工业机器人传感控制技术研究现状及发展态势——基于专利文献计量分析视角

从专利文献计量分析的角度客观揭示工业机器人传感控制技术的研发历程、技术研发布局、研究热点,梳理技术发展脉络;通过分析在华专利透视我国工业机器人传感控制技术研发存在的问题.分析结果表明,工业机器人传感控制技术进入快速发展期,研究、应用规模不断扩大;传感控制技术领域专利的技术构成主要包括机械手、传感控制、焊接、半导体器件等;技术发展脉络以传感控制装置、方法为主线,近年来研究热点为移动机器人、多机器人协作控制等.工业机器人传感控制核心技术仍掌握在发达国家手中;国内存在创新能力不足、科研成果转化率不高、知识产权保护和运用能力较弱等问题,成为制约国产工业机器人研制、应用的瓶颈.     

试论汽车电子控制技术在安全领域的运用

介绍目前汽车工业电子安全技术领域的发展和实际运用.根据系统的主动安全防护和被动安全防护对当前已经广泛使用的电子控制技术进行划分和研究.     

面向喷釉工艺过程的机器人成套系统设计

本文研究工业机器人喷釉工艺过程,从喷釉生产线机械结构系统设计、喷釉生产线电气控制系统设计,到机器人喷釉系统人机交互界面设计,进行成套系统设计.本文使用的埃夫特智能装备股份有限公司自主研发的无动力示教关节臂,可以方便工人记录喷釉轨迹、釉料参数,该数据可在其他工业机器人喷釉单元上再现.本研究电气控制系统和人机交互的工作方式,减轻了喷釉工人的工作量,机器人操作人员只需通过触摸屏,就可以实现全自动机器人喷釉单元的自动化作业,解决了人工施釉方法存在生产效率不够稳定、喷釉质量波动大、不利于集中除尘作业、对工人身体健康造成影响等问题,降低了釉料的浪费率,实现了喷釉工艺的自动化模式生产.     

满足不同交互任务的人机共融系统设计

人与机器人共同协作的灵活生产模式已经成为工业成产的迫切需求, 因此, 近年来人机共融系统方面的研究受到了越来越多关注. 设计并实现了一种满足不同交互任务的人机共融系统, 人体动作的估计和机器人的交互控制是其中的关键技术. 首先, 提出了一种基于多相机和惯性测量单元信息融合的人体姿态解算方法, 通过构造优化问题, 融合多相机下的2D关节检测信息和所佩戴的惯性测量单元测量信息, 对人体运动学姿态进行优化估计, 改善了单一传感器下, 姿态信息不全面以及对噪声敏感的问题, 提升了姿态估计的准确度. 其次, 结合机器人的运动学特性和人机交互的特点, 设计了基于目标点跟踪和模型预测控制的机器人控制策略, 使得机器人能够通过调整控制参数, 适应动态的环境和不同的交互需求, 同时保证机器人和操作人员的安全. 最后, 进行了动作跟随、物品传递、主动避障等人机交互实验, 实验结果表明了所设计的机器人交互系统在人机共融环境下的有效性和可靠性.     

基于快速动力学辨识的免外部传感器机器人碰撞检测

针对人机协作时机器人极有可能与人发生碰撞所导致的安全问题,提出一种基于动力学模型、无需要外部传感器的机器人碰撞检测方案.首先,根据对机器人低速下的动力学特性分析,采用逐次动力学辨识,在对机器人重力及摩擦力使用最小二乘法辨识后,运用Lasso对复杂的残余力矩进行辨识以获得简化模型,避免了复杂符号推导.然后,针对模型的不确定性,根据优化设计运动状态相关的动态阈值来处理残差的异常峰值.最后,以轻型工业机械臂为实验平台,让机器人执行作业轨迹与人类发生碰撞以验证碰撞检测算法.实验结果证明了碰撞检测方法的可行性和简单性,其能够实现对机器人快速动力学辨识,并可以实现灵敏准确碰撞检测,保证人机协作时操作人员的安全.     

