基于蚁群算法的Tripod机器人路径优化研究

为提高基于视觉的抓取机器人在多目标、多约束情况下控制效率,以Tripod机器人为模型,提出带有约束矩阵的蚁群算法,使其在满足控制要求的情况下求解出机器人抓取的最优路径。首先,通过图像矫正、阈值分割和特征提取等图像处理方法,得到物体的位置、颜色等信息;接着,按照有约束旅行商问题建立模型,构造运动和颜色约束矩阵;最后,在LabVIEW中采用蚁群算法求解最优路径,并将控制方案传输到机器人控制系统中,使其按照最优路径自动完成抓取过程。实验结果表明,该方法在完成抓取任务的同时,缩短了机器人运动路径,对实际生产中工业机器人智能抓取具有指导意义。     

基于视觉和超声信息的机器人行为控制

要随着机器人应用范围的不断扩展，机器人所面临的工作环境也越来越复杂，多数是未知的、动态的和非结构化的。通过对基于行为的机器人控制技术的研究，设计了一种用于完成多目标任务的移动机器人行为控制系统。将基于行为的控制技术融合进模糊控制的思想中，使移动机器人的行为通过运用模糊控制和基于优先度的行为决策来实现，并且通过视觉信息使机器人能够完成面向目标的任务。     

基于虚拟仪器的单目视觉导向机器人的研制

综合应用单目视觉测量和多传感器数据融合技术,设计一种室内搬运机器人。以NI-myRIO为主控制器,处理摄像头采集到的图像信息并提取设定物体的目标数据,处理传感器获取的姿态数据,对机器人进行自动导向,控制电机驱动机器人行进;以STM32单片机为协处理器,控制机器人上肢完成设定物体的抓取和搬运。通过实验测试,该系统能完成机器人的视觉图像处理和路径控制,机器人按照设定目标完成工作。     

基于信息素反应的多机器人协作探测的方法研究

针对单一探测机器人在复杂环境下可靠性和容错能力较低难以完成探测任务的问题,采用了多机器人协作探测的方法,利用吸引素和排斥素将引力和斥力之间的平衡点作为机器人队形控制及避障行为的约束条件,同时利用信息素之间的反应,计算出指引机器人到达目标点的目标信息素及返回初终点的返回信息素的数值,实现缩小机器人的搜索空间,形成最优路径,提高多机器人的协作探测能力。实验证明,引入信息素反应理论,减化机器人相互协作模型,同时能够完成复杂环境下的机器人探测任务,达到了预期效果。     

智能清扫机器人设计技术探讨

21世纪以来,随着科技水平以及人们生活水平的提高,一些智能化的家用电器如智能清扫机器人受到人们越来越多的关注。目前,智能清扫机器人完成清洁任务的效率和能力也不断地提高,得到十分广泛的应用。智能清扫机器人作为服务机器人的一种,是综合机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、人工智能等许多学科为一体的。智能清扫机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者,具有很好的应用前景。     

基于三维检测网络的机器人抓取方法

机器人抓取任务中面对的是不同形状和大小的物体,而散落在场景中的物体会有不同的姿态和位置,这对机器人抓取中计算物体位姿任务提出了较高的挑战。针对于此,本文设计了一种基于三维目标检测的机器人抓取方法,弥补了基于二维图像识别引导机器人抓取任务中对视角要求较高的缺陷。首先,设计了一种卷积神经网络在RGB图像中识别物体,并回归出物体三维包围盒、物体中心点;其次,提出一种计算机器人抓取物体最佳姿势的策略;最后,控制机器人进行抓取。在实际场景中,使用本文设计的三维检测网络,三维目标检测精度达到88%,抓取成功率达到94%。综上所述,本文设计的系统能有效找到机器人合适的抓取姿势,提高抓取成功率,满足更高的抓取任务要求。     

基于YOLOv5与迁移学习的目标检测和机械臂抓取位姿估计

针对传统机器学习算法视觉识别准确率低、运行时间缓慢等问题,研究针对家庭场景中机器人做家务的场景,利用RGB图像信息为输入,完成对目标物体的抓取位姿估计。以目标检测模型YOLOv5s为基础,利用其轻便、速度快的优点,结合数据增强以及迁移学习搭建网络架构,搭建家庭场景数据集;将少量训练样本进行数据增强后,利用迁移学习将模型在目标数据集上训练,同时微调参数,将目标物体的定位信息通过坐标变换转换为机械臂的抓取位姿,控制机械臂最终以固定抓取姿态完成抓取任务;最后,通过搭建实验平台,操纵UR5机械臂进行实际抓取实验,验证了算法的有效性。提出的基于目标检测的方法速度快、实时性高、误/漏识别率小于2%,应用在机械臂抓取上可以高效地完成任务。     

