3-DOF并联机器人运动学建模与实验验证

对3-DOF并联机器人进行物理模型简化并建立运动学数学模型,以此模型为基础研究机器人位置控制系统并开发实验平台的软件控制系统。搭建了由机械、电气和软件三大系统组成的实验平台,进行实验并将实验数据与理想数据对比分析。分别用角度仿真法和坐标规划法,验证了实验平台运动学模型正确性。     

基于遥操作的焊接机器人连续轨迹系统设计

为提高焊接机器人的作业精度和灵活性,通过对Motoman-UP6机器人运动学的分析和求解,结合焊接子系统,研发了以远程遥控操作方式进行示教取点的焊接机器人连续轨迹控制系统。首先建立了遥操作下焊接机器人连续作业控制流程与数学模型,进而结合操纵杆与焊接子系统等硬件设备,对焊接机器人进行任意曲线远程示教。最后,采用了插值拟合的方法实现了焊接过程中匀速控制。实验表明,本方法操作灵活,焊接轨迹平滑均匀且焊缝质量可靠,同时也解决了机器人示教过程中的可操作性问题,提高了焊接机器人的作业精度。     

多传感器融合的机器人导航算法研究

机器人导航是室内机器人的关键技术之一,是机器人实现智能化首要解决的问题。针对传统室内家庭服务机器人导航方法存在传感器价格昂贵、动态环境适应能力不足等缺点,提出基于多传感器相结合的机器人导航算法。该算法利用RGB-D视觉传感器和超声波传感器分别获取数据,通过数据融合获得障碍物的三维信息,建立障碍物的三维模型,通过启发式最佳搜索算法对导航路径进行了优化,较好的实现了机器人导航路径的绘制,这为后期研究机器人的智能化打下了坚实的基础。     

未知环境下机器人导航算法与避障算法研究

针对机器人在复杂动态工作环境下如何进行定位和导航的问题做了深入研究,全文阐述了机器人混合导航和地图重建的基本方法。首先,介绍了机器人机械结构与软件平台,并分析了经典双轮差动模型,并总结了机器人的应用范围;然后,通过对视觉数据的数据采集实现了对于环境特征的提取,建立了导航图像和导航机器人导航;最后,建立了基于超声波传感器的模糊避障系统,解决了由于障碍物定位不准确、检测盲区、镜子反射等缺陷导致避障不稳定的问题。经过实验证明,该机器人具有良好的避障性能和导航性能,实现了机器人视觉导航算法。     

移动机器人导航方法的分析与研究

移动机器人导航是机器人理论与应用研究技术的核心。文章根据移动机器人导航技术的运用,将移动机器人导航方法分为两大类:非主动导航与主动导航,并且对不同的导航方法进行了分析和研究,进行了总结。     

气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究

将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节，介绍了该机器人关节的运动学模型，提出了一种简便的轨迹规划方法，建立了关节的实验测控系统，应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制，在现有的实验条件下，取得了比较满意的控制结果。     

砂带抛光机器人力/位混合主动柔顺控制研究

以复杂曲面为加工对象,将机器人、砂带机和在线恒力控制算法相结合构成机器人恒力抛光控制系统。对抛光系统加工过程中所受作用力进行分析,根据机器人运动学坐标变化,提出重力补偿算法,消除工件重力对恒力抛光控制系统的干扰。建立力/位置混合机器人主动柔顺控制策略,提出了基于最小二乘参数辨识的力控模型求解方案,并基于模糊PID完成过程控制,实现对抛光力的恒定控制。通过对卫浴五金件的磨抛实验,结果表明该算法可以有效的实现机器人柔顺控制,保持恒力磨抛。     

基于轮式移动机器人的智能控制系统的研制

以移动机器人跟踪控制和路径规划为目的,提出一种移动机器人运动的控制方法。以三轮差动转向式移动机器人作为研究对象,建立运动学和航位数学模型。通过对移动机构、直流伺服电机和传感系统的分析,建立了移动机器人的控制系统模型。设计了基于AVR微控制器(AT90S8535)的二级控制系统,对机器人的速度位置控制采用了PID算法。实验结果表明,该系统有很好的实时性和一定的鲁棒性,实现了对移动机器人快速、实时、准确的控制。     

面向智能化生产线六模块工业机器人坐标系的建立与仿真

对智能化生产线多功能可拆卸六模块工业机器人坐标系进行了研究。通过开发的模块化机器人控制系统,设计了三维仿真与控制系统软件,验证了模块化工业机器人坐标系建立的有效性。实验和现场验证表明,机器人在智能化生产领域能够精确完成各种定位和动作,实现生产线智能化。     

五自由度机器人的结构设计及其控制

介绍了串联五自由度机器人的机械结构和机器人控制系统的设计.文中设计的五自由度机器人既可以用于实际生产,也可以用于教学和科研.用于实际生产既可以执行点位控制下的操作,也可以执行连续轨迹控制下的操作;用于教学和科研时,该机器人可用于机器人结构分析、机构运动学分析及机器人控制系统的教学演示和实验操作.它具有结构简单、操控方便等特点,而且可以做进一步的研发.     

