转向盘式六足机器人设计及全方位运动控制

基于转向盘的全方位步行机器人综合了腿式机器人与车辆方向盘的结构特征,为了对其运动性能及运动控制进行系统研究,介绍了该机器人的设计思想、机构特色及运动原理.建立了该机器人的等效操作臂模型,给出操作臂的雅克比矩阵,推导出操作臂在关节空间和笛卡尔空间下的动力学方程,以此给出了转向系统的非线性闭环控制模型.基于Adams与Matlab/Simulink对机器人全方位运动进行了PID联合控制仿真,并对样机模型进行了实验研究.结果表明:转向盘式步行机器人在全方位运动控制方面灵活性好,方向精度高,控制简单可靠.     

基于视觉反馈的全自动微小型轮式机器人

为实现精密定位与全方位运动,采用两个微型电机对角驱动原理,设计了一种新的全方位微小型轮式移动机器人.利用蓝牙技术在短距离内进行无线数据传输的优点,来实现机器人无缆化、自动化,以及对机器人的运动控制与位置控制.通过实验测试,机器人达到了0.05 mm的运动分辨率.最后采用CCD相机作为测量元件,并利用所建立的实验系统,引导机器人完成了对目标的自动跟踪实验研究.     

转向盘式全方位六足机器人运动分析及控制

提出了一种腿式机器人与转向盘复合的全方位步行机构,介绍了其独特的运动特点和转向性能;为了实现对其良好的运动控制,建立了该步行机器人转向机构在运动过程中的等效机构模型,采用拉格朗日力学法推导出操作臂的动力学方程;通过对样机模型的运动规划和实验研究,证明了转向盘式全方位机器人具有简单灵活、精确的方向可操控性。     

基于神经网络的移动机器人路径规划

针对移动机器人在部分环境信息已知情况下的路径规划问题,运用神经网络动态路径最优算法,研究了基于传感器信息的在线路径规划方法.基于扩展卡尔曼滤波的定位方法融合了多个与机器人状态及环境相关的信息,提高了定位精度.首先建立动态的工作空间信息,基于神经网络的路径规划算法完成机器人的路径规划,根据路径点集运动趋向来调节小车移动,完成了导航的任务.对算法的性能和效率进行了分析,实验表明该方法在障碍物的信息未知的情况下,执行速度快.     

基于任务优先级的仿人机械臂拟人运动规划

针对液体搬运是日常生活中最常见的动作之一,人臂可非常轻松地完成这一动作,但是对于仿人机械臂而言,如何使其如人臂般灵活地完成这一动作,却并不容易,以仿人机械臂运送水杯作为研究对象,对其进行任务描述.针对完成任务过程中需要同时考虑多个约束的情况,提出采用任务优先级或梯度投影法对其进行处理,并对这2种求解方法进行了比较.同时,对仿人机械臂的拟人化运动控制问题进行了研究,提出利用人臂臂姿指标来对仿人机械臂进行运动规划.最后在Inventor中建立虚拟仿真,并与人臂运动实验结果进行对比,从而验证该方法的可行性以及自主拟人运动的有效性.     

乒乓球机器人手臂及其击球策略

为了实现机器人自主完成击打乒乓球的操作,构建了由双目视觉摄像头、嵌入式中控、六自由度机械臂、视觉处理计算机和监控计算机等组成的乒乓球机器人系统．灵巧臂采用关节模块化设计方法,共有6个自由度,集成有关节位置、电机位置、关节力矩、驱动电流及温度等多种传感器．采用模块化、多层次的手臂电气结构,基于FPGA(field programmable gate arrays)实现关节的通讯、电机驱动、传感器信息采集与处理等功能．中控处理器实现击打策略、机械臂正逆运动学、轨迹规划等,采用Intel Core II双核嵌入式CPU作为控制核心,以FPGA作为通信逻辑控制芯片．采用系统辨识方法预测乒乓球的轨迹,通过采集多个点,有效地减少偶然误差,提高预测精度．以预测的轨迹方程、乒乓球机器人的工作空间为基础,确定击球点的位置、姿态及速度;在机械臂的任务规划中,采用多个点、多个运动过程约束手臂末端的运动路径,提高击球成功率．击球实验证明了机器人系统及控制策略的有效性．     

