基于Speedgoat的dVRK机械臂控制系统开发

为提高dVRK外科机器人控制系统的快速响应性和控制实时性,开发一种基于实时目标机Speedgoat的机器人实时控制系统。通过搭建宿主机-目标机机器人控制平台,设计UDP Real Time通信模型块,建立宿主机、目标机的运行模型,实现对机器人的实时控制。结果表明：实时控制系统可准确地完成对dVRK机器人的数据采集和相关控制算法验证;搭建的Speedgoat实时控制平台具有在线调参、实时仿真、目标代码快速原型化、仿真精度高、可靠性好等优点,大大缩短了dVRK机器人控制算法的研制周期。     

dVRK外科机器人操纵臂建模与控制

为提高dVRK外科机器人主操纵臂控制系统的快速响应性和控制实时性,开发一种基于Simulink Real-Time和实时目标机Speedgoat的外科机器人主操纵臂实时控制系统。利用D-H法建立主操纵臂坐标系并推导运动方程,通过设计和建立位置控制算法和仿真模型,设计UDP Real Time通信指令和相关应答机制,构建了"宿主机-目标机"的机器人实时控制系统。试验结果表明,系统实时准确地完成了外科机器人操纵臂的数据采集和相关控制算法验证。     

基于改进SIFT算法的机械臂识别抓取研究北大核心

为解决水下机器人进行水下目标物识别时,存在的计算速度慢、抗噪声能力差等问题,提出一种基于SIFT和FLANN的图像识别算法,并在自主研发的机械臂平台上进行验证。使用改进算法提高目标识别的准确率;基于D-H法建立机械臂模型进行运动学分析,实现系统优化控制。利用机械臂进行多组抓取实验。结果表明:所提方法不仅可以准确地识别海参,同时可以自动调节识别框的位置,提高机械臂抓取的成功率,验证了该算法的有效性。     

管廊消防巡检机器人设计与分析

针对综合管廊的安全运维与管理的需求,设计一种集巡检和消防灭火功能于一体的管廊消防巡检机器人。该机器人由机器人本体、灭火器、机械臂和智能检测系统构成。介绍了机器人的总体结构及功能,建立了机械臂的D-H坐标系,对机械臂进行正、逆运动学分析。运用蒙特卡洛法及MATLAB软件对机器人机械臂的工作空间进行仿真与分析,得到不同情况下的机械臂末端的工作空间,仿真结果验证了机械臂可灵活满足机器人的工作要求,为后续管廊消防巡检机器人的控制工作和优化设计奠定了基础。     

基于优化迭代学习算法的机器人运行轨迹跟踪控制

为控制机器人跟踪期望轨迹或使其达到指定的目标位姿,设计基于优化迭代学习算法的机器人运行轨迹跟踪控制模型。联合四驱WMR机械构架、主控传感器等交互型应用控制模块,在处理机器人运行轨迹信号的同时,遵照迭代学习算法的极值收敛性优化原理,建立关键动力学模型,实现对机器人运行轨迹的实时跟踪与控制。设计仿真对比实验,证实优化迭代学习算法对机器人运行轨迹的控制有效性。     

基于迭代学习的镜片分拣机器人主动臂轨迹跟踪控制系统设计

针对动力学精确模型未知情况下的镜片分拣机器人重复动作路径控制问题，通过忽略从动臂、动平台和负载质量，建立镜片分拣机器人的简化拉格朗日动力学模型，解除动力学控制各主动臂的耦合性，分别对各单个主动臂施加控制。将迭代学习算法应用到单个主动臂的轨迹控制中，在Matlab中搭建基于迭代学习的镜片分拣机器人主动臂轨迹跟踪控制系统。通过模拟仿真验证轨迹跟踪精度，结果表明基于迭代学习的主动臂轨迹跟踪控制系统在有限迭代次数内跟踪精度较高。     

基于迭代学习的镜片分拣机器人主动臂轨迹跟踪控制系统的设计

针对动力学精确模型未知情况下的镜片分拣机器人重复动作路径控制问题,通过忽略从动臂、动平台和负载质量,建立镜片分拣机器人的简化拉格朗日动力学模型,解除动力学控制各主动臂的耦合性,分别对各单个主动臂施加控制。将迭代学习算法应用到单个主动臂的轨迹控制中,在Matlab中搭建基于迭代学习的镜片分拣机器人主动臂轨迹跟踪控制系统。通过模拟仿真验证轨迹跟踪精度,结果表明基于迭代学习的主动臂轨迹跟踪控制系统在有限迭代次数内跟踪精度较高。     

机械臂自适应神经网络控制虚拟实现

针对机械臂自适应神经网络控制效果不能直观显示的问题,在深入研究各种虚拟仿真,可视化仿真方法的基础上提出了一种基于ADAMS和MATLAB的虚拟样机联合仿真方法.采用该方法对三自由度机械臂进行动态仿真,首先在ADAMS中建立机械臂模型,然后在MATLAB中实现自适应神经网络控制器和机械臂终端轨迹的设计,最后进行联合仿真.仿真结果非常直观地显示了机械臂的动态控制过程和控制器各参数的实时变化情况,验证了该方法的有效性,为机械臂的复杂控制算法的仿真研究提供了新的有效方法.     

