一种位置和图像相切换的视觉伺服仿真分析

视觉伺服抓取通常将相机采集的当前图像特征与期望图像特征之间的偏差作为输入信号，通过图像处理、视觉伺服策略等使机械手能够运动到期望位姿。传统的基于位置或基于图像的视觉伺服存在各自的缺点，这里在视觉伺服控制方面，结合位置视觉伺服收敛速度快以及图像视觉伺服精度高的优点，研究了基于位置和基于图像的切换视觉伺服方法。以机械手坐标系原点与期望位姿坐标系原点在世界坐标系下的距离作为视觉伺服切换的阈值，通过对切换视觉伺服方法的仿真分析，验证了该方法在前半程可以快速达到物体附近，后半程利用图像伺服可以使机械手精确到达期望位置。     

操作机器人轴孔装配的行为动力学控制策略

将移动机器人行为动力学理论扩展到操作机器人三维空间,并应用到机器人轴孔装配中。把轴孔装配过程分为趋向装配目标阶段和装配阶段。在趋向装配目标阶段,分别建立趋向装配目标点和避障的行为动力学模型,并将两种行为耦合构成机器人整体的竞争动力学模型;在装配阶段,建立末端执行器姿态调整动力学模型,并推导了侧向误差计算公式;在整个装配过程,利用宏/微平台和视觉/力觉伺服,对轴进行位姿调整,使其满足装配条件。仿真和试验结果表明:在行为动力学方程的控制下,末端执行器在避开障碍物的同时,安全有效地到达装配目标点,顺利完成轴孔装配,证明方法的有效性。     

基于机器人视觉伺服的确定下一最优视点的方法研究

机器人自动视点规划是目标物自动三维重构研究中的首要问题,而自动确定下一最优视点的位置和方向是自动视点规划的关键。经典群矢量链法只能确定下一最优视点的方向,该文提出一种简化的2-1/2-D视觉伺服新方法,确定下一最优视点的空间位置。新方法使用群矢量链法以开环的方式控制末端执行器的方向;通过图像质心坐标与目标物图像面积等图像特征,采用基于图像的视觉伺服控制末端执行器的位置。方向控制与位置控制相结合形成2-1/2-D的控制策略,使机器人达到下一最优视点的期望位姿。新方法图像雅可比矩阵维数低,控制方法相比经典2-1/2-D视觉伺服更简单易实现。实验结果显示,该方法可使机器人运动到期望的方向和位置实现自动视点规划。最终生成的目标物曲线表面基本上是完整的,只有因目标物表面有些凹小区域引起的很小盲区。     

基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定研究

针对传统的相机内参矩阵和相机位置参数标定方法较为繁琐复杂且与相机内参标定互相割裂的痛点,本文设计了一种基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定方法,利用采集得到的不同位姿关系下标定板图像以及对应的末端机器人末端执行器位姿数据,解算视觉位姿测量过程中涉及到的不同坐标系间位姿转换关系,一次性完成相机内参标定和相机位置参数标定....     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。     

双机械手协同运动模型及其工作空间分析

基于双机械手建立协同运动学模型,分析其最佳协调工作空间。首先,采用D-H变换矩阵法建立双机械手运动学模型,揭示机械手末端执行器在不同运动形态下笛卡尔坐标空间位姿与机械手各关节变量之间的转换关系;其次,利用MATLAB中Robotics Toolbox建立双RCX340机械手三维仿真模型,验证运动学模型的可靠性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对双机械手的工作空间进行了分析,得到双机械手末端执行器的最佳协调工作空间,为双机械手协调轨迹规划提供了理论依据。     

基于切换控制的双相机视觉伺服方法

针对家电产品机器视觉在线检测应用场景中基于图像的视觉伺服不能保证全局收敛和单目视觉反馈不佳的问题，提出一种基于切换控制的双相机视觉伺服方法。首先使用全局相机估计目标位姿，引导机器人运动到期望位姿附近，确保视觉伺服方法能够收敛；然后根据机器人手上相机提供的图像偏差和深度信息，以及全局相机提供的目标速度和姿态实现双相机视觉伺服控制。相对于使用单应性矩阵的位置视觉伺服和混合视觉伺服方法，该方法能够定位与跟踪无标记目标，大幅提升跟踪的精度和稳定性。实验表明，基于切换控制的双相机视觉伺服方法可将控制周期缩短至33 ms,满足传送带速度在0.17 m/s范围内的机器人可获取清晰图像，实现实时跟踪检测。     

