地下道勘测机器人的设计与制作

设计并制作一款用于城市中地下道的勘测和垃圾清理的机器人。该机器人以STM32单片机为主控芯片，用英伟达工控机进行视频传输。PC端与主控系统组成远程控制系统，PC端与4G模块通过TCP协议广域网连接，4G模块接收信息再通过串口发送到主控系统上。PC端与英伟达工控机组成远程监控系统，PC端通过TCP/IP协议局域网与英伟达工控机连接，英伟达工控机采集视频通过局域网发送给PC端，PC端接收图像并通过窗口实时显示。还基于PyQt开发了一款把远程控制和远程视频监控集成一体的上位机软件，通过上位机软件可以方便用户操作和使用机器人。经过调试，PC端与机器人成功建立通信并可以实时传回视频画面，机械臂成功实现夹取功能。能完成勘测和清理地下道的任务。     

基于动力学辨识的机器人力反馈遥操作系统研究

针对水下、航空、手术及救援抢险等特殊环境下,需要人参与实现机器人的工作的情况,设计力反馈遥操作策略,以力反馈设备到机器人的映射位置为输入,实现机器人的阻抗控制,并使用机器人的动力学辨识系统,补偿机器人末端执行工具本身带来的重力影响及力作用点转换。结合机器人控制器内的实时外部引导技术,使用力反馈设备及机器人系统搭建实验平台。实验结果表明,本文提出的系统可实现2ms级别的机器人实时力反馈遥操作,在设定并根据负载辨识动力空间及速度限制范围内安全有效的实现学补偿消除负载重力带来的力反馈影响。     

基于被动力反馈的遥操作电液控制系统

针对遥操作机器人现有的力反馈冲击、反馈力震荡等问题,提出了一种新型的遥操作电液控制系统。主操作端选用电液比例控制系统以实现力反馈效果,从动端选用电液伺服控制系统以实现位移跟踪效果,并建立了电液控制系统的数学模型,选用算法简单、跟踪性能较好的力反射型控制策略,对整个系统进行了Matlab/Simulink仿真,结果表明,新型遥操作电液控制系统具有较好的位移跟踪及力反馈效果。     

基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信

机器人要实现复杂动作,必须具备能与机器人主控芯片进行快速通信的多个驱动单元。MODBUS-RS485通信可靠、成本低、传输速度快,被广泛应用于机器人领域。为解决机器人主控芯片基于MODBUS-RS485轮询多驱动控制单元的通信缺点,通过软硬件设计,完成了机器人主控芯片对多路集成驱动控制系统一帧数据监控的快速通信机制,使机器人主控芯片轮询完一个周期的时间极大减少,且驱动控制单元运行参数更新时间间隔也极大降低。本方案经理论和实践证明是可行并有效的。     

主从式机器人系统中力反馈的实现

设计了一套适用于医疗和装备维修的主从式机器人系统,并对其力反馈实现进行了研究。采用六维力传感器获得了从端的受力情况,并对获得的力信息进行了滤波、离线坐标系标定和重力补偿等处理,提高了力反馈信息的准确性和抗干扰能力。为进一步减小主从位置误差对系统的影响,在力反馈中实时附加一个与主从位置误差反向的作用力,并将其与传感器获得的力信息进行线性融合。实验结果表明,该方法可以提高系统的力反馈性能,满足主从式机器人系统对力反馈的要求。     

疲劳试验中测控设备力反馈信号采集同步性研究

本文通过对疲劳试验中应变测量设备,采集控制设备中力反馈数据的基本原理及实现方式进行分析,详细阐明影响控制设备采集到的力反馈数据与应变测量设备采集到的控制设备中力反馈数据间同步性的因素,设计虚拟试验对同步性进行验证。结果表明,应变测量设备能够从控制设备中采集力反馈数据,并且采集到的力反馈数据滞后于控制设备采集到的力反馈数据,在给定试验条件下,滞后不大于135ms,满足试验要求。     

网络控制机器人图像传输与处理系统设计

网络控制机器人是把网络技术和机器人技术融合起来,通过网络实现对机器人的控制。视觉信息在网控机器人中具有重要的作用。文章提出网控机器人图像传输与处理的系统设计,实现现场信息网络传输以及在客户端进行测量等图像处理。     

