基于Internet的拟人双臂机器人遥操作系统的研究

为了解决多操作者-多机器人遥操作系统所存在的问题,减小网络时延对遥操作性能的影响,提出了一种基于Internet的"单机-单操作者-多人机交互设备-多机器人"的遥操作体系结构,并讨论了系统的各部分功能和基于虚拟斥力场的协调控制策略.根据作业空间和任务不同,提出了相应的分区控制方式,提高了工作效率.最后,进行了拟人冗余度双臂协调装配实验研究,验证了方法和系统的可行性.     

基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构

提出了一种多层次控制结构的基于Internet的多机器人遥操作系统体系结构。系统在组成结构上分为4个子系统：机器人工作子系统、用户交互子系统、通讯子系统和安全保护子系统。在控制结构上分成3层结构：交互监控层、协调规划层及执行控制层。设计了一个由5个模块和2个数据库组成的人机交互结构，阐述了基于任务的操作者与机器人之间的人机共享控制结构，并研究了多层操作的安全机制，完成了时延情况下异地的操作者在Internet上协调控制两个机器人共同完成一项作业任务的集成系统。     

随机路由网络中瓶颈链路推测新算法

利用随机路由网络中链路时延分布的累积生成函数,通过端到端的时延推测网络内部链路时延分布,在此基础上,根据链路瓶颈判别定位网络内部的瓶颈链路,并用仿真模型进行了验证。仿真结果表明,在网络中存在随机路由时,本算法可以取得较好的效果。     

多自由飞行空间机器人控制系统结构的设计与实现

阐述了多个自由飞行机器人协调操作自主控制系统的控制结构。首先介绍了控制系统结构的组成,讨论了控制系统的策略控制器,介绍了控制系统的运动控制器并给出了控制机器人飞行和操作所采用的控制算法。     

基于路径到达率和动态广播时延的汇聚树协议

汇聚树路由协议(CTP)是目前无线传感器网络(WSN)中常用的数据采集路由协议。它是基于期望传输次数(ETX)的树型路由协议。但对多跳路径的衡量,简单的ETX相加往往无法良好刻画实际路径质量,致使该协议很难选出最优路径。本文提出了基于端到端的数据到达率(PDR)的CTP改进协议,能更好地衡量多跳路径的网络质量。据此选出的最优路径能构建更优的汇聚树,提高端到端数据传递的成功率,减少平均传递次数和平均传递时间,这样可以节省能耗,提高网络生存时间。同时,本文提出在建树过程中采取动态时延广播策略,可以有效减少建路由树时的广播次数,节省开销。     

基于智能体的仿人机器人分层控制系统

提出了基于智能体的仿人机器人分层控制思想,构建了由主控层、通信层和执行层三部分构成的仿人机器人分层控制系统.机器人执行层分为多个独立的智能体,每个智能体具有控制器、必要的传感器和关节驱动器,机器人的伺服控制由这些智能体实现.这样整个系统能够充分发挥智能体的反应性、自治性、预动性和社会性等特性,不仅可以直接处理原始传感器数据,而且可以单独或通过多个智能体之间的协调直接对机器人的一些异常情况进行处理,如机器人遇到障碍物、机器人连杆臂碰撞等,可以提高仿人机器人的稳定性和实时性.实验结果表明,相比传统的分布式控制系统,采用基于智能体的分层控制系统可以提高机器人的稳定性和实时性.     

基于SAC深度强化学习算法的充电枪寻孔策略研究

针对机器人自动化充电任务中的寻孔操作,研究基于柔性行动者评价者(SAC)深度强化学习算法的机器人寻孔策略。设计一个基于actor-critic框架、以枪头位姿、接触力信息为输入、末端枪头坐标系XY平面动作为输出的策略控制器。该策略控制器共有5个神经网络,分别为actor网络、2个目标critic网络、2个critic网络;actor网络负责输出寻孔动作,目标critic网络负责输出下一寻孔状态下寻孔动作的价值评估,critic网络负责输出当前寻孔状态下寻孔动作的价值评估。基于double-Q trick方法使用2个目标critic网络输出价值中的较小值和2个critic网络输出价值中的较小值来分别更新critic网络和actor网络,以训练策略控制器。采用力位混合控制结构,将actor网络输出的XY平面位移动作转换成期望平动速度,与Z轴力跟踪导纳控制输出的期望速度合成机器人期望速度引导充电枪寻孔。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于协商和意愿强度的多自主移动机器人避碰协作