一种全方位移动机器人的运动分析与控制实现

为达到在动态环境下,对机器人进行实时控制的目的,提出一种全方位移动机器人运动控制器的设计方法.以足球机器人Robocup作为实验平台,全方位移动机器人作为研究对象,通过研究具有四组正交轮组成的移动机构运动机理,在将机器人运动进行分析的基础上,以数字信号处理器(DSP)为核心,引入专家比例-积分-微分(PID)速度控制器,实现了对机器人的控制.实验结果表明,该设计方法有很好的实时性和一定的鲁棒性,在实际比赛中,实现了对全方位移动机器人的快速、实时、准确控制.     

五自由度操作臂笛卡尔空间内运动控制的实现

为实现操作臂各关节间在移动过程中抓取任务完成的准确性,设计了五自由度操作臂,采用DH法则对该操作臂进行运动学分析,建立了末端位姿信息与各关节角间的变换关系。采用轨迹插补的方法得到这两点间若干轨迹中的间断点集,根据运动学中关节角的变化量,利用最小二乘法来寻找总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内跟踪所规划的轨迹。研究结果表明：为避免工作空间奇异点的存在影响运动控制过程,对各关节角度与末端位姿间关系采用最小二乘法来寻找关节角总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内的轨迹跟踪,并准确地完成了空间抓取动作。     

基于ＲＯＳ的电动汽车充电操作移动机器人系统

设计了一种基于 ＲＯＳ机器人操作系统的电动汽车充电操作移动机器人系统。首先,在运动控制层建立了充电机械臂和移动底盘的机器人运动学模型,在运动规划层采用视觉定位技术对充电机械臂进行了轨迹规划;然后,利用 ＲＯＳ平台改良 Ａ＊算法设计了导航节点并采用加权平均法设计了多传感位姿信息融合节点,采用 ＴＣＰＳｏｃｋｅｔ实现了交互层的功能;最后,进行了移动机器人充电流程实验。实验结果验证了所设计系统的实用性。     

故障机械臂模型重构后的轨迹规划与实验分析

针对六自由度机械臂作业过程中,两个旋转或俯仰关节发生故障后的运动受限问题,提出一种基于D-H表示法的模型重构轨迹规划方法 .首先对故障前后的机械臂结构进行分析,锁定故障关节,将原六自由度机械臂转化为四自由度机械臂,然后采用D-H表示法对故障机械臂进行建模,并求取其运动学正逆解,再重新在任务空间中对机械臂进行轨迹规划.为了验证故障机械臂轨迹规划算法的有效性,进行了移动机械臂旋拧圆形门把手的实验,采集故障前后的机械臂运动数据进行分析,验证了所设计算法在直线、圆弧轨迹规划中的可行性.实验结果表明,在故障机械臂的工作空间内,模型重构后的机械臂仍能完成一定的作业任务.     

圆柱式缩放步行机构分析及运动学仿真

详细分析了用于全方位步行机构的圆柱式缩放步行机构的运动学问题，提出了步行机对其步行机构足端运动轨迹的要求，给出了该机构足端运动轨迹的规划方法，并在ＳＧＩ计算机工作站上进行了运动学仿真。     

基于大位移变分光流的全向智能轮椅测速方法

为扩大全向智能轮椅的速度测量范围并改善其测量精度及计算效率,对传统基于光流的测速方法进行了改进.首先,采用TV-L1模型求解光流,并有效地预测帧间像点位移量,缩小像点的搜索区域.然后,针对由光照不均、局部运动模糊等因素产生的异质光流矢量,提出了基于平面片光流模型的随机抽样一致算法(random sample consensus,RANSAC),以实现光流场的排异.最后,在统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)的体系框架下实现光流计算的并行加速,提高了系统的实时性.实验结果表明:改进方法使轮椅的最大可测量速度提升了1.67倍,且测速精度优于轮式里程计,该方法在光照不均、局部运动模糊情况下也具有较好的鲁棒性,能够提升全向轮椅的最大可测量速度及测量精度.     

