基于虚拟现实语言的机器人三维仿真系统软件

结合虚拟现实技术的软件平台VRML语言,对机器人三维仿真模型进行了分析和建模;用VRML语言和JAVA语言编写了一个三维机器人仿真系统,对机器人运动学正问题、运动学逆问题、轨迹规划以及环境状况进行了三维仿真;对遥操作机器人的仿真进行了网络传输模拟,并对遥操作机器人与虚拟现实的技术结合的前景进行了展望。     

基于Internet的遥机器人控制系统

为减小基于Internet的遥机器人系统中网络延时给机器人可控性带来的极大影响,基于所开发的智能运动控制器,以KLD-400机器人为被控对象搭建了一个具有力觉反馈的虚拟现实遥机器人系统,用3DS MAX＋OpenGL＋Visual C＋＋6．0完成了机器人三维图形仿真系统的设计．通过模拟仿真实现对机器人的预测控制,并对遥操作过程中控制信息的传输时延进行了补偿,提高了遥操作的可靠性和准确性．视频信息的传输采用多线程多缓冲技术,保证了视频传输的实时性,并实现了视频图像与仿真图形的融合．实验结果证明了该系统的优越性．     

力觉临场感遥操作机器人(1):技术发展与现状

人机交互式机器人作为最具实用价值的特种机器人已成为当前机器人学研究的前沿和热点.临场感(Telepresence)技术是人机交互的核心.首先,回顾了力觉临场感遥操作机器人技术的产生、发展和现状,介绍了力觉临场感遥操作机器人在核领域、空间探测领域与远程医疗领域的应用情况;其次,对力觉临场感遥操作机器人的4大关键技术:传感技术、力反馈与触觉再现技术、大时延控制技术和虚拟预测环境建模技术等进行了综述;还介绍了东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制研究所近20年来开展临场感遥操作机器人技术研究,以及在核探测、康复医疗领域应用的情况.通过回顾与分析,指出了力觉临场感遥操作机器人技术今后需要研究的几个重点问题.     

虚拟现实灵巧手姿态力度控制算法与仿真

针对灵巧手虚拟现实的控制,提出了数据手套控制手指关节角度,肌电信号进行抓取力度控制的方法.建立了虚拟现实灵巧手模型,根据神经网络算法实现前臂肌电信号对抓取过程中的拇指尖力预测.实验改变拇指接触状态,预测力模型与实际力度对比,验证模型的有效性.该研究可用于智能假肢控制及上肢康复训练、遥操作机器人等领域.     

基于被动柔顺机理的电机遥操作更换机构设计和实验

核工业热室中智能装备的驱动电机受核辐射影响易损坏，采用电机遥操作更换技术是确保热室内智能装备正常运作的关键. 针对这一问题，分析电机遥操作更换设计需求，提出基于被动柔顺机理的电机遥操作更换方法；分析轴孔装配3种接触状态，建立电机垂向插配力学模型，提出动力对接策略，设计五自由度（5-DOF）空间被动柔顺机构；基于热室中遥操作机械臂的特点，设计电机遥操作更换结构和工作流程. 构建实验装置，测试统计电机更换成功率和耗时，并针对电机垂向插配力学模型所预测的插配力进行检测和理论计算比对，验证电机遥操作更换结构的可靠性和电机垂向插配力学模型的有效性. 电机遥操作更换技术能为热室中智能装备的自动维护提供技术支撑，也为机器人执行其他自动化装配任务提供借鉴.     

基于临场感的遥操作机器人共享控制研究综述

共享控制策略作为基于临场感的遥操作机器人的主要控制模式,能够充分利用操作者的感知、判断和决策能力,也能发挥出机器人自身的优势. 阐述遥操作机器人临场感技术;综述遥操作共享控制策略的发展现状,主要基于触觉反馈引导、运动学限制规避以及共享因子分配等,对各控制策略的原理进行介绍,并梳理和分析遥操作共享控制策略发展中的瓶颈和不足,如共享因素的单一化或僵硬化、时延问题和机器人自主判断能力有限等问题. 针对研究存在的局限性,从3个方面对未来的发展提出展望,分别为提升干预水平、加强机器人意图预测、结合机器学习, 具有一定的指导意义.     

网络机器人遥操作系统H.264帧内编码改进算法

H．264／AVC标准算法是目前最适合低速率下进行图像压缩传输的算法之一,但是帧内图像压缩编码后数据量依然比较大,对于网络机器人遥操作系统应用来说依然影响系统的实时性．结合基于网络的机器人遥操作系统中机器人控制的特点,文中对H．264／AVC标准算法中帧内编码提出了一种改进算法,即对于机器人本体部分图像采用帧内预测编码,而对背景部分图像采取帧问运动补偿编码．利用图像投影原理和机器人运动学方程,能够快速实现机器人部分视频对象分割,从而满足帧内编码改进算法的要求。     

机械臂遥操作控制系统设计与实现

针对机械臂的遥操作控制问题,设计了一种机械臂遥操作控制系统,给出了遥操作系统结构设计和软硬件实现方案,推导了基于位姿分离算法的7自由度冗余机械臂正逆运动学模型。通过仿真试验验证了运动学求解方法的准确性,通过对机械臂实物进行遥操作实验,综合验证了遥操作系统设计的有效性。     

基于视觉反馈的机械臂预测控制

针对基于视觉的机器人目标抓取问题,构建一个基于图像的单目视觉伺服系统．预先建立基 于图像雅克比矩阵的模型,在明确考虑目标可见性约束及机器人执行器约束的前提下,将预测控制 算法引入到机械臂的视觉伺服控制中,基于视觉特征的运动预测设计一个简化的多变量机械臂视 觉伺服控制器,用以实现对机械臂末端位姿的控制．借助ＮＡＯ 机器人平台,利用机器人自带的 Ｎａｏｍａｒｋ标签进行物体的快速识别,并应用上述基于视觉反馈的机械臂预测控制方法实现ＮＡＯ 机器人手臂控制．实验结果验证了方法的可行性,算法简单易于实现,且控制精度令人满意．     

