基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现

机器人示教是实现机器人轨迹跟踪的一种重要方法,其工作原理决定了机器人作业的效率及复杂轨迹跟踪的精度。文章在传统示教方法基础上提出了一种基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现方法,通过应用双目立体视觉三维测量技术跟踪并记录机器人示教手柄完成的随机的复杂的操作轨迹,对轨迹数据进行坐标转换、运动学逆解,计算机器人各关节的期望旋转角度值,并驱动机器人运动,实现示教手柄的复杂操作的复现。该方法能够实现任意操作的实时示教再现,操作简单,工作效率高,与传统的示教方法相比显著地降低了工业机器人对专业操作人员的依赖程度,广泛地拓展了机器人的应用范围,具有极其重要的应用价值。     

一种视觉示教与纠偏的焊缝跟踪方法

提出一种基于结构光视觉传感器的示教及纠偏的机器人焊缝跟踪方法,探讨了图像特征提取方法和机器人跟踪控制的策略.机器人移动的同时,视觉传感器定时对焊缝上各特征点坐标进行测量记录,完成示教;再现时,基于图像模板匹配测出实际特征点位置与示教点的偏差,控制机器人根据偏差对跟踪路径实时调整,从而实现自动跟踪.     

关节空间样条的连续点位运动规划算法

为了提高工业机器人的运动平稳性和快速性,保证机器人在走曲线时能够准确到达各示教点并且实现平滑过渡,提出一种基于关节空间样条的连续点位运动规划算法。以关节空间的单个轴为例,从一般三阶S曲线轨迹出发,为了保证规划得到的加速度不跳变以及样条曲线能够保形,在两个相邻示教点之间插入n个中间点,将一段轨迹分为n+1段,根据该关节起点和终点的位置、速度和加速度以及插入点位置、速度、加速度连续的边界条件,可以得到新的规划轨迹。最后通过实验比较验证,该规划算法能够快速实现过程点的准确到达并且加速度没有跳变、曲线能够保形,具有实际推广价值。     

基于自然手势交互的工业机器人示教系统设计与实现

提出一种基于自然手势交互的工业机器人示教方案,用Leap Motion传感器采集手部数据,将手掌坐标动态映射到机器人手臂坐标系统中,控制机机器人手臂跟随手掌位置实时运动,同时通过聚类算法识别出手势类型,控制末端夹具实现抓取、放置、停止等动作。进一步以爱普生SCARA机器人为基础搭建了自然手势示教实验平台,实验结果表明示教效果良好,误差在允许范围内。     

机器人力觉示教的力控制及仿真分析

针对机器人传统示教方式逐渐无法满足复杂工业生产需求的现状,提出了一种基于六维力传感器的机器人力觉示教,并介绍了其系统组成。结合一些经典力控制方法及力觉示教实际,对机器人力觉示教的力控制系统展开研究,提出了基于速度的主动柔顺控制策略,从理论上建立了机器人力觉示教时末端工具受力和力矩的运动控制算法。通过Adams仿真软件,对机器人的力觉示教运动进行了仿真分析,最终结果表明该控制算法能够有效地实现机器人力觉示教控制,使力觉示教更加主动灵活,更好地满足复杂工业生产的工艺要求。     

关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。     

阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制

针对当前示教器示教过程烦琐、效率低下以及对操作者技能水平要求高等缺点,提出了一种阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制方法,适用于机械臂的直接拖动示教。该方法采用阻抗控制框架,通过设置低刚度增益的方式,无需获取精确的动力学参数便可实现良好的零力控制效果。同时,区别于基于六维力传感器的零力控制方法,该方法不仅可对机械臂末端进行拖动,还可实现在关节空间下对机械臂任意关节的拖动。最后,在自行设计搭建的机器人平台上进行拖动实验。实验结果表明,该方法鲁棒性强、性能稳定,并可实现对机械臂任意关节的零力控制。     

仿生踝关节及其绳索传动机构的设计与实现

根据人体生理踝关节的结构特点,设计了一种具有空间斜交叉轴的仿生踝关节装置。该装置有小腿关节、踝关节和距下关节3个自由度。为减小踝部质量,将踝关节和距下关节的驱动电机安装在大腿上,采用绳索绕过膝关节传动至踝与距下关节,并将绳索在轮上固定,以达到限制各关节转动角度的目的。运用D-H坐标表示方法,通过仿真,计算分析了该机构的运动姿态空间,并与人体足部相关姿态参数进行了比较。表明该机构能够实现类似于人体生理踝部关节的运动功能。该机构可用在仿人机器人领域,也可为人体踝关节运动特性的研究提供参考。     

双目视觉人工喷涂轨迹示教编程方法研究

喷涂轨迹的路径规划技术是喷涂机器人应用研究的关键点.针对人工示教编程中机械示教装置使用的局限性,即示教操作不便,示教空间范围受限等,提出一种基于双目视觉的人工喷涂轨迹示教编程系统方法.首先,在示教喷枪进行色球安装预处理;接着,双目视觉位姿跟踪系统利用色球识别方案,分别计算色球的坐标位置与喷枪的位姿信息,捕获喷枪实时运动...     

