主从遥操作机械手工作空间覆盖控制策略研究

针对遥操作机器人主控制器工作空间过小和主从手工作空间不匹配的问题,提出一种区域覆盖思路。将主控制器工作空间与从机械手工作空间一一对应的映射关系转换成主手工作空间多次区域映射的关系,通过多次建立主从手的连接,达到区域覆盖的目的。同时为了更好地控制从机械手末端的姿态,设计一种相对运动姿态控制方法,将传递给机械手的绝对姿态坐标替换成姿态运动信息,以达到相对姿态控制目的。最后,进行仿真分析和试验验证。结果表明：该方法能够实现工作空间完美覆盖,主手能够有效地控制从手运动。     

主从式遥操作配网带电作业机器人研究

针对配网环境差、供电范围大、事故率高且检修困难等特点,对主从式遥操作配网带电作业机器人进行了研究,主要包括对总体设计方案、移动绝缘升降机构、机器人高空作业平台、人机操作交互控制系统的研究,并进行了试验验证,结果表明:主从式遥操作配网带电作业机器人能够完成断接引流线、除枝、清除异物等带电作业任务。     

基于神经网络的遥操作工程机器人力觉反馈技术

提出基于神经网络模型的摇操作主从式工程机器人的力觉反馈技术原理。首先根据机器人从动手机构的空载动力学特性,离线建立了空载神经网络模型,然后依此模型在线辨识空载驱动力以间接提取负载力。该方法可提高力觉反馈的准确性和同步精度,实验结果验证了其有效性。     

基于虚拟现实的主-从遥操作系统研究

为研究力觉临场感系统遥操作机器人系统不可避免地存在的通讯时延问题,开发一套基于虚拟现实机器人临场感系统。介绍该系统的体系结构、几何实体建模、人机接口技术等,并对采用图形仿真技术来解决遥操作过程中的时延问题进行探讨,通过实验验证采用图形机器人来干预现实机器人运动的可行性。     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

基于广域网的遥操作工程机器人神经网络控制

针对在广域网环境下因较大网络时延造成遥操作工程机器人系统操作性能下降甚至系统不稳定的问题,提出一种神经网络控制方法。借助于广域网模拟器,在局域网环境下进行了不同网络时延下的位置阶跃响应和稳态跟踪实验研究。结果表明:与常规PID控制方法相比,该方法具有更好的动态和稳态特性,对网络时延具有较好的适应性和鲁棒性。研究结果对提高广域网环境下的遥操作工程机器人系统的操作性能具有指导意义。     

基于无线通信网络的遥操作工程机器人模糊控制

针对无线通信网络时延造成遥操作工程机器人系统操作性能下降甚至不稳定问题,设计了遥操作工程机器人无线通信系统、控制系统结构和模糊控制器。利用广域网模拟器,对不同网络时延下机器人抓手机构的位置阶跃响应和正弦轨迹跟踪特性进行了实验研究。结果表明:与传统PID控制器相比,该模糊控制器具有更好的稳态和动态特性,对网络时延具有更好的适应性和鲁棒性。研究结果对提高无线通信网络环境下的遥操作工程机器人系统的操作性能具有指导意义。     

遥操作机器人力反馈双向伺服控制策略研究

针对并行机构的力反馈双向液压伺服控制中所存在的反馈力冲击大及位置跟随差的问题,提出一种以主、从手之间的力信号作为从动端控制信号,位置信号形成主手控制量的新型力觉反馈控制算法。应用阀控液压缸和力传感器构成液压力伺服控制器,构建力反馈双向伺服控制试验系统。在空载、抓轮胎和抓石块3种负载情况下,分别进行了力、位置跟随性能实验。实验结果表明:该力反馈控制方法既能保证从手对主手的位置跟随精度,又能使主手准确连续地跟随从手受力情况,明显改善了主-从控制系统的操纵性能,操作者能够获得真实的力觉临场感,提高了力反馈透明性。     

应用于虚拟现实和机器人的触觉传感技术

随着虚拟现实技术和机器人技术的飞速发展,作为一种重要的人机接口方式,触觉传感技术得到了越来越多的重视和研究.本文作者对触觉传感技术的基本概念、分类、工作原理、研究现状和发展方向进行了系统的介绍.     

基于姿态辨识的遥操作液压工程机器人视觉提示

针对遥操作液压工程机器人视频传输时延问题,提出一种基于姿态辨识的遥操作液压工程机器人视觉提示方法.利用摄像机获取遥操作液压工程机器人图像,通过关键点识别堆叠沙漏网络(KPR-SHN)模型和姿态辨识神经网络(AR-NN)模型,获取遥操作液压工程机器人液压缸的位移,依此驱动虚拟工程机器人实现对操作者的视觉提示.实验结果表明...     

虚拟现实技术中力／触觉反馈的研究现状

介绍了力/触觉反馈设备和力觉、触觉生成与反馈算法的国内外研究现状,根据对虚拟环境中力觉、触觉反馈的要求以及当前的研究现状,提出了力/触觉反馈设备和力觉、触觉生成与反馈算法的发展趋势.     

具有不确定性的主从机械手自适应模糊控制

针对具有不确定性且存在执行器未知约束的遥操作机器人系统,研究自适应模糊轨迹跟踪控制方案。该方案无需精确建立机器人遥操作系统的动力学模型,也不需要测量机械臂末端的运动参数与末端受到的外力。通过自适应模糊系统逼近未知的机器人动力学模型,利用运动学参数线性化特性构建预估机器人雅可比矩阵,辅以参数更新律实现跟踪目标的近似表示。此外,通过采用Nussbaum函数处理执行器受到的输入约束实现输入约束补偿。针对遥操作机器人系统主从端受到的相互作用力,借助自适应模糊系统,在控制律中添加模糊项实现对相互作用力的逼近,从而实现更为稳定、精确的轨迹跟踪。通过李亚普诺夫稳定性理论证明了闭环动力学系统是有界的,且位置误差收敛于零,仿真试验进一步证明了理论方案的有效性。     

Haptic Environment for Designing Human Interface of Virtual Mechanical Products

For efficient and high-quality design of mechanical products, it is now possible to use virtual product models as a basis for functional simulation and verification. However it is not easy to evaluate human operational interfaces of such virtual products only by graphical interfaces. In this paper, a method is proposed to simulate human operational interfaces by use of generic haptic devices. Based on behavioural simulation of virtual product models, appropriate information for haptic interaction is generated, and machine operational interfaces are simulated by use of generic haptic devices. For evaluating the effectiveness of the proposed method, assessment of virtual mechanical switching operations has been performed.     

粘性阻尼系数的动态测试法

提出了一种新的测定液压控制系统中粘性阻尼系数的方法，具有方便、快捷、精度高的特点，尤其重要的是粘性阻尼系数的测试精度受测试仪器精度高低的影响限制小，具有一定的实用价值。     

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。     

基于误差预处理的液压系统反馈线性化控制

针对液压系统的强非线性、参数时变特性,提出一种基于误差预处理的反馈线性化自适应控制器。采用RBF神经网络对液压系统进行辨识与建模;为了实现快速高精度的位置输出,对误差进行预处理,调节误差增益,使其增益能够随误差变化而变化,实现:小误差时大增益,加快响应速度,提高控制精度;大误差时小增益,防止系统超调。基于误差预处理,利用反馈线性化方法,设计了控制器及自适应律。仿真结果表明:在反馈线性化结合误差预处理的作用下,系统的响应速度及控制精度均优于反馈线性化控制。