Robotic automatic assembly system for random operating condition

A vision guided tabletop robotic assembly system is constructed for the random environment automatic assembly purpose. The distributed control structure is designed for this assembly system. A PC is specified as the central control unit for machine vision operation and the harmonization of At89c51 distributed control unit for each axis. The machine vision is introduced to search the locations and measure the size of the assembly parts in the robotic workspace. Then, the central controller commands the robot to pick the part sequentially based on the specified program to complete the automatic assembly process. The model-free fuzzy sliding mode control scheme is embedded in each joint micro controller for simplifying the model based control problem. The central control unit PC communicates with each joint controller by network communication. This assembly system is implemented on a 3 DOF SCARA robot. The experimental results show that the robotic motion control performance is good enough for assembling work; the vision pattern classification and assembly motion paths planning and monitoring are exactly executed by the central control unit. The goal of this robotic random assembly operation is achieved with the appropriate integration of robotic motion control, machine vision, sensor and assembly force detecting techniques.     

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。     

轮式移动宜人机器人可变刚度腰部机构设计

轮式移动宜人机器人是一个仿人机器人技术研究平台,它由正交轮式移动平台、腰部、双臂、躯干及头部组成。仿人机器人腰部的构成对其运动学、动力学性能起着重要的作用。分析了目前仿人机器人腰部机构存在的问题,提出了一种具有可变刚度特征的仿人机器人腰部设计方案。设计方案使仿人机器人具有良好的柔顺性,提高了机器人与人协作时的安全性、稳定性和抗干扰能力。着重分析了腰部机构的运动学、动力学以及可变刚度特性。     

基于强化学习的机器人手臂仿人运动规划方法

面向人-机器人交互共融环境对机械臂仿人运动规划的重大需求,本文提出了一种基于强化学习的机器人手臂仿人运 动规划方法。 首先,基于人体手臂的结构特征,设计了体现机械臂运动特性的肩夹角、肘夹角和腕关节运动角,并采用正态性和 相关性分析方法,对 VICON 运动捕捉系统获取的人体手臂运动数据进行分析,以获取人臂运动特性规则。 然后,根据不同的运 动特性规则,设计对应的回报函数,并采用强化学习方法进行机械臂仿人运动模型的训练。 最后,搭建机械臂仿人运动平台,实 验统计仿人运动的成功率为 91. 25% ,验证了所提规划方法的可行性和有效性,可用于提高机械臂运动的仿人性。     

A feasibility study on a robotic exercise system for mdof physical rehabilitation therapy

This paper presents a robot system developed for medical purpose. A 6-degree-of-freedom robot was introduced for physical exercise and rehabilitation. This system was proposed for stroke patients or patients who cannot use one of their arms or legs. The robot system exercises the hemiplegic part based on the motion of normal part of a patient. Kinematic studies on the human body and robot were applied to develop the robotic rehabilitation exercise system. A clamp which acts as an end effector of the robot to hold a patient was designed and applied to the robot to guarantee the safety of patients. The proposed robotic rehabilitation system was verified by simulations and experiments on arm (elbow and shoulder) motion. Patients are expected to be able to exercise various motions by themselves with the proposed robotic rehabilitation system.     

基于微小型移动机器人的微操作系统

提出一种新颖的基于宏/微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统.机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人.将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务.为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统.视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场.在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务.试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配.     

一种视觉引导助老服务机器人的总体设计

为辅助老年人的日常生活,采用视觉导航方式,完成了基于ARM7和数字信号处理器（DSP）双处理器的嵌入式控制系统的硬件设计,开发了一种在室内一定的结构化环境中可实现“到达并抓取”功能的助老机器人-“服务1号”。该机器人结构新颖,采用轮式移动方式,具有两种构型相异的多自由度机械手臂,实现了在一定结构化环境中避障行走、双臂协调作业,完成了“到达并抓取”的任务。实验结果表明,该研究为进一步研究视觉伺服算法奠定了基础。     

Design and performance evaluation of a 3-DOF mobile microrobot for micromanipulation

In this paper, a compact 3-DOF mobile microrobot with sub-micron resolution is presented. It has many outstanding features: it is as small as a coin ; its precision is of sub-micrometer resolution on the plane; it has an unlimited travel range; and it has simple and compact mechanisms and structures which can be realized at low cost. With the impact actuating mechanism, this system enable both fast coarse motion and highly precise fine motion with a pulse wave input voltage controlled. The 1-DOF impact actuating mechanism is modeled by taking into consideration the friction between the piezoelectric actuator and base. This modeling technique is extended to simulate the motion of the 3-DOF mobile robot. In addition, experiments are conducted to verify that the simulations accurately represent the real system. The modeling and simulation results will be used to design the model-based controller for the target system. The developed system can be used as a robotic positioning device in the micromanipulation system that determines the position of micro-sized components or particles in a small space, or assemble them in the mesoscale structure.     

