Robocup小型足球机器人的运动分析与控制--Robocup系列研究之三

足球机器人运动控制要求灵活、快速、准确。通过对足球机器人的结构及车轮分析，对足球机器人的轨迹控制进行运动学分析，在运动学分析的基础上提出一种比较好的控制方法，从而实现足球机器人的轨迹控制。试验结果表明足球机器人轨迹控制达到设计要求。     

基于遗传算法的四足机器人行走步态规划

因RoboCup四腿组比赛所采用机器人的关节刚度较低，采用固定形状行走轨迹的步态规划方法所产生的实际步态和规划步态偏差较大。这种偏差限制了机器人行走速度的提高。为了提高机器人的行走速度，在原有步态规划方法的基础上，引入200组坐标描述任意形状的机器人行走轨迹，并用改进的遗传算法寻找最适合机器人行走的轨迹形状。实验结果表明：改进的行走轨迹规划方法经学习后的实际步态更有利于机器人的行走，在行走更加平稳的同时可使机器人获得更快速的行走效果。     

并联机器人轨迹跟踪变结构控制的研究

本文根据并联机器人控制的特点，将离散变结构理论应用于并联机器人的轨迹控制，引进了离散趋近律的概念，给出了实用的离散变结构控制算法，仿真表明，该方法对并联机器人轨迹踪具有良好的控制效果。     

CTU机器人装载轨迹自适应模糊滑模控制方法

CTU料箱机器人在多层拣货期间会出现装载不稳定现象，为解决这一问题，该文提出CTU机器人装载轨迹自适应模糊滑模控制方法。对CTU料箱机器人实施动力学分析，依据分析结果规划CTU机器人装载轨迹路径，使机器人根据规划的最优路径实现自动化取货；为保持机器人在拣货期间的稳定性，利用构建的自适应模糊滑模控制模型消除CTU机器人在外界干扰下所产生的输入抖振现象，并结合设计的自适应控制律，完成CTU机器人装载轨迹平衡控制，从而实现CTU机器人装载轨迹自适应模糊滑模控制。实验结果表明，通过对该方法开展平衡能力及抗扰动性测试，验证了该方法的可行性。     

机器人轨迹跟踪精度对铣削再生颤振的影响

针对工业机器人低轨迹精度导致的轨迹跟踪误差，分析了切削过程中动态切削厚度和时滞效应对轨迹跟踪误差的响应。考虑轨迹跟踪误差引起的加工底面过程阻尼增加现象，建立包含轨迹误差的动态切削力模型。通过铣削实验验证了该模型，发现了机器人轨迹跟踪误差引发的动态切削厚度变化、时滞效应以及过程阻尼增加等现象能够提高临界轴向切深，扩大铣削加工的稳定域，但会降低表面质量与尺寸精度。本文的理论模型解释了在机器人铣削实验过程中出现的颤振发生又逐渐消失的特殊现象，为提高机器人铣削效率及抑制铣削颤振提供了理论模型。     

采用示教杆的机器人喷涂轨迹生成方法研究

为了解决汽车局部漆面的机器人喷涂轨迹快速获取需求，提出了一种采用示教杆的工业机器人喷涂轨迹生成方法。该方法设计了1∶1复制工业机器人D -H模型参数的示教杆，并建立了基于B样条曲面算法的喷涂轨迹路径点及姿态生成模型。在方法测试中，介绍了喷涂轨迹生成的实验流程，以汽车翼子板和车门为例，采用示教杆进行表面轮廓点获取与路径位姿生成仿真，最后在协作机器人（负载5kg）进行在机运行测试。测试表明，所提出的方法能够快速获得喷涂目标区域轨迹，验证了方法的可行性。     

基于强化学习DDPG算法的轮式助行机器人控制方法

在使用轮式助行机器人辅助行走和康复训练过程中，机器人运动控制的稳定性和轨迹跟踪的准确性是人机交互的重要研究内容。本文将强化学习中的深度确定性策略梯度（DDPG）算法与比例积分微分（PID）控制器相结合，提出了一种轮式助行机器人轨迹跟踪方法。首先，对轮式助行机器人底盘的运动学模型进行了分析。其次，介绍了强化学习中的DDPG算法与PID控制器相结合的自适应PID控制器的实现原理和控制结构。最后进行了仿真实验。实验结果表明，与传统PID控制器相比，基于DDPG算法的PID控制器能在机器人系统跟踪期望轨迹时自适应调整参数，使机器人始终按照期望轨迹运动。同时，得益于强化学习的试错机制，控制器具有较强的抗干扰能力。     

