基于可变遗忘因子递推最小二乘法的无传感器机器人末端接触力估计

随着人机共融生产模式的推广,人与机器人需要协作完成工作任务,在人机协作的过程中需要估计机器人末端接触力。传统的机器人末端接触力估计主要是基于外部传感器来实现的,这不仅会使机器人本体成本增加,还会使机器人的控制系统变得更加复杂。针对这个问题,研究了无外部传感器的机器人末端接触力估计算法。首先设计数字低通滤波器对机器人动力学方程进行滤波,建立不显含加速度信号的机器人动力学模型,然后将机器人末端接触力看作时变参数,采用递推最小二乘法估计末端接触力,通过动态的改变遗忘因子使算法具有更好的响应特性,达到了较好的效果。最后通过MATLAB和ADAMS联合仿真验证了算法的有效性。     

增强现实辅助的互认知人机安全交互系统

在现代制造业中,人和机器人的交互共融是制造智能化的焦点问题之一。在人机交互中,机器人对工人的伤害风险是影响安全生产的关键因素。然而,在动态、不确定性的人机交互环境中,目前的人机安全交互系统仍然是基于机器人对环境的感知实现被动避让,缺乏基于互认知的自适应决策。为提高人对环境的认知能力,并增强机器人的自主避让和自适应能力,设计并实现了一种基于可穿戴增强现实技术的互认知人机安全交互系统。其中,可穿戴增强现实设备作为人机交互的媒介,实现机器人的虚实注册和工作环境的虚拟映射,收集人、机器人和作业空间的信息,实时为操作人员和机器人提供互认知辅助。互认知人机安全交互系统从三个方面确保人机安全：根据人机距离的机器人速度控制和安全区域可视化;虚实映射的运动预览和碰撞检测;基于深度强化学习的机器人避障策略。最后,通过搭建原型系统验证了所提出系统设计方法的可行性,以期促进先进人工智能技术与人机交互技术的融合发展,实现人机共融、安全协作。     

多臂协作机器人技术与应用现状及发展趋势

随着劳动力紧缺及人力成本的不断升高,需要使用机器人的领域越来越多,数量也越来越大。就许多应用场景而言,任务复杂多变、应用环境和条件限制也各有不同,单臂协作机器人已不能满足要求,多臂协作机器人系统便应运而生,且已成为未来发展的重要领域。因为发展的时间较短,还需要研发人员做大量的工作。对多臂协作机器人的技术与应用现状进行了较为系统的梳理归纳,从影响较大的几个方面,即多臂协作机器人的应用、机构与轻量化设计、动力学与控制、协同技术、人工智能技术进行了综述。在此基础上,根据人工智能、控制等领域的新发展,提出了多臂协作机器人今后应该加强研究和发展的6个方向,如应用场景向深度人机协同方向发展、结构及零部件更注重高速、高精度和高功重比、在动力学方面将更加重视平顺性设计、协调式协作机器人系统需朝着分层多元化发展、控制将更加趋于自适应柔顺控制和自主决策、交互趋于多信息融合的多维安全保护与自然交互。     

基于位置控制的工业机器人力跟踪刚度控制

随着机器人技术的发展,要求机器人能够完成更加复杂的任务,如工业机器人的打磨、精密装配、人机协作等,因此机器人与环境交互的能力起着越来越重要的作用。但当前的柔顺控制方法存在局限性,无法像人类一样,时刻对外界环境的作用力具有很强的适应能力(阻抗性能),并且能够随时对外界环境施加所需要的力(力的跟踪性能)。为了解决该问题,提出一种新的力跟踪刚度控制方法,能够让机器人同时具有阻抗性能和力的跟踪性能。该控制系统结构简单,实用性较强。控制系统的建立是基于位置控制的工业机器人模型,并进行了仿真,仿真结果表明,机器人不仅具有刚度控制的特点,对外界约束环境有顺从性,同时能够对期望力很好地进行跟踪。     

双臂协作机器人双环控制方法研究

双臂协作机器人可以像人一样灵活完成协作完成任务,然而在双臂协作机器人运动与外部环境交互时,传统的控制方法存在控制精度及稳定性的问题。针对这些问题,文中提出了基于双臂协作机器人双环阻抗控制系统,来解决双臂系统夹持目标物体易损坏以及夹持物体与环境交互时控制系统不稳定性的问题,通过建立统一机械臂、目标物体和环境接触的力学模型进行理论分析证明,最后通过设计实验验证了提出方法的有效性。     

基于触屏设备的人机交互界面设计

针对语音和手势等自然的控制方式易产生信息歧义和编解码复杂的情况,提出基于触摸操作的人机协作方法,以较为自然的方式实现人机交互.以触屏设备、无线网络和双目摄像机为硬件基础,在Android框架内实现人机远程交互界面.将双目摄像机获取的景深图像通过无线网络通信显示在触屏移动设备上,由用户在二维界面上触摸给出目标的三维坐标,驱动机器人作业.实验证明该界面支持用户如玩游戏般控制机器人完成预设任务.界面用自然的方式提高人机交互的准确率和可用性,达到预期效果.     

