自恢复蒙特卡罗定位算法

机器人定位技术作为智能机器人领域的重要技术,是机器人进行自主规划和导航的重要前提。为解决机器人运动过程中的绑架问题,在蒙特卡罗定位(Monte Carlo localization, MCL)算法的基础上,提出了基于激光雷达似然域模型的定位可靠度评判算法以及基于惯性导航单元的定位自恢复模型。定位可靠度评判算法对机器人是否发生绑架问题进行判定,当发生绑架问题后,首先基于惯性导航单元的测量数据进行位姿预估计,然后基于预估计的位姿构建粒子重分布模型,最后进行粒子滤波得到重定位的结果,达到了对机器人绑架判定和自恢复定位的目的。经过实验测试和对比,该算法可以对绑架问题进行高效的判断,具有更高的恢复效率和准确度。     

中型组机器人运动控制系统的FPGA设计

以RoboCup中型组足球机器人为实验平台,提出一种基于FPGA的全方位移动足球机器人运动控制系统的实现方法。首先分析和研究三轮全方位移动机器人的运动学特性,建立其运动控制模型,然后以FPGA为主要处理器,设计了PID速度闭环控制算法,实现了对机器人的精确控制。实验发现,该设计方法具有很好的实时性,能够对全方位移动机器人进行快速、准确的控制。     

基于Matlab和Adams的自平衡机器人联合仿真

为检验自平衡机器人控制系统的准确性及其动静态性能,采用Matlab／Simulink和Adams建立虚拟样机系统的方法。通过建立机器人的状态空间方程并利用LQR方法配置系统极点,设计出状态反馈控制器。分别在Simulink和Adams中建立机器人的控制系统和机械仿真模型,利用二者实现对机器人的联合仿真。仿真结果表明,所设计的控制方法能实现机器人平衡,并具有良好的动静态性能。     

Prototype,control system architecture and controlling of the hexapod legs with nonlinear stick-slip vibrations

The paper introduces the constructed prototype of the hexapod robot designed based on the biomechanics of insects for inspection and operation applications as well as for different research investigations related to the walking robots. A detailed discussion on the design and realization of mechanical construction, electronic control system and devices installed on the robot body are presented. Moreover, the control problem of the robot legs is studied in detail. In order to find the relationship between movements commonly used by insects legs and stable trajectories of mechanical systems, first we analyze different previous papers and leg movements of real insects. Next, we are focus on the control the robot leg with several oscillators working as a so-called Central Pattern Generator (CPG) and we propose other model of CPG based on the oscillator describing stick-slip induced vibrations. Some advantages of the proposed model are presented and compared with other previous applied mechanical oscillators with help of numerical simulations performed for both single robot leg and the whole robot. In order to confirm the mentioned numerical simulations, the conducted real experiments are described and some interesting results are reported. Both numerical and experimental results indicate some analogies between the characteristics of the simulated walking robot and animals met in nature as well as the benefits of the proposed stick-slip vibrations as a CPG are outlined. Our research work has been preceded by a biological inspiration, scientific literature review devoted to the six-legged insects met in nature as well as various prototypes and methods of control hexapod robots which can be found in engineering applications.     

Double-level ball-riding robot balancing: From system design,modeling, controller synthesis,to performance evaluation

In this research, a new robot, double-level ball-riding robot, is introduced. The robot consists of an upper ball-riding subsystem and a lower ball-riding subsystem. The robot’s dynamics model can be considered separately in two identical planes. Euler–Lagrange equation of motion is applied in order to obtain the dynamics model. Motors are included in the robot’s model. The model is then linearized. The robot’s parameters are identified. The robot’s prototype is manufactured and assembled. Linear Quadratic Regulator with Integral (LQR + I) controller is proposed and applied in order to balance both levels of the robot. The complementary and orientation transformation are used to fuse sensors in order to obtain robot leaning angles. Balancing performance of the developed double-level ball-riding robot is evaluated by simulations and experiments. The results show efficient control performance of LQR + I controller.     

基于虚拟样机技术的外骨骼机器人机构设计

为了提高人类的负重能力,并降低人类在行进中的能量消耗,设计了一种液压驱动的可穿戴外骨骼机器人,进行了机构设计并确定了液压系统的关键参数,其中腿机构设计是关键部分。通过数学公式分析了外骨骼机器人腿部受力,并对外骨骼机器人简化模型进行虚拟仿真,确定各关节运动所需的力矩。在此基础上,完成了机器人机构和液压系统设计。最后通过虚拟样机技术,验证了机构设计参数选取的合理性及所确定的液压系统满足设计要求。     

