多移动微小型机器人编队控制与协作避碰研究

针对多移动微小型机器人系统的协作避碰和队形保持,给出了一种分布式的编队控制方法。结合移动微小型机器人的运动控制模型,提出了一种路径规划方法,使其在运动中实时避免碰撞。在此基础上利用李雅普诺夫(Lyapunov)法设计了一种编队控制器。在有界误差范围内,该控制器能够保证多机器人的轨迹跟踪和协作避碰。通过将编队控制转化为跟踪整个队形质心的轨迹,降低了控制的复杂度,从而可以较好地应用到计算资源有限的多移动微小型机器人中。通过仿真、分析和对比,对以上控制方法的稳定性和可行性进行了验证,并进行了实际的编队和避碰控制实验。实验结果表明该方法可有效地应用于多移动微小型机器人的协作避碰和编队控制。     

冗余双臂机器人实时协调避碰方法研究

对冗余双臂机器人的实时协调避碰规划进行了分析,提出了一种利用杆间最短距离作为避碰距离指标的避碰方法,利用胶囊体包围壳对机器人进行简化建模,然后计算机器人连杆间的最小距离,另外,为了减小障碍物对机器人动作的影响及降低机器人控制运算量,引入了一个权值函数以实现机器人手臂避碰算法的动态规划,通过调整避障运动幅度,提高机器人的避碰效率,在此基础上确立了一种改进的距离函数法。最后通过仿真验证了改进后的距离函数法的有效性及可靠性。     

冗余度双臂机器人协作策略下实时避障算法

针对冗余度双臂机器人协调操作过程中机械臂本体避障及躲避环境障碍问题,提出了基于冗余机械臂自运动特性的双臂机器人协作策略下实时避障算法。首先,利用障碍物在机械臂连杆上的投影矢量筛选掉不会避碰杆件,再计算可能避碰杆件与障碍物的最短距离;其次,根据双臂协作的运动学约束关系,得到冗余度双臂机器人协调搬运避障的运动学逆解;再次,引入梯度“安全距离”和两个避障因子,实时改变机械臂的避障速度,使机器人末端完成协作任务以及双臂实时自避碰及躲避环境障碍物的任务;最后,利用冗余度双臂机器人进行仿真及实验。结果表明：双臂机器人末端执行器执行协作任务的同时机器人双臂可以躲避障碍物,且各关节运动连续、平稳。     

非完整约束大负重比六足机器人多机动态协同编队避障控制策略

在多机器人编队任务的现实环境中,不可避免会遇到队形变换的动态编队问题。为提高非结构环境多机器人编队的动态协同避障能力,以大负重比六足机器人的多机器人系统为例,利用非完整约束移动机器人轨迹跟踪的领航者-跟随者编队思想,提出多领航机器人分群一致性编队控制的动态队形变换避障策略。基于代数图论数学基础,设计大负重比六足机器人多机通信拓扑图与拓扑图分析矩阵,建立多领航者分群一致性编队系统的全局动态关系与一致性数学模型,提出多领航机器人分群一致性编队控制的动态队形变换避障策略,基于MATLAB软件实施仿真实验,仿真结果显示虚拟领航机器人发布控制指令使多机系统完成队形变换并顺利通过障碍物环境,验证多机动态协同编队避障控制策略的有效性和泛化能力。所提出的大负重比六足机器人多机动态协同编队避障控制策略,有助于提高非结构环境多机器人系统的地形通过能力。     

工业机器人避碰算法研究与展望

随着人机共融技术的快速发展,智能制造成为未来工业发展的主题,作为未来制造业的核心——工业机器人,其避碰技术是人机共融领域的研究热点,具有极高的科研价值和可观的应用前景,该技术的核心内容之一为机器人避碰算法的研究。文中从传统方法和智能方法两方面阐述了代表性的机器人避碰算法研究,分析比较了各种算法的优势与不足,而后总结了针对避碰算法的不足而改进的算法等,最后对机器人避碰算法的发展趋势进行了展望。     

