基于IGPS和麦克纳姆轮的AGV导航控制系统设计

目前常规使用的舵轮和差速轮自动导引车（automated guided vehicle,AGV）的精度和灵活性低,无法满足在大型高端产品装配过程中精确定位和导航的要求。为了进一步提高AGV的导航精度和柔性,提出了一种基于IGPS （indoor global positioning system,室内全球定位系统）和麦克纳姆轮的AGV高精度导航控制系统。首先通过IGPS高精度定位和坐标计算获取IGPS接收器的位置坐标,其次采用车体中心提取算法和坐标转换矩阵实现接收器坐标位置到车体中心坐标的转换,最后通过对全向移动AGV的建模,采用模糊PI控制方法对AGV的路径偏差进行纠正,实现AGV的精确定位和循迹导航。利用Simulink对模糊PI控制和传统PI控制进行仿真分析,结果表明,相对于传统PI控制,模糊PI控制响应速度快,调整曲线更平滑。同时,在基于IGPS的AGV试验平台进行试验,采用激光跟踪仪对AGV重复定位位置进行测量,结果显示定位精度达到±0.2 mm。研究结果对提高AGV的高精度定位能力具有借鉴意义,也为后续可移动机器人加工模式的研究提供参考。     

全向移动机器人驱动轮同步转向机构设计

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的驱动轮同步转向能力差的问题,设计了驱动轮同步转向机构。首先,基于虚拟样机技术分析了该同步转向机构的工作原理,并将它应用于轮式全向移动机器人。然后,利用运动学原理对加入同步转向机构机器人进行运动学分析,得到了电机输入转速与驱动轮转向速度之间的关系。最后,根据系统结构参数研制了一款主要应用于工厂物料搬运工作的产品样机并进行实验验证。机器人横向移动实验结果表明,该机器人可以通过不同方式进行全向移动,验证了该机器人的全向移动功能。研究表明同步转向机构的应用降低了轮式全向移动机器人控制难度,实现了机器人高速、高精度、高稳定性全向移动。     

基于模型设计方法的混合磁悬浮平台的控制设计及实现

基于模型的设计方法,利用Matlab/Simulink对磁悬浮系统进行浮点数字PID控制仿真,并结合定点控制器DSP2812,实现系统控制的快速构建,达到系统模型及控制设计、系统仿真和硬件实现的无缝集成,从而加速控制系统的快速开发.首先,在Matlab/Simulink环境中建立系统控制模型,并利用其自带的定点工具箱对数字控制器进行定点化处理,建立可以移植的带有数字平均滤波的Simulink代码模型.再通过RTDX功能进行算法的调试与验证,并进行代码模型的优化.最终自动生成可靠的C代码到控制器来实现对混合磁悬浮平台的控制,实现在模型仿真和系统实施的集成和统一.并由实物进行了验证．     

全向移动机器人驱动万向轮的设计与实现

全向移动机器人使用无解耦机构的驱动万向轮在转向时会派生出额外的滚轮滚动输出,这会导致运动的不稳定以及增加控制算法复杂性.为了解决驱动万向轮转向运动与驱动运动之间的耦合问题,通过在驱动万向轮内加入差速行星齿轮机构,合理地设置该行星齿轮组的输出传动比,可以将转向时的派生滚动输出从转向运动中解耦,实现了对机器人运动的精确控制,提高了机器人运动平稳性.最后通过对机器人进行运动学分析,得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系,验证了机器人的全向移动功能,并为机器人运动控制提供了依据.     

