基于ROS的双臂机器人的协同控制路径规划研究

随着现代机器人技术的不断发展,服务类机器人成为早期机器人的代表,并逐渐走进了大众视野。本研究以六自由度柔性机器人为对象,采用D-H法对其进行数学建模。在考虑双臂机器人实际需求的基础上,本研究通过ROS对机械臂进行控制测试,发现运动路径混乱,无法满足实际需求。所以本研究改进了AABB包围碰撞监测算法,通过对空间六面体投影的重叠映射,检测机器人的运动路径是否存在碰撞。实验结果表明,该双臂按摩机器人在改进AABB算法防碰撞协调控制算法的保证下,实现了双臂主从协调的路径规划研究。     

基于遗传算法的双臂机器人模糊力/位混合控制

近年来,适用于空间站操作的冗余度双臂机器人系统技术研究得到了较多的重视．结合已有的 研究基础和研究条件,本文开展了面向空间舱内作业的冗余度双臂机器人协调控制应用研究．针对双臂机器 人协调操作过程中的受力问题,提出了一种基于遗传算法的双臂机器人模糊力/位混合控制策略．该方法把机 器人末端的力误差通过模糊控制转变为机器人位置控制器的修正值,在不改变机器人原有位置控制器的前提 下,实现力/位混合控制．利用遗传算法离线优化模糊控制规则,为了提高遗传算法的性能,总体交叉概率和 变异概率都采用了自适应控制策略．最后,以冗余度双臂机器人合力协调搬箱为例,进行了力跟踪的三维仿 真和实验,验证了所提出控制策略的有效性和可靠性．     

中医按摩机器人双臂推拿过程的避碰控制

讨论了中医按摩机器人的双臂协调运动控制问题.根据机械臂的结构特点,将空间避碰问题转化为平面内的避碰问题,对按摩机器人双臂推拿过程中可能发生的碰撞情况进行了分析.利用平面几何方法,对机器人双臂协调推拿过程进行了避碰规划,设计出一套双臂协调运动控制策略.利用MATLAB对双臂的避碰情况进行了运动学仿真,仿真结果表明本文中设计的方法可以有效的实现双臂在推拿过程中的协调运动.     

基于运动性能分析的双臂冗余度机器人协调运动研究

为了提高双臂冗余度机器人在其交互工作空间中的协调运动能力,以ABB YuMi为例,提出了一种计算简便并且能够有效反映双臂协调运动灵活性的性能指标。利用D-H法建立了YuMi机器人的运动学模型,分析了双臂可操作度的分布情况,分别研究了两种协调运动方式的运动学约束关系以及相应的运动控制规律,基于灵活性分析构建了双臂协调装配电机转子与轴承以及字母绘制的任务,通过仿真和实验验证了本文双臂可操作度指标的有效性及协调运动规划方法的正确性。     

冗余度双臂机器人轴孔装配的三维动态仿真与实验

分析了冗余度双臂机器人进行轴孔装配的运动学约束关系,设计了一种分层递阶控制结构．通过三维图形动态仿真,在冗余度双臂机器人协调控制实验平台上进行了实验．仿真和实验结果表明该方法能够顺利地完成双臂协调插孔的作业．     

六自由度双臂机器人动力学分析与运动控制

人形机器人运动过程中稳定持物是机器人领域的一个关键研究内容,作为人形机器人中的重要研究方向,六自由度双臂机器人合作抓持重物的稳定性和安全性难以保证。通过对机器人持物运动过程中的受力和运动分析,提出了基于配置构型评估和动力学分析的控制方法,有效解决了持物过程中的稳定性问题。通过对轨迹点的局部最优调整抓取姿态,利用双臂操作过程中受力分析,借助典型的Lu Gre摩擦模型,构建摩擦力和滑动接触数理模型,并进行动力学分析,在此基础上,提出了相应的控制方法。通过数值仿真,验证了在此控制方法下六自由度双臂能够平稳有效的持物运动。     

双臂机器人协调轨迹滑模鲁棒控制算法研究

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法.由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的机械臂协调控制.在机械臂动力模型与偏差分析的基础上,把关节惯性、离心和重力表示为轨迹控制时的预期输出量,控制力矩表示为鲁棒因子,并根据角位置偏差设计滑模变量与指数趋近律.为避免滑模控制产生抖振,引入自整定边界层,使滑模控制机械臂轨迹收敛于边界层,计算得到最终的控制量与扰动量.基于与构造双臂机器人仿真模型,实验结果验证了关节轨迹滑模鲁棒控制算法能够抑制双臂机器人动作时受到的内外部扰动,避免发生系统抖振现象,有效提高机械臂的控制准确性与稳定性,获得更加协调稳定的双臂运动轨迹.     

