精密1号装配机器人控制系统的设计与实现

精密１号机器人是国家８６３计划智能机器人主题立项研制的一台ＳＣＡＲＡ结构的４轴装配机器人．它采用直接驱动技术，具有较高的运动速度和定位精度，配有高性能的视觉和力觉传感器．本文介绍了精密１号装配机器人控制系统的体系结构、设计思想和功能特点．精密１号机器人控制系统以Ｉｎｔｅｌ公司的ｉＳＢＣ３８６／１２系列计算机和ｉＲＭＸⅢ实时多任务操作系统为基础，采用上、下两级分布式计算机结构．控制系统除具有一般的机器人控制器的功能外，还具有用户多任务编程、可基于视觉和力觉传感器信息控制、离线编程和图形动画仿真等特性．应用这个系统控制精密１号机器人进行了装配作业的实验     

经济型装配机器人设计与实验研究

本文介绍了在引进日本装配机器人样机,消化吸收的基础上,开发研究国产经济型装配机器人的一些关键技术.包括理论计算、机构和控制系统分析、总体方案论证和典型环节设计,以及实验研究.主要内容如下: 首先对平面关节型装配机器人的主要特点和结构进行了总体研究,在理论计算的基础     

一种欠驱动水下机器人手爪的作业能力研究

在分析当前机器人手爪研究现状的基础上,根据水下作业任务特点,确定了作业型水下机器人多传感器手爪的设计需求,研究了水下手爪原理样机的作业能力,结合典型物体的抓取给出了关键参数关系.该样机可满足在指定环境下进行目标识别、抓取、简单装配、搬运等典型操作任务的要求,为操作型水下机器人多传感器手爪感知系统的研究提供了硬件平台.     

协作机器人关节力矩传感器的设计与研究

提高协作机器人的力交互性必须提升机器人关节力矩测量的精确性,利用谐波减速器柔轮应变设计了一种关节力矩传感器.首先分析并建立柔轮的应变模型,基于应变电测技术,研制了物理样机.其次利用傅里叶变换对关节力矩传感器的输出信号进行分析,建立了传感器力矩信号直流分量与负载力矩之间的关系.测试结果表明:研制的关节力矩传感器具有较高的...     

一个微小型仿蛇机器人样机的研究

本文从仿生机械学的角度出发,阐述了仿蛇机器人的 运动原理,给出了仿蛇机器人的结构和基本运动模式,在此基础上研制成微小型仿蛇机器人 样机,对样机进行了实验,结果表明,该样机能在平面上实现驱动运动并完成各项设定操作 ．     

用于丝驱动连续体机器人的实用运动学研究

针对单段及多段连续体机器人运动学问题,提出分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学分析方法.以双段丝驱动连续体机器人为研究对象,首先设计含平移段的机器人样机;然后利用分段常曲率方法建立驱动空间与关节空间的相互映射,根据齐次变换得到关节空间至工作空间的正映射关系;最后利用线性递减权重粒子群算法实现工作空间至关节空间的逆映射.对双段连续体机器人的运动学进行仿真及逆运动学求解耗时测试,并在研制样机上进行了实验验证.仿真结果说明了所提运动学研究方法的合理性及逆运动学求解的快速性,实验结果显示位置平均误差小于双段连续体机器人本体长度的6.22％,验证了所提运动学的有效性.     

新型多旋翼作业型空中机器人自抗扰控制

针对输电线路树障清理作业任务对空中机器人平台稳定性、平动性和抗扰性的高要求,为克服传统平面配置多旋翼无人机姿态配合式位置移动的缺点,本文在全驱动多旋翼飞行器设计思想的启发下,提出并设计了一种无需姿态配合即可实现前后平移运动的非平面作业型多旋翼空中机器人.首先分别建立其姿态的运动学和动力学模型,然后采用自抗扰控制技术设计了该机器人的位置和姿态跟踪控制律.多组仿真和样机实验结果表明,本文所设计的非平面配置旋翼空中机器人在作业过程中的接触力扰动下具有良好稳定性、平动性和抗扰性.     

连续型机器人运动学仿真和操控系统设计

为了适应越来越复杂的非结构化环境,设计了一种基于球铰链连接和柔性支撑杆结合的线驱动连续型机械臂,并基于常曲率模型的假设建立连续型机器人的运动学模型,研究连续型机器人驱动映射关系,利用MATLAB进行运动学和驱动映射的仿真,仿真结果表明连续型机器人的空间优越性。搭建三关节连续型机器人样机平台,基于连续型机器人的特点设计末端关节跟随手柄操作模式,并在样机平台上实验验证,实验结果表明了运动学模型和驱动映射关系的合理性和正确性以及操控方式的可行性。     

基于旋转谐振结构的单芯片二维电场传感器

提出并研制了一种二维电场检测传感芯片,将四个电场测量微型单元和旋转式驱动微结构集成在3. 5 mm ×3. 5 mm的敏感结构上,实现了单芯片的电场二维测量.介绍了传感器的工作原理、敏感结构的设计,以及基于绝缘体上硅( SOI)工艺的单芯片微型二维电场传感器制备工艺技术.成功研制出传感器原理样机,研究了微型二维电场传感器的标定方法,开发了用于电场二维标定的测试装置,并在室温常压下对传感器进行了二维标定.实验结果表明:该传感器能够有效减小电场的轴间耦合干扰,测量误差优于7. 04%,线性度可达到1. 25%.     