“穿地龙”机器人地下作业轨迹规划及范围研究

为对“穿地龙”机器人的轨迹进行仿真，推导出“穿地龙”机器人运动轨迹的坐标公式，建立了“穿地龙”机器人运动轨迹的数学模型；在轨迹规划的基础上进行有限元分析，研究了“穿地龙”机器人进行打孔作业时的波及范围，确定了地下作业对周边的影响，对实际施工中轨迹的控制和躲避障碍物的规划奠定了基础。     

双足机器人的鲁棒控制

利用拉格朗日法建立了双足机器人的动力学模型．在双脚支撑地时，运动学方程的约束造成双足机器人自由度的冗余，本文引入拉格朗日因子消除了双足机器人的冗余自由度．采用鲁棒控制法对双足机器人的轨迹跟踪进行控制，仿真实验结果证明, 鲁棒控制法对模型不精确或外部干扰对双足机器人产生的影响有很好的抑制作用，对双足机器人轨迹跟踪控制是有效的．     

基于多数据融合的智能定位传感器避障算法研究

在智能定位传感器内增加避障算法，可使机器人拥有自动躲避障碍的能力，该文基于多数据融合设计智能定位传感器避障算法。设置激光雷达测距和超声波测距作为多传感器障碍检测的方法，获取机器人当前位置与障碍点坐标的相对几何关系，计算机器人与障碍点位置的距离，定位路面障碍点，对2种传感器收集到的数据进行多元障碍定位信息的加权融合。设置智能机器人避障轨迹目标函数以及约束条件，设计机器人避障算法，得到基于定位传感器的机器人避障方法。实验结果表明，在简单环境及复杂环境下机器人均未与障碍物相撞。在运行轨迹中随机放置障碍物，机器人能够及时完成运行轨迹的变化。由此可见，该避障算法具备较好的应用前景，可应用于各种智能机器人中。     

移动机器人的Android远程控制终端软件设计

针对移动机器人设计了基于Android平台的远程控制终端软件,利用Wi-Fi实现控制终端和移动机器人的无线通信。移动机器人带有基于惯性传感器和和里程计的惯性定位系统。机器人把自身惯性定位测得的位置参数传回给控制终端,通过在控制终端平板电脑上可以看到移动机器人所处的位置,并对机器人的动作发出指令,实现对移动机器人的远程监测与控制。实验结果表明,该远程控制终端能对移动机器人进行位置显示和有效控制。     

Online robot calibration based on vision measurement

Robot calibration is a useful diagnostic method to improve positioning accuracy in robot production and maintenance. Unlike traditional calibration methods that require expensive equipment and complex steps, a vision-based online robot calibration method that only requires several reference images is presented in this paper. The method requires a camera that is rigidly attached to the robot end effector (EE), and a calibration board must be settled around the robot where the camera can see it. An efficient automatic approach to detect the corners from the images of the calibration board is proposed. The poses of the robot can be estimated from the detected corners. The kinematic parameters can be conducted automatically based on the known poses of the robot. Unlike in the existing self-calibration methods, the great advantage of this online self-calibration method is that the entire process of robot calibration is automatic and without any manual intervention, enabling the robot calibration to be completed online when the robot is working. Therefore, the proposed approach is particularly suitable for unknown environments, such as deep sea or outer space. In these high-temperature and/or high-pressure environments, the shapes of the robot links are easy to change. Thus, the robot kinematic parameters are changed by allowing the robot to grab objects with different qualities to verify the performance of the online robot calibration. Experimental studies on a GOOGOL GRB3016 robot show that the proposed method has high accuracy, convenience, and high efficiency.     

