一种寻线机器人实时控制系统的研究

针对寻线机器人实时控制的要求,提出了一种基于嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ和有限状态机相结合的寻线机器人系统设计方案.本方案以Renesas公司的H8/3048F-ONE型单片机为硬件核心,使用uC/OS-Ⅱ内核进行任务的管理与调度,并采用有限状态机的系统分析和程序设计方法设计了逻辑控制任务.行驶首圈采用光电传感器导航,同时生成路径地图;次圈及其以后采用基于地图和光电传感器的信息融合导航方法.实验结果表明,系统生成地图与实际路径地图吻合性好,24米路径次圈行驶的时间均比首圈少2-4s.系统在实时性、稳定性、可移植性和可扩展性等方面,更能满足寻线机器人发展的需要.     

NKRS—1型通用机器人实验系统的研制

南开大学机器人实验室研制的NKRS—1型通用机器人实验系统由PUMA760机器人和NKRS—1机器人的控制系统组成.该实验系统为机器人控制系统的各部分设计和研究提供了一个真实可靠的软硬件环境,对于机器人控制级的算法研究和评估.对于协调级的改进以及任务级的实现,该实验系统均是十分重要的基础性工作.NKRS—1实验系统采用了灵活独特的硬件体系结构,硬件资源完全向用户开放;备有功能可以与VAL—Ⅱ语言相媲美的NSV1.0语言;各种界面丰富;另外,NKRS—1实验系统还具有一个实时数据采集分析系统.     

一种基于近场子集划分的多机器人任务分配算法

针对医护人员重复、机械地配送医疗物资工作效率低的问题,使用了多机器人进行替代,并提出了一种基于"任务地点"近场子集划分的多机器人群体智能任务分配算法.首先采用蚁群算法对任务集进行有序排列,形成一条近场相关的任务链.然后根据任务完成的时间和机器人的路径成本设计目标优化函数,利用遗传算法对该任务链进行子集划分,再将任务子集分配给机器人个体.最后模拟了医院病房的应用场景,设计并搭建了一套多机器人医疗物资运输分配系统.用户在该系统的操作平台上,通过可视化界面能够实时发布新任务,查看已发布任务的分配情况,以及查看机器人的路径.基于该模拟实验平台,对3种不同的任务分配算法进行对比分析,结果是本文算法的分配结果最为合理,所有任务都在规定的时间内完成,机器人的行驶距离大幅缩短.所提出的多机器人任务分配算法可有效解决医疗环境中医疗物资的配送问题,提高了系统的工作效率.     

气动机器人电-气控制系统设计

研制了一种适用于人体内腔诊查的柔性气动微机器人系统,根据机器人机体结构和移动机理,设计了该机器人的电-气控制系统,通过该控制系统控制机器人的主动移动,完成人体内腔的环境参数监测与诊疗等任务.     

基于计算机仿真的全景视觉镜面设计

文章用反射镜面设计的理论知识和计算机仿真,为实现应用于中型组足球竞赛机器人全景视觉系统的反射镜面的快速有效的设计,自主开发了用于镜面轮廓设计的仿真设计系统,并设计制造了满足机器人任务要求的特殊曲线的反射镜面.通过实践表明基于知识和计算机仿真的现代设计方法大大提高了反射镜面设计的质量和效率,能从整体上把握设计的合理性.避免设计出错和产品返工,节省制造成本,并令设计结果满足预计的任务需求.     

一种异构多机器人系统交互协议

随着机器人在各领域的广泛应用和任务种类多样化,单机器人执行任务受到任务规模和复杂程度的限制,使用多个机器人协作完成任务是解决问题的有效方法之一;在多机器人控制系统中,不同的任务往往需要不同结构和功能的机器人去执行,而且工业化的机器人各自遵循私有协议;在操作多机器人系统时,系统中的通信协议因不同的机器人而异,从而增加了控制过程中的协作难度;设计和制定一个统一的交互协议,便于协作信息在系统中通信,共同完成给定的任务;针对不同的机器人私有控制协议,在一致化交互接口的基础上,设计并实现了不同工业机器人之间的交互;通过工程实践,验证了一致性交互协议对于异构机器人系统的有效交互,对完成复杂问题作业具有借鉴作用。     

基于混合视线-脑机接口与共享控制的人-机器人交互系统

设计了一种基于混合视线-脑机接口与共享控制的人-机器人交互系统,以使得用户可通过视线和意念对机器人末端在2维空间进行连续的运动控制,并在避障和趋近目标的任务中获得机器智能的辅助.首先,按照用户运动意念的强度对机器人末端的运动速度大小进行等比例连续调节,以提高用户对机器人的控制感以及完成任务的参与性.然后,提出了机器人末端运动方向的一种共享控制策略,动态地融合基于视线追踪技术所得到的用户方向控制指令以及由机器人避障和趋近目标的行为设定所得到的机器人系统方向控制指令,自适应地调整机器人系统对用户的辅助力度,以减轻用户脑力负荷,提高任务完成成功率.最后,针对搭建的基于混合视线-脑机接口和共享控制的人-机器人交互平台,通过实验验证了所提系统的有效性.     