基于并联机器人的柔性装配工装构型精度综合

介绍了一种用于航空发动机数字化装配的柔性工装构型,根据3-UPU并联机构的几何特性建立了万向副及杆长的误差模型,采用蒙特卡洛罗法模拟分析了驱动杆杆长误差和万向副间隙对末端执行器误差的影响。在精度分析的基础上,根据末端执行器的最大位姿误差,运用基于内点罚函数的粒子群优化算法,以加工制造成本最小为目标函数进行精度综合,合理地确定零部件的制造公差。为试验样机的建立提供了参考。     

基于并联机器人的柔性装配工装构型精度综合

介绍了一种用于航空发动机数字化装配的柔性工装构型,根据3-UPU并联机构的几何特性建立了万向副及杆长的误差模型,采用蒙特卡洛罗法模拟分析了驱动杆杆长误差和万向副间隙对末端执行器误差的影响。在精度分析的基础上,根据末端执行器的最大位姿误差,运用基于内点罚函数的粒子群优化算法,以加工制造成本最小为目标函数进行精度综合,合理地确定零部件的制造公差。为试验样机的建立提供了参考。     

基于机器视觉的机器人仿生机械手避障轨迹控制系统

以提高机械手末端关节避障控制精准度为目的,提出一种基于机器视觉的机器人仿生机械手避障轨迹控制系统。以具有高灵敏性和主动性的控制器、伺服驱动器、无线通信器以及高网络带宽的传感监测器为硬件基础,采用机器视觉技术捕捉机械手关节动作。然后根据动力学原理建立避障位姿坐标系,代入关节动作数据计算其在坐标系中的位置。在定义控制范围的基础上,根据隶属度函数计算机械手在轨迹方向上夹角,并随机输出一个动态夹角变量。通过对变量值目标求导得出适配性最高的调节阈值,结合实际情况通过阈值调节实现精准控制。实验表明,该系统能够有效控制机械手末端关节避开障碍物达到指定目标位置,应用效果较好。     

热加工用机械手末端轨迹跟踪控制方法研究

分析机械手横纵向移动、旋转和伸缩等不同动作的动力学,利用拉格朗日法构建机械手动力学模型,以此计算热加工作业时机械手末端移动轨迹误差。考虑机械手移动惯性、重力和向心力角位移等多重因素,设计前馈控制器,将移动轨迹点作为神经网络训练集,通过多次迭代完善轨迹点数据库,利用距离加权法修正轨迹点值,通过控制机械手末端惯性问题完成机械手末端轨迹跟踪控制。仿真实验证明,所提方法路径跟踪误差小,控制稳定性好、响应快,可适用范围广。     

搬运机械臂的初始加速度和速度连续运动规划研究

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏。针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案。首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型。其次,为实现关节加速度和速度从0开始连续变化,在关节加速度及速度上引入约束函数进行调整。再次,为减少机械臂末端执行器在任务执行期间出现的位置误差,采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度。最后,在MATLAB软件上针对平面三连杆机械臂以及冗余度机械臂PA10进行了运动规划仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂初始关节加速度和速度跳变,且末端执行器跟踪轨迹能达到较高的精度。     

Adaptive neural controller for visual servoing of robot manipulators with camera-in-hand configuration

In this paper, an adaptive neural controller is proposed for visual servoing of robot manipulators with camera-in-hand configuration. The controller is designed as a combination of a PI kinematic controller and feedforward neural network controller that computes the required torque signals to achieve the tracking. The visual information is provided using the camera mounted on the end-effector and the defined error between the actual image and desired image positions is fed to the PI controller that computes the joint velocity inputs needed to drive errors in the image plane to zero. Then the feedforward neural network controller is designed such that the robot??s joint velocities converges to the given velocity inputs. The stability of combined PI kinematic and feedforward neural network computed torque is proved by Lyapunov theory. It is shown that the neural network can cope with the unknown nonlinearities through the adaptive learning process and requires no preliminary off learning. Simulation results are carried out for a three degrees of freedom microbot robot manipulator to evaluate the controller performance.     