协作机器人遥操作运动学映射与导纳控制策略研究

为了提高主从异构型遥操作系统的安全性,提出了一种混合控制方法。首先,对机器人与力反馈设备间的运动学映射方法进行研究以实现主从异构型机器人的运动控制。其次,为了提高机器人与环境交互的安全性和稳定性,采用导纳控制实现对机器人末端接触力的控制。同时,采用角色分配的方法在线调整运动映射和导纳控制的角色因子,实现两种控制方式的融合。实验结果表明,与采用力反馈的位置控制相比,该方法在操作效率和安全性上具有更高的性能。     

基于人机合作的核运维机器人轴孔装配研究

为了提高核设施日常运行维护的效率,同时降低工作人员的受辐射剂量,针对CAP1400核电厂示范工程项目的任务需求,重点考虑核电厂堆外核测探测器安装过程中探测器与仪器井的轴孔柔顺装配问题,提出一种基于人机合作的核运维机器人轴孔装配方法。根据核运维机器人在核电厂环境中的运行特点,将轴孔装配任务分为搜索阶段和插入阶段。在搜索阶段搭建主从机械臂遥操作控制系统,将销钉放置在孔的中心位置。在插入阶段基于深度强化学习算法模型,以从端机械臂末端的力反馈和销钉位姿两种信息为依据构建马尔科夫决策过程,通过训练得到从端机械臂当前状态与动作的映射关系从而获取最优控制策略,依据力反馈信息实时调整销钉的位置和方向,控制销钉插入孔中。最后通过在真实场景中搭建的主从异构遥操作系统以及在仿真环境webots中建立的简化轴孔装配仿真验证了上述方法的可行性。     

煤矿井下悬挂式巡线机器人自动控制系统的分析

针对现有的悬挂式巡线机器人在工作中存在的易绞绳、信息传递稳定性差等难题,结合无线传输理论,提出了一种新的悬挂式巡线机器人自动控制系统,并对该控制系统的结构原理等进行分析。通过试验验证表明,该机器人自动巡查控制系统能够实现对井下巡查的机器人的自动控制、数据记录和判定,将监测数据实时传输到地面监控中心,可有效提高煤矿井下的监测准确性。     

基于CAN总线的力传感器与机器人控制器通讯设计

研磨机器人系统中，研磨头与工件的接触力是保证加工精度，进行机器人力控制的一个重要因素。采用CAN通讯可以确保力传感器准确、及时地把力信息传送给控制器进行力控制。本文给出了6维腕力传感器与机器人控制器通讯的硬件结构，制定了可靠的通讯协议，实现了力信息的正确读取，为研磨机器人控制系统获得可靠的力信息提供了一种新的解决方案。     

Wall-following control of a two-wheeled mobile robot

Wall-following control problem for a mobile robot is to move it along a wall at a constant speed and keep a specified distance to the wall.This paper proposes wall-following controllers based on Lyapunov function candidate for a two-wheeled mobile robot (MR) to follow an unknown wall. The mobile robot is considered in terms of kinematic model in Cartesian coordinate system. Two wall-following feedback controllers are designed: full state feedback controller and observer-based controller. To design the former controller, the errors of distance and orientation of the mobile robot to the wall are defined, and the feedback controller based on Lyapunov function candidate is designed to guarantee that the errors converge to zero asymptotically. The latter controller is designed based on Busawon’s observer as only the distance error is measured. Additionally, the simulation and experimental results are included to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.     

遥控移动机器人触觉感知接口的实现

传感器技术在力反馈方面的发展促进了遥操作移动机器人技术的发展,在原有遥控技术基础上,增加了力反馈传感器,这样提供给远方操作者的除了图像和导航信息外,还有触觉信息,因此改进了遥控性能,文章描述了用力反馈操作杆实现的移动机器人触觉感知接口的软硬件实施方法,及通过网络实现的遥操作。     