一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的设计与分析

移动并联机构的结构和运动模式对其移动性能的影响较大,而传统移动并联机构无法通过切换运动模式来适应复杂的地形环境。为提高移动并联机构的地形适应能力,以平面开/闭链6R（转动副）机构为基本单元,设计了一种可重构的空间开/闭链6R移动并联机构。通过控制单环6R机构的打开与闭合,该可重构移动并联机构可实现3种运动模式。其中,折叠模式时用于携带与储运;足式越障模式时可通过调节转动副角度来适应地面行走;滚动模式时可通过杆件的交替铺展支撑来实现在平面、凹凸或松软地面上的滚动。通过对可重构的空间开/闭链6R移动并联机构进行自由度分析和驱动配置,建立了该机构的运动学模型,并对其足式越障性能以及滚动模式在多种地形下的可行性进行分析。最后通过仿真分析来验证该机构的结构设计及其运动学模型的正确性。结果表明,可重构的空间开/闭链6R移动并联机构的3种运动模式均具有可行性和有效性,其稳定性和环境适应能力较为优良。研究结果为可重构移动机构的设计提供了参考。     

基于计量自动化的主站移动监控平台研究

电力计量自动化系统是计量设备运行监控和现场运维的重要支撑工具。该文在计量系统主站运行监控与维护功能基础上,设计基于主站系统的移动监控与运维辅助平台,介绍其总体功能架构,并提出具体物理架构实现方式和应用功能模块。基于主站系统采集的现场终端、表计状态及业务数据,利用信息化作业工具及手段,实时、全面监控设备运行状况,辅助现场运维作业,实现计量系统现场运行维护的智能化、移动化和便捷化辅助支撑工具。     

基于ROS的轮式移动机器人系统研究

本文目标旨在对一个基于ROS的移动机器人系统进行研究,利用ROS机器人操作系统来完成软件框架的功能实现。利用激光雷达传感器完成室内的地图构建和导航,这是一个具有实际应用价值的移动机器人平台,提供了一个标准的开放的移动机器人研究平台。     

基于全向移动模型的Gmapping算法

随着机器人的快速发展,室内移动机器人也得到了广泛的应用,迫切需要一种能够准确实现室内同步定位与地图构建的方法。同时针对室内狭窄拥挤和障碍物多现的环境,传统差分驱动机器人并不适合,针对上述问题,本文提出了基于全向移动平台的Gmapping算法,实验证实,所提出的算法具有更优的性能。     

纳米材料

<正>美成功研发能在动物体内移动且具有自毁功能的纳米机器人美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的一个团队日前发布新闻公报说,他们开发出一种能在动物体内移动且具有自毁功能的纳米机器人,只有20μm长,通过它能够实现药物的精准投送。研究人员介绍说,这个机器人由高分子材料制成,外层镀锌,当它进入动物胃部时,锌就会与胃酸发生反应,产生氢气泡,从而推动机器人在胃部前行。更为安全的设计是,这种机器人在完成任务后还会自动销毁,不会有任何残留物。(新华社)     

基于有限和瞬时旋量理论的Exechon并联机器人运动学分析

运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw, FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。     

轮式移动机器人自主导航计量评价现状

自主导航是评价轮式移动机器人智能化程度的核心指标,但是目前轮式移动机器人自主导航性能的计量评价仍处于起步阶段,计量评价指标体系和评价方法严重缺失.本文介绍了现有轮式移动机器人自主导航的架构及路径规划算法,分析了轮式移动机器人自主导航的性能指标,归纳国内外轮式移动机器人自主导航计量评价领域的研究现状.在此基础上,总结轮式...     

Architecture and Software Design for a Service Robot in an Elderly-Care Scenario

Systems for ambient assisted living(AAL) that integrate service robots with sensor networks and user monitoring can help elderly people with their daily activities, allowing them to stay in their homes and live active lives for as long as possible. In this paper, we outline the AAL system currently developed in the European project Robot-Era, and describe the engineering aspects and the serviceoriented software architecture of the domestic robot, a service robot with advanced manipulation capabilities. Based on the robot operating system(ROS) middleware, our software integrates a large set of advanced algorithms for navigation, perception, and manipulation. In tests with real end users, the performance and acceptability of the platform are evaluated.     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