破拆机器人臂系液压系统能量回收仿真研究

破拆机器人主要采用单泵多执行器负载敏感液压系统,可实现泵输出压力和输出流量与负载的实时匹配,有效提高系统效率,但在做负载及负载差距较大的复合动作时仍有较大能量损耗。为此,提出一种基于变排量调节技术的新型能量回收利用方案,实现在机械臂下降时重力势能的回收和复合动作时压力补偿阀能耗的回收,并在机械臂上升时将回收的能量作为辅助能源加以利用。应用Virtual.Lab Motion和AMESim建立了破拆机器人机电液系统联合仿真模型。仿真结果表明:在不同工况下,该方案的节能效率可达30%～67.6%,且能有效提高机械臂下降时的稳定性。     

利用MATLAB与ADAMS对6R机器人控制系统仿真

为研究机器人操作臂动态特性的变化规律,提出一种新的机器人控制模型仿真方案。运用三维建模软件建立机器人虚拟样机模型;利用虚拟样机仿真软件ADAMS进行机器人动力学建模和分析。通过2种典型实例验证模型的可靠性,并利用MATLAB和ADAMS联合仿真,对机器人操作臂进行控制研究。仿真结果验证了该方案的可行性,为机器人协同控制提供了参考     

绳驱咽拭子机器人的设计与实验

为了避免医护人员在繁重的采样过程中受新冠等病毒的感染，设计一种代替人工采样的绳驱咽拭子机器人。该机器人包括同轴绳驱机械臂和驱动系统。同轴绳驱机械臂外层绳驱机构和内层绳驱机构的配合提高了机器人采样的灵活性。驱动系统控制机械臂平移运动扩大了机器人的工作空间。通过Simulink建立绳驱咽拭子机器人的多刚体模型及控制系统。仿真和实验验证了绳驱咽拭子机器人对复杂采样环境的适应性及绳驱咽拭子机器人采样的有效性。     

机械手空间位姿控制的一种改进算法研究及仿真

在介绍伺服控制机器人关节型机械手的组成及其空间位姿变换矩阵的基础上,针对具有关节轴平行特性的机械手提出一种空间位姿控制的改进算法,以改进机械手空间位姿控制算法的计算效率.仿真实验表明,系统动态响应的性能指标明显改善,从而提高了机械手空间位姿控制的实时性.     

基于六维腕力传感器的机械手动态响应研究

十字梁腕力传感器广泛应用于机器人系统。腕力传感器的响应特性影响机器人系统的动态特性,也决定了传感器应变片的粘贴和传感器的标定方法,本文针对安装有十字梁六维腕力传感器的机械手系统的结构特点,以Lagrange方程为基础,建立机械手的动力学模型。研究机械手在力（力矩）作用下的响应特性以及机械手系统参数对机械手末端响应的影响。     

基于OpenGL的工业机器人动力学仿真的研究

本文利用OpenGL开发环境，与Visual C 相结合，建立六自由度工业机器人三维模型；在此基础上开发了机器人的运动学及动力学仿真系统，实现了实时动态仿真。并给出了六自由度机器人的动力学仿真应用实例。     

基于双目视觉的机械手捡球机器人设计

为解决人工捡球费力费时的问题,设计了一种双目视觉识别定位、机械手捡拾和自主避障的轮式智能捡球机器人。该机器人通过双目摄像头和Lab VIEW平台,实现对小球图像的实时采集与处理;运动控制系统采用以STM32F411为主核心的NUCLEO-F411RE嵌入式开发板,实现对各个模块的驱动;通过五自由度机械手实现小球的捡拾;通过红外传感器检测周围环境,实现自主避障;由计数器统计捡球数量,通过手柄模块人机交互辅助完成卸载过程。仿真结果表明:该机器人能够完成高尔夫球、乒乓球、网球等多种小型球类的捡拾任务。     

改进的APF算法在采摘机械手运动规划中的应用

针对六连杆采摘机械手运动规划的实时性，基于传统的人工势场(APF)算法，提出改进的人工势场(IAPF)优化算法。采用初等变换序列方法对机械手进行运动学建模，运用该模型可方便地得到机械手上各点相对于基底坐标系的雅可比矩阵。IAPF算法在APF算法原有的引力势场计算模型的基础上，加入了Sigmoid函数，以使得路径规划算法收敛，在斥力势场中引入了反S的Sigmoid函数，防止出现斥力爆炸现象。IAPF算法避免了传统算法的局部最小缺陷和目标不可达问题，同时有效地减少机械手运动规划的计算时间和关节误差。并通过实验验证了所提优化算法在采摘机械手避障运动规划中的实时性和准确性。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

铁路牵引变电所智能巡检机器人的研制

为满足铁路变电所巡检无人化的发展要求,提高检验工作的质量和效率,设计了一种用于变电站室内巡检的机器人。其主要由移动小车、升降总成、操作总成、控制柜四大部分组成。介绍了各个部分的机械结构,对巡检机器人的工作流程进行了描述。该设计实现了机器人整体移动、平台升降、相机拍摄图像和机械手操作开关等功能。建立了坐标系,分析了各个坐标系之间的转换关系,进行了相机的参数标定和手眼标定,计算出机械手到目标点的位移值。测试结果表明:该机器人能够完成对电气控制柜的巡检工作,并能接收远程指令对电气开关进行开合操作。研制的巡检机器人可降低巡检人员的工作强度,提高巡检效率。     

基于线性扩张状态观测器的机械臂变负载滑模控制

大型串联机械臂液压控制系统存在变负载及外干扰问题,机械臂不同工作姿态的等效质量会造成液压缸系统固有频率变化,影响系统动态特性,为此提出一种基于线性扩张状态观测器的滑动模态控制策略(LESOSMC)。以破拆机器人机械臂为研究对象,仿真试验结果表明:LESOSMC在机械臂处于不同姿态时,保持了很好的动态特性和稳态精度,对周期正弦信号也具有良好的跟踪性能。LESOSMC在机械臂变负载控制中具有良好的鲁棒性,满足重载液压机械臂关节位置控制的要求,为解决液压重载机械臂关节液压缸的位置控制提供了有效的工程方法。