动态载荷下多指手抓取爆炸物的研究

将多指灵巧手运用于排爆机器人替代简单的夹持器,用于处理爆炸物等各种危险品,使机器人具有更灵活的操作能力.针对排爆机器人在野外作业时由于跨越障碍、上下楼梯等原因导致机器人产生振动,从而使爆炸物产生动载荷而影响其抓取稳定性.对排爆机器人建立振动数学模型,获得爆炸物在冲击载荷作用下的动力学响应.运用旋量理论研究多指手在动态载荷下的抓取能力,寻求多指手在稳定抓取爆炸物的前提下最小的接触力,防止由于过小接触力而导致爆炸物的脱落,甚至发生爆炸.该研究对于夹持有危险性的物品及其夹持力的确定具有指导意义.     

基于激光测距的排爆机器人建模

针对当前排爆操作安全性低,操作人员紧张程度高和效率低的不足,提出了一种新的基于激光测距的排爆机器人模型,包括机械臂模型、障碍环境模型和爆炸物模型.利用这些模型,排爆机器人可以实现爆炸物的半自主抓取,提高了操作性能.     

一种车载式排爆机械手的机构设计

为提高排爆工作的安全性,本文研究设计了一种基于高压水射流技术的车载式排爆机械手。由于该机械手的排爆方式和行进机构特殊性,将机械手分成固定部分和活动部分来分别进行设计并采用电机作为驱动机构。在活动部分的设计中,通过仿生人的手臂关节确定了该部分的形状和尺寸,以便能灵活地完成对不同类型的爆炸物进行排除。本文用Solid Works三维软件建立了该机械手模型。同时还将活动部分中的小臂分为摆动和旋转两节,既增强了机械手的稳定性和灵活性,又降低了机械手的控制部分难度。通过计算得出了机械手的运动范围。     

基于迭代算法的六自由度主从异构机器人的位置映射

现有基于运动学反变换法的六自由度主从异构机器人映射算法,存在超越函数和存在多解,导致映射算法设计复杂。为改善这一问题,设计了基于LabVIEW的六自由度主从机器人系统,并对主从映射算法和位置跟随误差进行研究。首先选择3-5RUU并联机构和FANUC多功能机器人分别作为主手和从手,并对主从手的构型进行分析;然后采用迭代算法建立系统的映射模型;其次,对从手跟随主手的位置误差进行研究;最后根据主从机器人的映射算法进行实验分析。建模过程与实验结果表明:所设计的映射算法简单有效,该系统可实现从手运动状况的提前验证与实时反馈。     

排爆机器人越障机理及对爆炸物的动态响应分析

排爆机器人发现爆炸物后,需要将爆炸物运到排爆罐里进行引爆.这个过程机器人要夹着爆炸物跨越各种复杂的路面环境,比如跨台阶,壕沟,甚至上下楼梯等障碍,因而容易造成对机器人本体较大的冲击和振动,尤其是对爆炸物产生冲击和振动,严重时使爆炸物从手爪中脱落,掉到地上.对华南理工大学自主研制的履带式排爆机器人越障过程的机理进行分析,研究机器人越障时产生的冲击载荷及其爆炸物的动力学响应,以及其对手爪夹持力影响分析.这对于研究排爆机器人在复杂路面运动时其爆炸物的动力学特性具有重要指导意义.     

一种自适应多用途电磁机械手设计

为实现机器人的机械手可以准确、安全、牢固地抓取各种形状不规则的物体,设计一种新型的通用机械手。基于可变形电磁铁芯工作原理,采用分离式可变形铁芯的电磁吸引结构,设计出一种自适应机械手。当机器人抓取形状不规则的物体时,这种机械手可以改变形状以适应被抓取的各种不同对象。将此自适应电磁机械手安装在三菱机器人手臂上进行了实验。结果表明,这种自适应通用机械手可以代替多种不同类型的机械手,准确、牢固地抓取各种不同大小、形状的物体。这种电磁机械手能提高机器人对工作对象的适应性。     

