冗余度双臂机器人协作策略下实时避障算法

针对冗余度双臂机器人协调操作过程中机械臂本体避障及躲避环境障碍问题,提出了基于冗余机械臂自运动特性的双臂机器人协作策略下实时避障算法。首先,利用障碍物在机械臂连杆上的投影矢量筛选掉不会避碰杆件,再计算可能避碰杆件与障碍物的最短距离;其次,根据双臂协作的运动学约束关系,得到冗余度双臂机器人协调搬运避障的运动学逆解;再次,引入梯度“安全距离”和两个避障因子,实时改变机械臂的避障速度,使机器人末端完成协作任务以及双臂实时自避碰及躲避环境障碍物的任务;最后,利用冗余度双臂机器人进行仿真及实验。结果表明：双臂机器人末端执行器执行协作任务的同时机器人双臂可以躲避障碍物,且各关节运动连续、平稳。     

基于位置控制的工业机器人力跟踪刚度控制

随着机器人技术的发展,要求机器人能够完成更加复杂的任务,如工业机器人的打磨、精密装配、人机协作等,因此机器人与环境交互的能力起着越来越重要的作用。但当前的柔顺控制方法存在局限性,无法像人类一样,时刻对外界环境的作用力具有很强的适应能力(阻抗性能),并且能够随时对外界环境施加所需要的力(力的跟踪性能)。为了解决该问题,提出一种新的力跟踪刚度控制方法,能够让机器人同时具有阻抗性能和力的跟踪性能。该控制系统结构简单,实用性较强。控制系统的建立是基于位置控制的工业机器人模型,并进行了仿真,仿真结果表明,机器人不仅具有刚度控制的特点,对外界约束环境有顺从性,同时能够对期望力很好地进行跟踪。     

漂浮基空间机器人双臂协调操作逆运动学的完全笛卡尔坐标方法

运用完全笛卡尔坐标方法讨论了漂浮基双臂空间机器人系统的逆运动学问题。为此 ,以系统的完全笛卡尔坐标做为系统广义坐标 ,对双臂空间机器人捕捉目标物体时的运动学关系做了分析 ,并结合系统的动量和动量矩守恒关系 ,给出了自由漂浮状态下以笛卡尔坐标表示的双臂空间机器人闭合系统的运动 Jacobi关系。以此为基础 ,讨论了空间机器人双臂协调操作的分解运动速度控制方法。提出的方法不涉及三角函数运算 ,仅涉及简单的加、减、乘、除四则运算 ,计算效率较高 ,有助于缓解空间机器人系统机载计算机计算能力有限的矛盾。仿真运算证实了方法的有效性。     

类人机器人腰部关节平衡作用研究与仿真

在双臂协调行为的研究中,对于类人机器人不仅涉及到双臂避碰、协调运动的轨迹规划等问题,还涉及到双臂动作时对身体ZMP的影响。当类人机器人搬动物体或执行其他工作时,由于身体质心的变化或者是质心加速度的变化对原来的运动平衡性造成影响。因此,我们在双臂协调的行为研究过程中,不得不考虑上体运动对身体ZMP的影响。这里通过调整腰部关节角度实现机器人在搬动物体时的静力学平衡,分析了通过腰部关节力矩调整实现机器人动平衡的方法,并给出了类机器人双臂搬运物体移动的仿真实例。     

双臂机器人的协作工作空间数值计算方法

讨论了双臂机器人的协作工作空间问题,给出了计算多关节双臂机器人协作工作空间的数值方法。该方法以极值理论为基础,采用边界提取和阈值判决,确定双臂机器人的协作工作空间界限曲面和极限位置。通过对六自由度转动关节双臂机器人的数值计算实例表明了该算法的可行性。     

6R双臂服务机器人协作空间分析及参数优化

针对双臂机器人协作空间及其机构参数优化问题,以6R双臂服务机器人为研究对象,根据D-H参数求出运动学正解,利用蒙特卡洛法求解双臂各自的工作空间,以协作空间最大为优化目标,求解机械臂机构最优参数,通过MATLAB进行编程对具体运算结果进行验证.结果表明,在一定约束之内,以双臂机器人协作空间最大为目标,优化机构连杆长度和关节范围大小,对双臂服务机器人的设计改进有着重要意义,为后续的双臂协调操作奠定了基础.     