基于时空混合图卷积网络的机器人定位误差预测及补偿方法

工业机器人作为智能制造的重要载体,在大范围复杂任务中具有巨大潜力。但是,定位精度低且难以控制的问题阻碍了机器人在高精度任务的进一步推广。为了提升机器人作业精度,该文提出一种基于时空混合图卷积网络的机器人定位误差预测及补偿方法。首先通过设计图关系编码模块、时空混合特征解码模块,构建基于图卷积网络的机器人位姿误差预测模型;然后,针对传统迭代补偿方法中机器人逆解次数多导致效率低的问题,该文将定位误差补偿问题转化为优化问题,并利用遗传算法同时对位置和姿态进行误差补偿;最后,通过拉丁超立方抽样方法获得训练集,实现机器人定位误差预测模型的训练,并通过实验验证了定位误差预测的准确性以及补偿的效果。     

Dynamic modeling and analyzing of a walking robot简

In this paper, a walking robot is established. The zero-moment point（ZMP） is used to stabilize the working robot. The kinematic model of the robot based on denavit-hartenberg（D-H） method is presented in this thesis. And then the dynamic model, based on Lagrange method, is built by simplifying the kinematic model of robot body. A kinematic simulation to the robotic system is achieved based on Adams. Driving torque of left ankle is calculated according to joint angle, angular velocity and angular acceleration. The validity of the dynamic model is testified by comparing with the result of simulation.     

自平衡机器人的机械建模与自平衡算法

针对高阶次、多变量、非线性、欠驱动的单轮机器人系统,提出了一种最优控制算法。首先采用机械方程推导出力学模型,通过将其在平衡位置处进行线性化,得到系统的线性化标称方程,然后用对称根轨迹（SRL）配置极点的控制方法实现了独轮机器人的动态稳定和平衡控制。仿真的结果验证了力学模型的正确性和反馈线性化控制算法的有效性。     

一种工业机器人柔性在线坐标测量系统

结合白车身焊装过程尺寸监控的实际需要,设计了一种基于机器人和视觉测量的在线坐标测量系统,提出利用机器人运动学模型计算坐标后进行坐标平移修正的方法,有效消除运动学模型与参数误差,充分利用机器人较高的重复定位能力,提高了测量系统精度,并且测量系统具有较高柔性,可以测量空间任意点,快速计算修正值,保证被测点的坐标精度,全面满足柔性生产线的测量需要。与三坐标测量机的比对实验证明,本系统99%测量点的测量误差小于0.4mm。     

基于LabVIEW的手术机器人虚拟仿真平台设计

为了清晰地观察手术机器人的运动状态,文中提出了一种基于LabVIEW的3D虚拟仿真平台构建方法。该方法将图形化编程软件LabVIEW作为构建平台,结合SolidWorks机械建模、LabVIEW的GUI前面板、三维显示控件以及LabVIEW Robotics工具包搭建了可视化程度高、模型效果逼真的手术机器人3D虚拟仿真平台。针对文中设计里自主构建的从手机械臂和主手操作台,详细讲述了虚拟仿真平台的构建过程,并且使用算法实现了手术机器人在主从控制系统中的实时参数控制。最后结合MATLAB对手术机器人末端位置运动进行测试对比。测试结果表明轨迹路径一致,可以通过该方法实现对手术机器人的虚拟仿真平台构建。     

Calculation of a robot manipulator model in the form of arecurrent neural net

A neural model for robot manipulator is proposed similar to the mathematical model of a robot manipulator in the form of a Lagrange-Euler equation. A learning algorithm based on the backpropagation method is given for a neural model. A numerical example of calculation of a neural model for Puma 560 robot is presented.     

Real-time sensing of tooth position for dental digital subtractionradiography

Dental digital subtraction radiography requires accurate repositioning of the patient and X-ray source in order to facilitate correct diagnostic of bone loss. Present mechanical repositioning systems do not allow radiography of posterior teeth, and are uncomfortable for the patient. A new repositioning system that utilizes a six degrees of freedom position sensor and a robot arm with X-ray source is proposed. A mathematical model for the system is given, and the robot arm solution is obtained based on patient position. An error analysis is performed in order to determine the influence of sensor and robot errors on system accuracy. A series of experiments to determine sensor noise and accuracy are described. These tests showed relatively small errors over the work envelope of the sensor. Further tests showed that there is no adverse effect due to the presence of metal work in the patient's mouth. The high bandwidth of the sensor may allow real time tracking of small movements of the patient's head.     