基于KUKA工业机器人的遥操作控制系统设计与异构主从控制方法研究

为了适应特种环境作业的需求,提出一套以KUKA工业机器人为从操作手的遥操作控制系统设计方法。通过Eth.KRLXML软件接口与主控计算机建立TCP/IP连接进行通信,实时地反馈机器人的关节角度与末端位姿等信息,同时接收并执行主控计算机的控制命令。针对异构型主从遥操作控制系统,提出一套基于相对位姿尺度变换的遥操作控制算法,将主操作手的运动信息经过相对坐标变换和尺度变换换算到KUKA机器人的末端,实现对不同大小工作空间的精确异构遥操作控制。最终所设计的遥操作控制系统和异构型尺度变换遥操作控制方法的有效性在实物抓取释放实验中得到了验证。     

力觉临场感遥操作机器人(4):系统的操作性能评价

力觉临场感遥操作机器人系统是一种典型的人-机-环交互系统,临场感是遥操作的核心.如何评价力觉临场感遥操作机器人系统的操作性能即临场感程度,目前大多采用基于人机工效学的主观评价分析方法.通过建立力觉临场感遥操作机器人系统的二端口网络模型,对操作者在遥操作过程的感知和控制行为进行了分析,给出了虚拟阻抗的定义,以此为基础提出了可定量评价系统操作性能即力觉临场感程度的阻抗比较法.利用阻抗比较方法对现有的4种不同反馈控制结构遥操作机器人的操作性能作了分析与评价.     

基于刚柔混合建模的移动焊接机器人系统仿真

以某移动焊接机器人为例,在刚柔混合建模理论与方法的基础上,利用Pro/E对移动焊接机器人进行整体造型;不仅将模型导入到仿真软件ADAMS环境,而且利用ADAMS/AutoFlex模块对机器人部分构件建立柔性体,同时通过ADAMS/View构建了机器人的刚柔多体动态仿真模型。仿真分析说明：该模型能够准确的反映焊接机器人的运动和受力情况,其分析也为末端机械手的动力学研究和移动焊接机器人物理样机的开发提供可靠的方法和依据。     

一种基于细菌觅食算法的机械手臂控制器设计

针对机械臂控制系统需可靠、快速、准确跟踪设定值轨迹的要求,通过研究机械臂控制系统的非线性动力学模型,提出1种基于细菌觅食优化算法(BFO)优化PID控制器参数的控制方案。设计采用细菌觅食算法求解在线优化PID参数的流程,用于机器人手臂的跟踪控制。为更有效地考察机械手臂系统的跟踪控制性能,设定2个关节的期望轨迹分别为正弦和余弦函数。仿真结果表明,与传统PID方法相比,基于BFO算法优化的控制方案具有更优越的控制品质和较强的抑制干扰能力,能有效提高机械臂跟踪控制的快速性和准确性。     

机器人非线性连续预测控制

研究了一种机器人非线性连续预测控制方案,其预测模型通过对系统状态进行泰勒级数展开并作适当的截改进来获得,并通过优化性能指标求得控制律。与其他非线性模型预测控制相比,所得到的器具有解析形式,方法简单、计算量小、利用在线应用。仿真结果表明了非线性预测控制器的有效性。     

机器人虚拟环境建模及其遥控操作仿真

为解决因人-机接口技术滞后而导致的遥控系统操作员难以胜任复杂任务的问题,将虚拟现实技术和虚拟环境建模技术引入遥控操作,并采用了修正的人在回路中的仿真系统方案.建立了机器人的虚拟环境模型和基于空间球的人机接口系统,构建了一个完整的基于虚拟现实的机器人遥控操作仿真系统.     

基于ADAMS的柔性焊接机器人动力学仿真

在Pro/E中完成了焊接机器人的三维建模,然后导入ADAMS软件中,添加约束后建立了焊接机器人的虚拟样机模型。考虑到柔性构件对机器人系统运动性能的影响,构建了该机器人的刚柔耦合模型,并进行了动力学仿真。结果表明:柔性手臂构件对机械手的运动精度产生了较大影响。     

面向抓取任务的移动机器人停靠位置优化方法研究

为了解决移动机器人在复杂环境中物体抓取规划成功率低以及规划时间长等问题, 本文提出了一种基于环境信息的预处理生成移动机器人停靠位置优化算法。首先对机械臂的工作空间进行分析, 得到抓取难易评价标准, 将环境中目标物、障碍物以及移动底盘位置简化为点, 投影到xy平面上, 根据抓取难易评价标准求出移动机器人优化后的底盘停靠位置; 然后针对机械臂避障问题, 采用快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees, RRT)算法实现了机械臂末端及连杆与障碍物的避障; 最后通过仿真和动作捕捉系统下的实验发现, 采用移动机器人停靠位置优化算法可显著提高抓取规划成功率和规划速度。     

图形机械手碰撞检测简化算法

参考较为成形的基于包围盒层次的碰撞检测算法,针对本系统液压伺服机械手的特有结构,采用一种简单易行的线面关系、面面关系算法来实时处理图形机器人与待操作对象的精确碰撞检测,最后通过实验验证了该算法的有效性。结果表明:所提出的碰撞检测模型具有计算量小,速度快以及易于编程实现等优点。解决了遥操作工程机械手的在线实时仿真问题,可以较好地应用于简单的虚拟现实系统。