一种具有施力功能的人体运动测量系统

基于丝线牵引和并联机构位姿求解,提出一种具有施力功能的人体运动参数测量系统。给出基于丝线牵引的人体运动测量系统的组成和基本原理,提出人体运动测量单元下平台三点布局的四种方案和上平台六点布局原则,建立人体运动测量单元的位姿求解模型,通过人体上肢运动仿真验证本测量方案的有效性。该研究不仅为人体运动参数测量提供了新方法,也为下一步的人体康复训练研究提供了条件。     

开放式步行机器人实时控制系统研究

步行机器人对控制系统的实时性、扩展性和通用性提出了较高的要求,控制系统的架构设计至关重要,本文设计和开发了基于Linux RTAI的步行机器人实时运动控制系统。该系统采用基于PC+运动控制卡的结构,即PC+PMAC结构。PMAC运动控制卡具有强大的伺服控制功能,可支持不同厂家的驱动器,具有良好的通用性和扩展性。系统软件采用模块化设计方法,利用标准的C++进行开发,运行Linux RTAI实时操作系统。通过对PMAC驱动的实时改造,使得PC与PMAC的实时通信成为可能,允许PC执行复杂的控制算法,提高了对复杂对象的控制能力。本文还给出了步行机器人软件架构和程序实现机制,根据需要可方便进行扩展。     

基于球面四杆机构调控滚子偏置角的锥式Mecanum轮

Mecanum轮作为一种全方位行走轮在多领域广泛应用,针对Mecanum运动系统受限于平整光滑路面,提出一种拓展到类"V"形路面行走的新型变锥角Mecanum轮,该轮每个滚子分别对应安装于阵列球面四杆机构上,其周向阵列球面四杆机构具有公共输入轴,以同步驱动安装于连杆上对应的Mecanum轮滚子,实现滚子轴线偏置角变化,达到Mecanum轮锥角变化,增加Mecanum轮运动系统对"V"形地面行走适应性;通过建立球面四杆机构运动学模型,求解出球面四杆机构的输入输出方程,得到公共轴输入转动角度与滚子偏置角间映射关系;基于包络原理近似求得Mecanum轮可控锥角所对应的路面坡度。     

四足仿生机器人混联腿构型设计及比较

四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点之一。对国内外的研究现状和代表样机进行综述,总结现有四足机器人的腿构型的优缺点。混联腿构型结合了并联机构和串联机构的优点,可在提高机器人载重/自重比的同时,满足快速稳定响应的需求,从而实现高速、低能耗、高承载的运动。提出三种不同的3自由度混联腿机构,由1自由度的四杆机构和2自由度的平面并联机构串联组成。建立3种混联腿的运动学模型。根据四足机器人的行走设计需求,总结三种混联腿机构的特点,并建立其各自的工作空间模型。基于对角小跑的轨迹,分析三种混联结构在空间上的承载能力和各向同性度。通过对比分析选择第三种混联腿作为最优选项,并进一步与经典串联腿进行驱动力矩比较,证实混联腿的优越性。通过样机负重行走试验验证结果的可靠性,为四足混联腿机构机器人的后续研究奠定理论基础。     

火箭贮箱水清洗多自由度翻转台

火箭燃料贮箱加工制造中会产生铝屑、粉尘、油脂等多余物,多余物的清理是火箭贮箱制造中的重要环节,目前多采用人工清理,耗时费力。针对火箭贮箱自动化水清洗的要求,设计出火箭贮箱水清洗多自由度翻转台,由俯仰机构、滚转机构、支撑机构等组成,可实现火箭贮箱多个自由度的翻转水清洗。另外,滚转台面上还装有可移动的微激振系统,环绕在贮箱外表面,用来振落贮箱内部缝隙中的多余物。通过多次翻转水清洗和微激振运动,可以实现大部分火箭贮箱多余物的自动清洗。     

运载火箭贮箱清洗机器人设计与实验

针对运载火箭贮箱内壁多余物难以清洗的问题,本文提出了一种搭载高压水射流的新型移动式五自由度机械臂方案及清洗任务作业方法。根据贮箱多余物清洗任务采用运动特征分解的方法对机械臂进行了机构设计,并结合贮箱几何特性,完成了清洗动作规划。最后,根据设计方案完成了清洗机械臂系统样机的制造并在长征4号火箭燃料贮箱上完成了清洗任务的实验,验证了提出的清洗机械臂设计方案及清洗任务规划的有效性和可行性。     

冬奥冰壶六足机器人研究

冰壶六足机器人是北京2022年冬奥会组委会需求的唯一进入冬奥会赛场的机器人。开发该机器人的目的是借助北京冬奥会展示我国机器人的自主创新能力和水平。我们重视独特设计创意,通过模仿冰壶运动员投掷冰壶的“行为特征”来设计和开发冰壶六足机器人。冰壶六足机器人设计面临多项挑战,要解决模仿人投掷冰壶行为的六足机器人的构形综合、投掷冰壶任务链与机器人行为链关联特征建立、机器人击打冰壶行为规划等问题。研制的冰壶六足机器人在北京2022年冬奥会冰立方冰壶赛场上顺利完成击打冰壶表演。     

基于双光束激光干涉仪的微动平台六维位姿测量建模与误差分析

为解决微动平台末端六维位姿的高精度测量问题,研究基于双光束激光干涉仪的位姿测量方法。利用空间正交布置的三台双光束激光干涉仪,测量微动平台上3个待测平面的线位移和角位移,通过测量系统的数学模型计算得到微动平台的六维位姿。建立了测量系统的数学模型,设计了高精度的简化求解方法,分析了各系统误差对测量结果精度的影响,为建立微动平台高精度位姿测量系统提供了理论基础,并成功应用于实际微动平台的标定。     

基于3维点云欧氏聚类和RANSAC边界拟合的目标物体尺寸和方位识别

目标物体尺寸和方位识别是移动机器人在未知环境下实现自主搬运的关键技术,主要难点是如何从混有地面和周边环境信息的3维点云数据中提取物体信息,并准确识别其方位和尺寸。常用的方法是通过3维点云建立物体包围盒,但是现有的基于PCA(主成分分析)或基于边缘点云提取的包围盒建立方法对物体边缘点云噪声比较敏感。文中主要针对室内搬运场景中方形箱式物体,提出1种基于3维点云欧氏聚类和RANSAC(随机采样一致性)边界拟合的物体尺寸和方位识别算法。首先,采用点云截断、体素滤波降采样和离群点移除对数据进行预处理,然后采用基于K-D树的快速聚类算法进行物体与物体之间的分割,接着将分割后物体3维点云进行2维投影。由于投影后物体2维点云边缘点密度远高于内部点云密度,采用RANSAC算法对边缘点云进行直线拟合。该直线能够近似物体边缘点云分布的期望均值,受物体边缘点云噪声的影响较小。实验表明该算法精度较高、速度较快、鲁棒性好,可用于移动机器人物体搬运作业等领域。