Tracking control of a three-wheeled omnidirectional mobile manipulator system with disturbance and friction

This paper proposes a tracking control method for a three-wheeled omnidirectional manipulator system (OMMS) with disturbance and friction. The OMMS is separated into two subsystems, a three-wheeled omnidirectional mobile platform (OMP) and a selective compliant articulated robot for assembly (SCARA) type of manipulator. Therefore, two controllers are designed to control the OMP and the manipulator system. Firstly, based on a kinematic modeling of the manipulator, a kinematic controller (KC), combined with an integral sliding mode controller (ISMC), is designed for the end-effector of the manipulator to track a desired trajectory with the desired angular velocity vector of links. Secondly, a differential sliding mode controller (DSMC) based on a dynamic modeling of the OMP with force external disturbances is proposed to obtain control inputs moving the OMP so that the manipulator tracks the desired posture without singularity. The system stability is proven using Lyapunov stability theory. The simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed controllers in the presence of disturbance and friction.     

基于最优位姿集的机器人标定及不确定度评定

为解决因标定位姿点随机选择导致机器人标定结果不稳定、可靠性低问题,研究了基于雅克比矩阵奇异值计算可观测 指标的最优位姿点数目及最优位姿集选择算法,建立了机器人 MDH 模型,采用 LM 算法对几何参数进行辨识,使用 LeicaAT960 激光跟踪仪分别在最优位姿集和随机位姿集下对 Staubli TX60 机器人末端位姿大量实测;在分析研究机器人标定不确定度来 源基础上,采用测量不确定指南(GUM)计算几何参数标定的不确定度及蒙特卡洛模拟法对机器人末端位置不确定度进行评 估,结果表明,经最优位姿集标定后的机器人不仅在测试点精度有大幅提升,而且几何参数及末端位置平均不确定度约为随机 位姿集标定的 0. 11 倍,标定结果稳定可靠,泛化能力强,适于在高精度、大范围作业场合推广应用。     

一种基于 D-H 参数的 7 自由度机械臂 机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对 D-H 参数公差优化分配,为机械臂的精 度设计提供理论依据。 以一种基于双电机伺服驱动关节的 7 自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目 标为 1. 4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定 位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对 D-H 参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分 析,机械臂的最大几何定位误差为 1. 226 7 mm,均值为 0. 485 9 mm,方差为 0. 216 5 mm,满足设计要求。 为该机械臂的制造装 配提供了理论参考依据。 与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确 保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

冗余度柔性机器人运动规划的末端初始位置规划法

柔性机器人的运动规划是机器人领域的重要课题。本文在分析柔性机器人运动学和动力学特性的基础上 ,提出了一种有效的机器人运动规划新方法—末端初始位置法。这种方法在保证机器人末端轨迹大小、形状、方向不变的条件下 ,通过调节机器人的末端初始位置来规划机器人的关节运动 ,降低机器人末端的弹性变形运动误差。文中给出了一空间 4R柔性机器人的仿真实例 ,结果表明这一方法是简便的、有效的     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模

针对柔性关节机械臂在避障完成后位姿与目标位姿存在一定偏差的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。将五次B样条曲线作为柔性关节机械臂避障路径规划的基础,在避障任务中引入速度修正项,通过关节角和关键点避障速度确定速度修正项取值。建立避障路径自动控制数学模型,利用该模型控制柔性关节机械臂在到达目标位置过程中实现障碍物精准规避,完成柔性关节机械臂避障路径自动控制。实验结果表明,所提方法能够减小位姿误差,平稳关节波动,实际应用效果较好。     

冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法

冗余仿人臂有无穷多组逆运动学解满足末端位姿要求,但由于其连杆机构与形状的设计仿人臂每个自由度都有关节位置物理约束。为使所求取的逆运动学解最大化地远离仿人臂关节限位,提出冗余仿人臂(8-DOF)一种几何-数值迭代相结合求解逆运动学问题方法,该方法在计算出仿人臂逆运动学解几何表达式基础上,以仿人臂的“远离限位度”指标构建适应度函数并以此为寻优目标,通过粒子群优化方法(Particle swarm optimization,PSO)搜索冗余关节角最优组合,并获得满足仿人臂末端位姿要求的最优逆运动学解。该方法不仅解决了冗余仿人臂逆运动学多解问题,而且所求关节角不存在理论误差、求解速度快及所求关节角远离关节位置限位裕量大的优点,仿真试验验证了该方法有效性。