巡线机器人的充电对接及特性分析

为了适应在充电座与充电头的对接过程中,由于安装误差、输电线路受机器人重力会产生向下形变带来的对中偏差,克服传统插针与插孔对准难的缺点,根据巡线机器人在高空线路上运行的特点,首先设计出了一种新型的、对接简单可靠的充电对接装置(包括楔形充电头和4自由度缓冲充电座);然后分析了对接过程,并通过坐标变换法得到了对接装置与高空线路之间的几何约束关系;最后根据对接时的接触特点,分析了受力特性,得到了线路及对接装置相关的几何参数、特性参数(摩擦系数)之间的约束关系,为充电对接装置和线路之间的参数匹配提供了理论依据.     

室内环境下移动机器人自主充电研究

为满足机器人长期自主工作的电源要求,对室内环境下的机器人自主充电进行了研究．由于里程计定位误差大,不能满足对接要求,提出了远程对接和近程对接方法,远程对接用摄像头协助完成,近程对接用激光传感器完成,并进行了试验验证,证明了该方法的可行性．     

一种室内清洁机器人返回路径规划算法

目前实际应用中的室内清洁机器人大多设计成充电座与机器人本体分离的结构,针对室内清洁机器人在电量耗尽之前需要成功返回充电座充电的问题,提出了以返回固定充电座充电为目标的自主返回路径规划策略。仿真结果显示了该搜索策略的有效性。     

高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用

以实现穿越越障巡检机器人长距离自主运行为目的,对机器人的机械结构、电能在线补给和智能控制作了深入研究.优化机械结构使设备尺寸更小、重量更轻、能耗更低、行走轮使用寿命更长;通过太阳能充电基站的设立提高机器人的续航能力;优化基于作业环境信息和机器人运行状态信息的自主行为控制方法,提出了智能巡检机器人的完备体系结构及其全自主行为能力的智能控制方法.根据该方法设计制造了高压输电线路巡检机器人,并在吉林白山的高压输电线路上进行了20km的示范运行,结果表明,该机器人具有长距离自主运行的能力,相较于以往机器人,在巡检效率和续航能力等方面有了很大提高.     

基于序列图像特征识别实时反馈伺服跟踪研究

通过与传统位移传感器反馈控制系统进行比较研究图像处理反馈控制系统的可行性与可靠性.实验结果显示在图像采集帧速率为25fps,运动目标速度、加速度变化的情况下,图像反馈控制实时响应较快,伺服控制电机跟踪平稳,控制可实现.得到位移曲线对比图,进一步在分辨率、峰峰值和周期等方面对两种控制跟踪位移曲线进行对比分析,数据表现出较好的吻合性,表明基于图像反馈实时控制系统控制可靠,能够达到传统位移传感器反馈控制系统的控制要求和控制效果,得出了基于图像特征识别实时反馈控制,可以应用在一些工业实时反馈控制领域的结论.     

蛙跳式充电的无人机自主巡线技术与系统(二):基于机器视觉的自动充电控制

近年来多旋翼无人机在中国电力系统中得到了快速的推广和运用,越来越多的电力公司尝试利用无人机进行输电线路巡检.然而无人机在搭载巡检设备后,其续航时间仅为20 min,续航能力十分有限,巡检时无人机中途降落充电的定位问题也一直存在.因此,该文提出一种基于机器视觉的自动充电控制技术,搭建基于蛙跳式的无人机自主充电系统.系统由无人机平台、自动充电平台和地面控制系统三部分构成,依托智能控制技术和飞控系统,运用机器视觉、图像识别等技术实现无人机的高精度定位和智能精准降落,并结合无人机预设的卡位与地面充电平台充电接口的有效对接,完成无人机动力电池的自动可靠充电,进而实现巡线无人机的自动起降和充电功能.试验结果表明,该蛙跳式自主充电系统有效提高了无人机的续航能力,解决了无人机充电过程中高精度定位等系列技术难题.     

