液态金属柔性感知的人机交互软体机械手

利用3D打印技术制作了基于液态金属微流道的应变传感器和弯曲传感器，并将应变传感器集成至人体传感手套，用于人手的手势检测；将弯曲传感器集成至软体机械手，用作软体机械手的姿势及运动控制，通过传感手套控制软体机械手实现了人机交互。实验证明传感手套不仅能控制软体机械手的姿势，还能精确控制每根软体手指的弯曲程度。     

基于多Leap Motion传感器的机械手手势控制系统

为了实现对工业机械手的手势控制,并针对单个Leap Motion传感器在使用时因手指或者手掌遮挡而导致识别率降低的缺点,提出了基于多Leap Motion传感器,用于人手数据采集的新型控制系统。该系统采用基于主成分分析法的数据融合技术对该多传感器数据进行数据融合以得到人手姿态完整的信息,再将该融合数据送入SVM多分类器进行手势姿态识别。实验结果表明该系统能准确地检测人手完整信息,避免了使用单个Leap Motion传感器因视觉干扰或者不可避免的遮挡导致手势姿态数据不准确的问题,提高了手势识别率,可以准确、有效地实现对机械手进行控制。     

软体机械手遥操作系统的设计与分析

面向气动软体机械手在远程非结构化环境下作业的工作需求,搭建了软体机械手遥操作系统。基于“快速气动网络”及模块化可拆卸原则,设计制作了软体弯曲致动器,根据实验需要组装成仿人手形软体机械手。在Yeoh模型基础上建立了软体致动器的力学模型并借助仿真分析加以修正,为软体致动器的控制提供了理论依据。设计了遥操作系统的总体结构,提出了气动软体机械手的驱动模式与控制策略,在C#窗体应用程序中开发了客户端软件。基于蒙皮技术在3D Max软件中对软体致动器进行建模,在Unity3D中搭建了虚拟作业场景,通过脚本程序设计实现远地端反馈信息对软体末端的运动控制和对目标对象的碰撞与拾取。开展软体致动器弯曲角度与充气气压实验,验证分析力学模型的准确性;开展遥操作手势映射实验,分析与探讨软体机械手遥操作系统的可行性及其进一步研究与应用。     

基于PLC控制的气动搬运机械手系统设计

气动机械手是自动生产设备和生产线上的重要装置之一,文中通过对气动搬运机械手功能进行分析,确定了机械手结构,设计了其气动控制回路,应用SolidWorks软件完成气动机械手虚拟设计.该气动机械手采用PLC控制,通过对机械手动作过程的分析,选择适合的PLC,并完成了控制系统软件和硬件设计.研究表明,该机械手具有结构简单、控制灵活、通用性强等优点.     

驱动平面机械手的液压系统建模及CMAC-PID控制研究

为了提高平面机械手运动的稳定性和轨迹跟踪精度,采用小脑模型神经网络(CMAC)控制液压驱动系统,并对机械手运动轨迹响应速度和误差进行仿真.建立液压驱动机械手简图装置,给出机械手液压驱动控制流程图.创建了液压动力装置、控制阀、液压油缸及机械手键合图模型,推导出液压驱动机械手控制方程式.设计了机械手液压驱动CMAC-PID控制结构图,利用系统仿真软件Matlab对机械手运动轨迹进行仿真;同时,与常规PID控制仿真结果进行比较.结果表明:采用常规PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.4s,产生的最大误差大约为1.4cm;采用CMAC-PID控制液压驱动机械手运动轨迹,响应时间大约为0.1s,产生的最大误差大约为0.75cm.采用CMAC-PID控制平面机械手液压驱动系统,能够提高机械手运动轨迹响应速度和跟踪精度.     

新型磨机换衬板机械手的非线性控制系统设计

链式机械手是具有动态特性显著、非线性和强耦合的复杂系统。针对磨机换衬板机械手的传统线性控制各关节跟踪精度低的问题,设计一种基于双速率计算力矩法的非线性系统控制器。首先,通过SolidWorks软件建立新型磨机换衬板机械手的三维模型;其次,采用牛顿—欧拉法建立链式机械手连杆动力学方程;最后,设计机械手的线性和非线性控制器,并使用Matlab/Simulink仿真软件建立控制框图,进行仿真对比分析。MATLAB仿真结果表明:双速率计算力矩法的非线性控制对比传统的平均重力补偿PD线性控制,其机械手各关节轨迹跟踪精度提高了近5倍,且稳态误差远低于1%,从而验证了基于双速率计算力矩法控制的高效性。     

