基于多轴机械臂的髋臼旋转截骨手术机器人

为解决医生临床手工开展髋臼旋转截骨术的难点,基于多轴机械臂设计了一种髋臼旋转截骨手术机器人.在设计中,推导了球形摆锯非实体旋转中心点与机械臂、光学导航三者的手眼标定矩阵方程.应用所设计的髋臼旋转截骨手术机器人对六组髋臼模型进行旋转截骨试验,统计所切割髋臼半径精度、光滑度、圆球率,确认髋臼旋转截骨手术机器人可以用于临床手术.所采用的球形摆锯非实体旋转中心点标定方法还适用于其它类型的手术机器人.     

机器人机械结构参数的相关性分析

根据机器人机械臂结构系统的设计特点，运用键图模型手段，建立了机械臂结构系统的仿真控制模型，并以此探讨了机器人结构参数的相关性，为机器人机械臂的设计提供可靠的依据和一种新的设计分析方法。     

基于网络的机械臂远程控制平台设计与时延补偿

随着网络传输中不确定时延研究的深入,使基于网络的远程控制系统的应用成为可能.采用Winsock API,在Windows系统中设计并实现了具有绘图功能的二自由度机械臂系统基于网络的远程控制平台,通过在单条指令循环环境下考虑网络时延对系统同步的影响,设计了相应的同步补偿算法并验证了其有效性.提出等效时延的概念和时延分离补偿思想,以及对不同情况下机械臂系统性能的改进方案.该平台的设计思路对于其他机器人远程控制系统具有借鉴意义.     

多关节单创口腹腔微创手术机器人设计

设计了一种基于模块化的多关节单创口腹腔微创手术机器人,由机械臂和动力部分组成,机械臂包含一个连接架和两条结构相同的手臂,安装在一个4个自由度的SCARA机器人的末端上。涉及的机器人能够在病人腹腔内部组合,并且采用双臂协同操作,每条手臂(含刀头)具有3个自由度,使得手术操作更加灵活和精确。还对该机械臂进行了正运动学和逆运动学的分析,经过仿真计算表明该机器人针对腹腔可以实现单创口手术的基本动作,且创口直径仅为12mm左右,基本满足腹腔微创手术的操作要求,验证了该设计的合理性和可行性。     

一种教学用采摘竞赛机器人

针对中国机器人大赛采摘机器人子项目,设计了一种教学用采摘竞赛机器人.首先,根据竞赛要求,设计教学用采摘机器人的机械系统,确定了四轮独立驱动的电机布局及差速转向的轮式结构;设计了四自由度串联机械臂,二指回转型机械爪和自动卸载的储物筐.以STM32F103ZET6单片机为核心,搭载底盘控制模块、颜色识别模块和采摘机械臂模块,构建了采摘机器人的控制系统.根据比赛要求和流程,编写了机器人基本运动子程序、颜色识别子程序、机械臂控制子程序以及系统整体流程.并搭建实物进行测试,结果显示该设计满足竞赛基本要求,能够为学生参加竞赛提供一定的参考.     

人类进入机器人外科手术时代

２０００年，我国海军总医院与北航机器人研究所联合研制的医用机器人，引起了各媒体的关注。这位“钢铁大夫”已成功地为引位患者做了开颅手术。一家公司正计划批量生产这种医用机器人，甚至要推广到县级医院。 所谓机器人，其实是一支“辅助脑定向手术系统”机械臂。医生先在患者头部贴４个标记点（以往要在病人颅骨上钻４个小洞），然后大夫通过电脑操纵智能机械臂搜索“焦点”。校准后，机器臂将穿刺针扎入病人脑内病灶抽取囊液，并注射治疗药液。这些机械手由铝和塑料制成，被罩在半透明的聚乙烯薄膜中。不同寻常的是，没有外科医生围…     

基于一种解析运动学模型的排爆机械臂联动遥操作技术

联动遥操作是排爆作业中对排爆机械臂的一种有效和便捷的操作方式,也是排爆机器人研制中的难点.本文在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出了一种简化实用的基于3臂杆6自由度机械臂的解析运动学模型,该运动学模型能得到解析的正运动学方程和逆运动学方程,从而能实现在控制系统中的实时计算.本文详细描述了基于该解析运动学模型的排爆机械臂联动遥操作控制系统的设计.实验表明,采用该解析运动学模型能大大提高对排爆机械臂操作的效率和排爆作业精细程度.     