多机器人之间的协调协作是目前国际上机器人研究的一个重要问题。本文基于多机器人在未知环境中的避碰运动任务来探讨多机器人之间的协作策略,设计了机器人的基本行为,并在此基础上提出了意愿强度概念以对单机器人的几种行为进行合理的综合,为多机器人之间的协调协作提供一个相互协商的前提。仿真结果表明这种实时在线的协作策略是有效的。     

血管介入机器人系统的临床培训

为推进血管介入手术机器人系统的临床应用,在系统中引入了临场感技术,以弥补其主从式操作方式导致的视觉及碰撞力觉缺失。结合现有介入机器人系统,提出了一种基于真实手术过程的培训技术,该技术通过拓展主端的力觉交互设备,支持多人同时在线培训;通过设置权限矩阵和协调受培训者对导管的运动控制,提高受培训者的主动性和参与性。进行了双人在线临床培训,证实了该技术可提供实时有效的三维导航和碰撞反馈,培训模式多样灵活。培训结果表明,在完全真实的反馈信息下,通过信息共享、权限控制、量化评估,可实现高质量、高效率的临床培训效果。     

基于互联网的机器人远程实验系统

将互联网技术、机器人远程控制技术和计算机技术有机结合起来，建立了一个基于互联网的机器人远程实验系统。操作者可以在任何时间和任何地点通过互联网来控制和操作机器人臂手集成系统。用户通过互联网可以进行机器人语言的学习、编程及直接控制机器人关节运动，完成一些简单的操作，也可以利用带有力觉和触觉反馈的人机交互设备，在虚拟仿真规划的基础上，完成复杂的操作任务。本系统的建立同时也为有限或贵重设备的共享及异地协同实验研究提供了技术支持。     

激光切割高精度Z轴调高随动控制系统设计

目的 设计一种基于STM32主控制器芯片与FPGA从控制器芯片的激光切割高精度Z轴调高随动控制系统。方法 介绍该控制系统的工作原理、硬件设计、软件设计以及微电容测量电路的仿真实验。同时,针对系统随动过程中存在干扰的现象,提出基于滑动平均值滤波算法的改进滤波算法。结果 经过上机切割测试验证,该随动控制系统动态跟随精度为0.01 mm,最大跟随速度为500 mm/s。结论 该随动控制系统能够使激光切割机床实现高速高精度的切割。     

基于RS485物理层的MODBus/JBus现场总线通信协议

本文描述了在现场总线控制系统中,按照基于RS485物理层的MODBus/JBus现场总线通信协议,采用主机/从机原理和远程终端单元(RTU)模式,实现主机和从机之间的数据通信,通过对从机上相应的内存单元的读写来适时获取和改变设备参数,以实现工业自动化系统中对设备的适时控制。并通过实验完成了与德国JUMO公司开发的紧凑型微处理控制器dTRON04.1的通信,验证了该协议的可行性和可靠性。     

Design and Instrumentation of Force Feedback in Telerobotics

The design and instrumentation of force feedback (FF) is presented for a networked telerobotic system that consists of a master arm client station (MACS) and a slave arm server station (SASS). A motion coordination system maps the operator hand at the MACS to a user-defined floating tool frame at the SASS. Variational analysis for a wrist force sensor (FS) allows evaluation of the force at a floating point of the tool frame. Force is streamed from the SASS to the MACS, where it is displayed on the operator hand. Performance evaluation of contact with the environment is presented. First, a user-controlled teleoperation with FF is described. Contact instabilities are observed in the pre- and postcontact phases. Second, a programmed compliance loop is implemented at the SASS by selectively converting sensed forces into corrective motion, which allows minimization of contact forces. Third, a supervisory mechanism based on a user-controlled active compliance (AC) is presented. High FF gain improves operator sensitivity but may cause instability in case of contact with a stiff environment. Motion mapping minimizes the number of trials to set up the tool configuration. Light and stiff arms are highly recommended to reduce the degradation in telerobotic synchronization caused by elasticity in linkage transmission and by the network delays. The AC at the slave arm improved contact stability and provided an effective supervisory control.      

