基于ANFIS的挖掘机器人挖掘轨迹仿真

为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空间实现对挖掘机器人的控制.为提高跟踪期望轨迹精度,采用两个自适应神经模糊推理系统(ANFIS)分别学习两个关节的(x,y)坐标与关节角间的逆映射关系,建立了ANFIS逆映射模型.选取逆映射间的输入、输出曲面数据训练ANFIS结构,得到模糊模型的输入、输出映射曲面,实现给定的期望挖掘轨迹,获得相应的关节角.最后将得到的模糊模型用于跟踪期望的运动轨迹,仿真表明跟踪精度能够满足实际要求.     

高压输电线路带电检修机器人作业臂运动优化

针对完全依靠人工带电拧紧高压输电线路引流板螺栓作业效率低、劳动强度大、高空和高电压危险的问题,研制了一种双臂和双机械手的引流板螺栓拧紧带电检修机器人.通过各关节的轨迹规划双作业臂及其末端由初始位姿运动到螺栓螺母对准状态是机器人顺利完成检修作业的关键.针对现有多项式插值关节轨迹规划依赖于轨迹端点时刻,导致该方法实用性差及关节轨迹运动过程中忽略驱动机构对关节状态制约的问题,提出基于Min-Max时间标准化的改进多项式插值关节轨迹规划方法.基于该方法,以关节运动时间为优化对象,提出满足关节轨迹运动全程约束条件的关节运动时间区间范围的求取方法.通过仿真实验验证了改进算法关节轨迹仅与轨迹端点状态及运动时间有关,而与端点时刻无关,进一步淡化轨迹端点时刻对关节轨迹的影响,提高算法的实用性.通过选取最优关节轨迹运动时间,满足了关节状态全程状态约束要求,从而避免超调的发生,优化了各关节运动轨迹,提高了关节运动的效率.最后通过现场试验进一步验证改进算法的工程实用性.      

机器人运动分析及控制研究

对机器人的运动进行分析,并对其控制进行研究通过研究机器人空间坐标建立及姿态描述方法。采用关节坐标系建立D-H参数表,对空间6R机械臂正运动进行分析,研究机械臂的运动规律,确定机械臂的初始位置,进而设定其运动轨迹。通过直流电机的建模,分析转矩特性及机械特性,并进行matlab验证,同时建立机械臂关节控制系统,为进一步研究机器人系统打好基础。     

液压数字伺服控制器HNC100在水压机中的应用

包钢无缝厂MEER水压机的排气头主油缸压力与钢管内部静水压力之间的关系,是利用HNC100的数字式液压轴控制器,结合NC的可编程控制来建立的。HNC100通过对水压机增压缸比例阀和排气头主油缸伺服阀的协调同步控制,保证了系统施加在排气头主油缸的油压跟随钢管内的水压按一定比例关系变化,实现水压机油压-水压平衡配合,完成钢管水压试验测试任务。     

工业机器人控制的稳定性研究

机器人在运动过程中,按一定的速度到达某一位置时必然有惯性力和哥氏力对其影响,而机器人能否在指定位置趋于稳定,作为动力学研究的一个方面,也是一个亟待研究的课题.文章应用李亚普诺夫稳定性理论对采用简单的误差驱动伺服控制的大多数工业机器人的稳定性进行了公式推导,证明了工业机器人的运动最终必趋于稳定.     

机器人负载的动力学参数辨识

为解决机器人末端负载的时变性给高速运动的机器人带来控制精度降低的问题,研究了参数差值法、力矩求解法、全局参数辨识法的机器人末端负载动力学参数辨识的方法,以提高末端负载的辨识精度.得到的负载动力学参数用于动力学控制以提高机器人动态精度.通过建立拉格朗日动力学线性辨识模型,以最优激励轨迹进行实时数据采集,采样数据经过低通滤波及中心差分的处理后,代入相应的负载辨识方程式,并用加权最小二乘法解决线性方程组,可辨识到不同负载的动力学参数.实验验证了负载辨识方法的可行性.      