基于Matlab的五杆式人机合作机器人动力学仿真研究

人机合作机器人是一种新型的机器人,它通过和操作者合作共同完成作业任务.操作者提供驱动机器人运动的力,机器人控制其末端的轨迹,使其沿着期望轨迹运动.利用Matlab软件中的SimMechanics和Simulink工具对一种五杆式人机合作机器人自由模式和约束模式的动力学特性进行了仿真研究,分析了约束系统的性能对人机合作机器人工作性能的影响.     

周边智能化辅助实现的协作机器人速度与分离监控

安全是协作机器人应用的首要因素。为了防范人机协同操作时发生运动碰撞的风险,ISO/TS 15066提出了速度和分离监控(SSM)的人机最小间距保护机制。SSM需要面对高度非结构化和动态不确定性的协同操作场景,协作机器人自身难以有效应对由此带来的技术挑战。针对实现协作机器人SSM的需要,依照人机协作场景智能化的技术路线,分析了协作机器人速度与分离监控的技术难点问题,提出了辅助实现速度与分离监控的周边智能化架构,讨论了支配协作机器人安全适用状态演化的有限状态机模型,探讨了人机协作场景感知的设备无关技术。     

基于有限元的假人头部和颈部标定实验

在汽车、电子信息行业应用工业机器人,由于存在人机共存和交互的特性环境,会对工作人员的安全存在潜在威胁,需要对机器人进行安全性评估。在该项评价体系中,均使用假人模型来进行实验,而其中头部和颈部又是其关键部位。文中利用ABAQUS软件,通过有限元仿真,来完成假人头部与颈部的标定实验。人机交互的安全研究主要是研究中人体受到机械人碰撞时的受伤程度,因此只能用假人来进行试验。利用有限元法来完成头颈部的标定,可以降低试验费用,缩短开发周期。并且可以将该标定后的模型用于碰撞实验的仿真分析,为碰撞实验提供理论依据。     

面向人机协作的CNN手部抓握意图识别

针对机器人在协作过程中对意图理解不充分的问题，自主设计了一种基于触觉感知的手柄作为意图理解的接口，采用柔性触觉传感器将手部抓握压力信息转换成触觉图像信息，并依据操作者的操作习惯定义一系列抓握手势实现对机器人位姿的灵活调整。构建了一种适用于触觉图像识别的卷积神经网络(CNN)分类器，并基于抓握松紧信息构建一种变阻尼导纳控制方法。最后，采用实验室自主研制的幕墙安装机器人并搭载触觉手柄进行人机协作实验，结果表明此类触觉手柄及CNN方法对操作者抓握意图的识别准确率达到98.80%,所提出变阻尼导纳控制能够更加高效的完成人机协作任务。     

基于公理设计的人机协作数字孪生建模技术

人本智造是未来智能制造发展的重要方向，安全可信的人机协作是实现人本智造的基础。数字孪生所强调的以虚映实和以虚控实的思想与以人为核心的人机协作需求相匹配，为面向人本智造的人机协作新范式转变提供了新思路。目前欠缺关于人机协作数字孪生模型建模方法的研究，以满足数字孪生技术在人机协作领域中的应用需求。提出面向人机协作智造的数字孪生建模技术，从机器人模型和协作人员模型两方面展开人机协作模型建模机理分析。首先分析了机器人模型和协作人员模型具备的特征，在此基础上提出机器人模型和协作人员模型的基本组成结构，为人机协作数字孪生模型构建提供理论支持；建立了基于公理化设计理论的人机协作模型构建框架，提出了人机协作数字孪生模型的建模步骤；最后，以人机协作抓取数字孪生模型的构建过程为例，详细介绍了模型的构建过程，验证了所提方法的可行性。     

基于IIWA机器人的涂胶系统设计

为了节约人力成本,减少涂胶作业空间占用,实现涂胶作业过程中的人机协作,设计了一种基于iiwa机器人的涂胶系统。该系统是在iiwa机器人及SCA供胶泵的基础上完成了机器工具设计、放件台设计、电气设计及涂胶系统软件设计。测试表明,该涂胶系统满足了生产工艺要求,能够实现碰撞检测和人机协作,同时保证了作业安全性。     