基于计算机视觉的机械臂手眼标定系统设计

机器人在现代化工业发展中占据着重要的位置,以计算机为基础的视觉系统设计结合机械臂手眼标定系统设计能够为整体的机器人设计性能提升奠定基础,同时在计算机技术应用辅助下,将手眼标定系统设计中的系统构成和具体的系统构建结合,以此提升系统设计性能进行优化。鉴于此,本文针对基于计算机视觉的机械臂手眼标定系统设计进行了分析。     

老人服务机器人机械臂的动力学分析与轻量化设计研究

针对老人服务机器人机械臂的功能要求,提出了一种老人服务机器人的串联型六关节机械臂轻量化的设计方法。建立了机械臂的牛顿-欧拉动力学方程,并利用动力学方程的分析结果,选择了机械臂的直流伺服电机和减速系统等部件。在虚拟样机的基础上对机械臂进行了轻量化设计,包括利用CAD软件设计机械臂机构,利用CAE仿真软件对机械臂进行了静力学和动力学仿真,校验分析结果,选择能够实现机械臂轻量化的机械臂构架的材料,优化构架的结构。     

基于强化学习的机器人手臂仿人运动规划方法

面向人-机器人交互共融环境对机械臂仿人运动规划的重大需求,本文提出了一种基于强化学习的机器人手臂仿人运 动规划方法。 首先,基于人体手臂的结构特征,设计了体现机械臂运动特性的肩夹角、肘夹角和腕关节运动角,并采用正态性和 相关性分析方法,对 VICON 运动捕捉系统获取的人体手臂运动数据进行分析,以获取人臂运动特性规则。 然后,根据不同的运 动特性规则,设计对应的回报函数,并采用强化学习方法进行机械臂仿人运动模型的训练。 最后,搭建机械臂仿人运动平台,实 验统计仿人运动的成功率为 91. 25% ,验证了所提规划方法的可行性和有效性,可用于提高机械臂运动的仿人性。     

名优茶采摘机器人的系统设计与试验

针对名优茶采摘劳动力短缺的现状,设计了一种适用于自然环境下作业的名优茶采摘机器人。系统由采摘机械手、3P-Delta机械臂、视觉系统和主控系统构成。机器人通过深度相机获取茶蓬图像,利用深度学习和骨架法计算采摘点。从名优茶的生长特征出发,建立了机械臂采摘轨迹模型,采用Bézier曲线对茶叶采摘路径进行优化,降低了机械臂在快速运动过程中的加速度突变,提高了采摘运动的平滑性。利用虚功原理建立机械臂动力学模型,基于滑模控制设计了机械臂采摘控制策略,优化了控制算法中的指数趋近律,有效地抑制了滑模面在快速趋近时的抖振现象。实地测试结果表明,采摘机器人能够实现名优茶的采摘,采摘率和完整率分别为75.53%和54.68%,平均采摘速度为0.451颗/s。     

LabVIEW环境下的机械臂轨迹跟踪控制算法研究

轨迹跟踪是机械臂控制的最终目的,针对机械臂仿真控制领域文本语言编程复杂、效率低等问题,构建了一种基于LabVIEW的四轴机械臂仿真控制平台,以Dobot机械臂为研究对象,使用Lagrange分析法构建动力学方程,并在LabVIEW中搭建了其仿真模型;还针对PID控制应用于非线性、强耦合、多变量的机器人系统时,其控制效果不理想的问题,设计了一种基于LabVIEW的模糊PID机械臂控制策略。通过LabVIEW仿真实验表明,该方法提高了控制精度,降低了系统的超调量和调节时间,大大缩短了开发周期。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性，本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理，建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分，依据这四部分设计容错控制律，实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上，通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿，使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力，以此完成控制方法设计。分析实验结果可知，所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性，减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间，满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

