力反馈主操作手附加力的补偿策略研究

针对力反馈主操作手的连杆重力、关节摩擦力以及惯性力影响医生真实感知反馈力信息的问题,建立了一套完整的动力学模型。基于力反馈主操作手动力学模型,分别建立了主操作手的重力补偿模型、摩擦力补偿模型以及惯性力补偿模型。通过力补偿控制策略来消除力反馈主操作手本身所具有的重力、关节摩擦力以及惯性力伴随关节运动对反馈作用力造成的干扰,实现了医生的真实力觉感知,从而提高了微创手术的精度。     

手术机器人力感主手不完全重力平衡性能研究

结合力感主手动力学方程,分析了主手在不完全重力平衡时,不平衡力对主手力感性能的影响。给出了重力不平衡项的变化范围,以及在不影响力感精度前提下主手的质心位置变化范围,并应用Adams和Matlab软件联合仿真,对主手的透明性在完全重力平衡和不完全重力平衡两种状态下进行分析对比。结果表明:当质心在该范围内时,可以减小机构惯性力,提高力感性能,同时又不会影响主手的刚度和可操作性。     

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．     

机器人虚拟主手参考结构及关键技术研究

虚实结合的机器人仿真平台作为主从式机器人的虚拟主手和新样机研发的辅助工具,有着广泛的应用价值,而可重用性是平台设计的一个重要问题。文章提出一种易重用、模块化的仿真平台结构;探讨妨碍平台重用的两个关键问题：操作运动学和视图显示。通过建立统一的软件结构和运行机制提高平台可重用性。多个虚拟主手的开发实践,验证了平台结构的合理性和实用性。     

工业机器人轨迹精度力-位置复合补偿方法

工业机器人关节刚度较低,在外负载干扰下加工精度较低,阻碍机器人在加工系统中的进一步推广和应用。为解决该问题,提出一种力前馈控制-位置反馈控制复合补偿方法,其中力前馈控制可超前补偿由外部负载力引起的位置偏差,位置反馈部分用于补偿机器人内部因素导致的位置偏差。利用六维力传感器和激光跟踪仪构建了轨迹误差在线补偿闭环控制系统,进行轨迹精度在线补偿试验,验证该方法的轨迹误差补偿效果。综合考虑机器人因内部参数和外部环境因素引起的误差,提高机器人的轨迹精度,能够实现机器人的精准控制。试验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性,在外负载下依然可保持较高的轨迹跟踪精度,200 N冲击载荷下路径轨迹误差峰值为0.082 mm,稳态误差为0.047 mm,为复杂工况下高精度机器人加工奠定了基础。     

冗余度机器人附加速度避障方法

应用空间解析法建立机器人关节点坐标的数学模型,直接计算出机器人与障碍物的位置关系。提出一种新颖的附加速度方法,当连杆离障碍物的距离小于阈值距离L0时,把机器人与障碍物的距离．映射为对机器人每个连杆与障碍物最近点增加的附加速度。以附加速度的范数作为性能指标．利用冗余度机器人的零空间映射矩阵调整机器人位姿,从而改变机器人与障碍物之间的距离．最终形成一条无碰撞轨迹。通过具有16个自由度的空间三分支机器人的仿真实验,验证此方法的正确性,具有很强的实用性。     

机器人基座六维力传感器重力补偿研究

机器人基座六维力传感器常受到安装精度和机器人重力影响而出现测量误差。为了解决这一问题,在利用 D-H 法建立机器人位姿模型的基础上,推导出基于最小二乘法的基座六维力传感器静态重力补偿算法。针对算法中需要采集大量机器人位姿数据的问题,采用正交实验法确定样本空间以减少位姿采集量。最后以六自由度协作机器人为例,利用 6 因素 5 水平的正交实验表获取机器人典型位姿,搭建数据采集平台,实现补偿算法所需数据的采集,求解该机器人的基座六维力传感器静态重力补偿矩阵。实验表明,该补偿算法能够有效得到基座六维力传感器测得的误差值。     

微创外科机器人夹持手操作力感知机构研究

针对微创手术机器人,研究设计了载有力感知功能的从手夹持手,介绍了夹持手末端柔顺机构力觉传感器的设计、驱动装置及驱动方式的选择,并基于ANSYS软件分析了微创手术机器人夹持手在夹持过程中传感器形变与受力的关系。仿真及分析结果表明传感器的形变与受力基本趋于线性关系,为进一步研究手术机器人夹持手的力感知与力反馈的控制奠定了基础。     

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。     

基于力传感器重力补偿的机器人主动柔顺插孔控制方法

利用工业机器执行插孔作业时,经常会出现误差,导致插孔作业完全失败,还会由于接触力过大,损坏装配件及周边设备.针对上述问题,进行有效的机器人主动柔顺插孔控制研究具有重要的现实意义.利用激光扫描仪获取自身与机器人之间的距离,并转换为三维点云数据,获取机器人在激光扫描仪坐标系中的位置信息.通过六维力传感器采集机器人与工作环境...     