基于DSP芯片的机器人运动控制卡设计

针对KLD-400型机器人系统中实时性要求较高的运动控制部分，基于TMS320LF2407芯片的运动控制功能，设计了一种基于TMS320LF2407芯片的运动控制卡，采用C和汇编语言混合编程开发了控制卡的驱动程序．实验证明，与基于8253的多轴运动控制卡相比，该控制卡的性能满足运动控制的实时性要求．     

一种基于运动复杂度的新的H.264码率控制跳帧算法

首先介绍了码率控制算法JVT—0016的基本算法和存在的优点，然后针对以往H．264码率控制算法中的跳帧策略，只是固定地设定一常值来作为判定跳帧的标准，而没有很好的结合图像的运动复杂程度的情况，提出了一种在JVT—0016码率控制算法基础上的基于运动复杂度的跳帧算法，此方法充分利用了序列的运动程度，较好地缓解了由于场景和物体剧烈运动所带来的缓存上溢现象，优化了图像的质量．     

基于PMAC与LabVIEW的多轴运动控制系统的开发

针对目前机械运动部件实时快速定位的需要,研究了一种快速开发运动控制系统并达到高控制精度的方法.采用了PC＋PMAC的结构,硬件主要由PC机、PMAC运动控制卡、电机等组成,系统软件使用LabVIEW2009环境为开发平台,对多轴运动控制系统进行开发,提出了通过Active X自动化技术实现上位机和下位机的通信.结果表明,所开发的系统不仅有友好的人机交互界面,而且具有开发周期短,易于操作,实现功能的扩充方便等特点.     

快速点磨削成形机开放式数控系统的研究与开发

基于PC机和W indows操作系统的开放式数控系统是数控技术的发展方向.介绍了在快速点(磨削)成形机的开发中,利用GE-300-SG-PC I运动控制卡,采用“NC嵌入PC”结构构建开放式数控系统,完成了该系统硬件总体结构构建和基于W indows操作系统下的软件平台设计.针对此快速点(磨削)成形机开放式数控系统,介绍了该运动控制卡及其与主机之间的通讯.此系统缩短了开发周期,具有开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特点,具有较好的发展前景和经济效益.     

Research and Development on Control System of Novel Winding Machine for High-pressure FRP Pipeline

The novel winding machine adopted steam inside solidification technics,can wind,solidify and extract high- pressure fiber reinforced plastic (FRP) pipelines in one single machine.Its control system consisted of the winding and extraction subsystem and the steam inside solidification subsystem.In order to improve the control precision and stability,a real-time control method was adopted in the winding and extraction subsystem.In this method,high-precision TRIO motion controller combined with industrial personal computer (IPC) forms an open-type CNC system which supports multitask.The Modbus protocol was adopted for the communication between the IPC and TRIO motion controller.The human-machine interface (HMI) was developed with VC 6.0 and the control software of the motion controller was developed with TRIO BASIC language.In the steam in- side solidification subsystem,embedded IPC and PLC were used to realize the closed-loop control of the steam temperature and the HMI was developed with MCGS 5.1 under WinCE.Practices show that this system has the good performances of high precision, good stability and high efficiency.     

基于C8051F020与LMD18200的运动控制平台

设计了以混合信号微控制器C8051F020和运动控制H桥组件LMD18200构成的运动控制平台,以C8051F020为控制核心,以LMD18200作为电机驱动器,对多个直流电机进行精确的位置和速度控制.该平台辅助以多超声传感器、红外探测传感器、旋转编码器等,能直接应用于各种小功率智能运动设备和自主移动机器人.     

全自主足球机器人的运动控制系统研究

全自主足球机器人要完成踢球任务，需要一个快速可靠的运动控制系统，但是大多数以前的电机控制系统都是基于MCU或DSP系统的．为此，提出基于PC104总线控制的直流伺服电机控制系统，介绍了运动控制系统的组成、电动机控制板和系统控制软件．该控制系统具有体积小、功能强、反应速度快和控制简单等特点，完全可以满足足球机器人的运动要求，并可应用于其他小型装置的电动机控制系统上．