基于模糊控制的双足步行机器人控制研究

本文研制了一台能够独立自主行走的新型的双足步行机器人。机器人的主体部分采用6台伺服舵机,由伺服舵机对机器人进行驱动,同时舵机本身又可作为躯干,使整个机器人的结构非常紧凑。这也是对现有大多数此类机器人进行研究之后所做的改进。对机器人的行走控制由PIC单片机及其相关电路组成。鉴于双足步行机器人是一个复杂系统,故采用模糊控制来提高其控制的精度。经过实际检验,使用模糊控制可以获得很好的控制效果。     

连续型机器人研究综述

连续型机器人是一种新型的仿生机器人,采用“无脊椎”的柔性结构,不具有任何离散关节和刚性连 杆．其弯曲性能优良,对障碍物众多的非结构环境和工作空间狭小的受限工作环境适应能力强,不仅可以像传统机 器人那样在其末端安装执行器以实现抓取和夹持等动作,还可以利用其整个机器人本体实现对物体的抓取．本文对 连续型机器人的仿生原理与结构特点进行了分析,介绍了连续型机器人的研究现状,并对其潜在应用领域和未来研 究工作进行了探讨和展望．     

受限管道空间内压壁机器人控制方法研究

为了能够在受限管道空间内自由移动,机器人必须适应管道的各种几何变化。提出了一种压壁式机器人,可以适应管道直径和坡度的变化。还提出了一种利用安装在压壁机构上的角度传感器估计机器人主体与管道之间的相对姿态的方法。由于法向力和姿态可以从角度传感器测量的角度信息估计,机器人的姿态控制比使用压力或视觉传感器更加简单、有效。相对于管道的几何姿态估计使机器人能够识别管道的倾斜度,机器人可以根据管道倾斜度的变化来控制法向力。经过实验验证,使用所提出的方法在机器人姿态控制的同时,还可以降低机器人部件的功耗和应力。     

基于MQTT的机器人集群控制系统设计与实现

针对现有的多机器人的控制系统编程复杂且不可灵活地更改机器人动作的弊端,基于MQTT的机器人集群控制系统采用了网络传输模式,通过MQTT在不使用有线连接的基础上将动作发送给目标机器人,并且具有动作复现的功能,可以通过手动将机器人的动作记录下来,然后进行复现,大大降低了编程和调试的难度;这种控制系统使得机器人只需要接受上位机的命令,执行上位机发出的动作指令就可以完成同步协调工作,大大减少了机器人的CPU处理的任务,降低了机器人的制作成本,同时通过上位机控制机器人的动作,可以及时纠正错误动作,停止工作,更改任务等,无需担心机器人因先前的程序导致动作出错;实验中使用该系统对三台四足机器人进行控制,结果表明该系统可以使三台机器人协同工作,动作误差极小,并且可以完整复现动作.     

基于Kinect的机器人织物抓取系统

现有纺织行业自动化水平较低、劳动力成本高,机器人代替人工必将成为必然.本文研制了基于Kinect的机器人织物抓取系统.利用Kinect传感器获得织物图像,应用CamShift算法找出目标织物,获得该目标织物的质心,应用机器人运动学将此质心坐标转换为机器人运动参数,实现机器人对织物的抓取.实验结果表明,该方法能够快速准确获得目标织物质心的三维坐标,较双目视觉机器人系统具有优势.     

骨科机器人空间设计方法研究

在分析骨科临床手术环境中各类空间的基础上,用带有约束激活函数的集合对临床空间进行了描述．采用机器人占有空间、医生占有空间、手术对象空间、手术器械占有空间、机器人工作空间、机器人有限灵活空间、误差敏感系数等概念,结合骨科临床手术环境,提出了骨科机器人空间设计的内容和方法．通过空间设计,合理使用骨科机器人的有限灵活空间,可以提高机器人的手术精度,简化机器人的结构,增加机器人的安全可靠性．最后,以双平面骨科机器人的空间设计为例,验证了方法的可行性．     

自主越障巡检机器人质心调节控制

巡检机器人在跨越障碍时,质量偏心产生的偏矩破坏了机器人车体的水平姿态．本文提出了一种质心调节方法,利用倾角传感器测量机器人车体与水平面之间的倾角,从而控制配重块移动电机的运动,将机器人的质心调节到悬挂于架空地线上的那只手臂上,因此能保证机器人车体保持水平姿态,确保需要脱线或上线的手臂完成相应的动作．最后,通过仿真试验验证了质心调节控制方法的可行性．     

基于情感交互的仿人头部机器人

本研究的目的是设计一台机器人,使它可以与人互动,并在日常生活中和常见的地方协助人类．为了 完成这些任务,机器人必须友好地显示出一些情感,表现出友好的特点和个性．依据仿生学,研制了一台仿人头部 机器人,建立了机器人的行为决策模型．该机器人具有人类的6 种基本面部表情,以及人脸检测、语音情感识别与 合成、情感行为决策等能力,能够通过机器视觉、语音交互、情感表达等方式与人进行有效的情感交互．