一种利用位置误差模型的机器人位姿标定方法

针对机器人位姿标定模型中位置和姿态数据的权重不合理导致参数识别精度低甚至发散问题,给出一种直接基于末端位置坐标测量的机器人位姿标定方法,避免了位置和姿态数据量级不同对参数识别精度的影响。采用指数积方法,建立一种包含3点位置信息的机器人运动学模型。通过对运动学模型取微分,利用指数映射微分公式推导出机器人末端3点位置误差与几何参数误差之间映射关系的显示表达并给出参数误差识别方法。采用激光跟踪仪作为测量设备,以UR5机器人为标定对象进行运动学参数标定和验证试验。试验结果表明,机器人末端位置误差模和姿态误差模的平均值分别降低了90%和92%。     

六自由度弧焊机器人运动及位姿控制

此文章以新松弧焊机器人为例,对机器人运动和位姿控制进行描述,与实际机器人仿真软件相互配合。在仿真软件SR_CAM_SOFTWARE中运用到矩阵和坐标转换,弧焊机器人使用难点在于姿态的控制,此文章谈到弧焊机器人姿态控制具体方法,最终实现理想焊接轨迹与姿态的控制。     

工业机器人位姿误差空间IDSW插值补偿方法研究

探讨了工业机器人误差模型及位姿误差补偿的现有方法;对基于空间插值的补偿方法进行研究,提出机器人位置和机器人位姿误差两者之间的高度相关性是插值补偿法有效的先决条件;对利用微分法建立的机器人位姿误差模型进行研究,得到在机器人末端姿态不变时任意两点的位置误差的差值和姿态误差的差值分别与该两点位置差值呈高度线性关系;提出一种基于均匀数据场的空间IDSW(反距离平方加权)插值算法的机器人位姿误差补偿方法,并设计对比实验,仿真验证了本文所提出方法的有效性。     

6R机器人及其末端位姿编程求解

焊接机器人是工业机器人大家庭中的望族 ,目前 ,国内应用已具有一定规模 ,但许多单位在需要自己编程焊接新的工件时 ,会感到困难重重 ,影响了自动化设备的使用。本文用C语言编程来计算其末端位置与姿态 ,为控制手臂末端焊枪的运动轨迹作了一些探索。     

基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测

针对工字梁、箱梁等焊接结构自动化生产中工件偏移和偏转问题,提出了一种基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测方法。建立了角焊缝位姿的弧长模型,分析了角焊缝位姿对弧长的影响规律;基于傅里叶分析,提出了角焊缝位姿解耦算法,实现了对角焊缝横向偏差、纵向偏差、坡口角度和工件偏转角度的检测;通过对存在坡口间隙和定位焊缝的角焊缝进行位姿检测试验。结果表明,所提出方法具有检测误差小、抗干扰能力强等优点,在焊接自动化生产中具有良好的应用前景。     

移动机器人的位姿误差分析

从静态和动态两个方面分析了移动机器人平台位姿误差的主要来源,采用矩阵微分法建立了平台位姿误差的模型,并根据建模分析和平台实时位姿检测结果对机器人平台进行位姿补偿。     

四足管道爬壁机器人周向运动位姿规划

为了实现四足机器人沿着管道内壁进行连续的周向运动,对运动过程中的位置和姿态进行规划.建立管道坐标系和机器人的位置、姿态方程,规划了一种包含足姿调整、机身旋转和机身平移的周向运动.为保证周向运动的连续性,对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划,并通过足端运动实现周向运动位姿的规划.利用Matlab计算得到的周向运动关节角度曲线,对机器人样机进行爬壁实验.实验结果和滚转角分析验证了周向运动位姿规划的正确性.     