基于光学动作捕捉的室内移动机器人轨迹跟踪

以基于麦克纳姆轮的全向移动机器人为研究对象,首先对基于标记点的光学动作捕捉系统的定位原理进行研究,然后对移动机器人的驱动原理和位姿误差进行分析,建立运动学模型和位姿误差模型,通过反演法设计虚拟反馈,并结合李雅普诺夫函数构造出具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制器。接着对测试环境和试验样机进行搭建,将光学动作捕捉系统采集的位姿信息反馈到机器人的控制回路中,最后对直线和圆周轨迹进行跟踪仿真。通过在试验样机上实验验证,总结出利用光学动作捕捉系统对移动机器人采集的定位信息,可令移动机器人拥有良好的轨迹跟踪性能。     

一种足式移动机器人的混合视觉伺服控制方法

针对一种配有单目相机的足式移动机器人,提出一种基于图像单应性的混合视觉伺服方法,利用单应性矩阵中的元素构造状态变量估计估计机器人相对位姿,使机器人在缺乏深度信息的情况下可准确到达目标位姿。相较于轮式移动机器人,在足式机器人移动过程中,足式机构的间歇性运动直接影响机器人视觉反馈过程和伺服控制系统的准确性和稳定性。为解决这一问题,通过分析足式机构运动学并建立足式机器人移动速度与电机转速的映射关系,使控制器可以更准确地调整机器人运动速度。考虑到足式机构运动对视觉反馈环节的影响,提出一种改进型自适应中值滤波算法提高位姿估计精度。伺服环节设计了滑模控制器,并采用李雅普诺夫方法证明了控制系统的稳定性。最后,利用CoppeliaSim软件搭建足式移动机器人虚拟模型,通过仿真验证了所提出控制方案的可行性与有效性。     

Obstacle recognition using a haptic device

A haptic device is proposed which gives the user feedback information on their location and orientation of the obstacle through the mobile robot that detects the obstacle in an environment where the user cannot see.Mobile robot recognizes the exact position of the obstacle through configuring the nested ultrasonic sensor and giving feedback information to the haptic device.The haptic device consisting of five vibration motors can realize the haptic through the vibration of user＇s finger using the position information of the obstacle received feedback.In addition,it has high accuracy to recognize the surrounding environment and realizes the various situations with the fuzzy controller and the nested ultrasonic sensors.     

Mobile robot trajectory tracking using noisy RSS measurements: An RFID approach

Most RF beacons-based mobile robot navigation techniques rely on approximating line-of-sight (LOS) distances between the beacons and the robot. This is mostly performed using the robot's received signal strength (RSS) measurements from the beacons. However, accurate mapping between the RSS measurements and the LOS distance is almost impossible to achieve in reverberant environments. This paper presents a partially-observed feedback controller for a wheeled mobile robot where the feedback signal is in the form of noisy RSS measurements emitted from radio frequency identification (RFID) tags. The proposed controller requires neither an accurate mapping between the LOS distance and the RSS measurements, nor the linearization of the robot model. The controller performance is demonstrated through numerical simulations and real-time experiments.     

基于Backstepping方法的轮式移动机器人轨迹跟踪研究

根据机器人的运动学模型,对具有非完整特性的移动机器人轨迹跟踪控制进行了研究.采用基于积分backstepping时变状态反馈方法,引入一种新的虚拟反馈量,设计机器人轨迹跟踪控制算法,并且利用Lyapunov方法证明系统的全局稳定性.仿真结果证明了该方法的有效性.     

磨削机械手约束运动的力/位置混合控制

分析了磨削机械手的运动约束,建立了有约束动力学模型,提出了一种不用力反馈传感器的新型力／位置混合控制方案,并通过仿真验证了该方案的有效性。     

A double-loop structure in the adaptive generalized predictive control algorithm for control of robot end-point contact force

Robot force control is an essential issue in robotic intelligence. There is much high uncertainty when robot end-effector contacts with the environment. Because of the environment stiffness effects on the system of the robot end-effector contact with environment, the adaptive generalized predictive control algorithm based on quantitative feedback theory is designed for robot end-point contact force system. The controller of the internal loop is designed on the foundation of QFT to control the uncertainty of the system. An adaptive GPC algorithm is used to design external loop controller to improve the performance and the robustness of the system. Two closed loops used in the design approach realize the system?s performance and improve the robustness. The simulation results show that the algorithm of the robot end-effector contacting force control system is effective.