一种球形移动机器人传感系统设计

文章为了解决球形机器人自主控制的问题,根据球形机器人结构和运动的特殊性,设计了一种球形机器人的传感系统。建立了无滑动条件下球形机器人运动模型,根据运动模型由惯性测量系统和光电码盘数据组合得到机器人位姿。利用激光测距传感器获取周围障碍物信息。通过全局CCD视觉传感器跟踪识别目标物体,使用手眼CCD视觉传感器和超声传感器定位目标物体并协调机械臂实现对操作目标准确快速的抓取、放置。     

基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动*

以关节式机器人为对象,进行机器人仿人运动研究。从人体动作姿态识别、人-机动作映射、机器人运动控制等方面,详细阐述机器人仿人运动算法。提出人体动作姿态识别方法,利用Kinect传感器捕获人体运作的关节点位置信息,在建立人体基准坐标系的基础上,为了得到描述肩、肘运动的动作信息,计算人体手臂动作的关节角度,实现人体动作姿态的识别。在分析人体肩、肘等关节和机器人机构差异性的基础上,建立人体手臂与四自由度机械手臂的人-机动作映射规则。针对机器人自由度较少,无法完全复现人体运动的情形,分析、比较不同控制策略的优缺点和适用性,寻求适合机器人操作的复现控制策略。关节式机器人接收运动控制指令,执行相应的关节运动,从而实现机器人仿人运动。相关试验验证了人体动作姿态识别和机器人仿人运动控制算法的有效性。研究成果对于提高机器人控制和操作的简单易用性、提高人机交互能力具有借鉴意义,对于扩展机器人应用领域具有实践意义。     

基于S3C2410的移动机器人运动控制系统

移动机器人是人工智能领域与机器人领域的基础研究课题之一,其中机器人运动控制子系统是最终执行机构,是整个系统的优劣的直观体现。针对目前采用的8位或者16位单片机存在着硬件资源有限、运算和处理速度慢等问题,提出了一种基于S3C2410的嵌入式的移动机器人运动控制系统,该控制系统主要由S3C2410处理器、运动控制芯片LM629及电机驱动L298N芯片构成,研究结果表明该系统具有动态性能好、启动速度快、运行稳定性强等特点。     

一种人形机器人气动导航主动控制系统

为解决人形机器人导航控制智能化水平较低,自适应程度不高的问题,设计了一种基于北斗导航的人形机器人气动导航主动控制系统。建立了人形机器人运动学数学模型,研发了机器人气动导航控制系统,通过国家2000坐标下导航实验,对模型和系统进行了实验验证。结果表明:建立的运动学数学模型和导航控制算法是合理的,研发的气动导航主动控制系统可满足人形机器人的气动导航主动控制要求,有效提升了人形机器人导航控制的智能化程度。     

具有越障功能的小型地面移动机器人

针对在危险环境下对移动机器人的运动要求,研究了机器人系统的总体设计,提出了一种具有越障功能的小型地面轮履复合式移动机器人,阐述了其机构设计度其实现。分析了谊机器人通过台阶、斜面、楼梯等障碍时的越障特性。研制完成的第一台样机具有结构简单、体积小、质量轻的特点,通过实验验证了该机器人运动灵活,具有很好的环境适应性和越障能力。     

图像反馈机器人视觉伺服系统理论与实验研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,其研究成果可应用在机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。本文分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理,采用了基于图像的视觉伺服方法,直接利用图像特征来控制机器人运动,构建了自由度GRB-400工业机器人图像反馈视觉伺服系统。采用该系统进行了机器人跟踪两维平面运动目标的实验,结果验证了该方法的有效性。     

基于正弦输入的球形机器人运动控制

球形移动机器人具有结构紧凑,动作灵敏,适合在缺少人为干预的恶劣环境中应用。由于球形移动机器人属于非完整约束系统,传统的运动控制理论在这种机器人上无法应用。论文首先介绍BHQ-1球形移动机器人机构和运动原理,其次根据欧拉角描述方法建立了球形机器人的运动学模型,并对输入量进行变换得到一个可用正弦输入进行控制的双链系统。最后利用正弦输入方法得到轨迹仿真图。     

低成本类人足球机器人控制系统设计

通过分析当前类人足球机器人控制系统中CPU的优缺点，提出了一种新的低成本的类人足球机器人控制系统。该系统采用数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器（ARM），由DSP进行场上目标的识别和自身定位，ARM上运行Linux操作系统，完成路径规划，步态控制以及通讯等功能，充分结合了DSP的实时信号处理能力和ARM在系统控削方面的特性，合理分配任务，满足系统实时性要求。详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。研究表明，该控制系统具有好的控制效果，有着广阔的应用前景。     

基于Mobile-Android小型移动机器人平台控制系统

针对目前小型移动机器人控制系统存在的设计成本高、平台搭建困难、过度依赖网络的问题,将软件设计模式中的MVC模式应用于移动机器人控制系统设计,同时,在Android平台和Arduino控制板上使用Java、C语言进行了实验。提出了基于Android移动计算平台、结合蓝牙通信和无线局域网（WiFi）通信的小型智能移动机器人平台Mobile-Android。详细地描述了该平台的系统结构、控制软件,包括GUl界面模块、运动控制模块、命令配置模块、上位机与下位机通信协议等的设计与实现。在原型系统上初步的测试结果表明,该智能移动平台方案既能够实现智能移动机器人系统硬件平台的快速搭建,又能够充分发挥移动机器人的运动特性与智能手机的强大信息处理能力和控制能力;结合两者长处,获得了一个完整的智能移动机器人系统。     

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。     

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。