壁面自动清洗机器人研制

阐述了研制用于高楼外墙壁面自动清洗作业的壁面自动清洗机器人过程中所涉及的各单元技术及其集成，该壁面自动清洗机器人由移动机构，吸附装置，清洗装置，机电控制和安全辅助设施等几个部分组成。     

电力隧道自动巡检机器人设计与运动仿真

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题,设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作,并具备越障、避障能力;具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先,基于总体功能需求,提出了巡检机器人各模块的具体形式,并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后,基于虚拟样机技术,在ADAMS (automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件中建立电力隧道运行环境,并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构,以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明,母机结构优化后,巡检机器人能够平稳运行,传感器平台的抖动幅度在5 mm内,且搭载的各传感器均能正常工作,验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。     

Development of a telepresence robot with adaptive shared controller

ABSTRACT

This study presents the design and control of a telepresence robot based on an omnidirectional mobile platform. A personal computer is used as a user interface for communication via internet to a laptop computer placed on the mobile platform. The laptop computer receives user’s commands to control the mobile robot. Collisions of robot with obstacle can still occur during remote controlling because of the limitation of a fixed camera on the robot and/or internet latency. We first use an artificial potential field to prevent these collisions, and then design an adaptive shared controller (ASC) to improve the performance. This ASC method modulates the weights of human control and assistance control online not only according to environmental factors, but also based on the user’s control performance. Meanwhile, we use the iterated closest point (ICP) algorithm to build a map for providing user functional reference. The experimental results show that ASC is efficient in both obstacle avoidance and user workload reduction.     

Robotics in order picking: evaluating warehouse layouts for pick,place, and transport vehicle routing systems

Motivated by recent technological advances in mobile robotics, this paper explores a novel approach for warehouse order picking. In particular, this work considers two types of commercially available mobile robots – one that can grasp items from a shelf (a picker) and another (a transporter) that can quickly deliver all items from the pick list to the packing station. A new vehicle routing problem is defined which seeks to minimise the time to deliver all items from a pick list to the packing station, a problem termed the pick, place, and transport vehicle routing problem. A mixed integer linear programming formulation is developed to answer three related research questions. First, what combination of picker and transport robots is required to obtain performance exceeding traditional human-based picking operations? Second, how should the composition of the robot fleet be altered to affect the greatest performance improvements? Finally, what are the impacts of warehouse layout designs when coordinated mobile robots are deployed? An extensive numerical analysis reveals that, (1) increasing the number of cross aisles decreases system performance; (2) centrally located packing stations improve system performance; and (3) the average distance from each pick location to the packing station and the average distance between pick locations are effective metrics for identifying specific fleet modifications that are likely to yield system improvements.     

Tracking and localization for omni-directional mobile industrial robot using reflectors

In this paper, an improved tracking and localization algorithm of an omni-directional mobile industrial robot is proposed to meet the high positional accuracy requirement, improve the robot's repeatability positioning precision in the traditional trilateral algorithm, and solve the problem of pose lost in the moving process. Laser sensors are used to identify the reflectors, and by associating the reflectors identified at a particular time with the reflectors at a previous time, an optimal triangular positioning method is applied to realize the positioning and tracking of the robot. The experimental results show that positioning accuracy can be satisfied, and the repeatability and anti-jamming ability of the omni-directional mobile industrial robot will be greatly improved via this algorithm. The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-018-0216-y     

移动机器人运动规划研究综述

机器人运动规划是移动机器人导航的核心技术之一。40多年来，运动规划技术发展迅速，涌现出了许多规划算法，但因为环境描述方式差异巨大，技术差别大，实验比较难度较大。在总结机器人发展史上具有典型意义的规划算法的基础上，提出了路径规划算法的评价标准和形式化描述方式，介绍了每种算法的原理或技术，从搜索策略和环境建模的角度将它们分为四大类，分别是基于自由空间几何构造的规划算法、前向图搜索算法、基于随机采样的运动规划算法以及智能化规划算法，并按照提出的标准比较它们的性能。