工业机器人培训服务标准化研究

工业机器人是集多学科先进技术于一体的自动化装备,其技术创新能力的不断增强,势必将工业机器人专业技术人才培养作为一项重要举措。通过分析工业机器人人才紧缺和培训服务行业现状,以及工业机器人培训服务全流程、各要素和各环节中存在的问题,重点从服务提供者、服务资源、服务过程、教学安全保障、服务评价与改进等方面开展标准化研究工作,以引领工业机器人培训服务业向规范化发展。     

基于环形红外阵列的移动机器人自动跟随系统

为了实现在室内空旷环境中跟随机器人对移动目标物的定位和动态跟踪,设计了一种基于环形红外阵列的移动机器人自动跟随系统。利用具有主动式环形大视场的测距罗盘作为环境感知传感器。测距罗盘由数个红外测距传感器组成周向阵列,实现对360°环向10～80 cm范围内移动目标物的二维定位,使跟随机器人可以快速确定其与移动目标物之间的距离和偏航角,实现对目标物的精准定位。依据目标物的位置信息并利用PD(proportiondifferentiation,比例-微分)控制器控制跟随机器人的移动,使跟随机器人保持与目标物的相对距离和相对角度,实现对移动目标物的自动跟随。在上位机操作界面可以实时显示跟随机器人的运动轨迹及其对周围未知环境的探测情况。通过实验证明了测距罗盘可以有效定位目标,满足机器人跟随移动目标物的设计要求。测距罗盘和自动跟随系统的可靠性较高,可以为机器人集群编队提供装置保障。     

基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控系统

针对由Co De Sys Soft Motion控制的六自由度工业机器人,设计了一种基于OPC标准协议和Web技术的工业机器人3D(三维)虚拟动态监控系统。基于.NET平台的Windows窗体应用程序框架和My SQL数据库,采用C#语言设计了工业机器人监控客户端程序;通过Co De Sys OPC服务器配置工业机器人各关节角和运动状态为数据项,采用Web GL技术和three.js框架建立了六自由度工业机器人Web3D模型,基于机器人运动学设计了工业机器人3D动态网页。实现了工业机器人关节角和状态数据传输和存储,以及基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控功能。     

基于视觉跟踪与自主导航的移动机器人目标跟随系统

针对在移动机器人跟随目标的过程中目标消失的情景，提出了基于视觉跟踪与自主导航的机器人目标跟随系统。将机器人跟随问题分为目标在机器人视野内时的常规跟随和目标消失后的自主导航两种情况。对于常规跟随，通过卡尔曼滤波器预测目标运动状态，采用行人重识别网络提取外观特征，通过数据关联融合运动信息和外观特征后进行目标跟踪，再通过伺服控制进行跟随。对于自主导航，基于目标消失前与机器人的相对位置，采用自主导航算法，使机器人移动到目标消失位置附近进行搜索，来提高对目标的跟随成功率。将提出的算法在OTB100公开测试集和机器人应用场景下的跟随测试集中进行评估，并在移动机器人平台上进行实验，结果表明，机器人可以在不同照明条件、背景行人较多的环境中跟随目标，验证了所提算法的稳健性和有效性，同时可满足实时性要求。研究结果可为机器人在目标消失后再跟随问题的研究提供参考。     

基于Win-ROS的公共服务机器人人机交互系统设计

针对公共服务环境中服务机器人的低智能化水平,人机交互(HMI)不佳、用户操作不便捷、无法满足动态环境下复杂导览任务等问题,本文开发了一套新的服务机器人系统。该系统借鉴机器人操作系统(ROS)通讯机制,分布式网络模型,基于Topic的异步数据流通信思想,使用. NET开发框架,在Windows环境下开发完成。同时在该系统平台上使用动态Web资源技术实现的友好操作界面,基于语音云服务的人机交互模块,实现预定用户专属服务的人脸识别模块以及结合LTL与A*实现动态环境下复杂任务需求的机器人最优路径规划和导航模块。实验结果表明,该服务机器人系统较好地实现了人机交互功能、提高了用户的可操作性、具有较高的智能化水平,能够完成复杂导览任务,有效地提高了服务机器人的总体性能。     

基于振动测试的工业机器人动态性能量化评价

工业机器人因其灵活性高和成本低等优点在工业生产中得到了广泛的应用。然而由于工业机器人关节和连杆的结构柔性,与数控机床相比,其系统刚度较差,在存在动态载荷的作业任务中,如机加工,容易发生振动。这一问题成为了机器人扩大加工应用的瓶颈,由此也就迫切地需要一种有效的方法来量化评价机器人的结构动态性能。为此,本文提出了一种基于振动测试数据的动态特性评价指标来量化工业机器人的结构动态性能。机器人的动态特性由频率响应函数描述,可以通过力锤激励的振动测试得到。基于频率响应函数函数,提取出机器人末端的加速度响应幅值与激励力幅值的比值范围,并以最大比值保守性地作为动态特性评价指标,以用来评估机器人的结构动态性能。所提出的量化评价指标可用于指导机器人选型、加工优化、参数配置等,从而实现减小机器人振动、提高机器人作业质量、降低生产成本等目标。     

