全方位移动机械手路径规划仿真平台的设计

机器人的三维仿真在机器人的研究中起着重要作用,论文以实验室中的全方位移动机械手为背景,建立了该移动机械手的运动学模型,然后利用VisualC++调用OpenGL建立了移动机械手的三维模型及路径规划的仿真平台,给出了实现算法,为移动机械手路径规划算法的研究提供了更为生动形象的仿真平台。     

基于栅格法的移动机器人运动规划研究

研究移动机器人运动规划问题.为实现机器人独立自主地完成任务行为,提出了一种利用栅格法对移动机器人运动进行规划,算法将运动规划分解为路径规划和运动控制两部分.在路径规划时,对栅格环境设定机器人的假想窗口栅格,并根据假想窗口和环境信息的可信度,设定实现环境信息优化的路径规划策略.根据机器人的运动学模型推导出机器人的运动控制律,以实现问题的求解.最后对运动规划方法进行了仿真验证,仿真结果证明了控制律的有效性.     

移动机器人可拓控制器的设计

路径规划技术是移动机器人研究领域的关键技术之一,是移动机器人完成任务的安全保障.针对在环境障碍物信息未知的情况下移动机器人的路径规划问题,将可拓学理论与机器人路径规划结合,建立了机器人物元模型,分析了其可拓性在不同的环境下的应用,并结合机器人全局与局部路径规划方法的特点,设计了基于可拓控制的路径规划控制器,仿真结果证明了该方法的可靠性和有效性.     

移动机器人虚拟仿真平台的设计和实现

针对目前国内外对环境检测移动机器人的迫切需求,以3ds Max 2012、OpenGL图形库为基础,用VC++2010作为开发环境,实现了移动机器人在场景中的自动避障、漫游、与用户操控下的互动。实验结果表明:搭建的仿真平台生动形象,运行效果良好,为进一步研究移动机器人控制算法和路径规划创造了条件。     

动态环境下基于蚁群算法的实时路径规划方法*

提出了一种实现移动机器人在复杂动态环境下进行实时路径规划的新方法。该方法首先利用模糊逻辑来描述机器人局部环境模型;然后采用改进的蚁群系统算法快速地搜索出局部最优路径,并在此路径的引导下,结合机器人滚动规划方法,实现移动机器人在复杂动态环境下的实时路径规划。该方法不仅能克服传感器测量误差等引起环境信息的模糊性和不确定性的影响,还可以充分发挥蚁群算法的群体智能优势来保证系统规划的实时性。仿真结果表明该算法的有效性和可行性。     

基于细胞自动机的移动机器人路径规划算法

针对移动机器人全局最优路径规划问题,提出一种基于细胞自动机的路径规划算法.该算法首先将移动机器人的起点、目标点和空间障碍物定义为一组离散的细胞状态,建立环境的细胞自动机模型;然后由机器人移动的曼哈顿距离设计演化规则;最后根据演化后的细胞状态搜索最优路径.对简单和复杂环境下的机器人路径规划问题进行了仿真实验,实验结果验证了该算法的有效性.     

基于RFID的移动机器人巡逻路径优化研究

针对移动机器人在大范围环境中的巡逻路径优化问题,提出一种基于RFID信息节点导引方法的路径和时间优化策略;研究了在一由实际环境抽象得出的拓扑地图环境下,使用RFID标签来标记环境中的关键位置,例如走廊,交叉点,拐角等,并且利用标签中储存的导航指令来指导移动机器人的行动;将机器人分为3路巡逻,优化得出巡逻总路程最短且历经信息节点数均衡的路径;设定机器人在节点的停留时间,研究了机器人在一限定时间内巡逻完所有节点的分组及路径优化方法;为大范围布置RFID信息节点导引机器人行动的环境下,提供了一种巡逻路径优化方案。     

基于回声状态网络的进化机器人路径规划方法

在移动机器人路径规划问题的研究中,针对进化机器人在不同环境下需要重新进化与学习的问题,为了使进化机器人准确定位,提出了一种基于(μ+λ)-ES进化策略的回卢状态网络路径规划算法,利用回声状态网络构建移动机器人传感器输入和执行器输出之间的映射关系,利用(μ+λ)-ES进化策略对回声状态网络进行无监督学习,机器人利用进化获得的神经网络控制器进行路径规划.仿真结果表明,根据回声状态网络的路径规划方法对于机器人动态未知环境具有较好的实时性和适应性,达到准确定位目标.     