车载机械手系统的重心控制

就移动机构上安装机械手的机械手／车辆系统提出了一种用分解运动的方法,通过控制系统的重心,防止机械手／车辆系统倾倒的控制方案。给出了系统的控制原理框图,并通过一个自由度车辆上安装两个自由度机械手系统的实验对方案的可行性进行了验证。     

基于PLC控制的变速器搬运机械手系统设计

文章中介绍了一种变速器自动搬运机械手,机械手基于Pl C控制,通过2套伺服驱动单元实现了机械手的水平和竖直方向运动,通过4套气动控制单元实现了机械手的夹紧、旋转、翻转和姿态调整动作,通过触摸屏提供了良好的信息与操作交互,利用PROFIBUS-DP现场总线建立了机械手系统与主装配线系统和试验线系统间的通信。该机械手的成功应用,提高了生产的自动化程度和效率,降低了人力成本,进而提高了产品的市场竞争力。     

初始抓取角度可调节的仿生变掌机械手设计

变掌机械手在一定程度上解决了固定掌机械手存在的抓取范围有限、抓取模式单一等不足，促进了多指机械手的发展。但现有变掌机械手主要采用单一的变位控制或转位控制进行设计，抓取性能仍存在局限性，无法兼顾尺寸适应性和形状适应性。为了解决上述问题，设计了一种初始抓取角度可调节的仿生变掌机械手，在三维设计软件中进行了机械建模，并详细分析了其结构组成。该仿生变掌机械手具有三条模块化手指支链，通过手指支链的变位控制与转位控制实现机械手初始抓取角度的调节，并对变位控制与转位控制的实现过程进行了分析。最后，构态变换仿真结果表明，所设计的仿生变掌机械手能够通过变位控制和转位控制构成不同的抓取构态，利用二指或三指实现对尺寸、形状各异的物体的包络、握持、捏取等抓取模式，增强了变掌机械手对物体尺寸和形状的适应性。     

基于CAN总线控制系统的抓物机械手设计

机械手的研制和生产已成为高技术领域迅速发展起来的一门新兴的技术,要满足当今工业大规模自动化生产线上多机械手的统一协调与控制,必须借助于智能、可靠、灵活的网络总线控制系统。设计旨在通过工业CAN现场总线来组网控制抓物机械手。阐述了基于CAN总线控制系统的抓物机械手总体控制流程和机械手的构成及它的工作原理,并在此基础上设计了由电机控制的二自由度抓物机械手。对CAN总线的特点与结构以及CAN总线接口的设计进行了介绍,最后给出了通过CAN总线控制机械手的硬件连接方案以及控制系统的软件编程内容。该设计具有扩展性强、功能灵活、操作方便、性能稳定等优点。     

Contribution to the design of robotized tele-echography system

This paper introduces the design of a master-slave robotized system for tele-ultrasound application. The objective of these researches is to design the slave manipulator of this system and its control device (master part). The specification process of the architecture kinematic is based on the analysis of expert’s gesture during ultrasound examinations. These studies have been carried out using a motion capture system. The medical gestures were analyzed in terms of ultrasound probe attitude and used in the definition of the kinematics specifications of the proposed manipulator. The Spherical Parallel Mechanism is selected because its characteristics meet the constraint requirements. The optimal synthesis of spherical parallel manipulators is performed using a real-coded Genetic Algorithm based method. Simulations on the actuator responses of the structure allowed us the validate it. In order to control this robot, we have also designed a haptic device that provides easiness to use as well as force feedback. Its orientation control strategy is based on a use of an adaptative kalman filter which efficiency was demonstrated during experimentations.     

基于多Agent可重构机器人控制方法的研究

根据多Agent理论中的协商，合作机制和可重构机器人结构的分布性，将集中式的机器人控制分配到一组关节Agent中，每个Agent控制机器人的一个关节，使用这种分布式方法，得到了一种新的通用机器人控制方法，即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制，该方法可应用于具有不同构型的机器人系统，特别适用于可重构模块化机器人的控制，利用微分运动理论提出了一种新的决策方法，便于Agent之间的合作与协商，仿真实验结果表明该方法是一种可行的机器人控制方法。     

