基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统

为提高遥操作机器人的示教编程效率和在线示教的安全性，提出了面向遥操作机器人在线示教的数字孪生框架，建立了机器人及其工作场景的虚拟模型，实现了物理实体到数字孪生模型的映射；设计并实现了基于RGB-D图像和姿态示教器的遥示教方式，通过鼠标和姿态示教器规划虚拟机器人末端执行器的路径和姿态，并利用增强现实技术，实现了虚实融合示教，提高了遥操作机器人在线示教的人机交互性；构建了机器人及其工作场景的八叉树模型，在机器人按照规划的路径和姿态运动时，可以预测机器人与工作场景之间的碰撞干涉；系统将未发生碰撞干涉的规划路径和姿态指令发送给物理机器人控制器控制物理机器人运动，从而实现基于数字孪生遥操作机器人在线示教功能，提高在线示教系统的安全性。     

喷漆机器人虚拟示教系统中喷枪轨迹插补点位姿的算法及应用研究

根据喷漆机器人自身特点和喷漆工艺要求,提出基于轨迹编程的虚拟示教编程方法,探讨轨迹规划过程中所涉及到的空间六自由度的直线和圆弧插补以及插补点法矢算法,该技术解决了机器人喷枪的轨迹规划以及喷枪与插补点的位置关系,增进了机器人虚拟示教编程的可操作性和直观性,从而有利于喷漆机器人在实际生产中的应用与推广.     

集成力反馈的虚拟砂带抛光示教系统设计与实现

通过传统的编程方式(在线示教、离线编程)定义复杂曲面的抛光轨迹是一项复杂繁琐的工作,为了给机器人砂带抛光示教过程提供一种更加自然有效的交互方式,应用虚拟现实技术和力觉反馈技术,首先提出砂带抛光的力觉模型;然后,在此基础上,集成Phantom Desktop~力反馈设备开发了一套虚拟示教系统。用户在示教过程中能够更加自然真实地根据实时反馈力动态调整抛光力度、位姿等参数,获得理想的抛光质量。应用该系统进行的力学验证实验和工件加工表面质量评估实验表明:所提出的力觉模型能够准确模拟真实抛光过程中工件的受力情况,机器人在应用该虚拟示教系统进行示教后,所加工出的工件可获得与手工抛光相比拟的抛光质量。     

面向ABB IRB4600机器人的虚拟示教系统研究

针对当前工业机器人示教中,虚拟示教方式存在场景真实度低、灵活性差等问题,对工业机器人的虚拟示教进行了研究,应用虚拟现实技术,提出了一种面向ABB IRB4600系列机器人的虚拟示教设计方法。分析了ABB IRB4600机器人的运动学特性,进行了其正逆运动学的求解。参照真实示教器,进行了虚拟示教器的开发:利用正则表达式设计了RAPID语言解释器,对机器人的运动轨迹进行了规划,用于运动指令的解析。以真实机器人车间为例,进行了虚拟示教场景的搭建。研究结果表明:所开发的机器人虚拟示教系统在一定程度上弥补了当前工业机器人虚拟示教存在的不足,具有较高的灵活性、沉浸感强,用户可以方便地进行机器人的示教。     

面向复杂曲面加工的虚拟夹具辅助机器人示教编程研究

为解决面向复杂曲面加工的机器人示教编程中虚拟夹具构造困难、难以依据操作者意图自适应调整等问题,提出一种虚拟夹具离线构造和在线迭代更新的辅助机器人示教编程策略。采用示教曲面流形离线构造先验虚拟夹具，若先验虚拟夹具吻合待加工曲面，则利用弹簧阻尼系统对示教路径偏差进行在线补偿，否则通过虚拟夹具刚柔性自适应调整实现迭代修正。研究结果表明，由曲面流形构造虚拟夹具简单且具有泛化特性，提高了复杂曲面虚拟夹具构造效率；以正弦/风扇轨迹作为虚拟夹具辅助示教，能使辅助示教路径位置误差、姿态误差分别降低至少84%、81%，并能根据操作者意图自适应调整虚拟夹具以更加吻合目标曲面。     

基于SolidWorks的弧焊机器人虚拟示教系统

研究了SolidWorks环境下弧焊机器人的虚拟示教技术.利用SolidWorks对焊接机器人实体建模,应用VisualC 开发了弧焊机器人虚拟示教系统的主要模块和基本框架.该系统能够为用户提供具有良好临场感的三维虚拟环境,有利于弧焊机器人在生产实际中的应用和推广.     

