基于增强现实的6自由度工业机器人示教研究

针对机器人离线编程效率低和交互性差的问题,提出了一种6自由度机器人增强现实示教系统。利用位置姿态跟踪系统采集手持式示教器的位置和姿态,以示教器位置和姿态作为输入,利用6自由度机器人逆运动学模型求解机器人各关节姿态,驱动虚拟机器人模型运动,使虚拟机器人末端执行器复现示教器路径和姿态;利用增强现实技术将6自由度虚拟机器人叠加到真实工作环境中,并通过检查虚拟机器人模型是否与真实工作环境存在干涉,实现对机器人的增强现实示教。研究结果表明:该系统可以准确地把虚拟机器人叠加到真实环境中,实时地跟踪示教器的位置和姿态,且具有良好的人机交互性。     

直接示教机器人的位姿优化算法研究与实现

直接示教型机器人具有示教方便、操作简单等特点,在喷涂、弧焊、抛光等任务轨迹复杂的机器人加工领域具有较高的应用价值。但由于人手在直接示教时存在抖动,若直接采用示教轨迹点进行再现,机器人在运动过程中往往会产生振动,从而影响加工质量,甚至缩短机器人的使用寿命。针对上述问题,提出了一种基于曲线拟合的机器人位姿优化算法,可对机器人的位姿轨迹进行平滑处理。首先对直接示教轨迹进行均匀重采样,分别利用B样条曲线和四元数曲线对采样点位置数据和姿态信息进行拟合,然后采用泰勒展开法对曲线进行插补,最后通过实验验证了该算法的有效性,并将该算法应用于自行研制的六关节直接示教喷涂机器人,实验结果表明有效减小了机器人再现时的振动。     

基于MATLAB GUI喷涂机器人轨迹误差调整的应用

喷涂机器人喷涂轨迹是在模型上示教好的,用于喷涂的不同工件在更换过程中其坐标位置和方向很难与模型保持一致,因此示教好的轨迹会出现偏差。描述了一种基于MATLAB GUI的喷涂机器人的轨迹误差调整方法,快速方便的纠正出工件的偏移量,重新规划好合适的轨迹。该方法加快喷涂效率,提高了喷涂质量。     

机器人关节间隙误差分析

对关节间隙变量采用二维矢量表示法,分析了机器人关节间隙对机器人末端位置重复精度的影响。假设关节间隙随机性为某种分布,根据概率论建立了机器人末端点概率密度函数,从而得到机器人末端的误差分布函数。利用该方法对RHJD4-16自由度弧焊机器人关节间隙误差进行了分析,研究了关节间隙对空间机器人末端位置重复精度的不确定性影响情况,得到了关节间隙误差与机器人末端位置重复精度的约束关系,为机器人机构设计和机器人精度分析提供了理论依据。     

基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现

机器人示教是实现机器人轨迹跟踪的一种重要方法,其工作原理决定了机器人作业的效率及复杂轨迹跟踪的精度。文章在传统示教方法基础上提出了一种基于视觉跟踪的机器人复杂轨迹模拟再现方法,通过应用双目立体视觉三维测量技术跟踪并记录机器人示教手柄完成的随机的复杂的操作轨迹,对轨迹数据进行坐标转换、运动学逆解,计算机器人各关节的期望旋转角度值,并驱动机器人运动,实现示教手柄的复杂操作的复现。该方法能够实现任意操作的实时示教再现,操作简单,工作效率高,与传统的示教方法相比显著地降低了工业机器人对专业操作人员的依赖程度,广泛地拓展了机器人的应用范围,具有极其重要的应用价值。     

工业机器人末端执行器的柔顺示教研究

随着工业机器人应用越来越广泛,工业机器人被要求具有更高柔顺性的示教功能。提出一种柔顺示教的控制方法,以常用的20公斤级的工业机器人为研究对象,通过六维力传感器采集力信息,经过柔顺控制算法和基于位置的力位控制算法结合控制机器人,实现柔顺示教功能。先介绍了柔顺示教的硬件平台结构和软件结构,建立一个柔顺示教控制的模型,并利用该模型设计一个柔顺示教的控制算法,最后将笔作为机器人末端执行器并在白纸上画图案以验证示教的柔顺性。实验结果表明通过该柔顺示教控制,操作者可以对机器人末端执行器自由拖动,实现柔顺示教的功能。     

