基于大数据聚类分析的爬壁机器人位姿定位控制系统设计

为提高爬壁机器人运动位姿精准度与稳定性,解决现有位姿定位控制系统存在的控制效果不佳的问题,利用大数据聚类分析技术,通过软、硬件结构的设计,实现爬壁机器人位姿定位控制系统的优化。改装爬壁机器人位姿传感器、爬壁机器人驱动元件、爬壁机器人位姿定位控制器的内部连接结构及工作方式,扩大系统存储器的存储空间,通过系统电路的连接完成硬件系统的设计。根据爬壁机器人的组成结构和工作机理,建立机械结构与运动模型。在构建模型下,采集爬壁机器人实时运行数据,利用大数据聚类分析技术处理初始采集数据,判定爬壁机器人的当前位姿。规划爬壁机器人位姿及关节轨迹,结合当前爬壁机器人的运行数据,计算爬壁机器人位姿定位控制量,在控制器的约束下,实现爬壁机器人位姿定位控制功能。通过系统测试实验得出结论：通过设计位姿定位控制系统的应用,爬壁机器人样机的足端轨迹控制误差、关节角度控制误差和占空比控制误差均低于预设值,即设计系统具有良好的位姿定位控制效果。     

基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统设计

壁面吸附是爬壁机器人的基本功能之一,其吸附程度直接影响爬壁机器人的稳定性和移动速度;为此,设计了基于DSP技术的爬壁机器人吸附控制系统;选择爬壁机器人传感器装置,加设DSP数字信号处理器,设计爬壁机器人吸附控制器;在硬件结构的支持下,根据爬壁机器人的组成结构和工作原理,构建相应的数学模型;在该模型下,利用DSP技术计算爬壁机器人吸附力;通过爬壁机器人在壁面环境下的受力分析结果,确定爬壁机器人安全吸附条件;以吸附控制器作为执行机构,实现爬壁机器人的吸附控制;选择负压爬壁机器人作为测试样机,通过系统测试表明,在瓷砖、木板、玻璃三种壁面环境下,与两个对比系统相比,应用此次设计系统得出爬壁机器人吸附力的控制误差降低了2.04 N,倾覆风险系数降低了0.29,具有较好的吸附控制效果。     

蒸汽发生器检测机器人运动分析与控制实现

在核电站蒸汽发生器复杂环境下,为准确控制机器人完成管板检测任务,提出了一种基于STM8处理器的爬壁机器人运动控制方法;针对机器人两个不同轴线驱动轮的结构特点,运用运动学理论建立了机器人运动方程,分析了机器人的运动特性;设计了爬壁机器人硬件控制电路,为提高机器人的控制精度,采用了位置环,速度环和电流环三环PID软件控制策略;最后,对此控制方法进行了相关实验验证;实验结果表明,爬壁机器人控制电路设计合理可靠,三环PID算法实现了较好的运动效果,满足设计要求.     

基于递阶控制的爬壁机器人控制系统设计

该文在介绍役化工容器爬壁机器人本体结构的基础上,完成了爬壁机器人控制系统的硬件设计和软件编程,提出了基于工业母板的三级递阶式控制结构,研制出了爬壁机器人样机并进行了现场试验,验证了机器人系统的可行性.     

基于麦克风阵列的储罐内爬壁机器人定位技术

为提高储罐内爬壁机器人的智能水平及作业效率,研究设计了基于被动声定位技术的机器人定位系统.该系统利用麦克风阵列拾取机器人发出的声信号,运用改进的时延估计定位方法处理信号,从而定位爬壁机器人.介绍了系统涉及的语音信号处理方法,并利用卡尔曼滤波算法处理定位数据.实验表明15m内该系统的定位距离误差不超过12cm.     

基于ADAMS的仿壁虎爬壁机器人的运动仿真

为实现在不同环境的壁面上自由爬行,设计了应用仿壁虎微纳米粘附阵列的爬壁机器人,建立了机器人的动力学模型及足部与壁面之间的接触模型,并利用机械系统动力学软件ADAMS的仿真功能,对机器人沿垂直壁面爬行的运动特性进行了仿真.利用ADAMS的后处理模块的分析功能,重点研究了在一个运动周期内,模型整体质心的位移、电机转矩以及足部与壁面之间的接触力随时间的变化情况.仿真结果表明该仿壁虎爬壁机器人能够以约26mm/s的速度沿着垂直的壁面平稳地运动,不存在波动和偏离.这为下一步研制仿壁虎爬壁机器人的物理样机提供了理论指导,也为其他仿生机器人的研究提供了参考.     

