基于CATIA软件平台的人机工程应用研究

基于CATIA软件平台的人机分析模块,对救护车的救护舱数字模型引入虚拟人体模型,建立虚拟人机关系,应用人机工程学理论来指导救护舱的优化设计,以探讨CATIA软件的人机分析模块,在产品开发设计中的应用方法.     

冲床上下料机械手臂及驱动系统设计

设计了一种以薄板类零件为对象的冲床上下料关节型机械手臂,该机械手臂以运动控制卡为控制核心,通过驱动伺服电机带动机械手臂各关节实现负载的升降、旋转、移动和摆动。针对机械手臂运行动作并依据力矩、惯量传递转换原则,分析机械手臂负载传递,并通过相关理论进行伺服电机选型及验证。在硬件配置完成基础上,配合机械手臂实际工作状态,确定其工作流程。     

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。     

基于非完整约束的机械手及其运动学的研究

依据现有的非完整理论，提出了一种摩擦圆盘运动分解合成机构，理论分析表明这种运动分解合成机构具有非完整约束性。并以此作为关节模型，组成了开链多关节机械手臂。运动学分析结果表明这种多关节机械手臂具有可控性，并可通过链式变换转化为一个简单的非完整系统，这为深入研究这种多关节机械手臂的运动控制奠定了基础。     

火车煤采样机多自由度机械臂运动轨迹控制研究

通过对火车煤采样机多自由度机械臂的结构分析和运动分析,建立了机械臂的运动方程式,并根据运动反求原理建立了再现轨迹的运动控制模型.为了得到多自由度机械臂可行的最优驱动曲线,提出了一套用优化设计方法求解的方案,从而解决了运动轨迹控制智能化问题.该方法可以广泛应用于关节型机械手的智能运动控制,具有较大的推广价值.     

虚拟装配中基于生理约束的虚拟手建模与抓持规划

为控制虚拟手准确合理地完成虚拟零件的抓握动作,以方便快捷地实现虚拟装配仿真,在深入分析人手的解剖结构和关节运动生理约束的基础上,提出利用层次结构并借助三维虚拟现实软件EON,建立虚拟手几何模型和实现抓持控制的方法.该方法将手指简化为三关节连杆结构,采用逆向运动学方法,针对待拾取零件的位置计算出在目标位姿下各运动关节的角度值.进而利用关节插值方法,以迭代的方式实现对手部关节链上各个关节的运动控制,仿真结果验证了上述方法的可行性与实时性.     

基于DSP的机械手臂舵机控制系统

基于无刷直流电机的机械手臂舵机控制系统设计,硬件以DSP芯片TMS320F2812为处理器,手臂由4个关节舵机及其支撑连接杆组成,通过位置传感器实现位置信号的采集与反馈,实现对舵机运动角度的精确闭环控制,从而实现机械手臂4自由度旋转控制.系统的软件包括DSP2812主控程序、初始化程序、A/D信号采集程序、误差计算及控制算法实现程序,以及PWM占空比计算及分配程序.操作者能通过上位机输入指令控制机械手的运行.     

面向工作空间设计的虚拟人体模型

针对虚拟人体模型在计算机辅助工作空间设计中存在的不足，从模型精度、控制算法等方面进行改进研究。为了更准确地反映人体运动特性，以解剖学知识为依据，给出了人体单轴、双轴、多轴关节及关节间的运动约束模型。人体模型在精度提高的同时也增加了其控制复杂度，为此，采用关节约束下的基于逆向运动学控制方法和基于运动捕获数据的姿势生成两种方法，来提高生成人体作业姿势的快速性及准确性。通过实验系统验证了虚拟人体模型的有效性。     

基于虚拟样机技术的人机工程学应用

随着计算机技术的发展,基于虚拟样机技术的人机工程学设计、测试评价已经成为可能.探讨利用人机工程分析软件提供的数字化人体模型,结合虚拟样机技术,在虚拟环境中模拟人的操作而进行的人机工程设计评价,提出了人机系统设计评价系统的基本框架.     

