基于ROS的协作机器人控制系统

为了实现协作机器人的控制,对协作机器人进行了控制系统研究,在保证系统鲁棒性和实时性的前提下,提出了在PC机上,构建基于Ubuntu系统下结合ROS,利用CAN通讯的方式,搭建协作机器人的控制系统.最后通过仿真实验和实体机器人控制实验,验证协作机器人控制系统应用效果.实验结果表明,该协作机器人控制系统具备控制协作机器人进行路径规划的基本工作能力,能够很好的建立上下位机的通讯,进行协作机器人控制.同时本控制系统具有模块化、可移植性高、框架清晰、低延时等特点.     

基于ROS的云机器人服务框架

随着机器人技术的发展和硬件的普及,机器人的市场应用前景越来越广泛.但是,目前的机器人仍存在着许多局限,具体表现为可移植性弱,本地计算成本高,服务应用较少等.云机器人的提出,将机器人的计算能力从本地迁移到云端,不但提高了机器人的计算能力,降低了机器人硬件成本,而且能使资源的分配更为均衡,为解决机器人发展面临的困难提供了有效的解决途径.在云机器人的基础思想之上,提出一种基于ROS的云机器人服务框架.该服务框架使用开源的机器人操作系统ROS作为机器人运行的基础,增强了其对于不同硬件和软件环境的可移植性.同时,在框架的云端部分加入了机器人的服务管理系统和服务解析模块,能够方便快速地对机器人服务进行扩展和调用.在最后的实验部分,通过人脸识别服务模块对云机器人服务框架进行了实验验证.     

液压驱动四足机器人控制系统开发

针对液压驱动四足机器人的结构特点和自动化运动需求,设计基于CAN总线通信的分层式控制系统,分为远程监控层、规划控制层和执行控制层三层,并按照控制系统总体设计方案进行硬件系统和软件系统开发;该控制系统应用基于WINDOWS的PC机和基于ARM开发的触摸操控板进行远程监测和控制,采用基于QNX的PCI/104单板机对机器人的运动进行规划,选用DSP作为执行机构处理器,从而构建了一个具有工作性能稳定、实时响应快、结构紧凑等特点的控制系统平台;软件系统采用模块化设计的思想进行开发,提高了控制系统的扩展性;最后,通过对液压缸运动的控制实验,验证了该控制系统的稳定性和可靠性。     

空间绳系机器人在轨捕获视景仿真系统设计

针对空间绳系机器人在轨捕获可视化的问题,把绳系机器人的控制系统引入仿真环境,基于Vega平台开发了路径规划运动方式和实时接收数据运动方式相结合的空间绳系机器人在轨捕获仿真系统;利用Pro/Engineer和Creator建立了场景模型,实现了绳系在空间展开和视觉伺服效果的模拟,并对捕获过程进行了实时仿真;仿真结果表明,该系统能够直观显示控制系统的控制效果,能够成功演示空间绳系机器人对目标卫星的捕获,满足实时性要求。     

基于PC+控制卡的机器人手势容错控制系统设计

当前机器人手势容错控制系统,手臂控制灵活性较差,难以达到人们提出的要求。为解决上述问题,设计了一种新的机器人手势容错控制系统,设定“PC+控制卡” 为总体架构,加入主站和总站控制器增强系统的可扩展性,同时采用无冗余和冗余两种方式连接发生故障的线缆,提高系统的容错能力。使用最新的EtherCAT从站芯片设计了硬件的从站系统,LAN9252与外围电路连接形成ESC通信卡和外围电路组成ESC通信卡,引用八轴伺服控制卡作为核心部件,兼容两种从站要求,采用决策系统和原始数据加工处理算法设计了传感器控制。根据硬件设定驱动程序,分别包括从PC端向EtherCAT Master开源主站的驱动程序、从伺服控制卡到主控器的驱动程序、从传感器到伺服控制卡的驱动程序。实验结果表明,基于PC+控制卡的机器人手势容错控制系统最大跟随误差比传统系统误差缩短了24.33%,测试结果能够达到与其要求。     

模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究

针对模块化机器人控制系统的重构问题,提出了一种柔性的嵌入式控制系统体系结构.该控制系统各种软硬件功能模块被抽取成标准构件,硬件模块设计采用了双核处理器以便满足计算能力和小型化的需求,模块之间通过标准的现场总线接口进行通信.机器人控制软件采用了基于构件的组态结构,它由柔性嵌入式控制系统开发平台、机器人功能构件库和运动规划与控制算法构件库三部分组成,实时性和非实时性的软件模块都按标准接口进行封装.机器人轨迹插补运算采用双DDA算法,逆运动学求解利用相邻轨迹点的关节坐标绝对增量最小原则去除冗余解.该嵌入式控制系统在六关节工业机器人选行了应用,实验结果表明它能适应机器人机械结构和作业任务的变化,使系统开发周期大大缩短.     