多机械臂协调控制研究综述

多机械臂系统的协调控制是当今机器人领域的研究热点.针对机器人基坐标系标定,协调系统动力学建模,控制器综合方法等问题,介绍近年来多机械臂系统在协调控制上研究工作的进展,主要从系统的动力学模型建立方式和协调运动的控制综合方式两个方面进行深入介绍.全面系统地介绍多机械臂系统协调控制问题的研究现状与发展方向,并指明未来工作的研究方向.     

双臂搬运机器人结构设计与动态仿真分析

针对棒料搬运和无人机翼下弹药挂装,设计了一种基于双六自由度结构的双臂搬运机器人.对机器人总体构型和各驱动回转及末端执行器等重要部分结构加以阐述.双臂机器人由10个驱动转动环节组成,其中腰部和肩部回转为2个共用关节,双臂各有4个回转关节,组成双六自由度机械臂.机器人通过两臂间的协作可以准确地调整搬运对象的位姿,完成复杂的工作任务.双臂末端设计了回转型夹手,可以避免在棒料搬运过程中两个夹手凹槽方位不一致而产生的干涉问题.通过LMS Virtual.Lab Motion 3 D仿真平台,对双臂机器人进行轨迹规划分析,通过设定运动轨迹上不同姿态的关键点,检测到机器人双臂能够协调运动,有效控制负载的姿态,验证了双臂机器人系统设计结构的合理性和操作的灵活性.     

基于模型偏差补偿原理的机器人双臂协调控制

本文讨论双臂协调操作物体的问题,在操作空间中给出双臂耦合动力学模型,基于这一模型,针对系统的未建模动态,利用模型偏差补偿原理,设计出一种双臂协调控制算法,并证明当未建模动态满足一定条件下控制系统的全局渐近稳定性。本文还通过仿真研究了为完成协调任务对物体柔性的要求,物体质量、刚度对动力学耦合程度的影响,规划轨迹速度、加速度对协调控制的影响。     

电动力液压驱动四足双臂机器人的设计与实现

针对定基座机器人在复杂环境下作业能力不足的问题,研制出电动力液压四足双臂机器人,将浮动基座与双臂系统的优势有机结合,能够代替人员完成复杂环境下应急处置、工程作业等任务。详细阐述了四足双臂机器人的机械结构、机载电液动力系统、分布式控制系统以及仿真与操作训练平台的设计与实现。提出基于全身虚拟模型的足底力分配方法与足臂协调运...     

Few-experiential learning system of robotic picking task with selective dual-arm grasping

Recently, robots are introduced to warehouses and factories for automation and are expected to execute dual-arm manipulation as human does and to manipulate large, heavy and unbalanced objects. We focus on target picking task in the cluttered environment and aim to realize a robot picking system which the robot selects and executes proper grasping motion from single-arm and dual-arm motion. In this paper, we propose a few-experiential learning-based target picking system with selective dual-arm grasping. In our system, a robot first learns grasping points and object semantic and instance label with automatically synthesized dataset. The robot then executes and collects grasp trial experiences in the real world and retrains the grasping point prediction model with the collected trial experiences. Finally, the robot evaluates candidate pairs of grasping object instance, strategy and points and selects to execute the optimal grasping motion. In the experiments, we evaluated our system by conducting target picking task experiments with a dual-arm humanoid robot Baxter in the cluttered environment as warehouse.     

The Fuzzy Neural Network Control Scheme With H∞ Tracking Characteristic of Space Robot System With Dual-arm After Capturing a Spin Spacecraft

In this paper, the dynamic evolution for a dual-arm space robot capturing a spacecraft is studied, the impact effect and the coordinated stabilization control problem for post-impact closed chain system are discussed. At first, the pre-impact dynamic equations of open chain dual-arm space robot are established by Lagrangian approach, and the dynamic equations of a spacecraft are obtained by Newton-Euler method. Based on the results, with the process of integral and simplify, the response of the dual-arm space robot impacted by the spacecraft is analyzed by momentum conservation law and force transfer law. The closed chain system is formed in the post-impact phase. Closed chain constraint equations are obtained by the constraints of closed-loop geometry and kinematics. With the closed chain constraint equations, the composite system dynamic equations are derived. Secondly, the recurrent fuzzy neural network control scheme is designed for calm motion of unstable closed chain system with uncertain system parameter. In order to overcome the effects of uncertain system inertial parameters, the recurrent fuzzy neural network is used to approximate the unknown part, the control method with $\pmb H_{{\infty }}$ tracking characteristic. According to the Lyapunov theory, the global stability is demonstrated. Meanwhile, the weighted minimum-norm theory is introduced to distribute torques guarantee that cooperative operation between manipulators. At last, numerical examples simulate the response of the collision, and the efficiency of the control scheme is verified by the simulation results.      