飞行器柔性工艺装备的机器人协调操作技术研究

针对开发飞行器柔性工艺装备的需要,对支撑阵列驱动方法进行了研究,提出了一种采用机器人协调操作技术来实现支撑阵列X、Y坐标定位的方案。针对双机器人同步运动控制,采用交叉耦合控制算法,对双机器人之间同步误差进行实时补偿。此外,鉴于双机器人工作区域存在重叠区,提出了一种通过调整速度分布来实现双机器人避碰的方法。实验表明,采用的交叉耦合控制算法和避碰算法在双机器人协调工作中取得了良好效果,保证了飞行器柔性工艺装备支撑阵列较高的定位精度。     

基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计CSCD

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务。设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统。该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成。机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者。使用者通过上位机控制领导者机器人运动,跟随者机器人利用携带的摄像头获取领导者机器人的位置,再通过PID算法实现跟随。整个系统通过机器人的编队协作提高了其运动的高效性、灵活性和鲁棒性。     

基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务。设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统。该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成。机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者。使用者通过上位机控制领导者机器人运动,跟随者机器人利用携带的摄像头获取领导者机器人的位置,再通过PID算法实现跟随。整个系统通过机器人的编队协作提高了其运动的高效性、灵活性和鲁棒性。     

基于危险指数最小化的机器人安全运动规划

为防止机器人在运动过程中与人相撞,提高机器人运动的安全性,提出一种基于危险指数最小化的机器人安全运动规划方法。该运动规划方法把机器人的运动分为全局安全路径规划、在线实时安全轨迹规划、实时避碰控制和目标再搜索等四个阶段。基于人机之间的距离、机器人惯量、人机之间相对运动速度等因素,对每一阶段进行危险程度的评估,得到危险指数,以危险指数最小化为目标规划各阶段机器人的运动。建立三自由度机器人与人共处数学模型,并在Matlab下对不同阶段的运动规划进行仿真。为了进一步验证算法有效性,搭建了工业机器人安全运动规划试验平台,实现了基于危险指数最小化的安全避碰。仿真与试验结果表明,基于危险指数最小化的机器人安全运动规划,可以有效确保人在机器人工作环境中的安全性。     

基于C空间的机器人双手协调避碰路径规划

提出了一种利用三维工作空间数字势场和遗传算法进行双手协调避碰的机器人路径规划新方法,该方法利用离散化工作空间的距离图的数字势场,通过启发函数的引导在C空间进行搜索,使用交替势场和遗传算法逃离局部极小点。同时使用两种避碰算法,进行操作手与障碍物以及操作手之间的碰撞回避。仿真实验验证了该算法的有效性。     

基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划

针对白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务,对焊接路径规划算法进行了研究。提出了一种适用于该任务的蚁群粒子群混合算法,以实现多机器人焊点分配均匀和单机器人焊接路径最优的焊接要求。通过分析白车身侧围焊点分布特点及多机器人协调焊接要求,建立白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务数学模型。设计了基于蚁群粒子群混合算法的路径规划方案,在MATLAB中得到规划结果。利用机器人离线编程软件Robotstudio建立白车身侧围多机器人协调焊接工作站,对规划结果进行仿真实验。结果表明,该算法可实现焊点均匀分配,缩短焊接路径,有效提高焊接效率。     

一种基于平衡原则的多机器人自组织协作方法

本文通过对2个相互之间有资源依赖关系的子任务运行特征分析，发现了子任务进度关系对全局任务进度所带来的影响，由此提出了一种保持机器人个体利益之间相等的多机器人自组织原则：平衡原则，并给出了基于平衡原则的多机器人自组织协作算法。该算法帮助多机器人系统有效地完成了自组织任务分配，使系统取得了良好的运行效果。     

具有避障的机器人集群系统分布式编队控制

针对具有线性二阶积分运动学模型的机器人集群系统,基于机器人之间的相对状态信息设计了分布式编队控制器.通过变量替换,将机器人集群系统的编队问题转换为一致性控制问题,推导得到了机器人集群系统实现期望编队队形的充分性条件.利用人工势场函数的方法,设计了具有避障功能的机器人编队控制器.最后,仿真实验证明,机器人集群系统实现编队并能够避免与障碍物发生碰撞.     