下肢负重外骨骼机器人的初步设计

研究设计了一种能够增强人体负重的下肢外骨骼机器人,该负重外骨骼机器人具有8个自由度,可实现髋关节的外展与内收、屈/伸运动;膝关节的屈/伸运动以及踝关节的弯曲运动;根据人体步态分析研究出各个关节的运动角度范围,结合目标负重进行结构优化设计;对机器人的结构进行简化,建立了外骨骼机器人的连杆模型,根据其几何关系,采用D-H准则对外骨骼机器人进行了数学建模;以计算机、六轴运动控制卡和STM32为核心构建了控制系统,结合ZMP (zero moment point)零力矩点稳定性判据及三次样条插值进行了步态规划,并将此步态规划应用于样机上;样机实验结果表明,此结构能够满足不同体型的人进行穿戴,并能够根据规划的步态轻松行走,验证了其结构和控制系统的合理性.     

弹药自动装填机器人控制系统开发平台设计

针对火炮弹药自动装填机器人的工作特点和工作环境,设计了一种具有交互式人机界面的机器人控制系统,详细介绍了整个控制系统的组成部分及相应的功能;该控制系统可以实现对各种机器人控制算法、运动技术以及监控函数等进行全面测试,便于开发新的控制策略,缩短火炮弹药自动装填机器人项目的研制周期.     

微创血管介入手术机器人控制系统与零位定位装置设计

为实现微创血管介入手术机器人对手术工具的精确定位和稳定把持,设计了其控制系统及相应零位定位装置.首先介绍了机器人系统组成和基于PMAC(可编程多轴控制器)的上下位机控制系统构架.同时,设计了5次插值运动规划算法和关节运动的三环PID控制算法,提高了机器人响应速度和稳定性.为了确定机器人运动初始位置,提出了以霍尔传感器为基础,结合电机运动信号的零位找寻方法和装置.实验结果表明,该零位定位装置定位稳定且准确.     

基于EtherCAT的开放式机器人控制系统研究

针对目前工业机器人控制系统存在的问题,提出了基于EtherCAT工业以太网开放式机器人控制系统结构,采用基于标准Windows的TwinCAT构建控制系统软件,引入模块化设计方法,利用高速工业以太网EtherCAT搭建多层控制结构,提高了系统开放性和可靠性,缩短了系统开发周期,降低了硬件成本.     

基于开源倍福控制系统的机器人控制系统设计

为了给机器人控制系统构建高精度超高速控制解决方案,采用开放式自动化Beekhoff控制系统的XFC技术,以TwinCAT作为软件平台,采用高性能ARM9S3C2440为SoC,超高速开放式EtherCAT为通信系统,并通过分布式Eth-erCAT时钟进行同步,提升了系统高动态处理运行性能,确保所有子流程的延迟降低,为机器人多样化运动控制提供了新的思路和解决方案.     

基于ROS的六自由度机械臂运动规划

针对传统机器人在复杂环境下的安全问题以及运动规划问题,采用开源机器人操作系统ROS搭建了机器人仿真平台,并进行运动规划。在ROS平台下,利用URDF文件完成机械臂3D建模;利用Movelt配置助手(setup assistant)配置机械臂模型并且生成启动文件。在Rviz中显示三维模型;利用Movelt完成对六自由度机械臂的运动规划,以及避障轨迹规划。结果表明,通过Rqt_plot导出机械臂运动过程中六个关节的位置关系信息,可为进一步改善和研究机械臂轨迹规划提供更加直观的方法。     

基于ROS的机器视觉系统实现

Machine vision is used in industrial robot applications for industrial inspection, flaw detection, precision measurement and control, automatic production lines, medicine and various hazardous applications. Based on the open source robot operating sys- tem ROS, this paper uses Kinect binocular vision sensor to obtain 3D stereo vision data, and combines with OpenCV, OpenNI and other open source machine vision libraries to design a low-cost machine vision system using the auxiliary machine vision tools pro- vided by ROS. The experimental test is carried on the prototype.     