空间机械臂避障轨迹规划的遗传算法应用

空间机械臂系统往往存在着一些特殊需求,并且在系统运转的过程中出现了一种空间机械臂轨迹规划方法,使得机械臂在遵从样条轨迹运动的时候,能够避开所有的障碍。在这一过程中不仅使用加权系数法进行笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度和运动过程中关节最大扭矩等建立,还需使用遗传算法在关节空间下规划满足裕度要求和运动时间较短的理想轨迹。另外,空间机械臂避障轨迹规划的遗传算法应用的时候,其本身的拓展性是比较强的,需要通过多次分解轨迹求取中间点,使机械臂避开障碍,使用这一方式能够在进行C语言建立的空间机械臂仿真平台中实施验证处理,结果显示,这一轨迹能够促使空间机械臂的性能要求得到满足。     

成捆圆钢自动贴标机器人的视觉标定

针对成捆圆钢人工贴标效率低、工人劳动强度大以及机器人贴标精度低等问题,提出了一种简单实用的贴标机器人视觉标定方法。通过控制机器人末端沿其基础坐标轴移动来确定世界坐标系与机器人基础坐标系的位置关系。采用Delanuay剖分三角形内插值标定法获取摄像机像素坐标系和世界坐标系的关系,进而求得摄像机像素坐标系和机器人基础坐标系的关系。经过现场贴标试验,验证了该标定方法的可行性。试验结果表明:该方法可以保证贴标机器人能够准确地找出待贴标圆钢端面的中心位置,并快速地完成圆钢贴标工作。     

三自由度机械手测量臂的应用实例与精度分析

三自由度测量臂的测量对象为沿X、Y、Z三个坐标轴的平动,即仅对运动部件进行位置跟踪与测量。测量臂是通过安装在各关节上的传感器来测量各关节的相对运动,从而间接实现对末端执行器的位置测量。因此,该问题属于机器人运动学的正问题。     

基于深度循环神经网络的协作机器人动力学误差补偿

由于协作机器人的结构比普通工业机器人更为轻巧,一般动力学模型所忽略的复杂特性占比较大,导致协作机器人的计算预测力矩误差较大。据此提出在考虑重力、科里奥利力、惯性力和摩擦力等的基础上,采用深度循环神经网络中的长短期记忆模型对自主研发的六自由度协作机器人动力学模型进行误差补偿。在实验中采用优化后的基于傅里叶级数的激励轨迹驱动机器人运动,以电机电流估算关节力矩,获取的原始数据用来训练长短期记忆模型(LSTM)补偿网络。网络的训练结果和评价指标为预测力矩相比实际力矩的均方根误差。计算与实验结果表明,补偿后的协作机器人动力学模型对实际力矩具有更好的预测效果,各轴预测力矩与实际力矩的均方根误差相比于未补偿的传统模型降低了61.8%至78.9%不等,表明了文中所提出补偿方法的有效性。      

带电作业机器人机械臂动力学建模与运动规划

研制了一种双臂、双机械手的绝缘子串更换带电作业机器人.分解了机器人作业过程中机械臂的运动.利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人机械臂基本动作进行动力学建模,得出机械臂基本动作的统一动力学模型,计算出机械臂2的动力学方程,提出基于五次多项式插值的机械臂运动轨迹规划方法,计算出机械臂2各关节运动方程.在ADAMS环境下进行机器人机械臂动力学和运动学仿真,结果验证了动力学模型的正确性,同时各关节运动轨迹规划满足运动学要求.最后在实际线路上进行机器人带电更换绝缘子串实验,结果表明机器人机械臂各关节运动获得了较好的动态性能,验证了本文提出的五次多项式插值机械臂运动轨迹规划具有较强的工程实用性,进一步提高了机器人的作业效率和稳定性.      

Construction Robot Force Control in Cleaning Operations

Basic surface treatment tasks on construction sites that can be performed by robots include the spraying, cleaning, and finishing of surfaces. In the present paper, a construction robot is proposed for accomplishing a variety of cleaning tasks in construction. Specifically, the force‐control problem in cleaning a surface is studied. The paper shows that a force sensor can be used not only to monitor the force acting at the contact points, but also to identify the uncertainties of the unstructured construction environment. A different formulation for the external force is presented. With this formulation, the external force on the end‐effector is presented as a function of the contact force, contact torque, and constraint conditions, but not the actuated torque in the joint space. Therefore, the force‐control problem is simplified to compensate for the external force and to exert a desired force. One advantage of this approach is that the original PID position control loop of an industrial robot is retained so that the time‐consuming computed torque method is avoided. The proposed control scheme can be applied to numerous cleaning tasks with hard contact regardless of the different nature of the surface.     

