模块化工业机器人嵌入式控制系统的研究

针对模块化机器人控制系统的重构问题,提出了一种柔性的嵌入式控制系统体系结构.该控制系统各种软硬件功能模块被抽取成标准构件,硬件模块设计采用了双核处理器以便满足计算能力和小型化的需求,模块之间通过标准的现场总线接口进行通信.机器人控制软件采用了基于构件的组态结构,它由柔性嵌入式控制系统开发平台、机器人功能构件库和运动规划与控制算法构件库三部分组成,实时性和非实时性的软件模块都按标准接口进行封装.机器人轨迹插补运算采用双DDA算法,逆运动学求解利用相邻轨迹点的关节坐标绝对增量最小原则去除冗余解.该嵌入式控制系统在六关节工业机器人选行了应用,实验结果表明它能适应机器人机械结构和作业任务的变化,使系统开发周期大大缩短.     

机器人运动控制的两种模型

以六自由度模块化机器人为对象,利用D-H坐标变换方法进行运动学分析,计算出各杆之间的齐次坐标变换矩阵,建立求解机器人逆运动学问题的两种模型。并根据两种模型应用vc＋＋程序对机器人进行控制,验证了两种模型的有效性,并对这两种模型进行了比较。     

线驱动模块化七自由度机器人轨迹跟踪控制

阐述了一种线驱动与常规串联驱动相结合的混合设计方法．这种设计方法融合了线驱动并联机构和模块化串联机构的优点,而且混合驱动机器人的工作空间大于完全线驱动机器人的工作空间．文章首先介绍了混合驱动机器人的机构设计,也就是机器人的肩关节采用模块化串联结构,而肘、腕关节采用线驱动结构．然后利用几何分析的方法来解机器人前向运动学问题．在分析驱动线长与关节角之间变换关系的基础上,分别利用速度法和关节角增量法来计算机器人逆向运动学解．最后,使用VC++实现混合驱动机器人对直线运动轨迹进行跟踪的仿真,从而证明了文章所描述的设计方法的正确性．     

基于局部指数积的模块化机器人运动学参数标定

针对模块化可重构机器人系统展开基于局部指数积法的运动学参数标定研究,提出一种基于子装配体的模块化机器人标定方法.首先,采用旋量的指数形式对子装配体进行数学描述,建立子装配体的运动学模型.然后,采用局部指数积方法,建立基于子装配体、包含关节约束条件的模块化机器人实际运动学模型.通过对运动学模型取微分,根据指数映射微分公式的显式表达式,给出模块化机器人末端位置误差与子装配体的关节旋量误差、末端子装配体的局部位置误差之间映射关系的显式表达.最后,以一套模块化可重构机械臂系统为试验平台,采用激光跟踪仪为测量设备进行试验.试验结果表明标定过程能够收敛到稳定值,经参数标定后用于试验的6自由度模块化机械臂定位误差模的平均值降低了近95％,最大值降低了近92％.     

基于MATLAB的模块化机器人手臂运动学算法验证及运动仿真

针对由模块化关节构成的六自由度串联机器人手臂, 采用DH法对手臂的操作空间进行了描述, 得到了正运动学模型; 采用欧拉角表示手臂姿态, 得到了包含六个参数的用于表示手臂位姿的完备广义坐标, 并对欧拉角的几何关系进行了分析。针对SolidWorks虽然实体建模简洁方便但计算并非其强项的缺点, 编写相应接口程序, 将建立的手臂三维实体模型保留几何约束关系简化后导入MATLAB软件。基于MATLAB编写正逆运动学算法验证程序以及连杆驱动程序, 实现了手臂的仿真运动。通过仿真, 不仅更进一步验证了手臂正逆运动学解算的正确性, 而且非常直观地看出手臂末端在空间中运行的路径以及各关节的动作情况。机器人手臂正逆运动学算法正确性的验证及运动仿真为手臂的精确定位及其路径规划提供了必要的保证。     

移动型模块化机器人的高效重构规划方法

基于穷举思想的模块化机器人重构规划方法的计算复杂度与模块数呈阶乘关系,难以适用于模块较多的场合.为此,本文提出一种与模块数呈线性复杂度的高效重构规划方法.将重构规划问题视为最优控制问题,通过求解Hamilton-Jacobi-Bellman方程得到定义在状态空间上的值函数和最优控制律.值函数的吸引域决定了各模块对应的最优目标,而应用控制律能够得到不同状态到达最优目标的最优运动轨迹.这样既避免了考虑不同构形模块间的多种对应关系所产生的组合爆炸,同时也能得到各模块的满足运动学约束的最优轨迹.仿真试验验证了方法的可行性和计算效率.     

双臂洁净机器人运动控制算法研究

双臂洁净机器人由于其工作范围更大,可执行更加复杂的搬运动作,因此在提升半导体制造产能方面有着重要的作用.本文针对共基座的双臂真空传输机器人的运动控制进行了研究.首先,分析了该机构的结构特点,建立机器人的关节坐标系;其次,从正反两个反面对机器人进行了运动学分析,建立双臂共同的运动学映射关系;最后,通过仿真软件对机器人跟踪...     