基于自适应模糊PID的爬壁机器人运动路径控制研究

为解决爬壁机器人沿轨迹爬行检测过程中出现的位姿偏差问题,将模糊控制和传统比例积分微分(PID)相结合,提出了一种基于自适应模糊PID的运动路径控制方法。在建立相应的爬壁机器人运动模型的基础上,对爬行过程中的位姿偏差进行分析,设计了一种自适应模糊PID控制器。给出以位姿偏差角度为外环、以电机转速为内环的双闭环模糊控制方法,通过不断检测爬壁机器人的位姿角度误差,将实时的角度误差转化为左右电机的差速,再对左右电机转速进行模糊PID控制,进而改变爬壁机器人的运动方向。利用Simulink对模糊PID控制效果进行仿真分析。结果表明:自适应模糊PID相比于传统PID跟踪响应效果更好,具有较好的自适应能力;双闭环模糊控制能够更好地使爬壁机器人沿目标轨迹稳定爬行。     

水冷壁清扫检测爬壁机器人

本文简要介绍了一种适用于火力发电站的大型排管 锅炉中的水冷壁清扫、检测用爬壁机器人,该机器人具有工作效率高,安全可靠,并能极大 地降低作业费用,提高检测精度等优点,是爬壁机器人技术在电站锅炉领域中的新应用。     

基于Labview的舵机驱动爬壁机器人CPG神经网络运动控制的实现研究

针对舵机驱动爬壁机器人的机构特点,提出一种用Labview实现舵机驱动爬壁机器人CPG神经网络运动控制的方法．首先,基于仿生运动控制的概念构建出舵机驱动爬壁机器人神经网络运动控制模型．然后,将机器人的平面自由运动分解成直线运动和转弯运动的组合,并结合CPG神经网络信号波形特点,完成机器人相应的实际运动控制信号的生成与输出．最后,通过机器人平面运动控制的实验研究,验证了所提控制方法的有效性．     

水冷壁磨损检测机器人控制系统的设计与研究

为了有效提高石化行业对锅炉水冷壁壁厚的检测效率,设计了一种磁吸附履带式爬壁机器人,并在此载体上采用分级控制系统来共同实现高空检测;首先,下位机使用ARM Cortex-M3为内核的32位微控制器,并采用模糊PID控制方法实现对锅炉水冷壁磨损检测机器人的位姿进行控制,完成直线路径跟随动作;除此之外,还配备超声波无损检测技术、图像采集器以及位移传感器等,来实现锅炉水冷壁磨损检测机器人最终管壁实时图像视频以及检测数据的采集;其次,基于Visual Studio 2010平台创建人机交互界面,实现与下位机的数据传输以及后续检测数据处理;最后,实验仿真证明该分级控制系统运动稳定可靠,上下位机能实时通讯,提高了爬壁机器人的工作速度和处理能力,有效提高检测效率,具有较高的智能化水平。     

基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计

变磁力吸附爬壁机器人是一种具有快速、灵活移动方式的爬行机器人,但其吸附力难以控制,越障稳定性较差,难以保证机器人的平稳爬行;为实现爬壁机器人在大型建筑结构外表面的自主避障,提升机器人与运动平面之间的吸附紧密性,设计基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统;按照PCB控制要求,连接外置SRAM设备与传感器模块,借助驱动I/O口电路提供的电力驱动作用,控制气动阀门的闭合情况,完成变磁力吸附爬壁机器人控制系统硬件结构设计;建立Netvlad神经网络体系,通过划分控制指令程序任务的方式,确定移植参数取值范围,实现对控制协议的移植处理,联合相关硬件应用结构,完成基于Netvlad神经网络的变磁力吸附爬壁机器人控制系统设计;实验结果表明,在所设计系统作用下,障碍物所在位置与爬壁机器人所在位置之间的实测距离未大于30cm,能够有效实现自主避障,保证机器人与运动平面之间的紧密吸附。     

Application of a Service Climbing Robot with Motion Planning and Visual Sensing

This paper describes an application of a service climbing robot aimed to clean the glass wall of high‐rise buildings. The robot utilizes suction cups to adhere to the glass and moves with a translational mechanism to follow a predetermined path in cleaning the whole glass surface. By a flexible waist, the robot can adjust its posture. The robot has the ability to cross the window frame to clean different sections of the glass wall. A visual sensing system, composed of an omnidirectional CCD camera and two laser diodes, enables the robot to measure its orientation and the distance between the robot and the window frame. The real‐time applications and some experimental results demonstrate the effectiveness of the developed system. © 2003 Wiley Periodicals, Inc.     