基于ROS的智能工业机器人系统开发平台

目前,工业机器人对于机器视觉、自主路径规划等智能化功能需求日益增长.然而在传统工业机器人系统中添加智能化功能模块时需要修改大量的源码,浪费了人力和成本.本文提出的基于ROS的易扩展机器人系统开发平台,能为开发者开发智能工业机器人系统提供了方便.本平台分为服务器端和机器人端.将机器人端作为一级节点,与安装ROS的PC服务器端进行通信.机器人一级节点由二级功能节点与功能模块组成.根据此平台开发实现的JPB06六自由度工业机器人系统具有机器视觉、自主定位、语音控制等智能化功能,可以满足工业机器人对于智能化和实时控制的需求.     

RT-ROS: A real-time ROS architecture on multi-core processors

ROS, an open-source robot operating system, is widely used and rapidly developed in the robotics community. However, running on Linux, ROS does not provide real-time guarantees, while real-time tasks are required in many robot applications such as robot motion control. This paper for the first time presents a real-time ROS architecture called RT-RTOS on multi-core processors. RT-ROS provides an integrated real-time/non-real-time task execution environment so real-time and non-real-time ROS nodes can be separately run on a real-time OS and Linux, respectively, with different processor cores. In such a way, real-time tasks can be supported by real-time ROS nodes on a real-time OS, while non-real-time ROS nodes on Linux can provide other functions of ROS. Furthermore, high performance is achieved by executing real-time ROS nodes and non-real-time ROS nodes on different processor cores. We have implemented RT-ROS on a dual-core processor and conducted various experiments with real robot applications. The experimental results show that RT-ROS can effectively provide real-time support for the ROS platform with high performance by exploring the multi-core architecture.     

基于ROS平台的智能车运动线控系统设计及实现

针对无人操作智能车辆依靠特定硬件平台等问题,提出了一种基于ROS平台的无人小车的低成本运动线控系统解决方案。该方案基于上位机和下位机的控制结构,上位机代替驾驶员的功能负责决策,下位机负责执行命令。重点给出了上位机、下位机以及上下位机通信的软硬件设计思路和方法,并在ROS平台上使用了Modbus通信,构建了一个结构相对简单、功能可行的低速的无人车运动控制系统。该解决方案的所有软件都是开源或可自行设计的,为更多的研究人员以更低成本研究无人智能车提供了参考。实验结果表明,该运动控制系统解决方案是可行并且有效的,未来可应用于园区、学校等地的小型无人车的控制系统设计。     

腹腔镜机器人控制系统的设计及实现

根据机器人辅助微创手术任务的特点设计了腹腔镜机器人控制系统．研究了基于运动控制卡的 开放式机器人控制器结构,设计了机器人伺服系统及相应控制器硬件接口,采用面向对象的技术和模块化思 想开发了系统控制软件,应用灵活度和可操作度概念建立了腹腔镜机器人的手术规划和控制平台．通过调试 伺服参数提高了系统控制性能．实验表明,该腹腔镜机器人控制系统具有稳定性、高可靠性和多任务适应性, 满足微创手术需求．     

基于COMX的机器人伺服控制器设计

为了配合EtherCAT协议在机器人控制系统上的使用,本文提出了基于COMX和STM32的机器人伺服控制器解决方案。介绍了COMX模块的功能及结构,设计了基于FSMC的接口电路来控制COMX,并设计了COMX驱动和伺服控制器的应用软件。最后搭建实验平台以测试通信功能和分析转发延时,验证了本方案的可行性。     

两种基于激光雷达的SLAM算法最优参数分析

激光雷达是移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)的重要模块.对目前主流的基于激光雷达的SLAM方法(Gmapping和Hector SLAM)进行研究,借助开源机器人操作系统(ROS),在自主研发的移动机器人平台上配备激光雷达,实现了不同参数配置下两种算法的地图构建.实验为参数最优配置指明了方向,且证明了Hector SLAM的整体构图精度高于Gmapping,但对参数配置要求较高.