面向软体机械臂抓取的单目深度估计方法

软体机械臂在非结构化环境中执行物体抓取任务时,具有柔顺性和安全性的优势。但由于传统的立体视觉系统难以安装在软体机械臂上,软体机械臂获取目标物体的三维位置仍存在挑战。首先,建立了描述软体机械臂运动状态和目标物体位置的协作坐标系模型。随后,提出了一种改进运动恢复结构的单目深度估计方法：(1)针对深度估计的实时性要求,提出采用主成分分析-尺度不变特征变换(principal component analysis-scale invariant feature transform,PCA-SIFT)方法对特征描述符降维;(2)将机械臂末端的移动距离作为约束恢复深度估计的真实尺度。最后,通过实验验证了所提出的协作坐标系和深度估计方法的有效性。实验结果表明,所提深度估计方法在多种光照和遮挡环境中,特征匹配时间缩短了16.02%,平均误差控制在5 mm以内。     

水下智能识别与自主抓取机器人设计与实现

设计了一款面向海珍品捕捞的水下智能识别与自主抓取机器人. 首先通过YOLOv4-tiny网络对海珍品图像 离线训练, 设计单双目自适应切换与多目标选择算法以实现海珍品在线识别与持续定位. 进一步, 采用声呐与深度 传感器融合策略获取水下机器人深度信息, 设计基于模糊比例–积分–微分控制的定深抓取控制器, 以确保目标定位 与抓取过程中深度信息的有效反馈. 所提目标识别算法, 具有实时性强、复杂度低优点; 同时, 定深与抓取控制器, 不依赖于系统复杂模型, 可适应不同海况下的精确抓取. 最后, 通过试验验证了方法的有效性.     

软体微手鲁棒非线性控制设计

软体驱动器是构建智能软体机器人的基石。然而,由于软体驱动器具有非线性、耦合和不确定性等复杂的特性,如何对其进行有效建模与控制是目前极需解决的难题。以一种由三支单腔双向弯曲软驱动器构成的软体微手为研究对象,对其进行了鲁棒非线性控制设计研究。首先,进行了鲁棒非线性控制系统的总体结构设计分析。其次,对如何设计算子控制器、跟踪控制器、算子观测器实现其对软体微手的弯曲角度和力进行控制进行了分析和讨论。接着,分析和研究了鲁棒稳定和跟踪条件。最后,通过基于实验数据的仿真验证了所提方案的可行性和有效性。     

柔性外骨骼手的抓取力控制方法

为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索入口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力.针对套索传动过程中存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0?～90?范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿.最后通过柔性外骨骼手套抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,手指指尖接触力的误差最大范围为±1 N.为了验证柔性外骨骼手套的实际使用效果,在丧失手部运动功能的患者身上进行了柔性外骨骼手套的抓取实验.实验结果表明,柔性外骨骼手套可以辅助患者完成对日常生活用品的可靠抓取.     

面向抓取作业的飞行机械臂系统及其控制

面向飞行机械臂的飞行抓取作业,提出了一个由六旋翼飞行机器人和7自由度机械臂组成的飞行机械臂系统.系统采用分离式控制策略,即飞行机器人和机械臂各有一个控制器.机械臂运动所引起的系统质心和转动惯量的变化量及其导数被用来估计机械臂对飞行机器人的扰动力和力矩.为了减弱机械臂扰动对六旋翼飞行机器人的飞行控制性能的影响,提出了扰动补偿H∞鲁棒飞行控制器.实验结果表明,与没有扰动补偿的控制器相比,当机械臂运动时所提出的扰动补偿H∞鲁棒控制器对系统的飞行控制性能有明显的提升效果.最后,目标物抓取作业实验验证了所提出的飞行机械臂系统的可靠性.     

基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人设计与实现

以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,主要研究其设计与实现问题．首先,介绍了仿生水下机器人试验模型的设计原则及其系统总体结构,然后重点研究了仿生柔性长鳍、主控模块与通讯系统、运动控制子系统的设计方法、系统构成和工作原理,最后介绍了试验模型的系统测试与航行试验结果及其结论,并指出了仿生水下机器人试验模型的改进重点和柔性长鳍波动推进技术今后的研究方向．基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型的研制成功,初步验证了柔性长鳍波动推进方式应用于水下机器人推进控制系统在原理上和技术上是可行的．     

柔性长鳍仿生水下推进器测控系统的设计与实现

针对新型柔性长鳍仿生推进器试验装置的控制节点多、实时性强、传感数据量大的要求,设计并实现了基于CAN总线的多层分布式测控系统;对测控系统的分层结构、硬件构成和软件设计进行了详细分析,上层进行推进器运动参数设定和状态信息采集,中层通过CAN总线对分布在推进器各个仿生关节的一组控制节点进行实时控制,底层每个仿生关节采用伺服电机和单片机构成相互独立的控制节点;该系统已经投入使用,试验过程表明,该系统具有数据采集速率高、控制实时性强、操作简便等特点,完全满足仿生推进器试验装置的测控需求.     