基于力/位控制的下肢康复机器人减重系统研究

近年来,减重步行训练机器人研究得到了广泛关注。减重步行训练作为一种训练方法能有效提高步行训练效果,其中减重支撑力和骨盆位置跟随是衡量减重支撑效果的关键参数。为实现机器人的减重支撑力的恒定及位置跟随的精确,提出一种力/位混合控制的方法。首先介绍了机器人减重支撑机构的工作原理,其次采用牛顿-欧拉法,建立了减重系统的动力学模型。然后结合动力学模型对机器人进行力/位控制策略的研究,实现精确地位置跟随及恒质量减重。最后利用MATLAB里对减重支撑机构的力/位控制系统进行了仿真分析。仿真结果表明,减重误差小于4N,跟随误差小于4mm,力/位混合控制策略可以满足减重康复训练的需求。     

激光自动跟踪空间坐标测量系统的发展（一）

介绍了近十年来国外在激光跟踪空间坐标动态测量方面的研究成果，它集多种现代先进技术于一体，目前多应用于机器人领域，但应用的前景非常广阔，代表了计量学新的发展方向。下面将介绍球坐标法，三角法，多边法等多种测量方法，讨论单站，多站（双站、三站和四站）的测量原理及系统结构，还分析了各系统可能或已经达到到的精度及优缺点。     

血管介入机器人系统的临床培训

为推进血管介入手术机器人系统的临床应用,在系统中引入了临场感技术,以弥补其主从式操作方式导致的视觉及碰撞力觉缺失。结合现有介入机器人系统,提出了一种基于真实手术过程的培训技术,该技术通过拓展主端的力觉交互设备,支持多人同时在线培训;通过设置权限矩阵和协调受培训者对导管的运动控制,提高受培训者的主动性和参与性。进行了双人在线临床培训,证实了该技术可提供实时有效的三维导航和碰撞反馈,培训模式多样灵活。培训结果表明,在完全真实的反馈信息下,通过信息共享、权限控制、量化评估,可实现高质量、高效率的临床培训效果。     

LNG门站仿真培训系统关键技术研究

为了使仿真培训系统能在LNG门站培训工作中发挥良好的效果,就需要设计人员认识到仿真培训系统的重要性,并能结合LNG门站工作内容以及培训工作需要,做好LNG门站仿真教学培训系统中系统控制模块、主要设备模块、LNG门站概述模块、工艺流程仿真模块、虚拟场景模块、技能培训模块的设计工作,让仿真培训系统能在LNG门站培训工作中达到预期效果,避免由于仿真培训系统设计质量问题而影响LNG门站的发展。该文就LNG门站当中仿真培训系统设计的关键技术进行了分析。     

基于虚拟现实技术的机器人外科手术模拟与培训系统研究

从中国神经外科手术的具体应用背景出发,结合我们研制的机器人辅助无框架立体定向手术系统（CRAS－BH3）,研究一种基于虚拟现实技术的机器人外科手术模拟与培训系统结构,改进和提高三维模型人机交互的显示速度,将立体显示HMD设备与自制的人机交互装置相结合,建立一个面向临床实际应用的机器人辅助外科手术模拟与培训演示系统。     

基于鲁棒稳定性的动态双足机器人控制技术

智能化技术的发展,使机器人成为现阶段的热门研究课题。动态双足机器人能够代替人类进行各种具有危险性的作业,这也使动态双足机器人的鲁棒稳定性问题成为国内外诸多专家与学者的关注焦点。鉴于此,本文便对基于鲁棒稳定性的动态双足机器人控制技术进行深入的研究,通过拉格朗日法的引入来对动态双足机器人的动力学模型进行建立,以此消除其冗余自由度,并通过鲁棒控制策略来跟踪动态双足机器的轨迹,并对该控制策略的应用效果进行了仿真分析。仿真结果表明,通过以上控制技术能够显著提高动态双足机器人的鲁棒稳定性,使动态双足机器人能够有效抵御外部环境的干扰。     

四足机器人的结构设计

随着机器人技术的不断发展,我国发明的步行机器人的应用得到了广泛地应用,步行机器人属于一种集仿生学、机械工程学以及控制工程学等多种学科为一体的一项研究实体,是一个典型的多变量、飞翔性以及结构复杂的动力学系统,在四足机器人的研究过程中,姿态结构的不稳定以及产生稳定步行的运动已经成为了必须解决的动态平衡问题。本文首先对四足机器人的本体结构设计进行了分析;其次针对现有的步行机器人在实际研究和应用中存在的一些问题进行了分析。     