人机协作视觉手部保护系统设计

针对人机协作中人与机器人共享工作空间时的安全问题,设计了一套人机协作视觉手部保护系统,并搭建相应的验证系统。该系统采用深度学习目标检测算法结合双目视觉技术实现对操作人员手部的识别与定位,同时利用手眼标定将视觉定位后的手部坐标转换到机器人基座坐标系下,通过计算操作人员手部与机器人末端执行器之间的距离,机器人自主执行减速、急停等安全策略。经实验验证:当操作人员在机器人工作空间作业时,通过检测手-末端相对位置关系,可以有效避免人机协作过程中机器人末端执行器与手部发生碰撞,达到了保护操作人员安全的目的。     

协作机器人安全规范:ISO/TS 15066的演变与启示

以协作机器人的ISO/TS 15066:2016安全规范文本为依据,回顾了传统工业机器人的安全标准,找出其与协作机器人安全规范两者之间的区别与联系.另外,除对4种协作操作等重点内容进行解读以外,又参考其他安全标准和相关文献,从中引申出机器人安全与风险的概念,提炼出现行机器人安全标准的本质,并给出协作机器人安全性的一般性指导原则.最后,围绕协作机器人的设计给出了一些启示,并对以人机共融为特征的下一代机器人技术的未来发展作出展望.     

基于视频反馈和实时仿真的机器人远程控制系统

为了在保证安全和经济的前提下提高机器人远程操作的用户体验,设计并实现了一种基于视频反馈和实时仿真的工业机器人远程控制系统.提出了一套通过常见的游戏手柄对工业机器人进行控制的方法,研制了通过互联网和仿真反馈及视频反馈对工业机器人的动作进行预测和监控的平台.在此基础上根据仿真平台特点,提出了将3D碰撞检测引入系统以提高系统的安全性.最后,实验结果表明了该系统的正确性和有效性.     

作业型飞行机器人研究现状与展望

作业型飞行机器人是指由飞行机器人(通常是旋翼飞行机器人)与作业装置(机械臂)共同组成的具有主动作业能力的一种新型机器人系统.由于主动作业装置与飞行机器人之间的紧密耦合,以及飞行机器人本身对外部干扰的敏感性,作业型飞行机器人系统的研究也面临着诸多难题,如:机械臂运动引起系统重心变化带来的建模与镇定问题,与外界持续接触作业时的安全协调控制问题,以及相应的运动学、动力学规划问题等等.本文将全面分析与总结近几年发表的资料与文献,对作业型飞行机器人系统及相应的动力学建模与耦合分析、自主控制等方面的主要研究成果进行综述,并对其中的关键问题与困难进行分析与展望.     

汽车纵向主动避撞系统的研究现状与展望

针对现代交通安全问题,提出了一种辅助驾驶员行车安全的方法,即纵向主动避撞,主要围绕汽车纵向主动避撞系统中的行车信息感知与处理、安全距离模型、车辆动力学系统建模、车辆动力学控制四个关键技术进行叙述.各种先进的控制技术为研究汽车纵向主动避撞系统提供了新的机遇,它所衍生出的新功能新系统对汽车的安全性、舒适性及经济性等方面都有很大的提升.对汽车纵向主动避撞技术进行了综述,探讨了在研究汽车纵向主动避撞系统时所面临的问题,最后梳理出汽车主动避撞技术的发展趋势.     

SolidWorks二次开发曲面离线编程及运动仿真

为了解决人手动示教提取曲面轨迹困难且操作繁琐的问题,采用Visual Studio对SolidWorks软件进行二次开发的方式进行机器人的曲面离线编程,并且以DLL插件的形式自动加载到SolidWorks中.系统通过将曲面进行UV参数化进而实现离线轨迹的快速提取和机器人控制代码的生成,再以DH参数表示机器人模型,最后通过遍历关节角的方式实现机器人的运动仿真.实践证明,该系统离线编程生成的控制代码能够直接下载到机器人控制器运行并达到了实际预期的效果.上述系统对工业场合的实际开发应用和国内中小型企业快速加工多种零件具有重要的意义.     

爬墙式机器人安全系统的动力学变结构控制研究

对一般的爬墙式机器人增设一套安全系统是非常重要的。本文的安全系统是由位于屋 顶的可前后移动的小车、安装于小车上的一套提升设备和机器人本体组成。由于机器人打滑 、吸盘系统失效等原因，这种安全系统有时可能会发生摆动与纵向振动。借助于控制技术， 本文研究的安全系统动力学的变结构控制技术可以使系统的摆动与纵向振动快速消失。显然 ，具有这种控制技术的安全系统可以用于工作于危险状态的检查与清洁机器人中。     

用计算机控制移动式机器人的方法与展望

从正式研究机器人以来,已有十多年了。此间,为解决机器人的操作机能及视觉和触觉的感觉机能等问题在人工智能等方面进行了广泛的研究,另一方面对在生产中实用的工业机器人也进行了深入的研究。总之,机器人工程已自成体系。     