基于自适应模糊递归控制的机器手臂位置跟踪研究CSCD

机器人是典型的机电一体化设备,非线性不确定性很高的系统。以直驱电机双关节机械臂为研究对象,设计了基于Backstepping的机器人自适应模糊跟踪控制器。以Backstepping方法为基础对机械臂的数学模型系统进行研究;详细分析Backstepping自适应模糊控制器的设计过程,并通过实验证明该系统的稳定性与可靠性;利用MATLAB软件完成实验仿真,将研究成果与直接自适应模糊控制的仿真结果作比较分析,结果显示本次设计控制器的位置跟踪曲线更加稳定精确。     

基于机器视觉的垃圾分拣机器人

为了把人从环境恶劣、枯燥繁重的垃圾分类工作中解放出来,本项目设计了一款基于机器视觉的垃圾分拣机器人.机器人以STM32单片机为主控,根据树莓派发送的不同指令控制六自由度机械臂抓取垃圾.机器人的视觉系统部署在树莓派上,视觉系统使用CSI摄像头获取图像并通过YOLOv4目标检测算法求得图像中垃圾的分类信息和位置信息,最后通...     

基于运动想象脑电的机器人连续控制系统研究

脑-机接口(BCI)旨在提供人脑和外部设备之间沟通的桥梁。目前,基于运动想象脑电信号的机器人控制系统主要是离散控制,而连续控制对于用户和环境的自然交流至关重要。基于此,设计了一种基于运动想象脑电的机器人二维连续控制系统,受试者进行运动想象时,发送给机器人的控制信号同时包含水平方向和垂直方向的控制信号,可以控制机器人在二维平面内运动。系统采用便携式脑电设备采集受试者运动想象时的脑电信号,经特征提取和转化后用来控制虚拟光标和机器人。实验中,首先通过一维和二维的虚拟光标控制任务来提高受试者控制机器人的能力;然后将光标控制和机械臂控制相结合,使得机械臂运动与光标移动同步;最终受试者通过运动想象脑电控制机械臂完成连续抓取任务。6名受试者在该系统上进行了多次实验,二维连续控制机械臂对4个目标的抓取成功率达到85%。     

凿岩机械与气动工具

GJ20043156 气动凿岩机阀组零件的正交试验与优化设计[刊,中]/余永高∥凿岩机械气动工具.—2004,(1).—1～6分析了气动凿岩机阀组零什的结构以及结构参数对性能的影响,并通过正交试验,对阀组零件的结构参数进行了优化设计。图4表4GJ20043157 隧道凿岩机器人钻臂各液压缸驱动力计算[刊,中]/周宏兵…∥凿岩机械气动工具.—2004,(1).—7～12运用机器人理论中的坐标变换原理,求出钻     

基于自适应模糊递归控制的机器手臂位置跟踪研究

机器人是典型的机电一体化设备,非线性不确定性很高的系统。以直驱电机双关节机械臂为研究对象,设计了基于Backstepping的机器人自适应模糊跟踪控制器。以Backstepping方法为基础对机械臂的数学模型系统进行研究;详细分析Backstepping自适应模糊控制器的设计过程,并通过实验证明该系统的稳定性与可靠性;利用MATLAB软件完成实验仿真,将研究成果与直接自适应模糊控制的仿真结果作比较分析,结果显示本次设计控制器的位置跟踪曲线更加稳定精确。     

凿岩机器人三角钻臂的运动研究

针对凿岩机器人三角钻臂精确运动控制困难的问题,对三角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了三角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于三角钻臂特定结构约束下的运动特点,利用空间几何解法,构建了相对简单的运动数学模型,同时在此基础下提出了三角钻臂运动的一般控制流程;最后结合具体实例分析两种不同模型下的计算结果并与相同条件下的三角钻臂三维模型的测量结果进行了相互验证。研究结果表明:运动解耦分析所建立的运动数学模型正确性得到了验证,这可以为钻臂的精确定位控制打下基础。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.