基于EtherCAT总线的拖动示教机器人控制系统开发

针对拖动示教喷涂机器人的示教数据直接用于再现喷涂时存在轨迹不平滑与速度抖动的问题,研究开发了一套示教喷涂机器人的控制系统.阐述了机器人控制系统的总体架构,构建了基于工控PC机与以AM4377为EtherCAT主站的硬件平台,并以工控PC机为上位机,在Windows系统中开发了控制系统的人机交互、示教数据的拟合优化算法、示教轨迹粗插补以及喷枪位姿同步等软件模块,同时以EtherCAT主站为下位机,采用"Linux+Xenomai"的双系统架构,实现了指令传输与处理、示教采样、示教轨迹精插补、EtherCAT主站通讯等功能.最后在某企业进行了喷涂实验,结果表明,采用该系统的喷涂机器人运动平稳,达到了喷涂加工的要求.     

双机器人协调跟踪复杂边缘的运动规划

研究了双机器人协调跟踪平面复杂边缘任务中所涉及的运动规划问题。提出了一种简单、可行的双机器人笛卡儿空间内的协调任务分解策略。根据该策略,在一般笛卡儿空间内分析了双机器人的位置约束关系、提出了平面复杂曲线的基于曲线极大值的分段跟踪算法、对双机器人进行了关节空间的摆线轨迹规划。以正弦曲线为跟踪实例,通过仿真实验验证了分段跟踪算法的正确性。     

基于多传感器零速修正的行人导航系统研究

针对行人导航定位系统中惯性导航解算误差累积问题,提出基于多传感器零速修正的行人三维导航定位方法。根据行人足部运动特征,采用支持向量机决策方法对行人运动和静止阶段进行检测分类。在静止阶段,根据多传感器测量数据对导航解算速度、角速度、方向和高度进行误差修正,采用卡尔曼滤波递推方法进行数据融合和滤波估计,实现对方向、位置和速度的跟踪。行人行走实验表明,设计的行人导航定位系统能够有效地跟踪行人行走轨迹,水平方向各楼层平均误差为1. 82%,高度方向平均误差为2. 53%。     

基于SolidWorks的机器人离线示教方法

工业机器人主要采用人工示教、运动再现的工作方式。为减轻人工示教的工作量,开发了一套机器人离线路径生成系统。通过SolidWorks二次开发,获取操作对象上的运动路径。通过位姿变换,将运动路径上的点转化为机器人末端执行器的位姿。经机器人专用仿真软件仿真表明,该离线示教方法能正确指导机器人实现指定运动。     

基于转子凸极跟踪的无位置传感器永磁同步电机矢量控制研究

在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子位置自检测方法.文中讨论了高频电压信号的注入方式、提取,包含转子位置信息的高频负序电流的外差解调算法以及转子位置跟踪观测器的构成,并对一台内插式永磁同步电机采用旋转高频电压信号注入方式检测转子空间凸极的信号提取全过程进行了实验研究,成功地实现了该电机的无位置传感器矢量控制运行.实验研究表明,基于凸极跟踪的转子空间位置检测方法能准确地观测出转子的空间位置和速度,以此机理实现的永磁同步电机无传感器矢量控制也具有良好的静、动态运行性能.     

基于动态模板匹配的空中运动目标检测与跟踪控制

提出了一种基于动态模板更新匹配的空中运动目标检测与跟踪控制方法。在构建的目标跟踪系统平台基础上,采用模板匹配算法获得目标的位置信息,进而获取目标形心与视场中心的偏差信息以完成空中运动目标的跟踪控制。同时,为提高系统的实时性能,提出了一种基于最小二乘线性和平方预测结合的综合位置预测方法来预测目标的运动轨迹。实验结果表明,系统能够实现对运动目标进行实时稳定的识别与跟踪。     

康复步行训练机器人位置和速度跟踪误差同时约束的安全预测控制

康复步行训练机器人通过跟踪医生指定的运动轨迹,帮助患者步行训练,针对运动过程中位置和速度跟踪误差过大,影响康复者的安全问题,提出一种预测控制方法,目的是使康复步行训练机器人从任意位置出发同时实现轨迹和速度跟踪,并将跟踪误差约束在指定范围内,提高系统的安全性。通过离散化康复步行训练机器人的动力学模型,建立了具有控制增量形式的预测模型。在预测时域内,设计轨迹跟踪误差性能优化指标,并构建运动位置和速度跟踪误差约束条件,通过设计辅助运动轨迹并求解控制增量形式的二次规划问题,获得了时域内满足误差约束条件的预测控制。通过仿真和实验研究,结果表明了所提控制方法同时约束位置和速度跟踪误差的有效性和优越性。     