基于PLC和组态王的机械手及其控制系统的设计

根据机械手的工作过程和控制要求,设计了机械手的基本结构,并将西门子S7—200PLC和组态王Kingview6与3应用于机械手的控制系统。通过建立PLC和Kingview6．53之间的通讯,利用组态软件模拟机械手的工作过程。实验表明,由S7—200PLC和Kingview6．53构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高。     

基于 PI 控制策略的生产线搬运机械手电气控制系统设计

机械手运动过程相对复杂,而各机构的运行力量会对机械手控制造成影响,导致机械手电气控制效果较差,为此设计基于 PI 控制策略的生产线搬运机械手电气控制系统。在系统硬件部分,重点设计电源模块、数据存储模块和电机驱动器;在系统软件部分,对生产线搬运机械手进行运动学建模,采用 PI 控制策略建立控制模型,以此实现生产线搬运机械手电气控制。实验结果表明,该系统稳定性较好、运动精度高,并且在各个功能的控制上花费的时间较少,有效提高了机械手电气控制效果。     

三自由度气动冲件拾取机械手的研制

针对小型冲床的冲件拾取,开发研制一种基于气动元件的三自由度机械手。该机械手应用四个两种类型的气缸实现所有的动作,并留有低层的控制接口,使单片机可方便地对其进行控制。该机械手可广泛应用在小型冲锻件拾取,应用效果理想。     

六自由度上料机械手控制系统的设计与测试

为了对自动化生产线上料工位的六自由度机械臂进行控制,在IAP15W4K58S4单片机最小系统的基础上设计了机械臂控制电路,主要包括电源接口电路、程序下载电路和无线信号收发电路.采用模块化程序设计思路,编程实现了A/D转换、串口通信、舵机脉宽调制控制等功能.利用Proteus进行了脉宽调制控制程序仿真,通过正交试验对机械...     

Modeling and control strategy of flexible joint servo system in humanoid manipulator driven by tendon-sheath

The control effect of rotational speed in joints directly affects the motion accuracy of a humanoid manipulator driven by tendon-sheath. The dynamic parameters of the joint have time-varying characteristics due to the posture change of the manipulator. The joint driven by tendon-sheath has a specific torsional stiffness, so flexibility should be considered in the humanoid manipulator’s servo system. The time-varying of the parameters in the servo system and the joint flexibility can cause fluctuation of the output speed. To improve the motion accuracy of the humanoid manipulator, a fuzzy-tuned PI control strategy is used to suppress the instability of the output speed. First, the change law of the inertia on the motor side of the flexible joint is calculated by the dynamics equation of the humanoid manipulator. Next, a mathematical model of the joint is established, and the transfer function from the load speed to the electromagnetic torque is obtained. Furthermore, according to the pole-placement strategy, the fuzzy-tuned PI controller parameters are selected appropriately for the manipulator in different postures. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by numerical simulations and control experiments of the manipulator. The results show that the fuzzy-tuned PI control strategy can significantly reduce the tracking errors and improve the control performance of the manipulator.

     

基于光反馈柔性气动手爪设计与研究

针对传统柔性气动手爪分层制作导致的易损及无闭环反馈等问题,通过低温石蜡与3D打印技术,设计并制作了重量仅为15 g的一体式、低成本柔性手爪,提高了柔性手爪的耐压性能及使用寿命。通过采用光感知反馈算法,实现了柔性手爪的闭环反馈控制,并对不同物品进行了抓取试验。结果表明:建立的光强-弯曲数学模型,不仅具有较高的位置控制精度,同时可对目标物进行准确的尺寸识别,不同尺寸下识别误差率为2%~6.7%,为柔性手爪的低成本闭环反馈控制方式提供了新思路。     

基于自适应滑模控制器的机械臂运动控制方法

由于无法消除机械臂运动过程中存在的高频振动,导致运动控制方法存在跟踪精度低、控制稳定性差和控制性能差等问题。对此,提出一种基于自适应滑膜控制器的机械臂运动控制方法,在机械臂动力学模型的基础上设计非线性观测器,对机械臂控制系统中存在的干扰信号进行观测,设计自适应滑膜控制器对干扰信号进行补偿。将补偿器引入自适应滑膜控制器中,其主要作用是抑制机械臂在运动过程中存在的高频振动,以提高控制稳定性,通过 Lyapunov 函数设计自适应滑膜控制器的总控制律,根据总控制律利用改进后的自适应滑膜控制器完成机械臂的运动控制。实验结果表明,所提方法的跟踪精度高、稳定性好、控制性能高。     

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。