基于遗传算法的多移动机器人协调路径规划

采用链接图法建立了机器人工作空间模型;应用遗传算法规划多移动机器人运动路径; 引入适应值调整矩阵新概念,以达到对多移动机器人运动路径的全局优化;基于面向对象技术,研 制成功多移动机器人路径规划动态仿真系统.大量仿真实验结果表明,所提方法可行.     

基于ADAMS的弧焊机器人运动仿真

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一。采用CAD软件Pro/E和机械系统动力学仿真软件ADAMS,对德国CLOOS公司生产的76AW型弧焊机器人建立了三维运动仿真模型。采用Denavit-Hartenberg方法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并采用Matlab编写了运动学正、逆解的程序。详细阐述了模型的建立方法及具体过程,实现了在ADAMS环境下的机器人焊缝路径的运动仿真。为机器人动力学及离线编程技术的研究提供了基础。     

A virtual environment-based system for the navigation of underwater robots

Efficient teleoperation of underwater robot requires clear 3D visual information of the robot's spatial location and its surrounding environment. However, the performance of existing telepresence systems is far from satisfactory. In this paper, we present our virtual telepresence system for assisting tele-operation of an underwater robot. This virtual environment-based telepresence system transforms robot sensor data into 3D synthetic visual information of the workplace based on its geometrical model. It provides the operators with a full perception of the robot's spatial location. In addition, we propose a robot safety domain to overcome the robot's location offset in the virtual environment caused by its sensor errors. The software design of the system and how a safety domain can be used to overcome robot location offset in virtual environment will be examined. Experimental tests and its result analysis will also be presented in this paper.     

基于OpenGL的RV-3SQ垂直多关节型机器人监控研究

利用OpenGL平台导入三菱RV-3SQ垂直多关节型机器人3D模型,在VC++的环境中采用OpenGL平台进行对3D模型对象进行控制,通过串口通信使模型机器人对象与实际机器人对象联动,为机器人监控提供便利.实验表明,将基于OpenGL平台的图形虚拟系统与实际控制对象结合起来,能够更好的表现对象的运动过程,在监控系统中具...     

Three‐dimensional localization for the MagneBike inspection robot

The MagneBike inspection robot is a climbing robot equipped with magnetic wheels. The robot is designed to drive on three‐dimensional (3D) complexly shaped pipe structures; therefore it is necessary to provide 3D visualization tools for the user, who remotely controls the robot out of sight. The localization system is required to provide a 3D map of the unknown environment and the 3D location of the robot in the environment's map. The localization strategy proposed in this paper consists of combining 3D odometry with 3D scan registration. The odometry model is based on wheel encoders and a three‐axis accelerometer. Odometry enables the tracking of the robot trajectory between consecutive 3D scans and is used as a prior for the scan matching algorithm. The 3D scan registration facilitates the construction of a 3D map of the environment and refines the robot position computed with odometry. This paper describes in detail the implementation of the localization concept. It presents the lightweight, small‐sized 3D range finder that has been developed for the MagneBike. It also proposes an innovative 3D odometry model that estimates the local surface curvature to compensate for the absence of angular velocity inputs. The different tools are characterized in detail based on laboratory and field experiments. They show that the localization concepts reliably track the robot moving in the specific application environment. We also describe various techniques to optimize the 3D scanning process, which is time consuming, and to compensate for the identified limitations. These techniques are useful inputs for the future automatization of the robot's control and optimization of its localization process. © 2010 Wiley Periodicals, Inc.     