一种基于EIH的装配机器人标定方法

针对配置单目手眼相机(Eye in hand,EIH)的六自由度(Six degrees of freedom,6-DOF)串联装配机器人标定问题,提出了一种基于平面靶标的机器人标定方法。将平面靶标固定放置在工作台上,安装在机器人末端执行器处的EIH随机器人各关节依次转动,并拍摄靶标图像。利用ZHANG两步标定法对EIH进行标定,求出各拍摄位置处相机光心在靶面坐标系下的坐标。根据各关节单独运动时相机光心轨迹构成的圆,采用空间圆曲线拟合方法计算圆心坐标和转动关节轴线方向,并通过三焦张量约束优化各轴线方向,得到机器人各关节旋量。在此基础上,采用指数积建立机器人运动学模型。整个标定过程只需要一次安装,一组采集的标定图像。试验结果表明,该方法建立的机器人运动学模型简单有效。     

基于激光传感器的多移动机器人位姿测量系统

为机器人准确定位设计了一个基于激光传感器的移动机器人位姿测量系统。测量系统用激光传感器扫描区域内的以矩形为标识的机器人,将测量数据传输到计算机上,通过数据处理软件进行数据处理,提取属于机器人的特征,同时结合机器人前一时刻的位姿,实时计算机器人当前位姿。实验结果表明,此系统能迅速识别机器人,并准确地确定每个机器人位置和姿态,通过网络向机器人发送其位姿数据,实现多移动机器人的精确定位。     

空间轻型臂关节模块的研制

有别于普通机器人，空间机器人必须具备质轻、力大、通用好等特性。介绍了空间机器人关节模块的机械系统、电气系统和传感器反馈系统所采用的特殊零部件和所作的特殊设计，为空间机器人的研究奠定了基础。     

漂浮基带滑移铰空间机器人相对轨迹运动的变结构鲁棒控制

讨论了载体的位置与姿态均不受控制的带滑移铰空间机器人的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的系统运动学、动力学分析表明 ,可以得到一组欠驱动形式的空间机器人系统的动力学方程 ,它们可以表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数 ,由此克服了惯常的空间机器人系统动力学方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点。在此基础上 ,针对系统中机械手相关参数不能精确确定但误差范围可以确定的情况 ,设计了空间机器人末端抓手相对轨迹运动的变结构鲁棒控制方案。此控制方案不需要测量、反馈载体的位置、移动速度及移动加速度 ,并由于在控制系统中对不确定参数采用保持鲁棒性而非在线估计方式 ,计算量也较小。仿真运算证实了提出控制方案的有效性。     

基于Kinect传感器的室内机器人自定位研究

针对同步定位地图创建（SLAM）中的定位问题,提出一种基于Kinect传感器的室内机器人自定位方法。利用Kinect传感器采集图像信息和深度信息,获取场景图像的SIFT匹配特征点集,并将特征点集的像素和深度信息转为三维数据,利用ICP算法计算机器人相邻位姿的旋转矩阵与平移向量。采用RANSAC方法去除SIFT匹配外点,提高了运动参数的计算精度。通过实验验证该方法的可行性。     

基于机器人逆运动学的模糊辨识

本文所研究的机器人是SCARA型教学机器人,它是一个四自由度机器人．有三个旋转关节,一个滑动关节。论文研究了采用模糊逻辑系统作为未知非线性对象的辨识器的方法来建立机器人的逆运动学方程．由此建立的机器人结构系统动力学模型的动态特性与实验测试结果具有较好的一致性。     

Dobot型机器人运动学分析与仿真

为了获得Dobot机器人的正逆解计算公式、避免解被丢失的可能性和保证角的精度,根据该型机器人的结构特点,运用D-H法建立了机器人的坐标系和运动学方程,进行了正逆运动学的分析,将双变量反正切函数应用到了逆解的表达式中。针对逆解多解和运动平稳性问题,对笛卡尔空间中利用直线插补和调用逆解公式求出的关节角序列进行了分析研究,提出了运用动态规划算法选出一组最优解序列,再利用三次B样条插值进行了连续化处理,并进行了实例验证和Matlab软件仿真。研究结果表明,利用该算法能够选出一组最优解和保证机器人运动的平稳性,为该型机器人的应用及轨迹规划与控制器的研究打下基础,所运用的算法和思想也适用于其他类型的多关节机器人。     

基于传感器的直接驱动机器人动力学建模及控制

在关节上引入力矩传感器进行力矩反馈后,推导出了直接驱动机器人的简单的、线性化的、非时变的动力学模型。在此基础上,利用解耦控制法实现了直接驱动机器人的控制。考虑到力矩传感器的引入,可能会导致驱动系统的刚度下降,文中还对力矩传感器的频率特性及关节结构的设计进行了较深入地研究,研究结果表明,只要适当配置转子、关节轴、连杆的转动惯量,就能保证在安装传感器后,驱动系统的刚度基本不下降。     

An active vision sensing method for welded seams location using “circle–depth relation” algorithm

In order to meet the requirement of welded seams location and seam tracking, vision sensor based on circular laser trajectory has been developed and three-dimensional information of welded seams can be calculated in real- time, escaping from shortcomings of less information, explain ambiguity and single tracking direction for “spot” or “line” laser vision sensors. We put forward three vital angles (cone angle α, deflection angle β, and off-axis angle γ) so that welded seams could be described using three-dimensional information. On this basis, a mathematical model of depth recovery according to “circle–depth relation” algorithm is constructed. The relation of depth values and off-axis angle γ under gas tungsten arc welding (GTAW) experiment condition is addressed by real experiment and the characteristic points of welded seams is described and located. Mean square error (MSE) was used to analyze the recovery precision. The results show: (1) Depth recovery for butt joint with V-groove (60°), butt joint with gap, lap joint, corner joint (120°), circular welded seams and ramp welded seams are realized and the recovery accuracy is compulsory for GTAW process; (2) Welded seams can be located very well using proposed vision sensor based on circular laser trajectory; and proposed vision sensor manifested a promising result with high precision and high efficiency.     

基于六自由度机器人的航天服性能参数测试

介绍了一种基于六自由度测量机器人的航天服性能参数测试系统的测量原理，基于机器人运动学和静力学原理建立了随动式机器人和舱内航天服（IVA)三自由度手臂软关节的数学模型，分析了机器人的工作空间，有效地证明了测试原理的正确性。