多足爬壁机器人步态规划和运动仿真

在多足机器人地面行走步态规划理论的基础上，就多足机器人爬壁运动的两个重要方面进行了较为系统深入的探讨，并取得一些重要的研究进展。     

轮式爬壁机器人转向稳定性研究

针对四轮爬壁机器人在铅垂壁面上转向失稳的问题展开研究。首先,基于机器人驱动轮与铅垂壁面相互作用的赫兹接触理论,提出了一种机器人摩擦力模型,利用线性积分算法求解出机器人驱动轮转向过程中的纵向摩擦力、横向摩擦力和转向阻力矩;然后,通过机器人动力学建模,推导出转向过程中的驱动力矩关系式,并利用MATLAB仿真得出不同转弯半径、不同磁吸附力和不同负载质量所对应的驱动力矩值随转向角近似呈正弦变化趋势。最后,进行了机器人转向稳定实验,结果显示驱动力矩的实测值与仿真值基本吻合。仿真和实验结果表明,控制转弯半径为0 m、调节磁吸附力为1 000 N和限定最大负载质量为27 kg,能够保证机器人转向稳定,有效解决轮式爬壁机器人转向失稳的问题。研究结果可为四轮爬壁机器人的路径规划和转向稳定性控制提供理论依据。     

爬壁机器人发展现状与关键技术研究综述

目的 随着爬壁机器人技术的发展,为解决其产品应用化问题,对爬壁机器人的研究进展进行梳理、分析和归纳,讨论未来的发展方向,为设计应用于高危环境和特殊场景的爬壁机器人提供思路和参考。方法 将爬壁机器人按移动方式分为履带式、轮式、足式及混合式,通过文献研究法对不同移动方式的爬壁机器人进行综述;将真空吸附、磁吸附、推力吸附等不同吸附方式的爬壁机器人进行对比,介绍了爬壁机器人自适应技术的研究现状及存在问题;总结并分析了爬壁机器人在工业、军事等领域的发展趋势。结论 总结了不同移动方式的爬壁机器人的国内外研究现状,分析了爬壁机器人不同吸附方式的优缺点,归纳预测了爬壁机器人的发展方向。     

激光单目视觉焊缝起始点导引技术

针对弧焊机器人自动化焊接过程中初始焊接位置定位问题,本文提出了一种十字激光单目视觉的两步导引法.首先,找到成像平面上焊缝起始点坐标,以光轴中心为原点,光轴中心与该点的连线为z轴建立新的坐标系,通过求解新旧坐标系之间的旋转矩阵,控制机器人调整摄像机的姿态,使目标点位于摄像机光轴;然后,结合十字激光发生器,控制机器人沿摄像机z轴逐渐向焊缝起始点靠近,直至十字激光交叉点与焊缝起始点重合,即获得焊缝起始点的三维坐标,将该坐标反馈给机器人,控制焊枪运动至焊缝起始点.试验结果表明,该方法能够在保证焊接精确度的情况下实现对焊缝起始点导引.     

喷砂、喷漆、测量用磁吸附爬壁机器人

介绍了一种新研制开发的限带式磁吸附爬壁机器人,主要用于石化企业中对各类金属储罐作防腐维护使用,阐述了该机器人的结构,磁块的设计以及控制系统的组成,并简要介绍了该机器人的一些应用,开发了适于高层检测的涂层厚度自动检测系统。     

基于爬壁机器人的EH36船用高强钢立焊工艺研究

目的 研究在爬壁机器人平台上进行EH36船用高强钢立焊的可行性及工艺参数。方法 通过在实验室搭建焊接实验平台来模拟EH36船用高强钢的实际焊接场景;在轮式爬壁机器人WRobot-50平台上进行船用EH36高强钢的立焊实验;对不同参数下的试样进行宏观形貌、微观组织及相关力学性能分析。结果 在电流为160 A、电压为24.5 V、焊接速度为0.6 m/min下,可以得到外观成形及微观组织都没有缺陷的立焊焊缝,其中焊缝的硬度较母材提高了约30%,屈服强度较母材约提高了4.3%,抗拉强度较母材约提高了9.0%。结论 爬壁机器人完全适用于船用EH36高强钢的立焊工艺,并且可以应用到船舶、石化等大型钢结构件的焊接工作中。     