多机器人协作任务的仿真设计研究

多机器人协作问题已成为机器人研究领域的一个热点,而仿真研究是多机器人协作问题的重要研究手段.为了给多机器人协作任务提供评断依据,基于对MuRoS仿真平台的扩充提出了一套针对多机器人协作任务仿真的完整设计思路.首先分析了MuRoS多机器人任务模拟环境的结构框架和功能特点,描述了它执行仿真任务的工作流程.然后提出了几种常用虚拟控制器的接口设计方法.最后,通过几个典型的协作任务的仿真实例合理调用虚拟控制器,得到了满意的运行效果,验证了设计思路的有效性.     

RSSS-II 脊柱手术机器人系统开发及其实验研究

手术机器人应用于脊柱手术中,辅助医生完成脊柱手术中钉道定位、钻钉道等操作,有助于降低医生工作强度,保证了手术操作的精确性、稳定性和安全性.文章针对椎弓根钉内固定术,设计研制了脊柱手术辅机器人系统RSSS-Ⅱ.首先,从脊柱手术的临床需求出发,充分考虑术中安全性、手术区域覆盖范围、患者术中摆位以及对机器人占地空间等多方面因素,设计六自由度串联式手术机械臂以及力反馈钻骨装置.其次,以椎弓根钉内固定术中准确定位为目的,对机器人导航定位所涉及的关键技术展开研究,构建了图像导航定位系统.最后,通过精度测试实验和离体样本骨实验,对关键技术及系统的精度、安全性等进行原理性验证.实验结果显示,脊柱手术机器人系统RSSS-Ⅱ能满足手术对精度的要求.     

基于变阻抗控制的冗余驱动并联机器人多目标内力优化

由于冗余驱动的存在,冗余驱动并联机器人系统逆动力学模型存在无限组可跟踪期望轨迹的控制力矩解,这使得机器人在运行过程中具有完成附加任务的能力.以实现骨科机器人的安全精准操控为目的,提出了基于变阻抗控制的冗余驱动并联机器人多目标内力优化方法.首先,采用支链分解法对冗余驱动并联机器人的动力学进行建模.其次,为实现机器人的安全操作,设计了冗余驱动并联机器人时变阻抗控制器,利用李雅普诺夫理论分析了系统的稳定性;在此基础上,以消除冗余驱动并联机器人运动过程中的传动间隙为附加任务,提出了一种以力矩传递性能、驱动功率和控制力为优化目标的多目标融合驱动力优化方法.最后,通过仿真实验与对比分析,验证了所提方法的有效性,实现了机器人系统传动间隙的消除.     

仿蛙跳跃机器人起跳任务规划与控制

研究跳跃机器人起跑规划问题,针对仿蛙跳跃机器人在起跳过程中脚掌与地面之间形成的欠驱动约束和特定的起跳任务,为提高系统性能,提出了一种在任务空间内实现给定起跳任务要求的路径运动规划控制.利用部分反馈线性化(PFL)将仿蛙跳跃机器人系统起跳动力学方程中的非线性部分线性化,设计了滑模变结构控制器对仿蛙跳跃机器人在起跳阶段的质心轨迹进行跟踪控制.结果表明滑模控制器能够使质心轨迹精确地跟踪给定轨迹,解决了仿蛙跳跃机器人的起跳任务优化控制问题,验证了提出的任务空间控制方法用于仿蛙跳跃机器人起跳任务规划的可行性.     

虚拟现实技术下分拣机器人嵌入式遥控系统设计

为了解决当前遥控系统控制分拣机器人执行既定任务时存在目标轨迹跟踪效果不佳、跟踪误差较大,任务执行成功率较低、失误率较高以及系统响应延迟时间较长等缺点,提出并设计了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统,研究通过分析虚拟现实系统组成结构基础上,将虚拟现实技术与分拣机器人技术有机结合,依据模块化、标准化、开放性和可用性原则,利用虚拟现实技术设计了具有临场感的操作指令输入输子系统和分拣机器人具有真实感的虚拟场景仿真子系统的嵌入式遥控系统;并给出了嵌入式遥控系统的基本功能单元和具体操作流程;依据该流程采用QNX Neutrino系统作为分拣机器人本体控制器,同时采用工业现场总线EtherCAT作为系统网络通信支撑,设计了嵌入式遥控系统软件控制程序,完成了基于虚拟现实技术的分拣机器人嵌入式遥控系统设计。模拟实验结果验证了设计系统的有效性,获得了较好的目标跟踪效果,减小了跟踪误差,提高了分拣机器人任务执行成功率,同时提高了系统效率。     