重载液压机械臂末端夹持装置柔顺控制器研究

灾难救援机器人能够在危险环境下代替人类实施救援任务,由于灾害现场复杂多变,空间紧张,救援机器人往往需要在重载条件下进行工作。大型液压机械臂末端夹持装置,存在阻尼低、刚度弱、易振荡等固有缺陷,且夹持装置直接与环境接触,其耦合规律复杂,阻尼/刚度性能难以精细调控,夹持装置不能实现柔顺控制,极大限制了机械臂与环境的交互,甚至会造成人员伤亡和财产损失。采用阻抗控制中的导纳控制,对救援机器人的末端液压夹持装置进行柔顺控制,通过AMESim-Simulink联合仿真平台,搭建夹持装置模型进行仿真验证。仿真结果表明,采用导纳控制器的夹持装置与环境柔顺交互,取得了较好的控制效果。     

双臂空间机器人捕获非合作目标冲击效应分析及闭链混合系统力/位形鲁棒镇定控制

分析漂浮基双臂空间机器人捕获非合作目标所受的冲击影响效应,及捕获后空间机器人和目标组成的闭链混合系统对目标夹持内力和位形的鲁棒镇定控制。将捕获目标过程视为两机械臂末端与目标碰撞前、碰撞过程和碰撞后三个阶段。在碰撞前空间机器人和目标是分离的两分体系统,利用第二类拉格朗日方程建立漂浮基双臂空间机器人系统的动力学模型。在机械臂末端与目标碰撞阶段,基于空间机器人与目标总动量守恒,利用动量定理计算翻滚目标对空间机器人运动状态的冲击影响效应。在碰撞后,双臂空间机器人已捕获翻滚目标并组成闭链混合系统,针对混合系统在碰撞阶段受冲击影响而产生不稳定运动,提出一种鲁棒控制算法对其进行镇定控制,以实现双臂对目标夹持内力和空间机器人位形的协调控制,并达到期望的稳定状态。数值仿真验证了上述控制算法的有效性。     

双臂空间机器人捕获目标过程的协调操作滑模控制

空间机器人捕获目标的双臂协调操作控制复杂,要考虑机械臂与基座的协调运动控制及双臂对目标夹持内力控制。根据闭链动力学模型,设计一种基于干扰观测器的滑模控制算法,对捕获目标后空间机器人漂浮基座姿态、机械臂关节角及双臂对目标夹持内力进行协调操作控制。仿真试验表明双臂协调操作滑模控制可以克服未知干扰且具有较强的鲁棒性。     

基于蚁群聚类的多目标环形分类的方法研究

针对群体机器人协作进行分类问题,将机器人个体通过简单的相互作用,使它们协作来解决复杂的问题.首先,机器人采用Hu不变矩和BP神经网络对目标物体进行分类,所有机器人的移动、搬运和放置行为都是随机的,物体之间引入势力场,机器人搬运物体时受到场的作用.实验证明经过一定的时间后,物体将形成稳定的环形分类结构,实现多目标的环形分类.     

基于机器视觉的双臂协作机器人拧紧装配实验研究

针对发动机连杆装配过程复杂繁琐且操作人员易受伤害的问题,提出一种基于机器视觉和力觉协同引导下的双臂协作机器人拧紧装配策略。在建立双臂协作机器人运动学模型的基础上,协作机器人首先通过左臂进行机器视觉识别及引导,带动右臂在PID算法下进行位姿调整及伺服机构的粗定位;在精定位阶段,运用机器人末端的力觉信息反馈,实现扭矩监控和拧紧螺栓双向协同作业,协力完成拧紧工序的力觉精确调整;通过以上装配策略,实现发动机连杆拧紧全过程管理,提升了装配工艺操作的高效性及安全性。实验结果表明：基于机器视觉和力觉协同引导下的双臂协作机器人装配安装过程全程可控,且装配结果符合生产工艺要求,可在序列化生产中推广应用。     

双臂人形机器人的阻抗一致性控制

为了使机器人的工作适应人的特性,必须建立机器人的控制系统.作为在双臂机器人系统中的广泛应用的重要问题之一,阻抗控制重要的受限条件是缺乏一个广泛接受的框架来综合阻抗控制参数,以确保稳定的接触过渡和相互作用过程,并确保期望的接触性能.以此为出发点,这里提出一种新设计、规划和编程框架为双臂人形机器人的阻抗一致性控制提供高效和灵活的算法和工具,促进未来双臂机器人在复杂装配任务中的应用.通过对新型工位机器人双臂系统的初步测试,验证了该框架的适用性和可行性.     

一种基于SLAM的多功能探索机器人设计

针对机器人在未知环境下导航和捕获目标问题,设计了一种基于SLAM技术的探索机器人,并提出一种融合机器视觉与SLAM算法的导航方法。机器人由主控模块、底层驱动模块、摄像头、激光雷达和机械臂构成。通过在安装有开源机器人操作系统(ROS)的机器人上进行实验。实验结果表明,通过上述方法能够构建可靠有效的地图并规划出合理的移动路线,完成目标物体的定位和捕获。     

双机械臂反对称结构线路巡检机器人设计研究

线路巡检机器人用于在架空线路上行走检测线路的缺陷情况,遇到障碍物时要实现自主越障,机器人靠双臂悬挂于架空线路,因此机器人自身的重量不可忽视。采用双机械臂反对称结构,在保证越障时机器人稳定性的前提下,提出一种新型的夹持行走机构,简化机械臂的结构,实现机器人轻量化设计。结合新型夹持行走机构论述越障过程,实现机器人在线路上行走与越障的功能。     