全方位移动机器人编队控制研究

针对多机器人系统编队的控制问题,将编队行为分为了任务执行行为、队形保持行为、安全运行行为,并分别对各行为进行了研究,对各种传统编队方法进行了总结和比较,通过建立移动机器人的运动学模型,得到了车体运动的控制参数,提出了针对基于麦克纳姆轮的全方位移动机器人编队的基于行为的融合编队控制算法,利用Matlab软件对编队的各种行为进行了仿真。研究结果表明,该基于行为的融合编队控制算法能使全方位机器人完成编队行为,能够实现队形形成、队形保持、躲避静态障碍物、躲避机器人及驶向目标点等行为,编队基于该方法,实现迅速、可靠性高。     

Self-organizing method for collaboration in multi-robot system on basis of balance principle

By analyzing the operation characteristics of two subtasks that have resource dependency on each other, this paper demonstrates the impact of progress relation between the two subtasks on the whole task’s progress, and then puts forward a self-organizing principle called balance principle that keeps the individual profit between robots equal. Furthermore, an algorithm is designed for adjusting subtask selection on the basis of this principle. Simulation shows the validity of the algorithm on self-organizing task allocation in a multi-robot system.     

敏捷制造车间任务规划系统的设计与开发

敏捷制造车间任务规划作为联系敏捷制造车间计划与敏捷制造车间调度与控制的纽带，是计划任务在敏捷制造单元层上的动态分配。对敏捷制造车间任务规划系统进行了设计，构造了基于多Agent的体系结构，定义并描述了敏捷制造车间任务规划问题，并在分析敏捷制造车间各个智能体行为的基础上，提出了基于知识和联盟形成算法的敏捷制造车间任务规划方法。该方法。是敏捷制造车间任务规划系统的核心。介绍了开发的敏捷制造车间任务规划系统。     

电缆式地层测试器推靠坐封装置安全性设计

介绍了电缆式地层测试器（EFDT）的工作原理和推靠坐封装置,分析了地层测试器井下作业遇卡的安全性问题。EFDT推靠坐封装置采用双探头和双支撑臂结构,可进行放松电缆作业,减小泥浆吸附电缆遇卡几率。推靠坐封装置设计了自动解除坐封装置,避免了EFDT在不受控状态下遇卡风险。EFDT在现场的成功应用,验证了推靠坐封装置设计的合理性和可靠性,对其他井下仪器作业安全性设计具有重要参考价值。     

面向产品自顶向下设计进程的集成协同决策

提出基于产品功能和物理拓扑结构的进程模型,将产品自顶向下设计进程分解为模块任务、零件任务、设计参数及其相互关联等基本组成元素.根据自顶向下的设计进程特点,提出产品集成协同设计软件系统架构,设计相应模块任务代理、零件任务代理以及基于敏度分析的代理设计方法,采用Java及Web技术实现了上述系统,以变速箱为设计实例说明系统的应用过程和效果.     

大型部件的多机器人合作搬运协同导引控制

针对大质量、大尺寸、低刚度的异形大部件,采用多机器人的合作搬运方式具有显著的作业灵活性和工况适应性。研究了单目-双驱动、双目-双驱动、双目-多运动副全向等合作搬运导引控制构型,建立了多输入-多输出的运动控制模型;采用领航者-跟随者策略设计了协同路径跟踪控制方法,该方法包括偏差转化预测控制+参数模糊调节的同构架构,以及模型预测控制+反演控制+参数强化学习的异构架构。最后,为进行导引控制实验开发了多机器人合作搬运原型系统,实验结果验证了所提构型、模型、架构与方法的可行性和有效性。     

气动爬杆机器人的研制

针对市政工程中需要大量的爬杆作业等的需求,研制了一种基于气动元件的爬杆机器人。该机器人应用四只两种类型的气缸实现机器人的爬杆作业。机器人本体应用红外遥控驱动的单片机控制。该机器人载重可达10kg,可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。