一种多指手及其力与位移反馈控制系统

机械手末端执行器的研究一直是机器人研究的重点,有着广阔的应用前景(如采摘机械手等)。设计了一种基于步进电机控制的机械多指手,该多指手具有结构简单、控制方便等特点。分析了结构及原理,介绍了整个控制系统的构成,用LabVIEW做上位机控制。实验结果表明,该末端执行器能较好地抓持物体。     

光纤位移传感的改进网络补偿方法研究

本文研究了一种改进的网络补偿方法，在建立四光纤位移传感结构的数学模型基础上，说明了该方法的补偿机理，并对影响补偿性能的因素进行了分析。改进网络法具有补偿性能完善、实现简单的特点，对于光纤位移传感、粗糙度传感等具有重要的实用价值。     

机器人运动中六维力传感器的重力补偿研究

针对六维力传感器在工业机器人运动过程中,受末端工具重力影响而导致其零位值变化的问题,提出了一种能够对传感器的零位值实时更新的重力补偿算法。首先对机器人连杆结构进行分析,推导出重力补偿算法,然后通过MATLAB软件得到运用该算法进行理论计算的结果曲线,并运用Adams软件对机器人相关运动进行仿真,测得末端工具重力在六维力传感器所在坐标系各力/力矩分量的曲线,最终验证了该重力补偿算法理论推导的正确性。运用该重力补偿算法,可有效提高六维力传感器实际应用中的测量精度。     

基于双目视觉的主从式机器人主手系统设计和研究

提出了一种基于双目视觉的主从式机器人主手系统,采用双目视觉技术实时识别并跟踪手柄的运动,同时测量其空间位姿。首先通过背景差分法检测出手柄,然后用卡尔曼滤波器对手柄的位置和速度进行预测,跟踪手柄的运动。在标记点的立体匹配中采用了特征匹配和区域灰度匹配相结合的方法,并引入唯一性和顺序一致性约束来剔除伪匹配,最终测罱出手柄的实时空间位姿信息。实验结果证明系统方案是可行的。     

便携式手外骨骼康复装置结构研究

本文针对当下手外骨骼康复装置的研究现状及其装置体积重量过大、灵活性差、康复性差、实用性差、应用价值小等缺点,提出了一种全新设计的机械结构的手部外骨骼康复装置的食指部分的结构。先对手部外骨骼的研究背景、研究意义展开讨论,接着介绍此版手部外骨骼的机械结构,最后简要的介绍外骨骼的驱动电路的设计。     

磁悬浮高速转子基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法

磁悬浮转子高速旋转时产生与转速同频的不平衡振动,向外界传递振动力,干扰外部动力学环境。为消除同频不平衡振动力(即自动平衡),可采用消除同频电流与补偿位移刚度力相结合的轴承力消除方法,但磁轴承功放环节的低通特性使位移刚度力补偿存在误差,并降低系统稳定性,且上述影响随转速升高而显著增大。为增强自动平衡效果,提出一种基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法,在消除同频电流的同时,采用不平衡量—电流前馈以补偿同频位移刚度力,并引入功放的简化逆模型对前馈量进行超前校正,消除功放低通特性的影响。对该方法进行仿真和试验验证,仿真结果同频轴承力减小到无超前校正时的20%,试验结果同频振动加速度减小到无超前校正时的28%,验证了该方法的有效性。     

工业机器人定位误差补偿方法与实验研究

针对工业机器人绝对定位精度低无法满足实际应用要求,并综合考虑国外机器人控制系统不开放,而无法在控制器里修改运动学参数的问题,提出一种定位误差补偿方法,基于修正的DH模型,利用激光跟踪仪和奇异值分解法识别出运动学参数.通过改变运动学参数重新进行正解运算,所得的新位置赋予机器人,使其运动到目标点,从而提高定位精度.将这种方法应用在STAUBLI TX90XL型工业机器人上进行实际的测量和补偿.实验结果显示,经过补偿可使机器人平均绝对定位精度由1.685 mm提高到0.215 mm,从而表明该方法的有效性.     

工业机器人参数辨识及误差补偿方法研究

针对工业机器人绝对定位精度较低,提出通过D-H法建立机器人运动学误差模型的补偿方法,因为机器人结构需满足Pieper准则,所以只考虑了机器人误差模型参数中的关节旋转角参数对机器人末端误差的影响,利用最小二乘法辨识出误差模型中真实的关节旋转角从而补偿误差,同时又利用圆周法对机器人误差进行二次补偿,最终将两次修正后的参数补偿到控制器中从而提高机器人的绝对定位精度。该方法在自主研发的六自由度工业机器人上得到验证,定位精度从补偿前的3.55~4.45 mm提高到补偿后的0.924~1.242 mm,补偿效果明显,为机器人精度研究提供了可靠依据。     

机器人力控制研究表述

简述了机器人力控制发展历史以及研究现状,分析了现有的主流力控制策略:阻抗控制、力/位混合控制、自适应控制和智能控制。进一步阐述了主流控制策略的优缺点以及实用性,指出了力控制所面临的问题,即位置伺服、鲁棒性和未知环境对力控制的影响以及力传感器的精确反馈问题,提出了智能控制必然是机器人力控制的发展趋势。