Motoman-UP20机器人运动学分析及求解

采用Denavit—Hartenberg坐标变换法建立Motoman—UP20六自由度机器人运动学模型，并将机器人分解为位置结构和姿态结构，利用臂腕分离法对手臂进行逆运动学分析，并在此基础上推导出末端执行器的逆运动学算法，该算法计算量最小，误差也较小，且可利用机器人的示教盒进行快速检验。利用仿真软件Rotsy建立机器人及其工作环境，仿真证明了该方法的有效性。该算法用于对开发机器人离线编程系统具有重要的作用。     

机器人视觉示教学习方法研究

针对机器人在非结构化环境的人机交互过程中环境感知与目标识别问题,提出一种基于视觉的机器人示教学习方法,机器人通过视觉感知人机交互过程中用户的单次示教获得任务操作技能。采用视觉系统捕获用户示教操作动作图像,通过图像处理与特征匹配算法SIFT提取目标对象特征。机器人复现阶段,识别出新任务环境中目标对象且向机器人输入其坐标位置。在Matlab仿真环境中模拟机器人经始末坐标逆解出机器人任务操作的运动轨迹,通过Barrett WAM机器人实验平台实现操作一组多孔积木的装配任务。研究结果表明:在单次示教与极少的环境先验知识的情况下,机器人能够学习到用户的顺序任务操作技能,并且在视觉范围内有较好的泛化能力。     

焊接机器人视觉焊缝跟踪系统分析

分析了一套焊接机器人视觉焊缝跟踪系统的总体构成.首先简述了焊接机器人及跟踪系统的总体构成,分析了机器人视觉系统寻找焊缝位置的视觉处理的动作流程,并对其中重要的步骤进行了详细的描述,重点介绍了机器人依照输入偏差与示教轨迹叠加跟踪真实焊缝的控制过程.最后使用Matlab软件仿真3关节平面机器人的跟踪焊缝的运动.     

双目视觉人工喷涂轨迹示教编程方法研究

喷涂轨迹的路径规划技术是喷涂机器人应用研究的关键点.针对人工示教编程中机械示教装置使用的局限性,即示教操作不便,示教空间范围受限等,提出一种基于双目视觉的人工喷涂轨迹示教编程系统方法.首先,在示教喷枪进行色球安装预处理;接着,双目视觉位姿跟踪系统利用色球识别方案,分别计算色球的坐标位置与喷枪的位姿信息,捕获喷枪实时运动...     

一种视觉示教与纠偏的焊缝跟踪方法

提出一种基于结构光视觉传感器的示教及纠偏的机器人焊缝跟踪方法,探讨了图像特征提取方法和机器人跟踪控制的策略.机器人移动的同时,视觉传感器定时对焊缝上各特征点坐标进行测量记录,完成示教;再现时,基于图像模板匹配测出实际特征点位置与示教点的偏差,控制机器人根据偏差对跟踪路径实时调整,从而实现自动跟踪.     

弧焊机器人焊枪姿态的简便示教

弧焊机器人焊接空间搭接焊缝时,对于焊枪姿态的示教往往占据了大量的示教时间。为此,提出一种焊枪姿态的简便示教方法。该方法采用根据几何约束计算焊接时焊枪姿态的思路完成焊枪姿态的示教。先以任意焊枪姿态对焊缝进行位置示教,然后根据焊缝的切向矢量和焊接工艺要求的焊枪角度计算出焊接时的焊枪姿态。对于三维曲线焊缝,只有当局部焊接平面与基坐标系的Oyz平面不垂直时,需要进行简单的焊枪姿态示教,示教时只须调整机器人绕工具坐标系一个轴转动的角度即可完成。使用该方法可以显著地减少示教难度和示教时间,提高姿态示教的精度。详细介绍焊枪姿态的描述方法、焊接方向角的计算方法和焊枪姿态的调整方法等关键技术。使用搭接曲线焊缝进行试验验证,证明了该方法的可行性。     