工业机器人运动学逆向建模

针对工业机器人在缺乏运动学参数的情况下,进行机器人运动学逆向建模的研究,给出了机器人机座坐标系位置及杆件参数的识别方法,建立了机器人的运动学方程。并分析了计算的末端位姿与示教器显示末端位姿存在的偏差,指出从机器人示教器上读出的关节转角数据存在舍入误差,采用遗传算法分别以位置误差和位姿误差为目标函数进行了辨识。辨识结果表明,以位姿误差为目标函数来辨识关节转角误差的辨识结果是准确的。试验结果表明,提出的机器人运动学逆向建模方法是有效的。     

一种基于多轴工业机器人的非线性同步控制方法

为了提高机器人的末端轨迹精度,提出了一种基于六轴工业机器人的包含位置误差和同步误差的非线性PD偏差耦合控制策略。该策略无需考虑机器人精确的动力学模型参数,避免了不精确动力学参数的影响。首先建立了基于IRB120型虚拟样机的动力学模型,再利用Simulink和Adams进行联合仿真验证该策略的合理性。仿真结果表明,利用该方法与基于相同规划轨迹的传统非同步控制的力矩前馈算法和PD同步控制算法进行比较,有效地降低了关节同步误差,提高了末端的轨迹精度。     

柔性机器人躲避振动的一种方法

对于柔性机器人而言 ,系统柔性所引起的振动使得机器人很难准确地跟踪预定的末端轨迹 ,因此如何有效地减小柔性机器人的振动是一个非常重要的研究课题。本文对柔性机器人躲避振动的方法进行了研究。首先分析了影响柔性机器人末端振动变形的因素 ,在此基础上得出了在结构参数和末端运动轨迹不变的情况下 ,通过适当调整关节运动参数可以使柔性机器人有效躲避振动的结论 ;然后研究了机器人末端运动参数与关节运动参数之间的关系 ,提出了通过规划机器人末端运动参数从而调整关节运动参数 ,以使机器人能够有效躲避和减小柔性振动的方法 ,并且给出了相应的算法 ;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性     

手术机器人及操纵杆控制装置的设计与实现

主要研究一种多自南度手术辅助机器人系统，并重点阐述了一个新型的多自由度关节型机器人示教方式，即操纵杆控制系统。该控制系统可以完全控制机器人末端执行器的空间位置和姿态，方便医生进行更直接、安全的操纵。通过试验验证，操纵杆控制系统适合作为手术辅助机器人的“手把手”示教装置。     

3自由度气动串联机械手的关节控制

3自由度气动机械手属关节串联式机器人,机械手在运动过程中,转动惯量、重力矩及关节间的耦合力矩等参数都会发生较大变化,影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题,利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析,得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例,通过对关节动力机构的数学模型线性化处理,采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计,试验表明具有一定鲁棒性,但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响,根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩,利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性,从结果可以看出,该组合控制策略抑制了扰动,提高了轨迹跟踪精度。     

一种三自由度并联机器人运动轨迹精度的可靠性研究

机器人轨迹精度的可靠性是评价机构性能的重要参数。压电材料作为一种驱动器能够抑制机器人柔性连接杆的振动,在抑制振动的同时也提高了机器人运动轨迹的精度。首先介绍了一种三自由度平面并联机器人系统;其次表达了振动控制系统的工作原理和实验分析;然后分别表达了不考虑振动和考虑振动因素时机器人轨迹精度的可靠度计算方法;最后分析了无振动控制和有振动控制时机器人运动轨迹精度的可靠度。可靠度计算表明,振动控制系统能够提高机器人运动轨迹精度的可靠度。     

基于神经网络的液压柔性机械臂运动轨迹的跟踪控制

针对液压柔性机械臂在运动作业过程中,由于系统参数不确定、运动轨迹缺乏控制,导致运动失稳的情况,首先介绍了神经网络,结合柔性机械臂的高自由度特点选择适合的轨迹跟踪方法;其次,结合模糊神经网络图,对液压柔性机械臂系统进行参数化设计,利用其能跟踪轨迹误差的特点,结合一阶梯度法寻找液压柔性机械臂的运动期望位置;最后,在满足两个关节达到期望轨迹的同时,利用神经网络系统有效控制液压柔性机械臂的运动轨迹。实验表明,该智能网络方法具有更好的跟踪效果。     

2-RPaRSS并联操作手运动副间隙误差分析及补偿

针对新型3T1R并联操作手2-RPaRSS存在运动副间隙引起的定位偏差,造成操作手的实际轨迹与理论轨迹不吻合的问题,提出了一种基于自适应混合粒子群优化(AHPSO）算法的轨迹修正方法。建立操作手包含的各类运动副误差模型,在模型中将间隙误差完全等效成杆长误差;根据逆运动学方程建立并联操作手2-RPaRSS的位姿误差模型,得到关于输入、输出的微分关系式,并引入驱动杆输入角补偿量;利用粒子群优化(PSO)算法对补偿量寻优,将间隙误差补偿问题转化为求适应度极小值问题;通过混合权值自适应调整、学习因子自适应调节、混沌扰动范围自适应调节策略改进了PSO算法,得到AHPSO算法。仿真结果表明AHPSO算法性能优良,具有更好的收敛性和稳定性,对并联操作手运动副间隙误差的补偿是一种有效方法,补偿后定位精度得到了明显改善。     