精密Ⅰ号装配机器人新型控制系统研制

针对精密Ｉ号装配机器人存在的问题,介绍了自行研制的新型精密Ｉ号装配机器人控制系统。它利用双系统背板和带 Ｓｅｍａｐｈｏｒｅ逻辑单元的双端口 ＲＡＭ建立了紧耦合双机系统。改善了原有系统的开放性和可靠性。设计了新系统上的软件系统。建立了一个完整的装配机器人控制平台。     

一种3 自由度并联柔索驱动机器人的精度研究

研究了一种3 自由度并联柔索驱动机器人精度分析和精度综合的问题．分析了影响机器人位姿精度 的主要因素,推导建立了关节误差及柔索误差模型．提出了一种精度综合算法,并基于给定的机器人关节允差, 综合分析出装配误差及柔索误差的最大取值．通过仿真验证了误差模型的正确性．样机试验表明,利用柔索误差 模型可以提高机器人的运动精度．     

冗余驱动仿下颌运动机器人的机构设计及轨迹规划

为实现人体下颌的运动,针对下颌系统的冗余特性和颞下颌关节运动的独特性,提出一种新型的冗余驱动的仿下颌运动机器人.首先,根据人体下颌运动机理以及仿生设计参数对仿下颌运动机器人进行样机设计.然后,基于虚拟仿真软件,对冗余驱动的仿下颌运动机器人进行轨迹规划.最后,在样机上进行下颌功能运动实验,分别模拟下颌的开闭、前后和侧方运动.结果证明该仿下颌运动机器人能够实现人体下颌的运动,特别是颞下颌关节的运动.     

直接驱动机器人关节加速度反馈解耦控制

以利用线加速度传感器实际测量转动关节的加速度为基础,分析了机器人关节加速 度反馈控制的开环模型,以及影响其闭环稳定性的主要因素;提出了闭环控制策略的设计准 则.在一台三自由度直接驱动机器人上的实验结果证明了该文分析的正确性,与不具备加速 度反馈控制时的实验结果相比较,显示出这种方法的有效性.     

三轴光纤陀螺样机研制及其关键技术

介绍一种小型三轴一体化光纤陀螺仪工程样机的研制.三轴一体化设计是三个光纤陀螺共用一套光源系统和信号处理电路系统,光源采用SLD光源,光源驱动电路为精密温控和恒流源驱动;信号处理电路采用方波调制和阶梯波反馈实现数字闭环;核心光路采用模块化设计;为了提高陀螺温度性能,建立了三轴陀螺全温误差模型并进行了补偿.工程样机测试表明,三轴光纤陀螺零值稳定性小于0.3°/h,零偏重复性小于0.2°/h,标度因数非线性小于50ppm,陀螺温度性能较好,具有较强的抗振动和冲击能力.     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人运动仿真研究

基于Serpenoid 曲线建立了蛇形机器人行波运动和攀爬运动的运动学、动力学模型,根据模型提出一种具有万向节功能的pitch-roll 模块,利用形状记忆合金驱动器具有结构小和只受温度变化影响两大特点建立了蛇形机器人关节。应用MSC/ADAMS 虚拟样机软件对基于形状记忆合金驱动蛇形机器人进行行波运动和攀爬运动的动力学分析,并对仿真过程中遇到问题提供了解决办法。模型仿真效果非常理想,完全达到设计要求,为下一步研制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。     

SMA驱动的微型平面关节机器人的研究

近年来，利用形状记忆合金（ＳＭＡ）的形状记忆效应原理制作的驱动器已在机器人领域中得到应用，ＳＭＡ驱动器以其重量轻、结构紧凑、易控制等优点，大大推动了微型机器人的发展．本课题使用所研制的推挽式直线位移型和旋转关节型ＳＭＡ驱动器代替传统的伺服驱动系统，研制了一台三自由度（两个旋转自由度和一个直线自由度）且带末端夹持器的微型平面关节机器人．本文将介绍该机器人的结构设计，控制系统及其软件设计．     

机器人装配作业静力特性研究

本文主要分析在保持机器人稳态平衡状态下,在作业过程中.作用于机器人各主动关节上的力和力矩.以此作为确定机器人各主动关节动力元件与控制元件的依据.为使机器人智能化.还可依此在各主动关节上配置所需的传感器.它是保证准确可靠装配作业的重要因素.     

机器人红外接近觉、光纤触觉和握力觉传感器

设计和研制了红外接近党传感器以探测物体的存在；设计和研制了机器人触须探测物体的触觉和模拟机械爪抓取物体的握力觉传感器。单片机系统控制传感器数据采集和初步判断，为机器人控制和驱动提供感觉信息。     

小型双足步行机器人的机构设计及其运动仿真

小型双足步行机器人具有多关节、多驱动器、多自由度的特点,本文以人体全身17个主要关节及其运动特性为研究对象,利用三维设计软件CATIA设计出小型双足步行机器人的全身机构,根据ZMP理论,以正常人行走的“X”形交叉动作为原则,规划出其各关节转角,在ADAMS下对其虚拟样机进行运动仿真,确保实现机器人的稳定步行和做舞蹈动作。     

基于局部去耦的重载Stewart 6维力传感器精度与刚度的综合优化设计

为了满足工业机器人用6维力传感器高精度、高刚度、大承载的性能要求,提出了一种局部去耦的设计方法,对重载Stewart 6维力传感器进行兼顾精度与刚度的综合优化.首先,通过结构参数优化,获取最优参数;其次,结合球铰去耦样机和无去耦措施样机的实验数据,分析得出耦合因素对传感器各支路输出特性的影响;再次,对传感器进行局部去耦设计,并通过有限元仿真加以验证.最后,样机实验结果显示相较于传统结构Stewart 6维力传感器,局部去耦的重载Stewart 6维力传感器除同样保留了较高的测试精度之外,在刚度方面也有大幅提升,可满足设计需求.