面向微电机的双机器人协作工作空间分析与计算

为实现双机器人协同装配微电机组件的任务,需要确定双机器人协同装配工作空间。建立双机器人协同装配运动学约束关系,推导协作工作空间的定义,说明协作工作空间与双机器人布局形式的关系;采用蒙特卡洛法计算双机器人工作空间,提出一种基于空间网格划分的方法计算双机器人协作工作空间。在V-REP软件中搭建微电机自动化装配生产线虚拟仿真环境,通过编写LUA脚本计算出双机器人工作空间和协作工作空间,直观地验证了双机器人布局形式的合理性,为实际生产提供理论依据和算法支撑。     

基于手势跟踪的人-机器人协作研究

针对人-机器人协作团队中的交互问题,本文通过对手部对象的建模,提出了一种基于均值变换的粒子滤波算法以实现手势的实时准确的跟踪;针对移动机器人运动控制特点,提出了一个简单而实用的基于手势跟踪的动态手势理解方法,并应用于一个实际的人-多机器人协作团队。实验表明通过人提供辅助性关键信息的方法,能够有效地提高了机器人团队的任务执行效率。     

外骨骼上肢康复机器人的运动学研究与验证

为使人机协作更加紧密,确定合理精确的上肢运动模型,根据人体上肢解剖结构,提出一种8关节上肢外骨骼康复机器人的设计。在以往上肢机器人基础上做出改进,根据上肢复杂结构建立精确的等效运动学模型,实现机器人与肩关节内部结构变化的紧密结合,可有效缓解治疗中的不适;进而准确模拟出上肢运动可达的工作空间,并利用简洁的逆运动学算法对各关节变量进行求解;根据人体运动特性,运用倍四元数位姿插值法进行任务空间的轨迹规划,并通过SolidWorks、MATLAB、V-REP软件仿真验证,证明了设计的合理性与算法的可行性。     

人机协作装配场景下的人机任务规划

装配作业是加工中心最耗费人力和时间的过程,采用合理的装配任务编排方式对缩短加工时间、降低加工成本有着重要的影响.文中针对目前发展最为迅速的人机协作装配方式,提出了人机协作装配工作台方法.针对人机协作场景下对人机装配任务分配问题,从装配时间、成本、难度进行建模.采用人工蜂群算法对此多目标优化问题进行求解,并在原始版本人工...     

专注力驱动下人机联结绩效研究

为将人的专注力与机器相联，分析了人机联结后对专注力的影响程度。通过脑电设备实时获取了单人任务与静息状态下的专注指数，数据分析发现：任务状态下人的专注指数有明显提高；将人与机器联结，利用联结任务与静息状态下的专注指数相比的增加值驱动机器人作业；单独任务时，将人的专注指数与人机联结状态完成同一任务时的专注指数进行对比分析，研究二者联结绩效。通过对24名18～55岁被试者进行3种不同状态下(静息状态、单人任务和人机联结任务)的专注度测试研究，结果发现：人机联结状态下，人的专注度显著提高了7%。专注力驱动下的人机联结显著提升专注力的同时，也增强了人机协作。研究结果不仅可拓展专注力干预研究的思路，也可扩大人机协同合作的空间。     

双臂机器人的协作工作空间数值计算方法

讨论了双臂机器人的协作工作空间问题,给出了计算多关节双臂机器人协作工作空间的数值方法。该方法以极值理论为基础,采用边界提取和阈值判决,确定双臂机器人的协作工作空间界限曲面和极限位置。通过对六自由度转动关节双臂机器人的数值计算实例表明了该算法的可行性。     

电磁驱动微小型机器人控制系统的研究

介绍了一种新研制的电磁驱动微小型机器人的原理和控制系统,阐述了如何通过计算机来控制微机器人的运动参数,对数据进行采集分析,并较好地实现了人机通信。该系统主控制器是一台内插PC-6315模入模出接口卡的计算机,用来产生驱动机器人的波形信号,并同时对运动参数进行采集分析处理,实时改变驱动信号以达到最优控制。     

基于头眼行为的交互意图检测方法

人与服务机器人的自然交互是服务机器人面向应用的重要问题,其中对交互意图的正确判断是提高交互自然性、可靠性的基础.提出了一种人—交互协作界面—移动机器人构成的交互系统,通过视觉检测头部和眼睛的动作行为,结合机器人端采集“观察”的场景,由头部确定某个兴趣区域,眼睛注视进一步从确定的区域精确化关注目标,进而确定当前的交互意愿.在建立的测试环境进行了实验,结果表明提出的方法可以有效地对用户意愿进行辨识,为深入研究人与服务机器人的合作探索了可行的新途径.