基于CANNY算子的输电线路移动作业机器人视觉定位控制

设计一种双臂、双机械手的输电线路引流板螺栓紧固带电作业机器人,针对在螺栓拧紧作业过程中机器人机械手作业末端与螺栓头、螺母难以自动对准对接的问题,基于双作业末端输出的四路视频图像信息提出一种基于改进Canny算子图像边缘检测的机器人作业末端与螺栓螺母的对准定位控制方法,给出了Canny算子的改进方法和改进Canny算子图像边缘检测的流程。对常规Canny算子及其改进在套筒边缘检测及中心点的提取效果进行了比较分析,验证了改进算法的有效性,最后在实际线路上进行带电作业试验,试验结果表明本文所提出的改进Canny算子图像边缘检测机器人作业末端与螺栓螺母的对准定位控制具有较强的工程实用性,较常规算法而言进一步提高了作业效率。     

基于PUMA机器人的视觉伺服控制实验研究

为解决在视觉伺服过程中存在定位精度低、伺服速度慢的问题 ,给出了一个基于图像特征的机器人视觉伺服控制方法 ,实现了机器人“手 -眼”协调视觉伺服控制 .通过适当的选取图像特征 ,实现了摄像机工作空间运动目标跟踪的视觉伺服任务 ,并采用扩展卡尔曼滤波控制方法完成机器人视觉伺服控制 .同时通过抓取目标物体进行计算机仿真及模拟实验 ,给出了实验数据 .经过比较可以看出 ,运用此方法提高了定位精度及伺服速度     

基于预估补偿的手眼伺服空间机器人控制方法的研究

针对手眼伺服空间机器人系统自主控制中，由于视觉反馈和控制算法的运算时间造成的大时滞现象对系统控制影响，提出了基于Smith预估补偿的优化机器人视觉伺服的控制方法。利用手眼反馈和关节返回的信息来估计实际情况下当前机械臂末端与目标的相对位姿，进行机器人的控制。同时根据空间机器人的具体情况，提出了固定视觉反馈时滞的方法，对系统进行了简化。该方法可消除系统的大时滞对系统控制的影响，提高了系统控制的实时性、稳定性和精度。模拟试验仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于预估补偿的手眼伺服空间机器人控制方法的研究

针对手眼伺服空间机器人系统自主控制中，由于视觉反馈和控制算法的运算时间造成的大时滞现象对系统控制影响，提出了基于Smith预估补偿的优化机器人视觉伺服的控制方法。利用手眼反馈和关节返回的信息来估计实际情况下当前机械臂末端与目标的相对位姿，进行机器人的控制。同时根据空间机器人的具体情况，提出了固定视觉反馈时滞的方法，对系统进行了简化。该方法可消除系统的大时滞对系统控制的影响，提高了系统控制的实时性、稳定性和精度。模拟试验仿真结果验证了该方法的有效性。     

家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计

针对家庭陪护机器人电池容量有限,工作环不连续的问题,设计一种基于机器人操作系统(robot operating system, ROS)的家庭陪护机器人自主充电分级对接系统。采用卡尔曼滤波算法将编码器数据和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)数据进行融合,同时结合激光雷达数据并基于Rao-Blackwellized粒子滤波即时定位与构图(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法构建环境二维栅格地图;采用A^*算法和动态窗口(dynamic window approach, DWA)算法进行全局路径规划和局部路径规划,使机器人行驶至充电站附近或所在房间;采用基于双重优先级的红外导航对接算法引导机器人驶向充电站,完成与充电站的精确对接。试验结果表明,该系统有效地解决了传统方法中充电距离有限的问题,并且具有较高的对接效率、成功率、准确度和环境普适性,完全满足家庭陪护机器人的充电需求,具有较好的应用价值。     

配置机械手的轮式移动机器人目标物体跟踪与抓取

针对配置机械手的室内轮式移动机器人目标物体识别、跟踪和抓取问题,采用一种目标物体识别和机器人定位的方法,利用一种基于模糊控制的轮式移动机器人视觉伺服跟踪控制的方法。针对机器人目标识别跟踪及抓取过程中受环境条件变化的影响,采用HSI颜色模型和基于阈值的区域分割的图像处理方法可以完成目标颜色物体的快速准确识别。基于云台摄像机角度信息的机器人小车目标定位方法和模糊控制理论,设计了模糊跟踪控制器,使机器人输出合适的线速度和角速度,能够实现机器人目标跟踪,使移动机器人趋近目标物体位置,并完成机械手目标物体抓取任务。仿真和实时实验结果表明：所设计的系统具有良好的目标物体识别、跟踪和准确抓取目标的能力。     

