基于卡尔曼滤波的髓内钉锁孔操作标定方法研究

在机器人辅助正骨手术中,髓内钉的锁孔操作需要很高的定位精确度,因此需要一种相应的高精确度系统标定方法来满足定位要求.本文利用卡尔曼滤波的间接法标定法,其跳过对定位盒顶点坐标的求取,将标定盒三个顶点的坐标作为状态参量,将机器人由拍照位姿到钻孔位姿之间的位姿变换参数当作观测参量.并在此基础上推导出状态参量与观测参量之间的映射关系,对一系列观测参量的测量,利用卡尔曼滤波算法对状态参量进行滤波估计,最后间接求取转换矩阵.实验证明,这种方法的精确度不会因为标定试验次数增多而导致标定盒磨损,重复精确度较高.     

机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现

为提高机械手的空间圆弧作业任务的轨迹精度,提出采用齐次矩阵和四元数法分别进行位置和姿态的轨迹规划方法．对于位置规划,先对空间圆弧所在平面的圆心角做归一化处理,再按照平滑角速度曲线规划位置轨迹上的插值点,并用齐次矩阵表示插补点的位置,保证了插补点的位置始终在所求圆弧上．姿态规划采用四元数圆弧曲线函数以及分段三次有理插值保形样条函数实现C²连续的姿态轨迹．算例验证表明,提出的位姿规划方法能够保证机械手末端执行器的轨迹精度,在位置精度及姿态平稳过渡有较高要求的机械手的实际应用方面有推广价值．     

重载工业机器人控制关键技术综述

本文围绕影响重载工业机器人控制性能的关键技术进展进行了综述。首先针对目前重载工业机器人运动规划中关于规划空间选取、基函数选取、运动规划最优性问题及其所对应的算法进行了分析。然后分析了重载工业机器人所存在的不同类型的柔性环节,并对其相应的控制算法进行了分类综述。最后给出了相应结论。     

5-DOF上肢康复机械臂交互式康复训练控制策略

设计一种5-DOF穿戴式偏瘫上肢康复机械臂系统,提出被动和主动两阶段的交互式康复训练控制策略。在被动训练中,根据偏瘫患者上肢单侧受损的特点,提取偏瘫患者的健侧上肢4块肌肉的表面肌电信号(Surface electromyogram, sEMG) 作为康复机械臂的控制信号,利用AR参数模型和BP神经网络来理解患者的运动意图,驱动机械臂辅助患侧上肢实现特定的康复训练动作。在主动训练中,通过实时获取各关节力矩信号来判断人体上肢的运动所产生的作用力方向与大小,并利用比例控制器和运动学雅可比逆矩阵控制康复臂末端速度、驱动各关节运动。试验结果证明了提出方法的正确性和有效性。     

船舶振荡运动仿真的方向谱方法

为了解决船舶振荡运动时域仿真和海浪与船舶运动一致性问题,提出了一种以频谱分析方法为基础,用方向谱代替海浪谱的船舶振荡运动计算方法.对海浪谱、方向谱进行数学描述和关系分析,并选择适合用于船舶振荡分析的长峰海浪谱和ITTC方向谱,根据Gerstner模型对海浪进行分解,建立了船舶在海浪中的振荡运动计算模型.采用响应振幅算子法描述遭遇波面与船舶运动的联系,根据线性叠加假设给出了船舶振动运动的时域解和频域解.     

基于NSGA-II 算法的平面并联机构动态性能多目标优化

针对高速高加速度的平面并联机构,采用面向控制系统的机构设计方法,对机械结构进行优化设计． 分别在运动学、动力学层面上提出多个性能指标,以其作为目标函数和约束条件建立了标准的多目标优化模型．基 于NSGA-II 算法求解多目标优化问题,进行尺度综合．最终结果表明,优化后的机构能较大程度上消除系统耦合, 提升动态性能,为高速控制系统设计提供良好的机械硬件平台．     

机器人示教臂系统的示教实现

提出了基于轻质无驱动机械臂人工拖动的直接示教方式。根据DH变换法建立了示教臂与被示教机器人运动学关系。针对逆运动学多解问题,以位形选择方式,实现示教臂和机器人的位置映射,从而实现了示教臂与机器人的示教-再现过程,并说明了有奇异路径的示教方法。对具体任务进行仿真验证了方法的有效性。     

一类运动支链逆解问题的旋量指数积求解方法

针对RRSR支链,提出了一类新的子问题:即子问题"绕两平行轴线旋转到指定点的问题"及其扩展子问题"绕两平行轴线旋转后距离两点为指定距离";推导了这类子问题的求解方法.通过将RRSR支链逆解求解转化为该类子问题和一些已知的子问题,给出了该类运动链的逆解的求解过程,并对该支链的多解性问题给予分析,明确了逆解及多解条件的几何意义.最后给出实例计算,验证了求解方法的可行性和正确性.     

并联机器人研究的进展与现状

并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、 自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，在21世纪将有广阔的发展前景。本文 根据掌握的大量并联机器人文献，对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究 成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。     

采用积分流形与观测器的并联机器人轨迹控制

针对含柔性杆件并联机器人在高速运行时其末端存在弹性位移问题,以3RRR并联机器人为研究对象,提出一种基于积分流形与高增益观测器的柔性并联机器人轨迹跟踪复合控制算法.基于刚度矩阵引入小参数,将刚柔耦合动力学模型转为慢速与快速两个子系统.针对慢速子系统,采用反演控制,实现对末端刚体运动的跟踪控制,同时为避免杆件弹性变形与振动组成的弹性位移对机器人末端轨迹的影响,推导校正力矩,实现对弹性位移的补偿.针对快速子系统,采用滑模变结构控制,保证流形成立.为避免对曲率变化率的直接测量,引入高增益观测器对其进行估计.采用Lyapunov稳定性原理证明系统整体稳定性,并给出小参数上界.对提出的复合控制算法与奇异摄动及基于刚体动力学的反演控制算法进行仿真,从机器人末端振动抑制与轨迹跟踪性能两方面进行对比,验证了本文所提算法的控制效果.