Series of Multilinked Caterpillar Track‐type Climbing Robots

Climbing robots have been widely applied in many industries involving hard to access, dangerous, or hazardous environments to replace human workers. Climbing speed, payload capacity, the ability to overcome obstacles, and wall‐to‐wall transitioning are significant characteristics of climbing robots. Here, multilinked track wheel‐type climbing robots are proposed to enhance these characteristics. The robots have been developed for five years in collaboration with three universities: Seoul National University, Carnegie Mellon University, and Yeungnam University. Four types of robots are presented for different applications with different surface attachment methods and mechanisms: MultiTank for indoor sites, Flexible caterpillar robot (FCR) and Combot for heavy industrial sites, and MultiTrack for high‐rise buildings. The method of surface attachment is different for each robot and application, and the characteristics of the joints between links are designed as active or passive according to the requirement of a given robot. Conceptual design, practical design, and control issues of such climbing robot types are reported, and a proper choice of the attachment methods and joint type is essential for the successful multilink track wheel‐type climbing robot for different surface materials, robot size, and computational costs.     

壁面爬行遥控检查机器人控制系统的研制

本文介绍壁面爬行遥控检查机器人控制系统，该控制系统采用二级计算机控制。二极计算机之间采用光缆进行通讯，主计算机采有工业级ＰＣ总线计算机，从计算机采用ＳＴＤ总线计算机，主计算机能够对控制系统中的其他部分及视觉系统，检查系统和支持系统的行为进行协调和管理。     

The MATS robot: service climbing robot for personal assistance

The human care and service field requires an innovative robotic solution to make the daily care of elderly and disabled people in both home and workplace environments easier. The European Union (EU) project MATS (flexible mechatronic assistive technology system) has developed a new concept of a climbing robot for this type of service application. The climbing process is performed by moving the robot between very simple docking stations (DSs) placed in the environment. The MATS climbing robot is a symmetrical, five degrees of freedom (5 DOF), self-containing manipulator that includes all the control and communication systems on board. To fulfil the climbing movements successfully, the developed robot is lightweight, about 11 kg for a 1.3 m reach. This article presents real experiments conducted with the robot during its climbing movements and assistance tasks for disabled persons.     

基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障电力工人人身安全,提出并设计一种可以攀爬电力铁塔的六自由度关节式机器人,针对该构型进行运动学分析和求解.为解决传统的解析法用于机械臂逆运动学求解过程中存在操作繁琐和奇异点无法逆运算等问题,提出一种基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法.首先,对电力攀爬机器人进行DH建模,得到正运动学方程;然后,使用正运动学方程和目标位姿建立代价函数,采用改进天牛须算法对代价函数优化;最后,使用Matlab实现此算法进行仿真验证.实验结果表明,与传统的天牛须算法、改进遗传算法以及改进粒子群算法相比,所提出算法具有较好的收敛性,求解精度较高.     

湿吸附机理及其在仿生爬壁机器人中的应用

提出一种新的基于湿吸附机理的仿生爬壁机器人．首先讨论湿吸附模型及吸附力的控制方法,对一种 基于硫化硅橡胶（聚合物）的仿生足垫的湿吸附力进行测试,由此验证足垫与壁面间的液体薄膜对吸附力的积极影 响．然后设计一种实验研究用的轮爪式仿生爬壁机器人,并对其进行静力学分析．最后对所设计的机器人进行爬壁 试验．结果表明,液体薄膜可以有效提高足垫吸附力,所研制的湿吸附机器人可吸附于约85度的壁面,可成功爬行 于坡度约65度的玻璃壁面,一定程度上验证了湿吸附机理爬壁机器人的可行性．     

一种用于反恐侦察的爬壁机器人系统

介绍了一种用于反恐侦察的爬壁机器人系统．该系统包括3个部分：真空吸附式两足爬壁机器人、便携式遥控器和无线视频传输模块．其中,基于DSP技术开发的控制器可以使机器人在光滑的壁面上灵活地爬行、转向和跨越．文中提出了一种实现机器人在两个不同倾斜壁面之间跨越的控制算法．实验表明,该机器人体积小、噪声低、隐蔽性好;视频模块图像清晰、传输稳定;整个系统可以满足执行反恐侦察任务的基本要求．