冗余复合构型微创手术机器人定位方法研究

根据冗余复合构型微创手术机器人兼具冗余关节和被动关节的特点,提出了一种针对此类复杂多自由度机器人的定位方法。首先分析了机器人构型特点,然后利用D-H法建立了机器人运动学方程,并结合临床实际,确定冗余关节角,将运动方程进行退化,得到合理的运动学逆解和定位角。利用微型磁定位传感器进行被动关节臂实时位形测定,开发出机械臂定位界面,提示操作者进行定位和臂形设置。实验结果表明,定位方法可行,可视化效果好,适于临床操作。     

基于构型选优决策的冗余度机器人避障研究

为了使冗余度机器人在障碍物环境下更好地完成末端操作任务,首先提出了一种新的基于构型选优决策的避障策略,它在保证避障和完成末端任务的同时使机器人的综合性能指标更优,然后利用3R-2P机器人的仿真及实验研究证明了所提方法的可行性.     

基于局部模型的水下机器人避碰方法研究

提出了基于局部模型的水下机器人的避碰方法。文中首先分析了水下机器人的避碰声纳的工作机理及存在的问题,然后介绍了基于栅格的局部模型的建立方法,根据局部模型确定出机器人周围障碍物的分布情况;最后根据规则进行避碰规划。文中给出了详细的仿真结果。     

基于伪最小平移距离的机器人避障研究

针对机器人在非自由工作环境中的运动问题,需要对机器人与工作空间中的障碍物进行碰撞检测,并规划出无碰撞的运动路径。首先采用了伪最小平移距离作为计算空间几何体之间相对位置的距离函数,并通过伪最小平移距离确定机器人与障碍物嵌入最严重的点,然后采用假设-修正法对机器人运动路径进行重新规划、反复迭代从而生成一条无碰撞的运动轨迹。最后对冗余度为1的平面三自由度机器人碰撞问题进行了轨迹规划的仿真,结果表明该方法对于检测类似机器人手臂等凸体之间的距离及无碰撞路径生成是有效的。     

基于光流的非结构化环境中移动机器人避障方法

为了解决在复杂非结构化环境中的避障问题,提出了一种基于光流的适用复杂非结构化环境的移动机器人避障方法.首先,引入梯度守恒假设和局部加权对光流算法进行改进,减少了光照变化不均和噪声对光流算法的影响,提高了算法的计算精度和鲁棒性.然后,使用光流散度来计算相碰撞时间(time-to-contact,TTC),并利用TTC构建障碍地图.设计的航向决策算法能在机器人与障碍物发生碰撞危险时,为机器人选择最优的前进方向.对提出的避障方法进行了仿真及物理实验,实验结果表明:利用该避障方法可以实现移动机器人在复杂非结构化环境中无碰撞地行走.     

Trajectory Optimization for 7-Dofs Space Manipulator

The space manipulator is always designed to have 7 degrees of freedom (Dofs) with the consideration of energy limitation, as well as the flexible moving possibility. Therefore, how to plan the trajectory is important to improve the performance of the manipulator. In this paper, the speed of the end effector is configured as a projecting parameter, when a constant acceleration is applied to adjust the velocity. To implement this trajectory planning strategy, an optimization algorithm through the pseudo inverse of Jacobin matrix is designed, which adjusts the weight functions of joints. According to the functional theory, this algorithm is analyzed and the optimal solution is found in numerous sets of planning. A MATLAB simulation platform is established and the results verity the effectiveness of the algorithm.     

基于遗传算法的水下智能机器人避碰行为学习

智能机器人行为学习可以看成是从感知空间到动作空间中寻找一种映射文中采用遗传算法来实现寻找一种最佳映射,使机器人具有较好的避磁能力,把机器人旋转角和平移距离分别划分成７个等级和４个等级,每一个等级看成机器人的一种行为,把机器人发生碰撞之前所走的路径长度作适度函数,通过遗传算法中的选择,交叉和变异等操作机器人学会避碰行为,在文中的最后给出了仿真的实验结果。     

基于深度强化学习的移动机器人轨迹跟踪和动态避障

针对移动机器人在局部可观测的非线性动态环境下,实现轨迹跟踪和动态避障时容易出错和不稳定的问题,提出了基于深度强化学习的视觉感知与决策方法.该方法以一种通用的形式将卷积神经网络的感知能力与强化学习的决策能力结合在一起,通过端对端的学习方式实现从环境的视觉感知输入到动作的直接输出控制,将系统环境感知与决策控制直接形成闭环,其中最优决策策略是通过最大化机器人与动力学环境交互的累计奖回报中学习获得.仿真实验结果证明,该方法可以满足多任务智能感知与决策要求,较好地解决了传统算法存在的容易陷入局部最优、在相近的障碍物群中震荡且不能识别路径、在狭窄通道中摆动以及障碍物附近目标不可达等问题,并且大大提高了机器人轨迹跟踪和动态避障的实时性和适应性.     

借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性.     

移动机器人模糊控制系统避障研究

对全区域覆盖的局部路径规划,采用了一种模糊控制算法,利用模糊控制算法自身所具有的鲁棒性和基于生物学上的感知-动作的行为相结合.对于移动机器人的避障系统提出了充分接近障碍策略,并对相关理论和实现方法作了深入的研究.     