基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究

我国老龄人群肢体障碍者很多,运动康复技术是康复治疗的有效手段。但医患比例严重失调难以使得人人都能享受到康复医疗服务。康复机器人通过阻抗控制技术能够与人体进行一定的安全交互,但现有康复机器人多采用定阻抗控制,环境适应能力弱,难以应用于临床。针对上述问题,提出一种变阻抗控制方法,以采集使用者的表面肌电信号为输入条件,通过改进随机森林算法训练识别使用者上肢的运动角度。并配合末端力传感器,获得使用者的运动意图,再通过变阻抗控制器完成康复运动。搭建了实验平台,并对轨迹跟踪和康复训练能力进行验证与评估。结果表明所设计的控制器能够控制机器人完成康复运动。     

基于毫米波雷达的电动汽车无线充电运动异物检测与跟踪

电动汽车无线充电系统的一次线圈和二次线圈之间存在大空间气隙以及高强度磁场，可能对进入充电区域的生物体造成电磁伤害。因此，系统需要配备可靠、灵敏的生物体检测装置，以便在生物体侵入保护区域时及时降低或关闭充电功率。该文研究一种基于77GHz毫米波雷达并结合卡尔曼滤波和数据关联算法的运动异物检测方法，首先通过调频连续波雷达测量运动异物的速度、距离和角度；其次融合卡尔曼滤波、目标聚类和数据关联算法实现多目标运动异物的轨迹跟踪。仿真和实验结果表明，该方法能够高精度地测量运动异物的位置和速度，并具备相邻多目标检测和跟踪能力。     

一种基于信息融合的巡线机器人电磁导航方法

围绕巡线机器人电磁导航,分析了电磁传感器阵列信息与机器人位姿之间强非线性映射的特点,提出了采用反向传播(BP)人工神经网络方法对机器人上的电磁传感器阵列信息进行数据融合的方法。该方法利用神经网络方法的非线性拟合逼近特点,通过离线学习训练,建立电磁传感器阵列信息与机器人机械臂相对导线的空间位姿的非线性映射关系模型,实现巡线机器人自主导航。该方法可有效减小单个电磁传感器信息检测误差对机器人导航控制的影响,提高机器人抓线控制的准确性。最后,通过实验验证了该方法的可行性和有效性。     

改进ORB-SLAM2算法的关键帧选取及地图构建研究

针对传统ORB-SLAM2算法精度较低、图片帧跟踪容易丢失的问题,以及没有构建稠密点云地图与OctoMap的问题,原本构建的稀疏点云地图不能直接应用于机器人的三维路径规划。在传统ORB-SLAM2算法基础上,对关键帧的选取进行了改进。首先,在传统的ORB-SLAM2算法的基础上,在相邻图像帧间添加相对运动量的综合变换因数,并添加帧间特征点跟踪来提高关键帧选取的准确性;然后,使用已选取关键帧进行稠密点云地图与OctoMap的构建;最后,在TUM数据集上进行验证,并基于真实环境进行物理测试。实验结果表明,改进的关键帧选取方法在保证关键帧选取的准确性和快速性的前提下,可以增加ORB-SLAM2算法定位精度,有效的缓解了图片帧跟踪易丢失问题,并且构建的八叉树地图可直接用于机器人的三维路径规划。     

基于轨迹测量与人机映射的六自由度机械臂运动追踪模型

本研究提出了一种基于六自由度机械臂的遥操作人机系统,旨在设计一种不依赖穿戴设备且直观易用的操控方式。该系统使用KinectV1摄像头及UR3机械臂,以Microsoft骨骼识别库作为基本的人体姿态识别方法,通过人体手臂与机械臂关节的映射,实现机械臂实时追踪人体手臂动作的任务。同时,采用非线性模型预测控制(NMPC)算法对机械臂运动控制进行优化,并设定模糊规则来实现NMPC参数的自适应调整。实验结果表明,在NMPC的优化作用下,机械臂在x及z两个平动方向的平均位移误差和3个转动方向的平均旋转误差以及关节角变化量平均误差都有了显著的降低。测试结果也表明,机械臂整体动作跟随效果良好,验证了本文提出的映射规则和运动学模型的准确性,以及模糊NMPC控制器的有效性。     

基于机械臂的管道检测全向机器人设计

随着综合地下管廊的快速发展,管道的安全对于保证管廊电力、燃气等运输的安全越来越重要,由于管廊环境恶劣,采用人工巡检效率低且安全隐患大。为了实现地下管廊全方位无盲区检测,设计了一种基于机械臂的管道检测全向机器人,将移动机器人、机械臂、检测探头融于一体,具有路径自主规划、循迹、避障等功能,并通过漏磁技术检测管道泄露、通过机械臂实现复杂环境下的检测。实验证明此集成机器人可以进行全方位检测且缺陷识别精度良好。     

基于Kinect的体感交互机器人

随着现代科学与机器人技术的发展,人与机器人的交互方式也越来越多样化.为使人与机器人交互得更自然和谐,探索了一种体感交互方式.利用Kinect获取人动作的深度图像,然后利用骨骼追踪功能获取人体主要关节点的坐标,坐标信息经计算机处理后计算出关节角,最后通过无线方式将关节角发送给机器人控制器,从而控制机器人做出和人相同的动作.经实验验证,该机器人运行情况达到了预期水平,可以实时模仿人的动作.这种方法提高了人和机器人的交互效率,有极大的应用价值.     