基于空间视觉的仿人形柔性机器人尺寸控制系统

目前的仿人形机器人研究多以刚性材料为主,仿形精度不高且无法真实模拟人的体态特征。针对这一问题,设计了一种仿人形气动柔性机器人。设计了一种IBP-PID的稳压控制方法,实现了柔性机器人气动元件内的精密气压控制,进而提高了柔性机器人的尺寸控制精度;设计了空间视觉尺寸测量实验,检验该控制算法的准确性。结果表明：该稳压控制算法在微气压环境下的控制效果良好,兼顾了动态特性和稳定性;柔性机器人的关键部位尺寸控制精度在0.5%以内,验证了控制算法的有效性。     

气压式仿人机器人的腰部设计与运动仿真

提出了一种新型的气压式仿人机器人腰部机构,它具有结构简单和运动稳定的特点。气压式仿人机器人腰部的运动受到手部、头部和腿部等关节力矩的影响。在对机器人进行简化之后,依据高效-欧拉算法,对该仿人机器人进行整体建模,导出腰部俯仰和侧转关节的动力学模型。从动力学上分析,机器人腰部手部和腿部的运动以及外力(矩)等的影响。在Pro/e3.0上建立仿人机器人腰部结构模型,然后导入ADAMS中进行动力学仿真研究,验证了该模型的正确性。     

移动机器人导航算法研究

利用非线性微分动力系统稳定性理论,用点吸引子构造移动机器人奔向目标行为和用点排斥子构造避障行为两种行为模式,将奔向目标行为和避障行为相结合,使机器人能够根据所处环境的变化,通过行为模式权值的调整实现行为间的竞争;分析了系统稳定的基本条件,建立了基于动态方法的智能机器人行为动态导航模型;运用立体双目视觉构建局部地图,通过计算机实例仿真,验证了该机器人导航模型的可行性。仿真结果表明:该模型可以满足较为复杂未知动态环境中的导航和目标跟踪要求。     

射频通信技术在农业机器人中的应用

无线射频技术与机器人的结合应用正在日益发展,对RFID技术在农业机器人无线控制和导航中的应用进行了介绍,开发了一种基于射频技术的无线数传模块,分别给出了无线控制系统和RFID导航系统的整体设计,并重点阐述了它们的原理和结构。该系统可有效提高机器人的自主性和灵活性。     

Design and Dynamic Model of a Frog-inspired Swimming Robot Powered by Pneumatic Muscles

Pneumatic muscles with similar characteristics to biological muscles have been widely used in robots, and thus are promising drivers for frog inspired robots. However, the application and nonlinearity of the pneumatic system limit the advance. On the basis of the swimming mechanism of the frog, a frog-inspired robot based on pneumatic muscles is developed. To realize the independent tasks by the robot, a pneumatic system with internal chambers, micro air pump, and valves is implemented. The micro pump is used to maintain the pressure difference between the source and exhaust chambers. The pneumatic muscles are controlled by high-speed switch valves which can reduce the robot cost, volume, and mass. A dynamic model of the pneumatic system is established for the simulation to estimate the system, including the chamber, muscle, and pneumatic circuit models. The robot design is verified by the robot swimming experiments and the dynamic model is verified through the experiments and simulations of the pneumatic system. The simulation results are compared to analyze the functions of the source pressure, internal volume of the muscle, and circuit flow rate which is proved the main factor that limits the response of muscle pressure. The proposed research provides the application of the pneumatic muscles in the frog inspired robot and the pneumatic model to study muscle controller.     

基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节设计与控制

关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具有广阔的应用前景。从功能仿生角度出发,在分析人体肘关节骨骼结构特点和肌肉发力方式的基础上,设计一种基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节。建立单根肌腱的数学模型,通过搭建气动肌腱工作特性试验平台对肌腱进行性能测试,采用最小二乘法对模型参数进行辨识。针对拮抗式仿生关节的构型进行运动学和动力学分析,提出基于肌腱模型的偏置输入气压控制方法,设计基于关节估计阻尼的扰动观测器对名义模型进行补偿,通过数值仿真对控制方法进行有效性验证。建立仿生关节运动控制试验系统,通过单关节轨迹跟踪试验验证了肌腱理论模型的正确性及控制策略的有效性。     

Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

基于PMAC的仿人按摩机器人手臂控制系统设计

仿人按摩机器人手臂是按摩机器人的重要组成部分,其控制系统是中医按摩机器人完成按摩位置精确定位的关键因素。为了实现对仿人按摩机器人手臂精确控制,基于PC+PMAC运动控制卡设计了仿人按摩机器人手臂控制系统。通过PC与PMAC运动控制卡之间的通信对PMAC运动控制卡进行参数设置以及PMAC运动控制卡的PID控制器参数的优化。基于VC++软件开发平台设计了控制系统软件。仿真及实际应用效果表明,设计开发的仿人按摩机器人手臂控制系统实现了对手臂的控制,达到了设计要求。     

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下,借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。     

基于点云三维重建技术的甲状腺超声穿刺三维导航研究

设计了一种基于超声自动扫描机器人的甲状腺点云三维重建系统,并与甲状腺超声截面穿刺机器人系统相融合,实现并验证了一套甲状腺超声穿刺三维导航的软硬件方案.通过甲状腺自动超声扫查机器人获得了１组带有准确空间位姿信息的甲状腺超声图像,并且通过传统图像算法和深度学习方法分割出甲状腺组织的区域.此后通过点云重建和空间重建方案获得了甲状腺模型,并将超声模型与CT扫查模型及机械臂模型进行空间配准和数据融合,依此在软件界面为医生提供了穿刺手术的多视角三维空间信息,在减轻手术医师负担的同时提升了穿刺手术的精准度和成功率.通过实验分析了扫描控制算法和三维重建算法的可行性和稳定性,并验证了该三维导航系统的导航空间精度和响应速度.