冗余度机器人最小力矩与回避奇异并行优化

针对冗余度机器人梯度投影法最小力矩局部优化所发生的轨迹不稳定现象,经过讨论分析后,明确指出这种不稳定是由关节构形奇异引起的,并提出了一种冗余度机器人最小力矩与回避奇异的并行优化方案.通过对一三自由度冗余度机器人的仿真,证实了所提优化方案是可行、有效的.     

移动机器人的避障模糊算法

超声波传感器是移动机器人避障常采用的传感器,但是存在缺点,如三角误差,多次反射.采用多个超声波传感器的模糊避障算法,通过此算法,降低干扰,用VB编写了仿真软件,对算法进行可行性的分析.结果表明,该模糊算法可以实现机器人的安全避障.     

智能探测车避障转向控制

针对智能探测车的转向系统是一个具有大延迟、非线性的复杂系统,对其建立精确的数学模型较为困难,且其航向易受到诸多因素干扰的问题,研究了预测控制中的动态矩阵法,提出一种新的智能探测车转向机构模型.该方法用障碍物的方向角和距离偏差作为参数,在预测控制算法中采用动态矩阵控制,输出前轮转向角,再将转向角预测量与实际转向角之和作为反馈,对转向角变化趋势做出预测.通过仿真验证了在不同纵向速度下,加入相同干扰时的系统响应.结果表明,该算法在智能探测车障碍物避让控制中,对外界环境的干扰具有较强的鲁棒性,能够满足智能探测车转向控制要求.     

基于障碍物影响系数的机器人路径规划方法

针对机器人在未知环境中需要进行路径规划,提出了障碍物影响系数的概念,设计了一个结合全局环境信息和机器人局部探测信息的综合评价函数来确定机器人的下一步运动位置,从而使机器人可以无碰撞和较快地到达目标点.障碍物影响系数的添加改善并拓展了全局规划的适用性,使机器人可以在未知环境中进行路径规划,并通过几个仿真实验验证了该规划方法的可行性.     

Inverse Kinematics Analysis of a 7-DOF Space Manipulator for Trajectory Design

To solve the inverse kinematics problem for redundant degrees of freedom (DOFs) manipulators has been and still continues to be quite challenging in the field of robotics. Aiming at trajectory planning for a 7-DOF space manipulator system, joint rotation trajectories are obtained from predetermined motion trajectories and poses of the end effector in Cartesian space based on the proposed generalized inverse kinematics method. A minimum norm method is employed to choose the best trajectory among available trajectories. Numerical simulations with the 7-DOF manipulator show that the proposed method can achieve the planned trajectory and pose under the circumstances of minimum angular velocities. Moreover, trajectory results from the proposed kinematics model and inverse kinematics method has the advantages of simple modelling, low computation cost, easy to solve and plan trajectory conveniently. The smooth and continuous joint rotation functions obtained from the proposed method are suitable for practical engineering applications.     

基于模糊神经网络的电力巡线无人机避障技术研究

随着国民经济持续稳定快速发展,,输电线路的巡检工作量日益加大,传统人工巡检已经不能满足当前输电线路巡检的需求。无人机电力巡线能够较好弥补人工巡检的不足,提高电力巡检作业的工作效率。为了获得精确的无人机与输电线路、杆塔以及附近障碍物的距离信息,采用了多传感器融合技术,通过对巡检过程中可能出现的障碍物进行建模,建立最小安全空间模型和输电线路周围电场模型,提出基于模糊神经网络的方法,对无人机电力巡线的避障技术进行了研究。仿真结果表明,该方法可以有效实现无人机在电力巡线中对障碍物的躲避。     

基于容错指标的空间单冗余机械臂结构综合

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机械臂具有最佳容错操作性能的臂长参数.利用空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性.     

基于MCGS组态软件的立体仓库控制系统研究

根据松下电工生产的FP0型PLC在立体仓库控制系统中的原理,利用MCGS组态软件开发上位机监控界面。MCGS组态软件通过设备驱动程序从现场硬件设备获取实时数据并加工,以图形方式显示在上位机屏幕上,同时按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给现场硬件设备,对执行机构实施控制。     

改进人工势场法的冗余机械臂避障算法

针对传统人工势场法应用于串联型冗余机械臂避障时无法约束各关节位姿、陷入局部极小后难以逃离的问题,提出一种改进人工势场法.建立冗余机械臂运动学模型,采用线段球体包络盒模型进行碰撞检测.在笛卡尔空间内建立末端引力势场和障碍物斥力势场,在关节空间内建立目标角度引力势场,所有势场共同作用引导机械臂运动.在关节空间内求解虚拟目标角度并采用高斯函数建立虚拟引力势场处理局部极小问题.利用七自由度冗余机械臂进行仿真和实验,结果表明:算法可约束各关节位姿,陷入局部极小后可引导机械臂逃离局部极小,最终完成避障;避障结束时各关节角度最大误差为0.8°,末端平均位置误差和平均姿态误差分别为0.010 m和2.40°,均小于传统算法;避障过程中各关节运动幅度小于传统算法.改进算法可引导机械臂逃离局部极小并完成避障,同时提高避障结束时各关节及末端的定位精度,对冗余机械臂的避障研究及应用具有一定的指导意义.     

基于ADAMS的搬运机械手轨迹规划与仿真

对一种新型机械手的运动轨迹进行了规划分析,并结合计算机对该系统运动进行了仿真,得到了该机械手的一些动态参数,为该机械手物理样机的实现提供了科学依据.