基于DSP的机械臂约束预测控制系统设计

针对机械臂的实时控制问题,基于约束预测控制,提出了一种机械臂实时运动控制方法。介绍了机械臂动力学模型并进行了线性化处理,以降低算法复杂度、保证实时性。设计了轨迹跟踪控制器和约束预测控制器,其中轨迹跟踪控制器采用最优反馈控制律,可确保机械臂按参考轨迹运动;而约束预测控制器则在考虑机械臂物理约束的情况下,为跟踪控制器提供最优参考轨迹。以DSP作为核心控制器,搭建了机械臂控制系统,同时给出了硬件和软件设计方法。以梯形和三次多项式轨迹为例,进行了系统功能测试,测试结果表明了所述控制系统的可行性和有效性。     

6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础,运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型,以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解,通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹,应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。     

基于速度预测的锻造操作机大车定位控制研究

基于仿真技术分析锻造操作机制动过程,指出马达出口压力控制是操作机制动控制的关键,采用比例溢流阀控制马达出口侧压力,可解决操作机停车振荡,实现操作机平稳快速停车。利用速度反馈比例控制溢流阀,当比例增益一定时,操作机制动距离与制动瞬时操作机的速度满足二次函数关系。为提高定位精度,引入比例增益补偿系数,并在大量仿真基础上总结了速度反馈比例增益及补偿系数的计算方法。提出基于速度预测的锻造操作机大车定位控制方法,仿真验证提出的控制方法有效,对于目标操作机任意指定步长,其定位精度均可达到±0.5 mm。     

水下机器人-机械手系统研究进展：结构、建模与控制

水下机器人-机械手系统（Underwater vehicle-manipulator systems，UVMS）可以完成除观测之外的水下采样、抓取、操作等任务，在海洋科学考察、海洋工程等领域得到广泛应用。通过对近年来国内外UVMS的研究现状进行综述，介绍了不同的UVMS本体结构与机械手构型，总结了UVMS的运动学、动力学和水动力学的建模方法，分析了人机交互式遥控操作控制方式，针对UVMS的自主控制中的运动规划、位置与轨迹跟踪、独立与协调控制、运动补偿控制、力/位置混合控制、视觉伺服控制等问题做了分类阐述。最后总结并对UVMS未来发展方向进行了展望，以期为相关研究人员提供参考。     

Trajectory planning of redundant manipulator using fuzzy clustering method

The solution of inverse kinematics and trajectory planning with performance criteria for a redundant manipulator is proposed with modification in fuzzy c-means. A new fuzzy clustering model based on a new generalized validity index based on weighted within-scatter metrics and between-cluster scatter metrics for the manipulator is proposed. In order to understand the proposed algorithm and to show its performance, two simulation studies of trajectory planning with manipulability criteria for a redundant manipulator are modeled to solve the problems of finding association rules in the data and of setting up an appropriate classification procedures. The problem of redundant manipulator (which is a multi-input, multi-output nonlinear system) is new in terms of solution by clustering method. The proposed algorithm for the trajectory planning of the manipulator is simulated using Matlab®. All practical steps, from data acquisition to model validation, are illustrated using a 4 degree of freedom robot manipulator. The simulated results are compared with the numerical methods of the trajectory planning. The results are presented graphically. The proposed method has the advantage of simplicity, flexibility, and good tracking performance.     

Reconstruction of geometry information to gasbag polishing workpiece

In order to solve the problems of reconstruct an unknown workpiece operations are always required by CAD information of workpiece which cause eeficiency low, operation complex and so on, the one which design and implementation of gasbag polishing operations which can automatically online reconstruct the geometry information of workpiece was investigated. The operation method of online reconstruction of a workpiece surface and the basic theory were introduced, in order to obtain the normal vector of workpiece surface. The outer ring of active compliance control based on the inner position loop was proposed, the position compensation at the end of the polishing manipulator was used to achieve the gasbag polishing contact force control. The contact force model of gasbag polishing was established. The trajectory planning algorithm with time-varying constraints was established. An experimental platform which is capable to reconstruct an unknown workpiece was built, the theory was simulated. The results indicate that this strategy is feasible and rffective. [ABSTRACT FROM AUTHOR]