具有全方位移动功能的爬壁机构研究

最新研制的负压吸附单吸盘爬壁机构可携带１５Ｋｇ的负载，在曲率不大于１／３的弧形壁面上以０一２ｍ／ｍｉｎ的速度进行全方位移动，并能越过３一４ｍｍ高的凸起焊缝。它运动灵活，应用前景广泛。     

具有全方位移动功能的爬壁机构研究：1994年7月23日收到

最新研制的负压吸附单吸盘爬壁机的可推带１５ｋｇ的负荷在曲率不大于１／３的弧形壁面上以０－２ｍ／ｍｉｎ的速度进行全方位移动，并能越过３－４ｍｍ高的凸起焊缝。它运动灵活，应用前景广阔。     

轮腿式爬壁机器人的永磁吸附装置设计与优化

目前,我国石油化工储罐的除锈、喷漆和检测等维护作业通常采用人工方式完成,工作效率低且具有危险性。爬壁机器人能够代替人工完成上述维护工作,但其常采用的接触式永磁吸附方式会影响其越障作业。为此,针对具有越障能力的轮腿式爬壁机器人,提出一种提高其永磁吸附装置吸附能力的设计与优化方法。首先,基于轮腿式爬壁机器人的越障原理以及永磁吸附原理,提出了4种非接触式永磁吸附装置设计方案,并利用Ansoft Maxwell软件对永磁吸附装置进行了二维静态磁场仿真分析,获得了其最优结构。然后,通过受力分析确定了影响永磁吸附装置磁吸附力的结构参数。最后,基于控制变量法原理,通过仿真分析了永磁吸附装置和钢制壁面的结构参数对磁吸附力的影响,并确定了各结构参数的最优值。结果表明:当钢制壁面半径为5~7 m时,相邻永磁吸附单元间隙及永磁吸附单元数量对磁吸附力的影响较大;当相邻永磁吸附单元间隙为2~4 mm及永磁吸附单元数量为3~5个时,磁吸附力利用率较高。一定条件下的实验验证了优化结果的准确性,优化后永磁吸附装置磁吸附力的实测值比仿真值平均约高16.45%,其可有效保证轮腿式爬壁机器人在石油化工储罐等的钢制壁面上稳定运动。研究结果可为磁吸附装置的结构设计与优化提供参考。     

储罐检测爬壁机器人全遍历路径规划

针对爬壁机器人难以在储罐外壁实现全遍历检测的问题,提出了一种基于滚动窗口的优先级启发式路径规划算法。在滚动的可视窗口内基于栅格地图进行环境建模,利用优先级启发式算法在滚动的规划窗口内实现对遍历路径的搜索;针对环境中存在U型障碍物的情况,进行了U型障碍物识别和U型障碍物区域直接填充;当机器人陷入死区时,采用死区逃离算法使机器人顺利逃离死区。仿真结果表明,该路径规划方法能指导爬壁机器人在未知储罐外壁环境的情况下实现高效全遍历。研究结果对提高爬壁机器人在储罐外壁的遍历效率具有一定的理论和工程意义。     

壁面爬行遥控检查机器人计算机控制系统研究

介绍了壁面爬行遥控检查机器人计算机控制系统，该系统采用两级计算机结构、主、从计算机之间的通讯通过光缆来实现，而且通过光缆实现了数据信号，视频信号，音频信号的混合传输。所设计的主计算机与从计算机之间的通讯协议，能够实现数据通讯的自动同步和自动纠错。     

基于输送带及视觉跟踪的机器人分拣包装工作站仿真

目的 提高分拣包装工作站的生产效率和柔性,并探索在早期设计阶段利用虚拟仿真技术进行验证。方法 以某食品公司巧克力饼干产品的生产为例,提出结合输送带跟踪和视觉识别技术搭建分拣包装仿真工作站。在ABB公司离线编程与仿真软件Robotstudio开发环境下,首先对相关设备进行了三维建模,并根据任务要求完成工作站的空间布局。其次,需要完成输送带创建、动态Smart组件设计、工作站逻辑连接、输送带跟踪功能启用、相机数据记录和机器人控制程序编写。最后,分析工作站结构得到生产节拍的参数设定公式。结果 仿真工作站实现了对持续移动输送带上杂乱摆放物料的动态跟踪分拣装盒,能依据理论计算方式调节参数满足生产节拍的需求。结论 工作站达到了预期功能目标,可以为各行各业里以机器人为中心的分拣包装系统高效、柔性生产研究提供参考与借鉴。     