基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。     

基于计算机视觉的排爆机器人半智能作业模式

为提高排爆机器人的智能性和易操作性,提出了排爆机器人的两种半智能作业模式:基于计算机视觉的目标物自动抓取模式和联动操作模式.在基于视觉的目标物自动抓取模式中,操作者只需在传回的现场图像中标出目标物,机械手臂就能自动抓取;在联动操作模式中,操作者能对机械手臂进行"整体"的联动控制,控制机械手臂的手爪的各个方向运动,很方便地抓取目标物。抓取实验表明,这能提高机器人的智能性和易操作性,及作业的抓取精度.最后,对误差的各种原因进行了分析。     

机器人手可变抓取力机构研究

根据物体轻重程度和表面软硬程度，拟人机器人手在抓取时应采用不同的抓取力，研制变抓取力手具有重要意义。分析了传统的变抓取力手指机构实现原理，得出变抓取力手指实现的关键。为克服传统机构的不足，提出了一种新型变抓取力手指机构设计思想，具体设计并实现了该变抓取力手指机构，该变抓取力手指机构能够应用于各种驱动类型的手指上。此变抓取力手指机构被应用到拟人机器人手——TH-1手食指的2个关节中。抓取实验证明，TH-1手能够稳定抓取不同尺寸的常见物体．     

基于织物拉伸传感器的手势映射系统

针对人机交互中主从手映射系统反馈信息缺乏、映射精确度及可穿戴性差等存在的缺点,提出一种基于织物可拉伸传感器以及具有反馈机制的主从手映射操控系统。以莱卡织物表面旋涂石墨烯/聚苯胺复合导电材料,有机硅导电银胶作为电极,研制一种全柔性织物可拉伸传感器。同时将该拉伸传感器布置于人手及机械手,构成2×5的拉伸传感阵列。结合主从手拉伸传感信息,通过改进D-H算法,建立手势识别模型。利用BP神经网络对主从手拉伸传感器信息映射进行离线建模,结合在线优化算法,引入拉伸传感器信息反馈机制,实现主从手交互手势的高效、精准映射,建立具有反馈机制的手势映射系统。通过实验分析传感器的拉伸特性,并对有、无反馈机制的手势映射系统的映射精准度进行对比实验。结果表明,所设计的基于柔性织物拉伸传感器、具有反馈机制的主从手映射系统提升了手势映射的精准度,并兼具良好的穿戴性。     

一种新的力觉临场感遥操作机器人系统的控制方法

在分析已有控制方法的基础上，提出了一种新型的控制方法，其主要特点是从手由主从手之间的力偏差信号控制，主手由二者的力偏差和位置偏差控制；建立了系统的动力学模型，并根据二端口网络理论，从理论上研究了新方法在理想透明性能情况下应满足的关系，结果对于力觉临场感遥操作机器人控制器的设计应用具有一定参考价值。     

三指灵巧手主从控制系统的搭建与实现

设计了三指灵巧手的主从控制系统,主手运动信息通过外围电路采样送入核心控制器TMS320F2812DSP,采用PID控制算法实现对从手各个关节的位置反馈控制,使从手(灵巧手)跟随人手运动.从手的位置由主从手指尖位置的映射关系决定.操作者佩戴合适的主手装置,可实现从手的多种动作.     

Teleloperation of field mobile manipulator with wearable Haptic-based Multi-Modal user interface and its application to explosive ordnance disposal

This paper describes a wearable multi-modal user interface design and its implementation for a teleoperated field robot system. Recently some teleoperated field robots are employed for hazard environment applications (e.g. rescue, explosive ordnance disposal, security). To complete these missions in outdoor environment, the robot system must have appropriate functions, accuracy and reliability. However, the more functions it has, the more difficulties occur in operation of the functions. To cope up with this problem, an effective user interface should be developed. Furthermore, the user interface is needed to be wearable for portability and prompt action. This research starts at the question: how to teleoperate the complicated slave robot easily. The main challenge is to make a simple and intuitive user interface with a wearable shape and size. This research provides multi-modalities such as visual, auditory and haptic sense. It enables an operator to control every functions of a field robot more intuitively. As a result, an EOD (explosive ordnance disposal) demonstration is conducted to verify the validity of the proposed wearable multi-modal user interface.     