一种6自由度机器人的逆运动学优化方法

传统6轴机器人的逆运动学求解需要位置信息和姿态信息,针对物体姿态识别困难和不确定性大的问题,提出了一种根据物体位置信息的6轴机器人姿态求解算法。基于机器人灵活性的概念,建立机器人第5轴的服务球模型,离散化机器人末端位置点,得到服务球面上的一系列离散点。在机器人共形几何的基础上,研究离散点与机器人关节角的映射关系,得出机器人在某一空间位置点的姿态集合。根据机器人奇异性、关节避限和关节连续性的综合准则,从姿态集合中选取一组最佳的机器人姿态。在笛卡尔坐标系下进行不同位置点的插补,通过求解不同插补点的姿态,实现机器人不同位置点间的连续运动。结果表明,根据物体的三维坐标信息,可以完成6轴机器人的逆运动学计算,并且计算速度快、准确性高,简化了物体的姿态识别过程,提高了机器人连续作业的效率。     

家庭服务机器人目标检测实验研究

为完善家庭服务机器人视觉系统,进一步提升其智能化水平,使服务机器人在正确检测目标的基础上保证整个过程的实时性,快速对检测结果做出响应。利用基于深度学习的目标检测算法,通过对比实验,分别在服务机器人平台上测试Faster R-CNN(RegionConvolutionalNeuralNet works)、SSD(Single Shot MultiBox Detector)、Yolo(You Only Look Once)v3算法的检测效果。实验结果表明,在家庭生活场景中,单阶段目标检测算法Yolov3的m AP(Mean AveragePrecision)达到86.38%,检测速率保持在55f/s,相比双阶段目标检测算法Faster R-CNN与单阶段目标检测算法SSD,该算法兼顾了检测精度与速度,使家庭服务机器人在目标检测任务中满足工作需求。     

基于电子皮肤的机器人运动感知算法研究

为了使机器人在光线不足、黑暗、沙尘等环境下感知目标物体的运动,提出了基于电子皮肤的机器人运动感知算法。算法首先使用电子皮肤作为触觉传感器采集触觉图像,接着利用柔性基底和图像形态学技术改善触觉图像;然后通过识别触觉图像形心和配准最优旋转来计算目标的平移和旋转;最后使用线性回归模型拟合平移距离和旋转角度以计算运动速度,完成运动感知。此外,使用高精度并联定位平台验证了算法精度,算法计算平移距离及速度的最大误差不超过2.7%和6.0%,计算旋转角度及速度的最大误差不超过9.7%和4.0%。该结果表明机器人触觉能在极端的工作环境下代替视觉感知物体运动,进而改善与目标的交互,扩展机器人应用场合。     

传感器技术在智能移动(保洁)机器人装置中的应用

提出了红外传感器、光敏电阻器、里程计以及ZigBee无线通讯模块在所研究的智能移动(保洁)机器人装置中的应用,实现了该保洁机器人具有可遥控、可自由行走、可路径规划、可自动充电、防跌落、防碰撞、能自救等功能.传感器技术的快速发展与应用必将加快保洁机器人走进千家万户,推动其品质与性价比的大幅提高.对保洁机器人中传感器技术应用研究有极其重要意义.     

A cooperative robotic system based on multiple sensors to construct metallic structures

This paper describes a multisensorial robotic system to automatically construct metallic structures. Two robots must work cooperatively in the same workspace to perform the task. The robots are automatically guided using visual and force sensor information. A new time-independent visual force control system which guarantees the adequate robot behaviour during the construction of the structure is described. During the construction of the structure, a human operator works cooperatively with the robots in order to perform some tasks which cannot be automatically developed by the robots. To do so, a new human–robot cooperation approach is described in order to guarantee the human safety. The correct behaviour of the different subsystems proposed in the paper is demonstrated in Section 6 by the construction of a real structure composed of several metallic tubes and different types of pieces to join them.     

全自主清扫机器人智能结构设计

详细的阐述了一种全自主清扫机器人的智能结构设计,机器人以“迂回推进”的方式进行多次不同方向的清扫,并根据结果得出障碍物和环境信息,再利用边缘跟踪对障碍物及整个环境进行边缘清扫,根据仿真实验,对所得信息进行校正,证实该机器人能够实现全区域的覆盖。整个过程路径段简单,能源利用率高。     

多自主移动机器人系统研究与发展

多自主移动机器人以具单个机器人无法比拟的优越性已经引起普遍重视。本文从宏观上将多自主移动机器人的主要研究内容分成4大块：体系结构、组织与协调、个体、仿真验证。总结了关键技术，评述了目前各主要方向的进展，并展望了多自主移动机器人研究的前景与发展趋势。     