基于慧鱼模型的五子棋对弈机器人研究

五子棋对弈机器人是一款供人们休闲和娱乐的机器人,而娱乐机器人是机器人领域中一支非常具有发展前景的新生力量。本文结合首钢象棋机器人的模型以及c语言程序代码编写等技术,依托自主研究的电子五子棋棋盘系统,并将其引进到了五子棋机器人对弈系统,实现了对五子棋棋局的控制、扫描和记录。利用机械手的方式实现了真正五子棋的人机对弈。     

负载动态特性对伺服电机跟随性能影响研究

伺服系统工程应用越来越广泛,但负载动态特性对伺服电机跟随性能的影响关系目前仍不完全明确．为明确其影响关系,提出负载动态特性对伺服电机跟随性能影响的分析方法,根据伺服驱动理论,建立伺服驱动数学模型,分析伺服电机跟随误差的形成原理,建立伺服电机跟随误差与负载的函数关系．设计不同动态特性负载实验,验证了负载动态特性对伺服电机跟随性能的影响与理论分析相符．根据伺服电机跟随误差与负载的函数关系优化负载动态特性、电机惯量和伺服周期三个变量,进行对比实验,结果表明伺服电机的跟随性能得到了提升．     

A dynamic shape-shifting method for a transformable tracked robot

针对可变形履带机器人在常规变形过程中履带与地面产生的摩擦力会阻碍甚至终止变形过程的问题,提出了一种新颖的动态变形方法.在动态变形过程中,该方法可使运动模块的履带单元辅助运动以配合变形模块的转动,从而将阻碍变形的部分摩擦力转化为推进变形的动力.针对动态变形的动力学仿真分析表明,采用该动态变形方法,可以有效地减小机器人在变形过程中的阻力矩和能量损耗.同时,针对变形过程的能量损耗、阻力矩以及变形空间这些性能指标,采用多目标优化方法使机器人在动态变形过程中得到最佳的综合性能.该方法动态变形的有效性通过可变形履带机器人平台的实验得到了验证.     

面向机器人标定的单激光跟踪仪顺序多站式测量系统建模与分析

为实现大型串联工业机器人的高精度标定,搭建了一种单激光跟踪仪的顺序多站式测量系统。该系统仅需单台激光跟踪仪,先后在不同的基站位置对工业机器人的末端位置进行独立测量,并基于多边测量方法计算机器人的末端位置。计算过程中仅需激光跟踪仪的距离信息,有效地优化了末端位置的测量不确定度。首先,建立了该测量系统的仿真模型,深入地分析了测量点的数量与分布形状、测量距离以及工业机器人定位精度等因素对系统测量精度的影响;然后,依据分析结果确定单激光跟踪仪顺序多站式测量系统的搭建方案。实验结果表明:该系统在2.5m距离上的测量误差仅为0.023mm,优于激光跟踪仪的测量精度,满足大型串联工业机器人参数标定的测量精度要求。     

工业机器人技术在自动化控制领域中的应用

机器人技术是一门集机构学、计算机、信息与传感技术、控制论、仿生学以及人工智能于一体的综合性学科,属于高新技术范畴,是现代应用广泛、研究活跃的一门技术,机器人技术的应用是评判一个国家工业化水平的标志之一。该研究主要分析与探讨自动化控制领域对工业机器人技术的有效应用。     

一种六轮多关节越障车的设计研发

随着机器人技术在外星探索、反恐防暴、地震救灾等全新领域的广泛应用,机器人技术由室内走向室外,由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境,人们越来越需机器人在野外环境下进行工作。本文设计研发了一种六轮多关节越障车,通过多关节式的结构创新设计,以及分级控制的决策思想,实现了灵活越障功能。     

康复机器人研究与应用进展

目的随着老龄人口与脑卒中患者数量的不断增加,以及辅助治疗成本的增长,老龄服务及康复需求问题日益突出。康复机器人的开发及应用,将成为未来解决老龄问题的重要手段,具有积极的理论价值和现实意义。它融合了人工智能、机器人学、机械、生物力学、信息科学及康复医学等诸学科相关知识,逐渐发展成为医疗机器人领域的一个重要分支,成为学界研究热点。在此背景下,对康复机器人研究与应用进展进行述评,梳理康复机器人技术的演进历程。方法基于文献成果、大学实验室研究动态及产业调查,分析了康复机器人功能分类、人机交互方式及其关节角度与力矩、肌电信息感知融合与控制、力反馈控制、空间运动检测等关键技术。分析上肢、下肢康复机器人的发展状况。结论提出康复机器人HRI人机交互安全性、人机工程及人机界面设计中存在的问题及发展趋势,以期为学界后续研究提供有益的借鉴。