容差柔顺手的设计与研究

分析了机器人手爪刚度对轴孔装配作业中装配力的影响,在此基础上设计了一种原理和结构全新的柔顺装配装置一容差柔顺手,并在ＰＵＭＡ－２６２机器人上,完成了精密配合轴孔的装配作业。     

语言识别机器人控制系统设计

针对凌阳SPCE061A单片机在语音处理方面的优势,设计完成了一个基于SPCE061A的语音识别机器人控制系统。在经过训练后使机器人可根据训练人的命令完成一系列趣味动作。     

柔索电动帆航天器自旋展开动力学建模与分析

电帆柔索动力系统以太阳风动压为动力源是一种颇具前景的无工质推进方式,由末端质量在自旋运动中产生的离心力带动展开。由于大变形、大转动柔索具有较强的几何、材料非线性,刚体运动与变形之间出现强耦合等特性,为了对柔索电帆展开过程中的整体姿态变化进行准确模拟仿真,本文采用基于有限段离散化方法建立了多刚体加柔性连接的柔索模型,实现了电帆柔索展开机构的柔性体建模。针对不同驱动展开角速度以及末端质量的情况,本文通过分析柔索伸长速率、末端运动相位、绳内张紧力等的变化特点,分析展开过程中柔索动态特性及影响因素。其中驱动角速度影响展开速率以及柔索运动相位的变化,末端随半径的增加产生的离心力也越大,可能使柔索出现反向缠绕的现象;对更大长细比的柔索,增加末端质量能够增加电帆自旋展开的稳定性。本文的研究能够为柔索电帆机构设计、柔索展开控制及帆面保持提供有效的理论参考。     

220kV 高压电力极端环境下带电作业 机器人控制方法研究

针对高压电缆极端环境下的大柔索输电导线、高空随机风载荷、高压输电线路超强电磁场干扰对于机器人控制的影响机制进行了探索研究,建立了大柔索输电导线和风载荷作用下机器人的控制模型,分析了高压输电线路的电磁场的基本特性,构建了机器人进出强电磁场的等效电路模型,通过对大柔性、风载荷、超强电磁场三种主要极端环境进行了有效的信息融合,并设计了相应的机器人控制算法,最后,通过仿真实验和现场作业试验验证了算法的有效性和工程实用性,与常规控制算法相比,该方法能够有效抑制大柔性强电磁输电线路及风载荷对于机器人运动控制的影响,机器人位姿检测与作业控制得到了进一步优化,机器人对于高压电力极端作业环境的自适应能力得到了进一步加强。     

基于构型选优决策的冗余度机器人避障研究

为了使冗余度机器人在障碍物环境下更好地完成末端操作任务,首先提出了一种新的基于构型选优决策的避障策略,它在保证避障和完成末端任务的同时使机器人的综合性能指标更优,然后利用3R-2P机器人的仿真及实验研究证明了所提方法的可行性.     

异类细胞单元构型策略与装配研究

针对空间设施建设的问题,基于机器人系统的多层次理论,设计了四种空间桁架在轨组装机器人的异类细胞单元模块,构建了满足于空间桁架在轨组装的多种机器人构型方案.对多种空间桁架在轨组装机器人构型进行了运动学仿真分析,得到机器人在桁架组装过程中,其关节旋转运动和装配运动的相关轨迹曲线,搭建了机器人的运动学实验平台,分析实验产生误...     

一种柔索并联机器人的可达工作空间分析与刚度评价

大射电望远镜（LT）馈源柔索支撑系统可视为一种柔索并联机器人（WDPR）,基于馈源柔索支撑系统的非线性力学模型，引入张力、球铰和索长约束条件，确定了WDPR的可达工作空间．进而，借助于有限元分析方法,利用静刚度阵的最小奇异值来评价该机器人的刚度性能．通过对LT50m WDPR缩尺模型的空间运动数值仿真，绘制了三维可达工作空间图形及刚度曲面，分析结果表明．张力约束条件对LT可达工作空间影响最大，WDPR机器人与Stewart平台的刚度有明显差异．     

完全各向同性解耦2T2R型并联机器人构型综合

为得到完全各向同性解耦并联机器人构型,基于GF集理论提出一种简单而有效的构型综合方法.阐述GF集的基本概念、运算法则以及转动特征存在条件;给出机构输入运动副选择原则和分支设计准则,确保了并联机构运动各向同性及解耦性;根据该构型综合原理,完成2T2R四自由度完全各向同性解耦并联机构型综合,得到大量新构型;针对所综合的一种新型并联解耦机构,基于螺旋理论求得该机构运动输出,通过求解到的雅克比矩阵,验证该机构的完全各向同性,证明了该构型方法的有效性.     

面向任务的可重构模块化机器人构型设计

为解决可重构模块化机器人在应用时如何找到合适的构型来满足特定任务的问题,提出一种面向任务的可重构模块化机器人构型多目标优化方法．讨论该模块化机器人系统的基本结构,包括主要的模块和控制系统的组成结构;在任务描述的基础上,给出模块化机器人构型设计的优化模型和流程;针对特定的攀爬任务和操作任务,对模块化机器人的构型进行优化设计．仿真验证了该方法的可行性和有效性．该方法具有面向任务和多目标优化等特点,涵盖了自由度、可达性、耗能等多方面的性能优化,适用于模块化机器人的构型设计．     

压脚压紧力作用下的机器人变形预测和补偿

针对工业机器人在压脚压紧力作用下由于结构变形所引起的压脚沿工件表面滑移的问题,提出压脚约束下的机器人刚度模型,并基于该模型对机器人变形进行预测和补偿,以提高机器人制孔的定位精度. 基于改进的Denavit-Hartenberg方法建立机器人运动学模型;在此基础上,通过研究机器人末端平移变形与压脚压紧力之间的相互耦合关系,建立压脚约束下的机器人刚度模型,通过基于L-M算法的关节刚度辨识实验获得机器人6个关节刚度的具体数值;应用该刚度模型预测一定压脚压紧力作用下不同孔位的机器人末端平移变形,并对理论孔位信息进行离线补偿. 试验结果表明,在采用上述方法补偿机器人滑移变形后,机器人制孔的平均位置误差由原先的0.22 mm降低到0.05 mm,满足机器人自动化制孔定位精度要求.     