基于ROS和QoS的云机器人研究

针对在云机器人系统中，机器人端和云端之间消息需要转换格式才能传递，对异构机器人的兼容性较差，并且对网络环境的鲁棒性有待提高的情况，提出了基于ROS并只在本地端部署主节点的云机器人系统CloudROS。首先，本地和云端的服务均采用标准的ROS节点形式进行封装，云端的服务节点可以动态加入到机器人端的ROS网络，节点之间的消息格式无进行转换，提高了系统的兼容性；然后，在云端采用了授权认证和Docker虚拟化技术，保证了系统的安全性；最后，提出了服务质量（QoS）监测与调节策略，通过动态调整任务参数或切换本地与云端的服务，使QoS保持一个较优的值。实验结果表明，CloudROS可以有效地把机器人的计算任务卸载到云端，使机器人的性能得到提升，并对网络环境具有较好的鲁棒性。     

基于小生境粒子群优化的挖掘机器人自抗扰视觉伺服控制

为提高挖掘机器人的自主挖掘能力,设计一种基于图像的自抗扰视觉伺服控制器,对挖掘机器人的动臂、斗杆、铲斗组成的3节机械臂末端位置和姿态在x-z平面进行控制,实现自主挖掘目标任务。针对自抗扰控制器需要整定的参数较多,参数间相互影响,整定困难的特点,引入粒子群算法对控制器参数进行优化。由于原始粒子群算法存在后期易陷入局部最优的缺欠,采用小生境粒子群算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。对粒子群及小生境粒子群算法的优化性能进行比较研究的基础上,设计了适合挖掘机器人的自抗扰视觉伺服控制器,采用小生境粒子群算法得到自抗扰控制器整定参数。搭建xPCTarget主机—目标机环境进行试验及仿真,表明小生境粒子群优化的自抗扰视觉伺服控制器控制精度高、鲁棒性强。     

Novel hybrid robot and its processes for precision polishing of freeform surfaces

Freeform surfaces have important applications in various industrial fields. However, achieving a high level surface finish on freeform surfaces using polishing is always a challenging task. Hybrid robots are promising alternatives to conventional computer numerical control (CNC) machines and industrial robots for ultra-precision machining. Herein, we present a novel custom-built hybrid robot for freeform polishing. After the laboratory prototype was successfully developed, its automation for a specific freeform surface was a major obstacle preventing its application. This critical issue was addressed by presenting a process to deal with tedious robot programming. Random tool path planning was performed in the task space, and hybrid robot motion planning was conducted in the joint space. By integrating the process flows, a robot programming toolkit was developed to directly output the control program for a specific robot controller. An illustrative example with a freeform surface is provided to verify the functionality of the developed hybrid robot and the proposed control processes, and the corresponding experimental results verify their effectiveness.     

A survey of climbing robots: Locomotion and adhesion

Climbing robots are robotic systems to move over 2D or complex 3D environments such as walls, ceilings, roofs, and geometric structures and to conduct various tasks. They will not only replace human workers for carrying out risky tasks in hazardous environments, but also increase operational efficiency by eliminating the costly erection of scaffolding and staffing costs. Climbing robots have special characteristics and the ability to adhere to different types of 2D or 3D surfaces, move around, and carry appropriate tools and sensors to work, while self-sustaining their bodies. Therefore, the most significant criterion for designing a climbing robot is to equip it with an appropriate locomotive and adhesion mechanism for adapting to the given environmental requirements. In this paper, a classification of climbing robots and proper examples with a brief outline are presented with considerations of the locomotive and adhesion mechanisms. Also, a list of climbing robots is provided with respect to fields of application that range from cleaning tasks in the construction industry to human care systems in the biomedical service industry.     

气压传动技术在竞赛机器人中的应用

近几年来随着机器人比赛的兴起,气压传动技术作为一种方便、实用的技术迅速地渗透到里面,成为了一种不可或缺的技术.本文对大连大学参加2005年亚太地区大学生机器人大赛的机器人做了气压传动设计方案的总结.本设计便于进行操作,并且能够最高效地完成动作.     

打滑状态下的多机器人编队控制

讨论打滑状态下的多机器人编队控制器设计问题。打滑现象会使机器人偏离正常的运动轨迹,导致基于理想环境设计的控制器控制效果变差,甚至发生机器人失控的现象。考虑打滑因素的控制算法能使机器人适应更一般的环境,增强机器人的实际可用性。采用领导者-跟随者策略来协调各机器人的运动。领导者机器人的运动规律根据任务需要事先设定,随后控制跟随者机器人以一定距离和角度跟随领导者机器人运动。根据机器人的运动特性导出单机器人在打滑情况下的运动规律,并据此导出两机器人以距离-角度模型形成编队的方程。采用二阶滑模控制法来为跟随者机器人设计控制器,使得两机器人在运动过程中能够形成期望的队形。以Matlab仿真来验证算法的有效性。理论推导及仿真结果说明,导出的编队模型能够准确描述机器人在有打滑情况时的运动规律,二阶滑模编队算法具有较好的抗干扰能力,适用性强。