移动焊接机器人坡口自寻迹位姿调整的轨迹规划

主要研究移动焊接机器人在自寻迹过程中位姿调整的轨迹规划。在焊前,根据坡口识别特征模型寻找到焊接坡口并得到机器人与焊缝坡口的夹角后,对机器人本体和焊炬的位姿进行轨迹调整是自寻迹过程中非常关键的一步。首先讨论了具有自寻迹功能的移动焊接机器人的系统组成,在分析移动机器人运动学模型的基础上,对焊接坡口自寻迹过程中的位姿调整轨迹进行了规划,最后根据机器人自身的结构对调整轨迹进行了修正。试验结果表明:将该算法用于坡口自寻迹过程中的位姿调整,其误差精度可控制在±1.5mm左右,满足实际焊接工程需要。     

移动机器人的位姿误差分析及补偿

从静态和动态两个方面分析移动机器人平台位姿误差的主要来源,采用矩阵微分法建立平台位姿误差的模型,并根据建模分析和平台实时位姿检测结果对机器人平台进行位姿补偿.     

基于激光传感器的多移动机器人位姿测量系统

为机器人准确定位设计了一个基于激光传感器的移动机器人位姿测量系统。测量系统用激光传感器扫描区域内的以矩形为标识的机器人,将测量数据传输到计算机上,通过数据处理软件进行数据处理,提取属于机器人的特征,同时结合机器人前一时刻的位姿,实时计算机器人当前位姿。实验结果表明,此系统能迅速识别机器人,并准确地确定每个机器人位置和姿态,通过网络向机器人发送其位姿数据,实现多移动机器人的精确定位。     

弧焊机器人焊炬姿态规划系统的研究

为提高弧焊机器人的适应性和自动规划功能，研究了一种空间全位置焊接条件下的焊炬姿态自动规划系统。该系统借助于相应的摄像机标定软件，计算测试软件和焊炬姿态规划软件，协调计算机视觉，信号采集，图像处理等模块检测焊缝的空间信息，然4后查询焊炬姿态优化数据库，运行离线偏程等离子模块，实现自动规划弧焊机器人的焊炬姿态，采用研制的爆炬姿态规划系统在空间全位置条件下进行焊接实验，结果表明，该系统能保证爆接中焊缝的成形良好。     

基于焊接位置数学模型的变位机逆运动学算法

给出了一种通用的2R变位机的逆运动学算法。根据焊缝位置的数学模型,得到了描述焊缝焊接位置的参数——焊缝转角和焊缝倾角与焊缝姿态的关系。以符号的形式表示了变位机的杆件参数及变位机与机器人间的姿态关系。建立了运动学坐标系,推导了满足焊缝转角和焊缝倾角要求的变位机逆运动学公式。该算法解决了不同焊接位置和变位机相对机器人不同安装位置的变位机逆运动学求解,大大地提高了离线编程系统的适用性。     

基于遗传模拟退火算法的弧焊机器人系统协调路径规划

深入地研究了弧焊机器人系统的协调路径规划。从全局的角度用5元组序列描述了焊接路径。设计了评价 焊接路径目标函数:焊接位置函数、焊缝成形质量函数、关节位置函数和运动平稳性函数。以线性加权法为求解 多目标规划的基本思想,把遗传模拟退火算法用于弧焊机器人与变位机协调路径规划,取得了很好的效果。协调 路径规划精确地保证焊缝的最佳焊接位置与最佳的焊枪姿态,并能找到柔顺的焊接路径,提高了机器人焊接的质 量和效率。     

基于图像处理的爬壁机器人焊缝识别与跟踪

基于爬壁机器人移动平台和单目相机的图像采集系统,设计了一种焊后焊缝图像处理方法,将改进的自适应中值滤波算法与灰度形态学方法结合,实现从信噪比较高的图像中提取特征。采用基于边缘检测和Hough变换的焊缝位置提取算法,经测试识别准确率达70%,且单幅图像平均处理时间为200ms,能满足管道爬壁机器人行进过程中的实时焊缝跟踪,并提供了一种引导机器人沿焊缝前进的自主定向方案。     