针对狭窄空间作业的机器人动态视觉系统研究

为应对配网狭窄作业空间内视场遮挡对作业机器人环境感知和定位功能的影响,这里研究了基于遥操作和虚拟/增强现实(VR/AR)技术的高临场感动态视觉感知与定位系统.受人体仅通过弯曲身体就可对物体多角度观测的启发,设计搭建了包含VR头戴设备、六自由度机器人和双目相机的动态视觉感知系统,提出了针对该系统的异构型主从遥操作逆运动学模型,并建立了观测目标绝对位置粗定位模型.试验表明,这里建立的动态视觉系统具有较高临场感,双目相机对VR设备的位置跟踪平均误差≤1.7mm,姿态跟踪平均误差＜2.36°;另一方面,系统在5个不同角度下对一个距离1.1米的红色固定小球球心的空间定位偏差≤1％,能为操控人员提供较精确较高的目标粗定位信息.     

抛光机器人示教控制系统设计

本示教控制系统专门针对抛光机器人系统设计,具有示教,补偿,监控,文件管理,程序编译,错误提示等功能;示教器以嵌入式系统为硬件基础,PLC控制交流变频电机,监控机器人状态;并以Pmac运动控制卡控制伺服驱动系统。以示教器为控制核心,合理的任务分配,高效可靠的通讯协议,确保系统的实时性和可靠性。     

机器人嵌入式示教系统的实现

机器人示教系统是机器人教学中不可缺少的部分，在文章中，我们将机器人控制台的部分功能转移到嵌入式示教系统中，提出了机器人嵌入式示教系统的体系结构，在此基础上利用8051单片机和C51开发了该系统，并详细阐述了数据处理模块和指令解释模块的结构、特点和主要编码。     

机器人虚拟示教编程系统

介绍了机器人编程技术的现状与发展,提出了一种基于虚拟现实技术的机器人虚拟示教编程系统,以增进机器人编程的可操作性和直观性,从而有利于机器人在实际生产中的应用与推广。     

VC++6.0的机器人图形示教和运动轨迹实时显示

采用VC 6．0设计开发了的机器人图形示教和运动轨迹实时显示系统。该系统不但具有机器人图形示教功能，而且还可以根据输入的图形参数实现示教图形的自动生成和在示教过程中进行机器人运动轨迹的实时显示。     

基于示教学习和自适应力控制的机器人装配研究

针对柔性自动化领域的机器人装配问题,对示教学习和自适应力控制等方面进行了研究,对初始位置变化时示教搜孔、插孔时降低接触力矩波动速度和误差的策略进行了归纳,提出了利用示教学习对搜孔轨迹泛化和模糊自适应阻抗控制插孔的方法。首先根据是否与孔产生接触力将示教任务分为两段;接着利用了任务参数化的高斯混合模型(TP-GMM)训练并泛化第一段轨迹;最终和原示教的第二段轨迹组合为新的搜孔轨迹;采用了六自由度阻抗控制使得机器人具有柔顺性,再利用了模糊自适应策略调节阻抗控制中Z轴期望接触力,利用UR机器人对方形孔进行了装配试验验证。研究结果表明:所提出的策略在新的初始位置,仍能绕过障碍物并生成新的搜孔轨迹,无需再次示教;调节期望接触力相比其不变时,绕X轴方向力矩波动速度低,且波动误差减小了30%。     

手术机器人及操纵杆控制装置的设计与实现

主要研究一种多自南度手术辅助机器人系统，并重点阐述了一个新型的多自由度关节型机器人示教方式，即操纵杆控制系统。该控制系统可以完全控制机器人末端执行器的空间位置和姿态，方便医生进行更直接、安全的操纵。通过试验验证，操纵杆控制系统适合作为手术辅助机器人的“手把手”示教装置。     

机器人示教臂系统的示教实现

提出了基于轻质无驱动机械臂人工拖动的直接示教方式。根据DH变换法建立了示教臂与被示教机器人运动学关系。针对逆运动学多解问题,以位形选择方式,实现示教臂和机器人的位置映射,从而实现了示教臂与机器人的示教-再现过程,并说明了有奇异路径的示教方法。对具体任务进行仿真验证了方法的有效性。