RoboCup3D仿真系统中的机器人自定位方法

在RoboCup3D仿真比赛中,机器人自定位非常重要,定位不准确会对仿真比赛产生严重的影响。为了模拟真实环境,比赛中加入了视觉噪声。这使机器人定位变得更加困难。本文针对RoboCup3D仿真中的机器人视觉特征,提出一种观测值加权融合的卡尔曼滤波方法来实现机器人自定位,采用此方法能得到更精确的观测值。仿真实验结果表明,此定位方法大大提高了机器人自定位的精度。     

基于虚拟现实的计算机辅助立体定向神经外科手术系统

介绍了一个计算机辅助立体定向神经外科手术系统,该系统基于实时可视化绘制、机器人和虚拟现实技术,辅助医生完成立体定向神经外科手术,系统首先利用患者脑部的扫描数据重构并绘制出患者脑部的三维组织结构,为医生调整和确定手术规划提供参照。系统采用了标记点的校准方法,在手术前和手术中分别进行脑部模型和患者的坐标校准。通过机械臂的导航,使机械壁达到了手术规划规定的位置和姿态,医生利用安装在机械臂上的手术器械完成     

基于栅格模型的双目移动机器人三维场景重建

以投影几何学以及双目立体视觉原理为理论基础,对移动机器人的三维重建技术进行研究,对移动机器人漫道过程中所在的兴趣区域的场景进行较为精确的建模.设计了机器人的快速建模方法,利用迭代最近点算法(ICP),完成了多个局部三维场景模型的融合.同时,结合栅格投射理论,完成了对全局三维场景模型的更新.利用栅格模型重建的三维场景,具有环境信息丰富,模型描述精确的特点,可以应用于移动机器人导航领域.     

虚拟现实技术在柔性上肢康复机器人中的应用

根据末端牵引式和外骨骼式上肢康复机器人的特性,研制了一种新型的柔性上肢康复机器人。机器人的康复训练系统结合了主动和被动模式的要素,将虚拟现实（VR）技术引入上肢康复机器人,通过现实环境中的光学3D位置捕获以及VR环境中的3D位置感知,设计了虚拟动态模型交互性节点和碰撞检测实验,实现虚拟现实交互,提高虚拟模型运动实时效果和上肢康复训练精度。VR和新颖的康复机器人的集成为具有特定任务的患者提供了有效的训练。     

协作环境下的人机距离建模与最小距离迭代算法

为了使机器人适应更广泛、更复杂的任务需求,实现人与机器人的协作与共融,精确并实时地计算人与机器人之间的相对距离成为了不可避免的问题.针对该问题,提出了一种协作环境下的人机距离建模方法以及计算人机间最小距离的迭代算法.首先,利用机器人的3D模型构建机器人结构特征,并通过3D视觉传感器提取人体骨骼特征,将以上2组特征映射到同一坐标空间中建立协作环境下的人机距离模型.然后,在此模型的基础上迭代计算人与机器人间的最小距离并给出对应的空间位置点.最后以ABB公司的YuMi机器人为测试对象进行人机最小距离测量实验,实验结果表明该方法降低了建模难度、实现了计算的实时性,验证了该建模方法与迭代算法的有效性和实用性.     

Long-term experiments with an adaptive spherical view representation for navigation in changing environments

Real-world environments such as houses and offices change over time, meaning that a mobile robot’s map will become out of date. In this work, we introduce a method to update the reference views in a hybrid metric-topological map so that a mobile robot can continue to localize itself in a changing environment. The updating mechanism, based on the multi-store model of human memory, incorporates a spherical metric representation of the observed visual features for each node in the map, which enables the robot to estimate its heading and navigate using multi-view geometry, as well as representing the local 3D geometry of the environment. A series of experiments demonstrate the persistence performance of the proposed system in real changing environments, including analysis of the long-term stability.     

毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中的3D运动及微操作方法研究

为模拟机器人在人体环境中的3D运动及微操作,提出了毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中保持水平姿态实现3D运动及执行微操作的方法．首先,设计并加工了潜艇形机器人以及4线圈磁驱动系统,通过COMSOL软件对磁场系统进行了有限元仿真．然后,对机器人在低雷诺数液体环境中的受力情况进行了分析,建立了机器人运动模型并研究了其多种运动模式．机器人在低雷诺数液体中可以保持水平姿态沿设定路线运动,包括垂直上升、对角上升、直角运动、螺旋上升等3D运动,最大运动速度为1.2 mm/s．通过设计的无线能量传输系统将电能引入到小尺度空间,机器人可通过无线电能驱动其前端的夹持器执行夹取、搬运、释放等微操作．