遥操作爆炸物处理机器人控制系统设计与实现

遥操作爆炸物处理（EOD）机器人是由操作者通过远程控制完成夹持、拆除、搬运和放置爆炸物等作业任务的特种机器人。该机器人控制系统由液压控制系统、伺服控制系统、行走控制系统、视觉系统以及通信系统组成。文章主要介绍该机器人控制系统的设计与实现。     

基于头眼行为的交互意图检测方法

人与服务机器人的自然交互是服务机器人面向应用的重要问题,其中对交互意图的正确判断是提高交互自然性、可靠性的基础.提出了一种人—交互协作界面—移动机器人构成的交互系统,通过视觉检测头部和眼睛的动作行为,结合机器人端采集“观察”的场景,由头部确定某个兴趣区域,眼睛注视进一步从确定的区域精确化关注目标,进而确定当前的交互意愿.在建立的测试环境进行了实验,结果表明提出的方法可以有效地对用户意愿进行辨识,为深入研究人与服务机器人的合作探索了可行的新途径.     

一种分布式集群机器人链式成型方法

针对复杂非结构环境下作业任务对机器人的多功能性、柔性化等特殊需求,以分布式、大规模晶格式集群机器人的局部交互与自主协作为基础,提出了一种机器人系统随任务柔性变形的新成型方法。遵循"分层剥离、分层填补、迭代循环"的分层成型策略,将群体系统的全局行为转化为当前构型体外层个体的局部行为,从而使得大规模集群机器人的自主、有序成型成为可能。在分层成型策略指导下,设计了一种融运动链规划与执行为一体的集群机器人链式成型方法:依据"分层剥离"策略,通过边缘层内机器人个体之间的局部交互和协作,系统自主涌现出一条包含优先移动个体集的运动链,有效解决了群体成型过程中的"谁先走"问题;依据"分层填补"策略,通过个体成型规则引导运动链内个体沿构型体边缘有序地填充至待填补区域,解决了群体成型过程中的"怎么走"和"到哪里"问题。最后,设计并完成了一种晶格式、全向移动机器人本体模型和硬件实物,通过4类典型目标构型、数量多达169台机器人验证了集群机器人链式成型方法在通用性、可扩展性方面的有效性。这种"一套粒子、机机共融、一机多能"的新成型方式,可以实现通过"软编程"方式操控一群机器人自主、有序地完成给定二维目标构型任务的个性化定制。     

飞行作业机器人动态抓取的非奇异终端滑模自适应控制

飞行作业机器人是指搭载主动作业机构拥有与环境进行物理交互能力的一类新型机器人系统。针对飞行作业机器人在动态抓取时的稳定控制难题,设计了一种非奇异终端滑模自适应控制器,通过设计辅助系统提升飞行作业机器人在面向不确定接触力时的抗扰动性能。利用牛顿-欧拉方法对飞行作业机器人进行动力学整体建模。考虑到机载机械臂末端与物体之间的瞬时接触力是抓取时的主要干扰源,利用冲量定理建立接触力的动力学模型,提高了飞行作业机器人动态抓取时的建模精度。为降低动态抓取时剧烈扰动对飞行控制性能的影响,在控制器中设计辅助系统补偿可能出现的输入饱和问题,加强了处理瞬时扰动的能力。所设计的方法通过Lyapunov理论给出了稳定性证明。仿真和实验结果表明,提出的方法在飞行作业机器人动态抓取过程中具有更强的稳定性和更快响应的优势。     

基于电子皮肤的机器人运动感知算法研究

为了使机器人在光线不足、黑暗、沙尘等环境下感知目标物体的运动,提出了基于电子皮肤的机器人运动感知算法。算法首先使用电子皮肤作为触觉传感器采集触觉图像,接着利用柔性基底和图像形态学技术改善触觉图像;然后通过识别触觉图像形心和配准最优旋转来计算目标的平移和旋转;最后使用线性回归模型拟合平移距离和旋转角度以计算运动速度,完成运动感知。此外,使用高精度并联定位平台验证了算法精度,算法计算平移距离及速度的最大误差不超过2.7%和6.0%,计算旋转角度及速度的最大误差不超过9.7%和4.0%。该结果表明机器人触觉能在极端的工作环境下代替视觉感知物体运动,进而改善与目标的交互,扩展机器人应用场合。     

双臂空间机器人基于高斯型函数的姿态、关节运动模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控情况下,具有未知载荷参数的漂浮基双臂空间机器人系统关节运动的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基双臂空间机器人完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对双臂空间机器人2个末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案,即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统参数未知对标称计算力矩控制器控制精度的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。该控制方案能够有效地控制漂浮基双臂空间机器人的载体姿态及机械臂关节协调地完成期望的轨迹运动,并具有不需要反馈和测量双臂空间机器人载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点。通过系统数值仿真证实了该方案的有效性。