基于原型的AD辅助机器人视觉形象特征研究

目的 为满足老年阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)患者在居家条件下的认知刺激训练和日常护理需求,从原型理论角度探讨AD辅助机器人的视觉形象特征并进行设计实践。方法 根据原型的选择原则,确定原型样本并构建典型任务情景;通过意象词汇收集和添加关键帧截取动作参数的方式,分别获取原型的静态特征与动态特征;构建AD辅助机器人视觉形象特征变量层级,将原型特征映射至AD辅助机器人;根据映射结果对AD辅助机器人视觉形象进行创新设计。结论 基于原型理论和视觉形象特征层级,提出了构建AD辅助机器人视觉形象特征的设计方法,运用感性意象和特征变量的映射关系进行设计实践并得到验证,为实现老年AD患者居家养老的辅助机器人设计提供了有效参考和新方向。     

新型壁面清洗机器人的控制系统

新型壁面清洗机器人是在原有的瓷砖壁面清洗机器人（I型）基础上研制开发出的专为清洗高楼玻璃幕墙的自动化清洗设备,作者从遥控方式,电机驱动,姿态控制等几个方面进行了新型机器人控制系统的小型化创新设计,使机器人的操作变得简单易行。     

基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统

目的 为实现快递交叉带分拣机的自动供包,设计一款基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统。方法 将堆叠快递包裹RGB图像和深度图多模态信息送入全卷积残差网络模型进行识别,经过模型后处理、抓取策略设计、模型训练与部署,实现快递包裹抓取区域精确识别;结合包裹姿态估计,控制机械臂完成快递包裹的抓取和搬运。结果 实验证明,文中提出的视觉识别方法实现了快递包裹抓取区域的精确识别,测试准确率达到了95.73%。结论 基于该方法构建的快递包裹机械臂视觉抓取系统,可以完成快递交叉带分拣机的自动供包操作。     

Design of an Intelligent Robotic Excavator Based on Binocular Visual Recognition Technique

Research on intelligent and robotic excavator has become a focus both at home and abroad, and this type of excavator becomes more and more important in application. In this paper, we developed a control system which can make the intelligent robotic excavator perform excavating operation autonomously. It can recognize the excavating targets by itself, program the operation automatically based on the original parameter, and finish all the tasks. Experimental results indicate the validity in real-time performa...     

工业协作机器人研究热点及可视化分析

目的 从学术文献的角度梳理、分析和归纳国内外工业协作机器人从1996年至2022年的研究发展历程、热点演化及研究趋势,为研究和创新提供参考。方法 采用CiteSpace软件,分别选取国际Web of Science核心合集数据库和中国知网CNKI数据库的文献样本,对协作机器人的发文量时空分布、     

高精度视觉光电多指节机器人中的零点归位新方法

提出了一种自动选择最优路径的高精度的机器人归零新方法,制作了高精度视觉光电多指节机器人系统。该归零方法的基本原理是根据机器人的停放点相对于零位接近开关的位置自动选择最近的归零路径,以零位接近开关和编码器Z信号共同判断最终零点。现场应用实验结果表明:项目组的视觉光电多指节机器人1轴臂长350mm,可操作范围220?;2轴臂长250mm,可操作范围300°;3轴臂长150mm;4轴360°自由转动。该机器人系统目前已成功应用于工件上下料和码垛作业中,系统运行稳定,点重复精度达0.02mm,除归零外的水平联动速度达到5.2m/s。采用本文的归零新方法,各轴归零时间均在10s内,归零误差均在2个脉冲数以内。据我们所知,该方法国内、外未见报道,也未见实际应用案例。     

包装码垛机器人嵌入式控制系统设计

目的为了提高码垛机器人运行精度,改善控制系统的通用性,以确保包装物品的生产效率。方法在分析包装码垛机器人基本结构和工作流程的基础上,基于ARM设计一种码垛机器人控制系统,同时提出一种Hough-链码视觉识别算法,用于提高码垛精度、满足视觉功能需求。通过原点定位实验和重复定位实验验证所述控制系统的有效性。结果实验结果表明,包装码垛机器人定位精度较高,其中原点定位误差小于0.20 mm,重复定位误差小于0.8 mm,完全满足设计要求。结论该控制系统能够满足实际作业需求,对于提升包装效率、降低成本具有一定意义。