浅谈电解多功能机组的几种常见拖动方式

针对电解多功能机组应用变频器拖动控制中,较受关注的几种拖动模式问题进行介绍、分析,突显了一拖二拖动控制模式的低成本特点,也明确了主从同步和主令同步优异的控制特性.     

Position Accommodation and Compliance Control for Robotic Excavation

A robotic excavator must be able to operate in all three states of manipulator motion: free space, contact, and exertion of a force against an environment. A position accommodation control scheme is ideally suited for this task. The position accommodation method described in this study uses a position controller to track a predefined trajectory in the absence of a force at the excavator bucket. If a force is detected, the measured force is used, through a compliance controller, to modify the commanded trajectory. This allows for better control of the complete excavation cycle. This paper describes a rheological method for modeling the soil–bucket interaction force and how that method must be modified to suit the unique case of excavation. Results for both a fixed and variable spring set-point are shown, illustrating the difference between a purely position controlled robot and one using a position accommodation/compliance controller, when used to dig a level trench.     

Multisegment Large Space Robot: Concept and Design

A multisegment robot concept is discussed for use in space-based construction operations. The multistage robot is envisioned as a member of a class of large space robots, or space cranes, used in the assembly of advanced spacecraft. The multisegment robot involves a collection of common bodies, or segments, that are pinned together to form a snake-like, or train, configuration. The notion of shape function is used to position this serpentine robot to a prescribed location and orientation. An n-body simulation program is developed based on a Newton-Euler form of the equations of motion of the robot. Motion tests are included that compare experimental results with pertinent analytical predictions. This paper attempts to present a paradigm of theoretical and experimental study in which complex mathematical algorithms are realized in a simple physical model through an appropriate design procedure.     

Planning and Control of COP-Switch-Based Planar Biped Walking

Efficient walking is one of the main goals of researches on biped robots. A feasible way is to translate the understanding from human walking into robot walking, for example, an artificial control approach on a human like walking structure. In this paper, a walking pattern based on Center of Pressure (COP) switched and modeled after human walking is introduced firstly.Then, a parameterization method for the proposed walking gait is presented. In view of the complication, a multi-space planning method which divides the whole planning task into three sub-spaces, including simplified model space, work space and joint space, is proposed. Furthermore, a finite-state-based control method is also developed to implement the proposed walking pattern. The state switches of this method are driven by sensor events. For convincing verification, a 2D simulation system with a 9-link planar biped robot is developed. The simulation results exhibit an efficient walking gait.     

基于编码器与NFC修正融合的带式输送机轨道式巡检机器人定位方法

轨道式巡检机器人的高精度定位技术是带式输送机智能化巡检的重要研究方向之一,而矿用带式输送机距离超长,工作环境复杂,严重影响巡检机器人的定位精度。针对目前的轨道式巡检机器人定位技术在矿用带式输送机巡检领域存在的问题,提出了基于编码器和NFC双传感器修正融合的高精度定位方法。分析带式输送机轨道式巡检机器人轨道与环境特性对编码器系数的影响,提出轨道分段原则。利用机器人搭载的编码器数据反馈特点,构建编码器递推定位方法。通过机器人运行的历史数据,对编码器系数进行分段分方向修正,并提出基于递推最小二乘的编码器系数修正方法,以提高编码器对轨道环境的适应性。在此基础上,根据机器人所在轨道分段的位置不同,在段端基于卡尔曼滤波算法实现编码器和NFC数据融合,在段内利用分段分方向修正系数与编码器信息进行递推定位,实现轨道式巡检机器人连续高精度的定位。针对所提方法搭建了实验平台并进行了实物测试,实验结果表明,相较于编码器定位、RFID定位和两者融合定位三种传统定位方式,基于编码器和NFC的修正融合定位算法能够有效提高轨道式巡检机器人定位对轨道环境的适应性,同时提高轨道式巡检机器人的定位精度。