基于深度强化学习与多参数域随机化的水下机械手自适应抓取研究

以水下机械手自主作业的应用需求为背景,针对水下机械手动力学参数时变、工作环境复杂、传感器限制、控制精度低等问题,基于强化学习与多参数域随机化理论提出一个具有通用性的水下机械手作业框架。首先,建立基本的机器人强化学习控制系统,然后采用多参数域随机化方法增强强化学习训练策略的稳定性与策略迁移效果,包括机械手动力学参数、水动力参数、状态空间与动作空间的噪声和延时等;最后,将训练的策略分别迁移到一个新的机器人仿真环境与一款真实的工作级水下机械手上进行实验。大量实验验证了本文所提方法的有效性,为未来真实海域自主作业奠定了基础。     

一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人的设计与制造

设计和制造了一种多驱动器软体机器人来模拟虎甲幼虫的爬行、转向和咬合运动．其中,软体机器人尾部采用多气囊式软体驱动器,实现了向前运动;软体机器人颈部采用纤维增强弯曲致动器,实现了转向运动;软体机器人头部采用形状记忆合金（SMA）弹簧驱动,实现了咬合运动．最后,模拟虎甲幼虫爬行捕捉小红果进行了实验,结果证明该软体机器人的多驱动器设计可以模拟虎甲幼虫进行复杂运动．     

一种欠驱动水下机器人手爪的作业能力研究

在分析当前机器人手爪研究现状的基础上,根据水下作业任务特点,确定了作业型水下机器人多传感器手爪的设计需求,研究了水下手爪原理样机的作业能力,结合典型物体的抓取给出了关键参数关系.该样机可满足在指定环境下进行目标识别、抓取、简单装配、搬运等典型操作任务的要求,为操作型水下机器人多传感器手爪感知系统的研究提供了硬件平台.     

一种仿生水下机器人的设计与动力学分析

设计了一种基于波动长鳍推进的仿生水下机器人, 两侧长鳍对称安装于机器人本体两侧. 两侧长鳍分别由十个舵机驱动, 并按照余弦函数波动. 设计了实时控制器, 通过调整鳍条的振动频率和幅值达到控制长鳍运动的目的. 加速度信息和角速度信息由一个惯性测量单元采集. 为获取机器人游动性能与振动频率以及振动幅值之间的关系, 本文给出了长鳍波动运动的运动学分析和动力学分析. 本文通过将长鳍分割成若干小单元并单独计算作用于每个小单元上的作用力, 再计算所有小单元作用力在一个波动周期内的合力的方法, 获得了整个长鳍产生的平均推力. 通过前进游动和旋转游动实验, 验证了机构设计、运动学分析和动力学分析的有效性, 最后讨论了游动性能与波动参数之间的关系.     

基于Visual C + +的水下机器人手爪作业过程仿真与实现

针对水下机器人手爪作业过程的仿真实现,提出了一种界面友好的虚拟动态展示方法.该方法在已有水下机器人手爪的机械模型基础上,通过环境设置和相对位置调节,模拟水下作业过程;为改善虚拟作业过程的交互性并降低设计难度,在Visual C 环境下用帧动画方法实现了动态过程的演示.该方法的思路和程序结构适用于类似应用场合.     

柔性机械臂用压电驱动器实现精密定位控制的研究——解析模型、作业空间和可操作性分析

本文提出了利用柔性机械臂的柔性并通过压电驱动器实施精密定位，实现微位移和微力操作的思想．为此针对二连杆柔性机械臂建立了其微位移、微力操作的解析模型，并理论和仿真分析其可达作业空间能力及其可操作性．通过应用例子仿真研究表明方法的有效性，拓宽了压电驱动器应用于柔性机械臂振动控制的思想     

柔性机械臂用压电驱动器实现精密定位控制的研究——解析模型、作业空间和可操作性分析

本文提出了利用柔性机械臂的柔性并通过压电驱动器实施精密定位，实现微位移和微力操作的思想．为此针对二连杆柔性机械臂建立了其微位移、微力操作的解析模型，并理论和仿真分析其可达作业空间能力及其可操作性．通过应用例子仿真研究表明方法的有效性，拓宽了压电驱动器应用于柔性机械臂振动控制的思想     

