed energy and minimum torque change are compared. A Radial Basis Function Neural Network is considered for the real-time application. Simulations are realized based upon the parameters of the 'Bonten-Maru I'humanoid robot, which is under development in our laboratory. The evaluation by simulations shows that the proposed method has a good performance.     

基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与避碰

针对无通信情况下的多机器人系统在未知动态环境下的路径规划问题,设计了基于双层模糊逻辑的多机器人路径规划与动态避碰系统。方向模糊控制器充分考虑了障碍物的距离信息和目标的角度信息,转化为机器人与障碍物的碰撞可能性,从而输出转向角度实现机器人的动态避障;速度模糊控制器将障碍物的距离信息作为输入,将速度因子作为输出,提高了多机器人路径规划与动态避碰系统的效率和鲁棒性。在Pioneer3-DX机器人实体上验证了该系统的可行性。     

多传感器在智能机器人中的应用研究

介绍了一种使用多传感器快速测量智能机器人与障碍物之间距离的方法,使机器人不仅具备语音识别功能,而且能实现智能避障。本设计给出了相应的电路设计和软件设计方案。实验结果表明：设计方案可行,智能机器人工作稳定、可靠。     

How social distance shapes human–robot interaction

This paper investigates how social distance can serve as a lens through which we can understand human–robot relationships and develop guidelines for robot design. In two studies, we examine the effects of distance based on physical proximity (proxemic distance), organizational status (power distance), and task structure (task distance) on people׳s experiences with and perceptions of a humanlike robot. In Study 1, participants (n=32) played a card-matching game with a humanlike robot. We manipulated the power distance (supervisor vs. subordinate) and proxemic distance (close vs. distant) between participants and the robot. Participants who interacted with the supervisor robot reported a more positive user experience when the robot was close than when the robot was distant, while interactions with the subordinate robot resulted in a more positive experience when the robot was distant than when the robot was close. In Study 2, participants (n=32) played the game in two different task distances (cooperation vs. competition) and proxemic distances (close vs. distant). Participants who cooperated with the robot reported a more positive experience when the robot was distant than when it was close. In contrast, competing with the robot resulted in a more positive experience when it was close than when the robot was distant. The findings from the two studies highlight the importance of consistency between the status and proxemic behaviors of the robot and of task interdependency in fostering cooperation between the robot and its users. This work also demonstrates how social distance may guide efforts toward a better understanding of human–robot interaction and the development of effective design guidelines.