基于CODESYS的机器人控制系统设计

随着机器人技术的不断发展,机器人在工业自动化、医疗卫生和服务业等领域得到广泛应用。为满足机器人控制系统对开放性、通用性和扩展性的要求,本文在IEC61131-3标准的基础上,使用CODESYS软件开发环境设计了一种机器人开放式运动控制系统,该系统能够实现机器人的正逆运动学求解、插补运动等功能,并设计了可视化界面进行操作。此外,还使用UGMCD模块进行了UR5机器人控制仿真,通过观察仿真过程中机器人的运行状态,验证了机器人控制系统的有效性。实验结果表明,该机器人控制系统运行稳定,具有良好的应用前景和广泛的适用性。     

基于回转变换张量的6R机器人运动学研究

在牧野坐标系下建立了六自由度喷涂机器人的运动学模型,采用回转变换张量法求出了该机器人的正逆运动学解析表达式.算法在VS.NET平台上用组件技术实现并仿真,仿真结果验证了算法的正确性和实时性.     

基于神经网络的机器人位姿逆解

本文运用神经网络求解机器人运动学位姿逆解，突破了文献局限于研究位置逆解的状况，首次实现自组织神经网络求解机器人姿态逆解。     

Adaptive Control For Robotic Manipulators Executing Multilateral Constrained Task

This paper presents a model‐based adaptive control in task coordinates for robotic manipulators executing multilateral constrained tasks The controller works based on the concept of orthogonality between force and motion in the subspaces derived from the constraints. The control gains are independently adjustable in each subspace. The friction force, depending on the contact force, is compensated adaptively. Asymptotic convergence for both force and motion tracking errors is guaranteed by the Lyapunov‐Like Lemma. Experimental results obtained using a 3 D.O.F. robot are given.     

基于正反馈的机器人位置控制

本文提出了一种简单、精确的机器人位置控制算法，适用于快速运动并具轻微阻尼的机器人手臂，该算法采用正位置反馈策略，仅需位置传感器监测机器人手臂的关节角度以提供稳定的位置控制。最后采用两关节机器人进行了实验研究，实验结果表明了该算法的有效性。     

基于小波网络的机器人视觉伺服控制研究

本文基于小波神经网络设计了一种三关节机器人视觉伺服系统。该系统采用eye-in-hand方式,基于图像特征构成视觉反馈,来完成机器人抓取物体的任务。论文对系统结构、坐标变换、成像原理、视觉控制器进行了详细的设计,并通过仿真试验证明了所设计控制系统的有效性。     

机器人课程建设探索和思考

阐述机器人课程建设的意义。通过对课程进行定位、调研和分析,结合首都师范大学智能科学与技术专业的发展特色,从教学内容、教学手段、考核方法等方面分析和总结机器人课程的建设情况。实践表明,机器人课程充分体现了智能科学与技术专业的核心特色,受到学生的广泛欢迎。     

基于LabVIEW的机器人运动算法实现与验证平台

本文提出了一种在LabVIEW中搭建的机器人运动算法和参数的验证平台,以小型五轴机器人为例,实现对其 进行D-H参数定义、逆向运动学算法验证、轨迹规划、实时运动仿真和实体控制的功能。     

The Synchronization of Multiple Manipulators in Kali

This paper presents a strategy in multi-manipulator synchronization that treats the motions as finite state machines. We use the concept of a motion-system as a convenient abstraction for programming explicitly coupled motions. Motions, treated as processes, can communicate/affect one another through the use of control signals and the dynamics of the system are taken into account during the transitions between different motion states. Using examples, we show that such a scheme is general enough to cover diverse situations as two cooperating arms in a multi-manipulator environment, synchronizing motion of the feet of a legged robot for simple gaits and synchronizing the fingers of an anthropomorphic end-effector for simple grasping strategies.     

基于一阶不确定项估计律的机械臂鲁棒控制研究

针对多自由度机械臂控制系统的模型参数误差、关节摩擦力以及外部输入扰动等不确定项,设计了一类一阶误差估计律;结合基于机构动力学名义模型的输入输出反馈线性化控制算法,对六自由度刚性机械臂的时变轨迹跟踪控制进行了研究,理论上证明了设计的鲁棒控制器是全局渐进稳定的.仿真结果表明该控制策略对系统的各类不确定项具有很好的鲁棒性,能够实现高精度的轨迹跟踪控制.     

一种基于Lyapunov的机器人直角坐标系轨线控制

本文提出一种可以使机器人直接跟踪直角坐标轨线而无须进行坐标变换的控制方法.文中将讨论这种方法的物理意义,证明Lyapunov全局稳定性,并给出在PUMA 560模型上进行模拟实验的结果.