Design of an anthropomorphic dual-arm robot with biologically inspired 8-DOF arms

From the perspective of kinematics, dual-arm manipulation in robots differs from single-arm manipulation in that it requires high dexterity in a specific region of the manipulator’s workspace. This feature has motivated research on the specialized design of manipulators for dual-arm robots. These recently introduced robots often utilize a shoulder structure with a tilted angle of some magnitude. The tilted shoulder yields better kinematic performance for dual-arm manipulation, such as a wider common workspace for each arm. However, this method tends to reduce total workspace volume, which results in lower kinematic performance for single-arm tasks in the outer region of the workspace. To overcome this trade-off, the authors of this study propose a design for a dual-arm robot with a biologically inspired four degree-of-freedom shoulder mechanism. This study analyzes the kinematic performance of the proposed design and compares it with that of a conventional dual-arm robot from the perspective of workspace and single-/dual-arm manipulability. The comparative analysis revealed that the proposed structure can significantly enhance single- and dual-arm kinematic performance in comparison with conventional dual-arm structures. This superior kinematic performance was verified through experiments, which showed that the proposed method required shorter settling time and trajectory-following performance than the conventional dual-arm robot.     

空间机器人抓捕目标后基于任务相容性的消旋策略

针对双臂空间机器人抓捕自旋目标后的镇定操作,在考虑机器人系统输入约束的条件下,提出了一种基于任务相容性的消旋规划与控制方法。首先,给出空间机器人抓捕目标后的组合系统的动力学模型,作为规划与控制的基础。然后,根据动力学可操作度和任务相容性设计了目标的快速消旋策略,其期望加速度的方向和大小分别取作速度的反方向和机器人系统输入约束允许的最大值。最后,基于所推导的运动学和动力学模型,通过对目标和机械臂末端分别建立柔顺度等式,提出了一种跟踪期望运动轨迹同时对末端接触力进行调节的柔顺控制方法。通过双臂7自由度空间机器人消除目标自旋运动的仿真结果,验证了所提方法的有效性。     

基于引力自适应步长RRT的双臂机器人协同路径规划

快速扩展随机树（RRT）方法的步长确定过分依赖于程序调试,而且固定的步长会导致碰撞检测失效问题．针对此问题,本文提出一种适用于双臂机器人协同路径规划的引力自适应步长RRT．首先,通过建立构型空间与工作空间的步长范数不等式,对双臂机器人在工作空间中所产生的步长进行约束,进而确保实现有效的碰撞检测;然后,提出随机树被动生长方法,在保证双臂机器人协同运动的基础上,降低规划空间的维度．最后,在随机树的节点处引入引力函数,加快算法的融合速度．仿真结果表明,引力自适应步长RRT方法可对工作空间中的步长进行有效约束,确保算法碰撞检测的有效性．在无碰撞的前提下,引力自适应步长RRT方法相比于其他算法减少了迭代次数,降低了运行时间并缩短了路径长度．将所提算法应用于双臂机器人的样机实验,结果表明双臂机器人可在保持位置协同的前提下,完成避障运动,验证了算法的可行性．     

双臂搬运机器人反应式导航控制系统设计

为增强双臂搬运机器人在作业任务过程中的行进避障能力,使其运动行为得到连续有效控制,设计双臂搬运机器人的反应式导航控制系统。根据单片机与电机电路的连接形式,选择合适的ARM微处理器元件与PIC单片机结构,再联合HN-9移动平台、智能导航平台、ROS操作平台,完善反应式导航子模块的运行能力,实现控制系统的硬件单元设计。求取绝对位姿向量、相对位姿向量的计算结果,以此作为自变量系数,确定速度雅可比指标,并推断得出动力学递推表达式,完成对双臂搬运机器人的协调控制,联合相关硬件应用结构,实现双臂搬运机器人反应式导航控制系统的设计。对比实验结果：反应式导航控制系统可使机器人准确躲避行进障碍物,且躲避过程中机器人完成作业任务的能力不会受到影响,符合连续有效控制机器人搬运行为的实际应用需求。     

Position-Based Fuzzy Force Control for Dual Industrial Robots

In this paper, a fuzzy force control framework is proposed for dual-industrial robot systems. The master/slave control method is used in dual-robot systems. Two MITSUBISHI MELFA RV-M1 industrial robots, one is equipped with an BL Force/Torque sensor and the other is not, are utilized for implementing the dual-arm system. In order to adapt various stiffness of the holding object, an adaptable fuzzy force control scheme has been proposed to improve the performance. The ability of the adaptable force control system is achieved by tuning the scaling factor of the fuzzy logic controller. Successful experiments are carried out for the dual-robot system handling an object.