变电站二次设备巡检的Mecanum轮式机器人精确定位与作业辨识

通过巡检机器人进行变电站二次设备的监测是提升电力设备自动化、智能化管理的重要方式,有利于保障电力工程设备的安全运行。本研究开发了一种用于变电站二次设备自动化巡检的Mecanum轮式机器人,具备自主导航定位与作业辨识的能力,可极大提升设备巡检效率及保护压板状态识别准确性。通过Mecanum轮的驱动方式实现巡检机器人在狭窄作业环境下的灵活运动与姿态调整,多轨道升降平台实现对350-1800 mm高度范围内的二次设备及压板的图像采集与状态辨识。机器人采用基于激光雷达的SLAM导航方法进行自主定位导航,并结合基于视觉的路径提取与跟踪算法进行姿态位置修正,实现在待测点位置的精确定位。同时,提出了基于颜色辨识的图像排列与状态辨识方法,针对二次设备保护压板连通状态进行识别和判断。实验结果表明,研制的变电站二次设备巡检机器人可以实现自主导航与位置精确定位,在路径跟踪过程中最大偏角和偏距分别为±3°和±8 mm。结合机器视觉与颜色辨识的压板辨识方法可以准确识别压板状态,识别准确率大于95.80%,有助于提升机器人自动化的电力巡检作业水平。     

机器人轨迹跟踪改进PD控制研究

针对机器人的特征参数在运动过程中随工况变化及外界干扰产生大幅度变化的问题,采用模糊自校正PD控制的基础上引入智能积分环节,设计了一种用于机器人轨迹跟踪的模糊自校正PD控制器.仿真和实验结果表明,该控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪,同时可消弱或避免PD控制中的振荡现象和稳态误差.系统对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

基于模糊控制-扰动观察法的光伏MPPT跟踪技术

本文提出了基于模糊控制-扰动观察法的光伏MPPT跟踪技术。通过分析光伏电池的工作特性,建立光伏电池输出功率的数学模型,进一步建立了模糊控制-扰动观察法的实施步骤,并搭建了Matlab/Simulink仿真模型,对扰动观察法的光伏MPPT跟踪技术与提出的跟踪技术进行了仿真,并对两种跟踪技术仿真数据进行了对比。仿真表明,所提的方法功率波动范围小,跟踪精度高,能以很快的速度达到最大功率点等优点。     

Sonar-Based Rover Navigation for Single or Multiple Platforms: Forward Safe Path and Target Switching Approach

In this paper, we have proposed a sensor fusion scheme along with the geometrical modeling of mobile robot navigation path in an unknown environment. In this scheme, the physical placement of sonars, their ranging limits and beam opening angles are considered. A simple 2-D axis transformation is proposed to relate local robot frame with the actual navigation environment. forward safe path (FSP) and target switching approach (TSA) are proposed for efficient obstacle avoidance and target tracking of mobile robot. FSP greatly simplifies the environment conditions as sensed by the robot and also provides minimum turning path during avoidance of obstacles. This method also removes the ldquooscillationrdquo in the mobile robot navigation path. TSA technique gives highest priority on the target tracking during the obstacle avoidance and seeks minimum distance path towards the target. These methods remove unnecessary turning of mobile robot during navigation. A scheme for target directional motion is also proposed. So, mobile robot takes the minimum turning path required towards the target. These methods also ensure the avoidance of ldquodead cycle problemrdquo. These schemes are successfully implemented on a model of PatrolBot mobile robot from ActivMedia Robotics. The overview of current research work on multi-domain robotic system namely system-of-systems is also presented. This paper also describes the Global Positioning System-based navigation of rovers. Results of real-time experiments with Pioneer II P2AT-8 from ActivMedia are included in this paper to show the future aspect of this research work.     

Adaptive tracking control design of constrained robot systems

Both dynamic state feedback as well as output feedback tracking control designs are presented in this paper for constrained robot systems under parametric uncertainties and external disturbances. The previous studies on tracking control design, not considering the velocity measurements, address only the unconstrained robot design. In contrast, a dynamic output feedback controller based on a linear and reduced-order observer that uses only position measurements is proposed here for the first time to treat the trajectory tracking control problem of constrained robot systems. Both adaptive state feedback control schemes and adaptive output feedback control schemes with a guaranteed H^∞ performance are constructed. It is shown that all the variables of the closed-loop system are bounded and a pre-assigned H^∞ tracking performance is achieved, in the sense that the influence of external disturbance on the tracking motion error can be attenuated to any specified level. Moreover, it is also shown that the motion and force trajectories asymptotically converge to the desired ones as the dynamic model of robot systems is well-known and the external disturbance is neglected. Finally, simulation examples are presented to illustrate the tracking performance of a two-link robotic manipulator with a circular path constraint by the proposed control algorithms. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.