吊装用起重机自动定位视觉伺服控制

传统起重机自动定位方法精度低,稳定性差,不能形成真正的闭环控制,现有起重机视觉定位方法普遍存在抗扰动性能差和视觉雅可比矩阵参数难以获得等问题。为了解决外部扰动影响视觉伺服定位精度和稳定性的问题,建立了扰动工况下吊装末端执行器的位姿数学模型,提出一种基于自抗扰控制器的视觉伺服扰动抑制方法。根据图像投影特性,得出雅可比矩阵参数与图像特征微分关系方程,设计了雅可比矩阵参数估计值自适应更新率,并建立闭环动力学方程。根据图像特征误差,构建李亚普诺夫函数,给出了系统稳定性证明。进行仿真与实验分析,结果表明:当视觉误差收敛后,位置与速度曲线均趋于零值,说明在视觉不确定性和恒定、瞬时扰动的情况下,本文方法仍然具有令人满意的定位精度。通过与其他控制方法的对比结果分析可知,本文方法在保证视觉伺服系统定位精度的同时,能够加快视觉误差的收敛速度,具有更好的稳定性,因此,适用于吊装用起重机自动定位视觉伺服系统。     

数字伺服聚焦非接触位移传感器的研究

研究了一种以整体线切割设计的音圈电机为驱动的聚焦式位移传感器,它具有很好的静动态特性.音圈电机采用两次精确找焦的方法得到焦点的位置,利用数字伺服控制方法,对于不同的材料表面及有一定角度的表面检测失焦时进行特殊处理,使得该传感器能够精确快速找到焦点.     

基于运动估计和图像匹配的视觉控制算法

针对微操作的作业空间小、路径可估计、位移及定位精度要求高等特点,提出了一种基于运动估计和图像匹配的视觉伺服控制算法,该算法将运动估计引入到视觉伺服中,利用运动估计出末端执行器下一次可能出现的位置,进行小区域的匹配搜索,而不进行整个视频区域的匹配搜索,大大减少了图像匹配时间,提高了实时性和实用性,并增强了鲁棒性。将该算法应用于解决细胞注射微操作过程中的位移以及精密定位等问题,研究了此算法的可行性以及理想运动轨迹的计算和实际运行的轨迹,给出了实现视觉伺服控制算法的数学推导模型及公式。实验结果表明:此算法实现了实时跟踪和识别定位,且鲁棒性好,可应用于大多数的微操作中的移动定位。     

一种基于图象的无标定视觉伺服方法的研究

采用基于图象的视觉伺服方法，绕过了3D空间的重建，直接利用图象特征来控制机器人的运动、给出了一种基于图象的无标定的视觉伺服控制方法，通过动态估算图象雅可比矩阵来代替实际的雅可比矩阵，消除了工业应用中标定的繁琐和由此引起的误差，特别避免了基于位置控制方法成像过程的非线性和图象匹配等带来的视觉重建困难。     

一种新的双目立体视觉伺服控制模型及实验研究

针对目前手眼视觉伺服系统模型中普遍存在深度信息估计的问题,提出了一种用于双目视觉伺服控制的模型,该模型避免了深度值的测量与估计,提高了系统的控制性能,从而解决了未知物点的深度信息估计的问题。本文应用此模型,单独考虑机器人的运动学特性,设计了机器人末端执行器进行定位控制的控制器,仿真结果验证了该模型与控制算法的有效性;进一步提出了模型使用的改进算法,使该模型更具有宽泛的实用性;并且,进行了基于MOTOMAN UP6型机器人的双目视觉伺服控制实验,实验结果验证了该模型在实际控制工程中的有效性、可行性。     

基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法

针对高精度的机器人室内定位方法中成本过高的问题,提出一种基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法。该方法通过安装在机器人底盘的单目鱼眼摄像头采集地面图片,并经过一系列图像处理,将得到的地面方格直线和相机的位姿关系作为观测量,通过推导出观测方程并根据扩展卡尔曼滤波算法得到机器人的位置信息。基于机器人当前时刻位置数据和地面的固定方格大小提出线预测算法,有效地排除干扰线段的影响。实验结果表明,该机器人室内定位方法定位精度可以达到2 cm,具有较好的鲁棒性,能够为低成本的机器人室内定位提供较好的技术参考。     

面向配电系统的带电抢修作业机器人

面向电力行业应急救援和安全抢修作业装备发展的需求,设计了一种配电系统带电抢修作业机器人,并对其机械结构与控制系统进行了介绍。提出一种基于液压伺服驱动的6自由度机械臂的系统解决方案,通过运动学、动力学和有限元分析优化了部件结构和动力学性能,使其有效负载能力达到最大。针对作业过程中机器人本体与导线发生碰撞等引起的震荡问题,使用非对称控制方法,建立了机械臂的柔顺控制模型,降低了震荡的影响。将整体单目视觉的静态测量与双目手眼视觉系统的动态测量相结合,设计了复杂环境下目标点的高精度动态定位系统,实现了机械臂的局部自主路径规划与运动控制。通过实验验证了所开发的带电抢修作业机器人在10 kV以下配电线路应用的有效性和可行性。