基于UG的动态人体模型结构设计研究

根据人机工程学和动态结构设计学,对基于我国人体测量数据的第90百分位的动态人体模型机械结构进行设计研究,为进一步研究其它百分位的人体机械模型奠定了基础。     

Motion error compensation of multi-legged walking robots

Existing errors in the structure and kinematic parameters of multi-legged walking robots,the motion trajectory of robot will diverge from the ideal sports requirements in movement.Since the existing error compensation is usually used for control compensation of manipulator arm,the error compensation of multi-legged robots has seldom been explored.In order to reduce the kinematic error of robots,a motion error compensation method based on the feedforward for multi-legged mobile robots is proposed to improve motion precision of a mobile robot.The locus error of a robot body is measured,when robot moves along a given track.Error of driven joint variables is obtained by error calculation model in terms of the locus error of robot body.Error value is used to compensate driven joint variables and modify control model of robot,which can drive the robots following control model modified.The model of the relation between robot’s locus errors and kinematic variables errors is set up to achieve the kinematic error compensation.On the basis of the inverse kinematics of a multi-legged walking robot,the relation between error of the motion trajectory and driven joint variables of robots is discussed.Moreover,the equation set is obtained,which expresses relation among error of driven joint variables,structure parameters and error of robot’s locus.Take MiniQuad as an example,when the robot MiniQuad moves following beeline tread,motion error compensation is studied.The actual locus errors of the robot body are measured before and after compensation in the test.According to the test,variations of the actual coordinate value of the robot centroid in x-direction and z-direction are reduced more than one time.The kinematic errors of robot body are reduced effectively by the use of the motion error compensation method based on the feedforward.     

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。     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。     

末端质量和关节惯量对柔性臂运动稳定性的影响分析

采用控制系统稳定性分析方法研究了柔性机械臂的末端质量和驱动关节转动惯量对柔性机械臂弹性运动稳定性的影响。首先推导了末端有集中质量的柔性机械臂的动力学模型,建立了以驱动力矩为输入、以末端位置弹性振动为输出的柔性机械臂系统的传递函数。然后,用劳斯判据建立了末端位置弹性运动稳定性判据。用建立的稳定性判别式计算并对比了不同末端质量和关节转动惯量下柔性机械臂弹性运动的稳定性,定量验证了这两个参数对柔性机械臂弹性运动稳定性的影响程度。       

Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

轨道式垃圾回收机器人设计与分析

针对高速公路高峰期拥挤产生的垃圾等问题,设计一种轨道式垃圾回收机器人,由光伏发电装置、机器人壳体、末端手爪、关节臂以及控制系统等组成,主体结构采用双臂三关节结构,采用西门子PLC控制系统,通过控制关节臂的旋转以及偏转、末端手爪的旋转及开合等动作来实现工作的目的。结合外场作业的特殊性,采用光伏能源装置,对其结构及控制系统进行设计,通过对机器人进行三维建模、运动和控制仿真分析,验证系统的可行性及有效性。     

基于Open Inventor的六自由度并联机器人虚拟同步运动研究

针对六自由度大载荷并联机器人的工作监控问题,以Open Inventor为开发平台,对并联机器人虚拟同步运动进行了研究。首先,用Pro/E进行了零部件建模,并导入Open Inventor开发环境,用VRML虚拟现实语言描述了各零部件的连接关系,搭建了虚拟机器人;然后,构建了由立体视觉和位置正解算法组成的复合检测系统,用以实时检测实体并联机器人的位姿;最后,将位姿信息传送至虚拟机器人,由Open Inventor借助其场景渲染能力,利用内置的引擎工具完成了虚拟机器人的同步运动。试验研究结果表明,该机器人虚拟运动逼真流畅,位姿检测精度能控制在0.05 mm内,位姿检测与计算带来的虚拟运动延迟能够控制在0.5 s内;系统不仅能够满足并联机器人一般监控的需要,还提供了一种可供参考的精确位姿检测方式。     

A robust and adaptive force/position control for two cooperating robot arms under uncertainty

This paper presents a motion coordination of a two-cooperating robot arm when there are unknown system parameters and bounded input disturbances. The order of the model of the two-arm system is reduced. To control this, a force/position control scheme based on an inverse dynamics control scheme is devised. On the top of the control scheme, an adaptive control scheme to take care of parametric uncertainties, and a robust control scheme to compensate coupling forces between two arms and input disturbances are devised. The adaptive and the robust control scheme are derived based on a devised Lyapunov function. The adaptive control algorithm is practical since it does not require the feedback of the second derivative of joint angles and interacting forces. The robust control scheme guarantees that the tracking error of the leader arm and the interacting forces between two arms are confined in a certain region. Numerical examples using dual 3 degree of freedom robot arm are shown.     

机器人捕捉运动目标的时间最优控制方法

对机器人的运动目标捕捉过程进行了研究,提出了用Ak im a样条函数对运动学求逆后的目标轨迹进行平滑的方法,使得轨迹在关节坐标系下得到解耦。通过模糊Bang-Bang控制机器人,使末端以时间最优的方式接近运动目标。当机器人关节位置与期望位置小于给定阈值时,采用带积分的模糊随动控制,使得每个关节相对独立地到达期望位置,并最终实现运动目标捕捉任务。结果表明,该方法简单有效,可快速稳定地实现运动目标捕捉任务。