万向移动四足机器人位姿描述研究

通过位置矢量对机器人的位置进行了描述,采用旋转矩阵在固定角坐标系和欧拉角坐标系中对机器人的姿态进行了描述。并应用齐次变换矩阵描述了万向移动四足机器人的足尖端位姿。位姿描述能够为机器人下一步的分析打下基础。     

焊接位置与焊丝方位定义的讨论及几何建模研究

分析了现有焊接位置和焊丝方位定义的不足,通过建立世界坐标系、焊缝坐标系和焊枪坐标系实现了焊接位置和焊丝方位的几何建模,给出了焊缝倾角、焊缝转角、工作角和行走角的严格定义。     

基于焊枪与熔池耦合模型的焊工调控行为研究

模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与熔池交互过程的同步耦合分析需求,建立了传感器-万向节-焊枪钨极尖端三坐标系间的数学转换模型和熔池与焊枪钨极尖端运动坐标的双向耦合模型。通过预设机器人焊枪姿态摆动试验验证了双向耦合模型的有效性和准确性。在时空同一坐标下对比分析了不同焊接水平焊工对熔池状态的调控行为和焊缝成形质量的控制能力。结果表明,利用熔池-焊枪双向耦合模型可以获得能够表征焊工操控焊枪空间运动的较准确姿态样本数据;经模型转换的焊工操控焊枪α、β角与机器人摆动预定值的误差均小于1.2°,γ角误差约为1.5°;未经实操培训焊工操控焊枪规范性差,调控熔池动态平衡表现出调节时刻和规律的高随机性,对熔池状态动态评估能力极其匮乏,无法保证焊接过程稳定和高的焊接质量;经长期实训焊工运枪动作规范、规律性强,对熔池状态动态评估能力丰富和强的交互意识,全焊接过程能够保持熔池形态的稳定和焊缝的全熔透。     

桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法研究

针对桥梁底部病害人工检测的作业难题,介绍了桥梁检测机器人的工作原理,结合桥梁的结构化特征和视觉检测拍摄参数约束,研究了桥梁检测机器人作业规划与位姿优化方法。首先,提出一种以最佳拍摄模型约束的桥梁检测机器人拍摄作业位姿规划方法。在最佳拍摄规划方法的基础上,针对小箱梁桥梁和T型梁桥梁底部的褶皱结构,研究了以安全拍摄模型为约束的拍摄位姿优化方法,设计了结合拍摄偏角和拍摄距离的权重函数,推导了优化算法公式并给出了收敛证明。通过对不同拍摄参数的配置,进行了针对空心板桥梁的拍摄作业位姿规划方法仿真;针对小箱梁桥梁的结构,在位姿规划仿真结果基础上进行了位姿优化方法的仿真。最后以研制的桥梁检测机器人为对象,进行了现场测试与验证,仿真和实验结果均表明,该规划和优化方法符合桥梁拍摄检测的要求,具有很好的鲁棒性和实时性。     

Trajectory coordination planning and control for robot manipulators in automated material handling and processing

Motion coordination planning and control play a crucial role in robot application to Cartesian task operations with taking into account kinematics and dynamics constraints. This paper presents a unified approach to coordination planning and control for robot position and orientation trajectories in Cartesian space. The concept of generalised robot pose is defined as the robot configuration consisting of position and orientation, in which the orientation is described by a vector equivalent to the rotational angular displacement. The robot pose ruled surface is formed as a three-dimensional motion locus of its configuration vector. The unified treatment of the end-effector positions and orientations is based on the robot pose ruled surface concept and used in trajectory interpolations. The coordination planning of pose trajectories for the robot end effector is accomplished by generating and optimising the pose ruled surface under the constraints of kinematics and dynamics performances. The coordination control is implemented through controlling the motion laws of two end points of the orientation vector and calculating the coordinates of instantaneous corresponding points. The simulation experiment using PUMA 560 robot in arc welding and surface finishing processes are carried out to verify the feasibility of the proposed approach and demonstrate the capabilities of generation and control models.