面向柔性作业车间调度问题的改进变邻域搜索算法

针对柔性作业车间调度问题的特点,提出一种求解该问题的改进变邻域搜索算法。结合问题特点设计合理的编码方式,采用遗传算法进行最优解搜索,将搜索的结果作为变邻域搜索算法的初始解,以提高初始解的质量。为提高局部搜索能力,设计3种不同的邻域结构,构建邻域结构集以产生邻域解,保证邻域解的搜索过程中解的可行性以提高求解效率。针对一系列典型的柔性作业车间调度问题的实例,运用所设计的改进变邻域搜索算法进行测试求解,并将计算结果与文献中其他算法的测试结果进行比较,验证了所提出方法求解柔性作业车间调度问题的可行性和有效性。     

面向柔性工艺的作业车间调度问题混合遗传算法

针对离散制造业的许多产品采用柔性工艺设计增加作业计划调度的复杂性这一问题,对传统的FJSP进行了工序顺序柔性的扩展,将问题抽象为柔性工艺的作业车间调度问题（flexible process Job-Shop scheduling problem,FPJSP）。以缩短生产周期为目标,建立了该问题的整数规划模型,并设计了混合遗传算法。该算法针对FPJSP的特点设计了改进的遗传算法染色体编码方式和遗传算子,并结合变邻域搜索算法,设计了适合求解该问题的四种不同的邻域结构进行动态邻域搜索,以提高遗传算法的邻域搜索性能。通过应用实例验证了所提出的混合遗传算法在求解FPJSP的求解效率和优化性能方面的有效性。     

基于强化学习的波动鳍推进水下作业机器人悬停控制

本文针对波动鳍推进水下作业机器人的悬停控制问题开展研究. 首先, 给出了波动鳍推进水下作业机器人 的运动学模型、动力学模型和波动鳍的参数–力映射模型, 建立了基于马尔可夫决策过程的悬停控制训练框架. 其 次, 基于模型结构和训练策略, 使用强化学习的方法进行网络训练, 得到最佳的悬停控制器. 最终, 在室内水池中完 成了波动鳍推进水下作业机器人的悬停控制实验, 实验结果验证了所提方法的有效性.     

兼顾多动作与轻量化的仿生假肢手设计创成

假肢手的动作数量与轻量化之间存在矛盾关系,为兼顾两者之间的平衡,满足假肢手多动作和轻量化的要求,该研究通过分析人手的16种日常抓取动作,设计了一种合理的电机驱动结构。该结构在四指中应用了多关节同时屈曲传动,在拇指中应用了定轨迹适应性传动,掌骨使用可自动切换为弧面和平面的对称弹性串联驱动式传动,以及配置五指的自动伸展,将这些机能融合在假肢手中,仅用3个电机实现了11 种假肢手动作,达到了132.1 g的轻量化设计。该文还通过肌电信号结合神经网络算法,实现了假肢手直觉控制,并验证了其具有良好的抓取稳定性和操作性。     

基于PC的水下作业控制系统的研究

本文研究设计了一种基于PC机与单片机的水下作业控制系统.本控制系统采用的是PC机与单片机串行通讯的方式,来实现对自动工具库的可视化控制.在对本计算机控制系统进行介绍时,首先介绍了整个下位机系统的硬件电路,包括电磁阀驱动电路、伺服阀驱动电路和串行通讯电路等.并且简介了串行通讯的相关内容.在此基础上介绍了其控制程序和上位机的控制软件的编制.     

一种视觉引导的作业型飞行机器人设计

针对作业型飞行机器人执行抓取、投放等作业任务时飞行机器人与被抓取目标之间难以相对定位的问题,提出了一种视觉引导的作业型飞行机器人设计方法.首先,介绍作业型飞行机器人系统的整体机构设计,建立飞行器和空中作业装置的运动学和动力学模型.然后,根据针孔成像模型,在ArUco标记尺寸已知的前提下,通过机载的单目摄像头检测被抓目标上的ArUco标记,利用n点透视(PnP)算法解算摄像头位姿,进而利用摄像头位姿信息对飞行器和作业装置进行分级控制.最后,通过静止实验和户外悬停实验验证了位姿估计算法的有效性,并通过自主抓取直径2 cm、质量100 g的管状物体进一步验证视觉引导的有效性和合理性.