基于模型缩聚的广州新电视塔传感器优化布置研究

以世界最高的电视塔——广州新电视塔为研究对象,进行了加速度传感器优化布置研究。为避免动力分析时大型稠密矩阵运算的问题,首先将三维有限元模型简化为等效串联多自由度体系;考虑到实际测点只能布置在结构的平动向不能布置在扭转向的问题,提出将平动向自由度看作主自由度,将扭转自由度看作副自由度,采用模型缩聚将副自由度缩聚掉的新思路,对比研究了Guyan 法、Kuhar 法、IRS 法以及IIRS 法的缩聚效果,得到了缩聚后的简化模型;分析了基于二重结构编码的广义遗传算法在电视塔传感器优化布置中的实施过程,进行了控制参数分析,最终给出了传感器的优化布置方案。     

Methods for connecting dissimilar three‐dimensional finite element meshes

Two methods are presented for connecting dissimilar three‐dimensional finite element meshes. The first method combines the concept of master and slave surfaces with the uniform strain approach for finite elements. By modifying the boundaries of elements on a slave surface, corrections are made to element formulations such that first‐order patch tests are passed. The second method is based entirely on constraint equations, but only passes a weaker form of the patch test for non‐planar surfaces. Both methods can be used to connect meshes with different element types. In addition, master and slave surfaces can be designated independently of relative mesh resolutions. Example problems in three‐dimensional linear elasticity are presented. Published in 2000 by John Wiley & Sons, Ltd.     

核电站检修主从式水下作业机械手研究

研制了适用于核电站反应堆和乏燃料水池水下作业的六自由度同构型主从式水下机械手。建立了从机械手水动力学模型,针对主从式机械手具有的强非线性,设计了一种基于模糊PID控制的主从控制器。采用ds PACE半物理仿真平台,搭建了主从式机械手两关节测试系统,验证了主从实时跟随性,为水下作业机械手整机控制奠定基础。实验结果表明主从手关节角度跟随性好,主从手末端位置跟随过程形成的轨迹形状基本一致,大小成比例,证明模糊PID控制器能较好地实现主从轨迹跟随,满足位置伺服精度要求。     

虚拟制造中多机器人虚拟生产平台的研究

以多机器人装配作业为背景,研究了虚拟制造中多机器人虚拟生产平台系统的几何及运动学建模,多机器人协调合作策略,多机器人工作空间分配,机器人手臂的碰撞检验和避碰以及装配线意外故障的处理等关键问题,最络构建起一个完整的多机器人虚拟生产平台。     

基于Windows 98的激光快速成型机控制系统

针对激光快速成型的主从式控制系统,介绍了该系统的结构组成、采用多线程的方法实现Windows 98平台下实时通讯的方案以及32位并行通讯协议的设计,并阐述了使用软件校正算法实现扫描振镜控制与标定的方法。     

基于速度交流的共生多种群粒子群算法

为了提高粒子群算法的求解精度,改善算法的搜索性能,提出一种基于速度交流的共生多种群粒子群算法(SMPSO)。该算法采用速度交流机制划分整个从种群为多个子种群,负责解空间的全局搜索,将获得的最优信息分享给主种群;主种群综合从种群与自身最优经验,负责局部深度优化,获得最优信息反馈给从种群,从而建立主从群间的共生关系,实现解空间的充分搜索。迭代后期,在主种群中引入自适应变异策略,提高算法跳出局部最优的能力。将提出的SMPSO算法应用于基准测试函数中,与其它改进的PSO算法进行比较。实验结果表明,SMPSO算法在求解精度、搜索能力、稳定性等方面均有较大的提高。     

多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制

目的提高多感应电机速度同步控制系统的可靠性以及控制精度,提高印刷业的生产效率及产品质量。方法基于相邻交叉耦合控制结构,利用快速终端滑模控制的强抗扰动性和有限时间到达特性,提出一种多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制策略。结果通过仿真结果分析,相比传统相邻交叉耦合控制,在文中所提控制算法作用下其系统同步误差小,具有更高的同步控制精度。结论该控制策略可提高多感应电机同步控制系统的同步跟随性能和抗干扰性能,增强多感应电机无轴传动的同步协调控制能力。