受生物群体智能启发的多机器人系统研究

首先,介绍了生物社会中的群体智能．接着,讨论了群体机器人技术中的群体控制、群体通信和群体形态等主要研究内容及其发展趋势,并介绍了群体机器人系统的几个典型任务环境．最后,通过一个物体搜集任务的仿真实例来说明群体智能设计原则在多机器人系统中的应用．     

一种用于高尔夫赛的NAO机器人比赛系统设计

基于NAO机器人平台设计了一种机器人高尔夫球比赛系统,并设计制作了用于比赛的附加硬件结构,提出并实验了一种基于高尔夫比赛规则的机器人比赛系统,控制NAO机器人通过单目视觉识别周围环境和目标物,并通过运动控制设计机器人击球、行走等动作使机器人完成整个比赛流程.实验证明该系统可行,并获得江苏省第一届机器人高尔夫赛省一等奖.     

一个任务导向的装配机器人多传感器系统方法

本文介绍了一个用于装配机器人的多传感器系统的设计思想和实现方案.提出了在装配任务导向下的监测任务规划模型,讨论了多物理传感器信息融合方法,多目标三层次感知信息决策模型,以及相应的实现系统层次结构.目的是在目标级上实现装配机器人系统的动态闭环.     

基于平行进化的机器人智能控制研究

为增强机器人的实用性,使机器人在一定环境内能够自主完成指定任务,具备良好的环境适应能力需要在机器人系统的设计与开发中引入进化的机制与思想,在机器人对环境的反射中,通过学习促进机器人行为与功能的进化.在机器人进化思想的基础上,提出了一种机器人和软件人之问的平行进化方法,建立了平行进化过程的多重广义模型,给出了平行进化的具体算法,并在实际的变电站巡检机器人系统中加以实现与验证.实际应用情况表明平行进化的方法可以提升机器人智能化水平、扩展机器人功能.     

一种基于平衡原则的多机器人自组织任务分配方法

针对多机器人控制系统难以精确建模、性能指标最优化难等问题,借鉴自然界事物平衡的思想,提出基于平衡原则的决策控制方法,并结合该方法设计一种机器人任务选择策略调整算法.该算法帮助多机器人系统较好地实现任务自组织分配,使系统取得良好的运行效果.     

满足复杂要求的机器人最优巡回控制系统设计与实现

本文结合线性时序逻辑理论与模糊控制方法,设计并实现了一种满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制系统,它既能够针对复杂时序任务进行路径规划,又能够对机器人进行模糊控制实现路径跟踪.首先,基于线性时序逻辑理论,确定能够满足复杂巡回任务需求的全局最优路径.接着,根据所获得的最优路径,采用模糊控制方法设计轨迹跟踪控制器,使其通过实时位姿反馈对机器人进行路径跟踪控制.仿真结果验证了移动机器人巡回控制系统的有效性.最后,基于E-Puck移动机器人构建了能够满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制实验系统.基于所提出的最优巡回路径规划算法和模糊控制器设计方法,通过图像处理、数据通信、算法加载等软件模块的实现完成了满足复杂任务需求的移动机器人巡回控制.     

空间机器人操作任务可视化仿真研究

利用先进的可视化软件仿真空间机器人的复杂任务过程是进行空问机器人研究的重要途径.围绕空间机器人操作任务的可视化仿真,在分析空间机器人任务过程基础上,采用层次建模思想构建空间机器人几何模型.基于几何模型库的树状层次结构,以配置文件和动态链接库相结合的方式实现空间机器人特征功能,并通过动态数据分发管理、区域过滤、多频采样插值等方法实现仿真系统的数据交互与处理.最后利用Orbiter软件的OrbiterAPI进行二次开发,实现了空间机器人任务过程的可视化仿真,真实度高,仿真效果好.研究成果可扩展应用到其它新型航天器系统的可视化仿真.     

绝缘子检测机器人运动控制系统设计

针对绝缘子检测机器人运动控制系统设计,讨论了系统组成,设计了绝缘子的检测机器人运动控制系统设计.改变了人工检测绝缘子劳动时间长,危险性高,检测效率低的现状.探讨了绝缘子检测机器人运动控制系统,设计了软件实现方法和流程;随着智能电网概念的提出和发展,一种可以替代人工进行绝缘子检测的机器人成为电力系统发展的需求.本文在设计了绝缘子自由移动的机器人,该机器人可搭载现有的检测设备,完成绝缘子串的零值检测任务.