基于高速DSP技术的低成本智能焊接机器人设计与研究

针对目前工业化焊接存在工作繁重、人员劳动强度大、身体容易疲劳、易出错、安全生产事故率较高、焊接质量难以保证等问题,基于国外进口通用焊接机器人价格昂贵、维护保养成本高、备品备件难选购等情况,提出一种高速DSP（数字信号处理器）的低成本智能焊接机器人解决办法,深入研究了机器人各关键部件和核心技术,搭建了机器人硬件平台,设计了专用运动控制器,分析了人工引导方式“示教-编程”操作学习方法,应用大量工业成熟货架产品,实现了专用智能化焊接机器人,制造了国产化样机并投产实机对比验证,可原位替代昂贵进口设备,提高产品焊接质量,减少人工出错率,降低工人劳动强度,节约设备采购维护成本,提高劳动生产率。     

中国工业机器人发展的若干问题

工业机器人是否应当成为当前我国产业以至国民经济发展的一个新的发展热点?本文就当前我国发展工业机器人问题进行了全面调查研究,对我国工业机器人的发展历史与现状、当前发展趋势、国内外市场和劳力转换等问题提出看法,其中涉及当前发展我国工业机器人的对策建议.为了我国工业机器人产业的健康和可持续发展,千万不要一哄而起,全民搞工业机器人!希望这些认识能够与同行和各界交流,并供政府主管部门决策参考.     

机器人操作系统ROS安全性研究综述

机器人日益走进人们的日常生活, 也受到了国内外越来越多的关注. 机器人系统的一个重要特性是安全性, 增强机器人系统的安全性可以保护机器人免受恶意攻击者的入侵. 机器人操作系统的安全性是机器人系统安全性的重要组成部分. 虽然近年来研究人员针对机器人操作系统的安全性做了许多研究工作, 但遗憾的是, 安全性目前还没有得到足够的重视. 为了引起人们对机器人系统安全性更多的关注, 同时帮助人们快速了解当前主流机器人操作系统ROS (robot operating system)的安全性解决方案, 对ROS的安全性进行系统的调研和总结. 一方面, 深入分析ROS的安全特性, 总结ROS中已知的安全问题. 另一方面, 对近年来ROS安全性相关的研究进行分类分析和概括总结, 并从机密性、完整性和可用性这3个方面, 对众多ROS的安全性解决方案进行比较. 最后, 对ROS安全性研究的前景进行展望.     

双臂机器人的协调控制算法综述

双臂机器人系统是当前机器人领域的研究热点,特别是随着单臂机器人在操作能力、控制等方面的局限性不断凸显,最近的研究集中在拥有协调操作能力的冗余双臂机器人.对双臂操作进行分类,然后从双臂协调运动方式、双臂协调控制问题、感知传感器、模仿学习、人机交互五个方面进行分析;综述从运动学、动力学现状入手,分析了双臂协调控制与单臂控制...     

基于G代码的双工业机器人协调作业的网络控制

在对双工业机器人协调作业网络控制进行研究的基础上,提出了基于TCP和UDP两种传输协议的客户端/服务器控制模式,实现了不同类型指令和数据的有效传输.同时,研究了单工业机器人控制语言.通过对标准G代码进行扩展与重定义,提出了双工业机器人的坐标定义、直线插补、圆弧插补、螺旋线插补及速度控制等指令,为双工业机器人协调的网络控制提供了一种新的语法,从而解决了基于网络的双工业机器人的控制问题.     

基于LabVIEW和数据融合的防火机器人控制系统

针对现有防火检测系统误报率高、设备数量不足且不能灵活移动的问题,利用LabVIEW平台设计了一种防火机器人控制系统.操作人员远程操作机器人代替检查人员进行巡逻,同时将机器人所处位置的环境数据采集并发送到上位机,采用BP神经网络算法和多传感器数据融合技术进行火灾概率预测,提高了火灾报警的准确率,也可对存在火灾安全隐患的环境进行预警.     

视网膜血管搭桥手术机器人系统的研究

针对医生人工操作的生理学颤抖造成视网膜血管搭桥手术成功率低的问题,提出了用于辅助医生进行手术操作的机器人系统.在借鉴眼科显微手术机器人系统研究经验的基础上,基于视网膜血管搭桥手术的过程和特点,提出了合理的机器人系统整体设计方案,介绍了机器人的关键机构设计.对临床应用进行了初步探讨,确定了视网膜血管搭桥手术机器人系统的人机协同操作手术流程,提出了手术环境布置方案.最后,在开发研制原理样机的基础上列出了机器人性能指标,对视网膜表面平行运动进行了轨迹规划和仿真,在乒乓球模型上进行了可行性分析实验,并提出了安全保障措施.实验表明,系统设计满足要求,可以初步完成手术动作.