基于光栅投射的机器人导航视觉传感器研究

为了实现暗环境下移动机器人导航中障碍物的检测与运动机器人的定位,采用了一种组合式光栅投射立体视觉传感器研究方法,首先通过光栅投射和立体视觉相融合的方法,建立光栅投射立体视觉传感器几何和数学模型,然后利用空间设备位置约束原理和投影平面相交的方法,进行了机器人视场内空间物体的3维坐标计算,建立了可靠真实的障碍物检测和分析方法,并进行了理论分析和实验验证,取得了距离计算精度0.8mm的数据。结果表明,该方法对于图像计算的精度在亚像素级。该方法有利于目前黑暗环境中机器人无法自主导航难题的突破,为黑暗环境中无全球定位系统支持的机器人导航提供了基础探索。     

OPRoS: A New Component‐Based Robot Software Platform

A component is a reusable and replaceable software module accessed through its interface. Component‐based development is expected to shorten the development period, reduce maintenance costs, and improve program reusability and the interoperability of components. This paper proposes a new robot software component platform in order to support the entire process of robot software development. It consists of specifications of a component model, component authoring tool, component composer, and component execution engine. To show its feasibility, this paper presents the analysis results of the component's communication overhead, a comparison with other robotic software platforms, and applications in commercial robots.     

视觉引导的装配机器人平面定位补偿方法

为了提高选择顺应性装配机器手臂（SCARA）机器人平面定位的精度,采用网格模型结合最小距离误差逼近的方法,首先构建SCARA机器人平面定位的简化模型,概述网格模型构建原理,然后通过视觉采集机器人末端第1次到达的实际点与期望点相对位置关系,构建可变参量的起始网格模型,再采用最小距离误差逼近,求解下一步构建可变参量网格模型起始点,最后由期望点在网格模型中位置分布情况决定模型粒度点的收敛更新方向。结果表明,视觉引导的定位补偿策略弥补了因模型不精准而造成的平面定位精度不高的现象;空间插值补偿法定位精度为1mm~3mm,平面定位补偿精度较之有较大提高。该方法调节的参量单一、机器末端移动次数明确、工业应用性强。     

自平衡机器人的模糊-PD控制

由于自平衡机器人是一种两轮左右平行布置的机器人,像传统的倒立摆一样,它的本身是一个自然不稳定体,必须要施加强有力的控制手段才能使之稳定.为了提高两轮自平衡机器人设计的可靠性,针对不稳定、非线性、强耦合的两轮自平衡机器人系统,运用牛顿力学方法建立了转向运动的数学模型.在模型中建立了模糊控制器,并用模糊控制加比例控制的方法...     

基于强化学习的机器人认知情感交互模型

为增强机器人的认知情感计算能力,依据PAD情感空间建立结合即时反馈和长期趋势的机器人认知情感生成方法,该文提出一种基于强化学习的机器人认知情感交互模型。首先,依据人际交往心理学理论,模拟人类情感生成过程进行类人情感生成,并从中提取相似性、积极性、共情性3个影响因素;其次,利用强化学习的全局统筹特性,建立响应情感状态与上下文长期情感状态之间的关联关系,从而对机器人情感生成过程进行建模;然后,将3个因素纳入模型奖励机制用于交互情感状态评估,实现模型更新并得到最优情感策略;最后,利用所得最优情感策略对应的最优情感状态对机器人情感状态转移概率进行更新,并依据6种基本情感状态在空间中的情感值,将其映射到连续情感空间中得到机器人的最优响应情感值。主客观对比实验表明,该文模型能有效增加机器人情感表达的细腻性、连续性、积极性以及共情性,还能有效降低机器人对外界情感刺激的依赖性,进一步提升和谐友好的人机交互关系。     

正交约束下的机器人线结构光手眼标定

为了将传感器局部坐标系下的测量数据转化为机器人坐标系下的全局三维数据,需要确定机器人法兰盘与传感器之间的关系,即手眼标定。为实现机器人与线结构光传感器的现场手眼标定,提出一种正交约束条件下的新方法,该方法标定过程无需人工参与,仅需一块具有空间正交约束关系的平面靶标。标定过程中任意变换机器人位置与姿态,控制激光线与靶标两直角边分别相交,并记录传感器测量坐标值以及对应的机器人姿态数据,再基于空间正交约束建立非线性优化模型,最后采用内点法迭代求得最优解。实验结果表明：该标定方法快速、稳定且精度较高,系统整体测量精度优于0.3 mm,可满足常规测量需求。     

两轮差速机器人运动学分析和控制研究

对两轮差速机器人的运动控制进行分析,建立了输入/输出量之间的函数隶属关系,在建立轮式机器人的运动学模型和动力学模型基础上,为实际研究提供可行性指导和理论依据。同时为博创平台的差速机器人运动控制提出新的思路,即基于模糊控制的机器人路径跟踪。将增量式PID控制算法及模糊控制策略结合起来,应用于两轮差速机器人的运动控制模型中,并运用Matlab进行仿真,得到了控制系统的响应曲线,达到了满意的效果。