机械反馈式主从机械手控制系统研究

针对恶劣作业环境下传统主从机械手控制系统存在安全性和可靠性较差的问题,研制了一种以单轴工作台和精密压力调节器为主、气动定位装置为辅的机械反馈式主从机械手控制系统。首先,研究了该系统的工作原理并给出了一个工作示例;然后,设计了一种气动定位装置,并对其进行了详细建模;其次,制备了系统的原型实验装置,并单独对气动定位装置进行了阶跃响应实验;最后,对整体系统进行了阶跃响应、重复输入响应和手动单调增加输入响应等多方面特性分析,并将观测结果与仿真结果进行了比较。结果表明:该系统的各种响应结果与仿真结果吻合较好;该系统在气管长度为20 m左右时,阶跃响应的上升响应延迟在0.2 s以内,目标位移的误差约为2.2%;系统通过改变皮带轮齿数,可以任意缩放主机位移并传递给从机,十分适用于作业速度相对较低的应用场合。     

主从式微创外科手术机器人主手设计

主从式微创手术(m in im ally invasive surgery,M IS)机器人系统是医学中的微创手术技术和机器人技术相结合的典型产物。在手术中,手术机器人能够辅助医生进行各种手术操作及精确的定位,并且提供稳定的操作平台。通过分析腹腔镜手术中手术器械的典型运动空间和医生手术操作的动作,以及微创手术机器人从手的结构形式和运动,根据从手的操作要求,我们设计了一种适用于腹腔镜手术的主从式机器人系统的主手结构。模拟试验和仿真结果表明所设计的主手结构满足微创手术的要求。     

遥操作机器人位置反馈型H_∞双向伺服控制系统研究

针对目前遥操作机器人双向伺服控制策略中存在的主、从手间位置跟随性差,以及抓取刚性物体时主手所受反馈力冲击过大等问题,提出了一种位置反馈型H∞双向伺服控制算法.同时,采用状态观测器消除操纵杆液压系统动态特性差异及系统的阻尼、摩擦力、惯性阻力等干扰因素.搭建二自由度同构型主从遥操作系统试验台,并进行了现场试验.结果表明,所提出的位置反馈型H∞双向伺服控制策略能有效地改善高刚性操纵杆力觉临场感和主从位置跟随特性,并能很好地解决反馈力瞬间冲击问题,为力觉临场感遥操作机器人走向实用化提供了宝贵经验和关键技术.     

Contribution to the design of robotized tele-echography system

This paper introduces the design of a master-slave robotized system for tele-ultrasound application. The objective of these researches is to design the slave manipulator of this system and its control device (master part). The specification process of the architecture kinematic is based on the analysis of expert’s gesture during ultrasound examinations. These studies have been carried out using a motion capture system. The medical gestures were analyzed in terms of ultrasound probe attitude and used in the definition of the kinematics specifications of the proposed manipulator. The Spherical Parallel Mechanism is selected because its characteristics meet the constraint requirements. The optimal synthesis of spherical parallel manipulators is performed using a real-coded Genetic Algorithm based method. Simulations on the actuator responses of the structure allowed us the validate it. In order to control this robot, we have also designed a haptic device that provides easiness to use as well as force feedback. Its orientation control strategy is based on a use of an adaptative kalman filter which efficiency was demonstrated during experimentations.     

面向高空幕墙安装的力反馈遥操作系统研究

建立了一种能够用于高空幕墙安装的遥操作系统。为改善幕墙安装机器人的操控性和稳定性,在视觉反馈的基础上加入力反馈,使操作者获得良好的临场感。根据结构不对称的主从机器人系统建立了主从机器人工作空间映射关系,确立了两者的工作空间转换关系。确立了机器人的轨迹规划算法,应用MATLAB进行仿真验证。设计了用于轨迹矫正的模糊PID控制器,能够很好地调节轨迹的偏移。针对系统的各项功能进行了实验,实验表明此系统既能保证安装的位置精度,又能根据从手的受力情况,降低碰撞冲击造成的风险。