基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件...     

六自由度装配机器人的动态柔顺性控制

为了提升工业机器人装配的精确性与柔顺性,提出适合工业六自由度装配机器人的动态柔顺性控制策略,使之不仅能够实现快速高精度的参考轨迹跟踪,而且能够动态地切换到工件装配时的接触力控制,并能够保持良好的柔顺性接触力.构建机器人关节空间的标准动力学模型,并变换到末端执行器操作空间,获得操作空间的动态特性.给出该控制策略,主要包含参考轨迹给定模块、内环的轨迹跟踪控制器以及动力学参数辨识模块等.采用滑模算法设计轨迹跟踪控制器;采用阻抗滤波器,生成装配作业时末端执行器的期望运动轨迹;采用sigmoid函数设计轨迹跟踪与接触力控制的判别模块;采用最小二乘算法,设计动力学参数辨识模块.采用Lyapunov函数证明了该控制策略的大范围渐进稳定性和收敛性.基于装配实验台上进行现场装配和动态轨迹跟踪的对比性仿真实验研究.仿真实验结果表明：与典型的比例微分（PD）控制相比,动态柔顺性控制能够在较宽广的范围内实现更精确的空间轨迹跟踪和接触力柔性控制,平均相对误差可以有效地控制在-4%到+4%之内.     

基于力/位混合控制的工业机器人精密轴孔装配

为了研究工业机器人在高精密装配领域的应用,针对高精密装配中典型的轴孔装配问题,提出精密轴孔装配流程以及新的力/位混合控制策略实现方式：装配流程包括搜孔、插入、完成3个阶段;新的力/位混合控制策略是基于伺服速度环实现,与传统基于伺服位置环实现的力控制系统相比较具有更大的系统带宽,控制系统结构简单,方便实现,也可以把速度信号进行积分,转化为伺服位置环控制的实现方式,开展仿真和实验以验证方法的有效性,仿真结果表明,基于速度环实现的力控制能够更好地跟踪更高频率的正弦给定信号,具有较好的力跟踪性能.实验采用工业机器人大臂减速机的装配,实验结果表明,采用力/位混合控制方法和螺旋搜孔的方式能够顺利地找到装配孔,很好地完成轴孔装配作业.     

上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。针对多数上肢康复机器人将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,或者缺乏三维个性轨迹的光滑优化以及训练过程中的安全柔顺交互的问题。本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯-普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。用非均匀有理B样条曲线(NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于RBF网络的滑模自适应以及速度前馈加PID的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳-阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证较大人机交互力时的安全。结果表明定制机器人末端轨迹的拖动力在5N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6mm内;模式切换在0.3s内响应并顺应较大交互力而提高训练的安全性。     

面向医院病房巡视的机器人图像采集与传输系统

针对医院病房巡视机器人对图像信息采集及传输的要求,设计并实现了一种基于无线局域网的图像采集及传输系统。为了降低机器人的计算负担,提出了一种嵌入式设备与工控机相结合的方法,嵌入式设备负责图像采集、压缩,工控机负责图像传输。采用JPEG图像压缩算法,有效地减少了网络带宽的使用。设计了一种基于UDP的网络通讯协议,使图像在无线局域网中快速、稳定的传输。利用多线程技术,改进并行传输图像的方式,提高了图像传输的实时性。实验结果表明:该系统工作稳定、实时性好,能够满足巡视机器人病房巡视过程中图像信息的采集和传输的任务要求。     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略.该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪.通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性.引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高.基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%～28.2%.     

一种基于力觉的机器人对孔装配方法

针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。     

一种基于力觉的机器人对孔装配方法

针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型

针对传统的通过操作示教盒移动六轴工业机器人到达指定位置效率低、过程复杂的问题,以Ethernet作为通信总线,将嵌入式系统引入六轴工业机器人的顺应性跟踪控制(零力跟踪)中,提出了一种基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型.在该模型中,将六维力传感器上的力信号进行解耦与坐标变换,从而获得机器人末端的6个力的大小信息.通过刚度矩阵计算出输入位置控制器的偏移量,同时设计了一种轨迹预测算法来确定6个力的信息及下一个目标点的方向.最后,机器人根据运动学方程的逆解,调整相应的位姿.实验结果表明:该机器人末端分别在3个不同方向的牵引力的作用下,能平滑而快速地经过预定的轨迹,为直接示教系统中的顺应性跟踪控制提供了方法.     

Joint space compliance control for a hydraulic quadruped robot based on force feedback

In the realm of quadruped robot locomotion, compliance control is imperative to handle impacts when negotiating unstructured terrains. At the same time, kinematic tracking accuracy should be guaranteed during locomotion. To meet both demands, a joint space compliance controller is designed, so that compliance can be achieved in stance phase while position tracking performance can be guaranteed in swing phase. Unlike operational space compliance control, the joint space compliance control method is easy to implement and does not depend on robot dynamics. As for each joint actuator, high performance force control is of great importance for compliance design. Therefore, a nonlinear PI controller based on feedback linearization is proposed for the hydraulic actuator force control. Besides, an outer position loop(compliance loop) is closed for each joint. Experiments are carried out to verify the force controller and compliance of the hydraulic actuator. The robot leg compliance is assessed by a virtual prototyping simulation.