机器人的平面曲线轨迹规划方法

提出了一种满足笛卡尔空间与关节空间混合约束的机器人平面曲线轨迹规划方法.在笛卡尔空间讨论了控制节点的选取,节点间运动时间的分配,以及规划轨迹与要求轨迹的位置偏差和姿态偏差的估计方法;在关节空间讨论了三次样条函数插值及满足关节速度、加速度及力矩约束的方法.根据规划轨迹与要求轨迹偏离情况,非均匀地插入控制节点.通过增加有限的控制节点,有效地控制偏差,减少计算量.给出了完整的平面曲线轨迹规划算法.仿真实例验证了算法的有效性和可行性.     

NAO机器人手臂的运动建模与控制

针对机器人手臂抓取物体时的控制问题,以NAO机器人为操作对象对手臂的运动进行了建模与控制。采用D-H运动学建模机理,建立机器人手臂的运动学模型,并通过分析NAO机器人左臂的结构得到D-H运动学模型参数。对模型输出与NAO机器人手臂的实际运动轨迹进行了比较分析,验证了机器人手臂运动学模型的精确性。依据运动学模型获得了手臂的动力学模型,并基于该模型设计了自适应PD控制器,仿真结果表明,当系统存在较大扰动时,自适应PD控制器比PD控制器对机器人手臂运动具有更好的跟踪性和鲁棒性。     

基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位

目标定位是仿人机器人实现抓取操作的前提。针对机器人单目视觉容易丢失深度信息,双目视觉难以对缺乏纹理特征的物体获得有效深度信息的问题,提供一种基于Kinect的仿人机器人抓取目标定位系统。首先建立Kinect和机器人坐标系,构建布尔沙坐标转换模型;然后利用线性总体最小二乘(LTLS)算法求解该模型;最后依据Kinect获取的抓取点坐标信息,通过坐标转换将其转换到机器人坐标系:从而实现机器人对目标物体的定位。在仿人机器人NAO平台上对该系统进行实验验证,其结果表明:利用该方法,机器人在一定空间范围内能够可靠的定位目标物体,并且较其单目视觉定位更准确;根据所提供的目标定位系统,NAO机器人实现了对不同物体的抓取操作。     

双臂式空间机械臂捕捉目标的碰撞问题研究

研究了双臂及多臂式空间机械臂抓取目标的碰撞问题,将"广义直臂抓取"推广到双臂及多臂式系统.利用满足"广义直臂抓取"的机械臂构型进行目标抓取,可有效地减少碰撞作用对于空间机械臂系统角动量、基座姿态的影响,保证了系统的稳定性,克服了一些控制算法中存在的关节限制问题.最后,提出了一种特殊的双臂式空间机械臂抓取目标策略,该策略在实现抓取目的的同时,可有效地控制基座的姿态.     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

五自由度操作臂笛卡尔空间内运动控制的实现

为实现操作臂各关节间在移动过程中抓取任务完成的准确性,设计了五自由度操作臂,采用DH法则对该操作臂进行运动学分析,建立了末端位姿信息与各关节角间的变换关系。采用轨迹插补的方法得到这两点间若干轨迹中的间断点集,根据运动学中关节角的变化量,利用最小二乘法来寻找总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内跟踪所规划的轨迹。研究结果表明：为避免工作空间奇异点的存在影响运动控制过程,对各关节角度与末端位姿间关系采用最小二乘法来寻找关节角总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内的轨迹跟踪,并准确地完成了空间抓取动作。     

3P-3R机械手曲面轨迹控制的粗插补算法

针对6自由度3P-3R型机械手臂的机械结构,提出了一种基于二次曲面双参数方程的空间轨迹粗插补算法.本文分析空间二次旋转曲面的产品数学模型,通过参数方程求解二次曲面各点在笛卡尔坐标系中的位姿矩阵,从而计算出机械手臂每个关节的电机旋转角度.由MATLAB软件进行验证,观测此二次曲面的粗插补算法的准确度和精确度,生成数据文件后进行6自由度3P-3R型机械手臂的轨迹控制.实验结果验证了此二次曲面粗插补算法对机械手臂目标轨迹控制的正确性和有效性.     

#br# NAO机器人的视觉伺服物品抓取操作

针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题,提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。首先,利用Naomark标签完成对物体的快速识别,并通过世界平面单应矩阵分解对物体的位姿进行估计;然后,对NAO机器人的机械臂进行运动学建模,并分别设计单臂和双臂抓取的视觉伺服控制律;最后,为进一步提高抓取的稳定性和鲁棒性,对末端执行器进行路径规划。实验结果表明,本方法能够快速、稳定地抓取目标物品。     

扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用

采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求解和实验验证.并给出了机器人关节空间的期望变量,得到了关节空间和笛卡尔空间的轨迹误差.     

NAO机器人的视觉伺服物品抓取操作

针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题,提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。首先,利用Naomark标签完成对物体的快速识别,并通过世界平面单应矩阵分解对物体的位姿进行估计;然后,对NAO机器人的机械臂进行运动学建模,并分别设计单臂和双臂抓取的视觉伺服控制律;最后,为进一步提高抓取的稳定性和鲁棒性,对末端执行器进行路径规划。实验结果表明,本方法能够快速、稳定地抓取目标物品。     

Real-time accurate hand path tracking and joint trajectory planning for industrial robots(Ⅱ)

Previously, researchers raised the accuracy for a robot′s hand to track a specified path in Cartesian space mainly through increasing the number of knots on the path and the segments of the path. But, this method resulted in the heavier on-line computational burden for the robot controller. In this paper, aiming at this drawback, the authors propose a new kind of real-time accurate hand path tracking and joint trajectory planning method for robots. Through selecting some extra knots on the specified hand path by a certain rule, which enables the number of knots on each segment to increase from two to four, and through introducing a sinusoidal function and a cosinoidal function to the joint displacement equation of each segment, this method can raise the path tracking accuracy of robot′s hand greatly but does not increase the computational burden of robot controller markedly.     

Cartesian impedance control of dexterous robot hand

Presents a novel compliant motion control for a robot hand using the Cartesian impedance approach based on fingertip force measurements. The fingertip can accurately track desired motion in free space and appear as mechanical impedance in constrained space. In the position based impedance control strategy, any switching mode in contact transition phase is not needed. The impedance parameters can be adjusted in a certain range according to various tasks. In this paper, the analysis of the finger‘s kinematics and dynamics is given. Experimental results have shown the effectiveness of this control strategy.     

空间机器人关节空间轨迹跟踪的补偿学习控制

讨论了具有不确定性的漂浮基空间机器人系统的控制问题。在载体位置不控、姿态受控情况下,结合系统动量守恒关系对系统进行了运动学、动力学的分析,得到了漂浮基空间机器人的系统动力学方程。由系统的闭环动态误差方程,设计了漂浮基空间机器人的控制方案,提出了一种补偿学习控制方法,给出了漂浮基空间机器人系统的数值仿真,验证了该方法的有效性。     

多臂自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

利用牛顿-欧拉方法分析了多臂自由飞行空间机器人协调操作系统的动力学特性,推导出多臂自由飞行空间机器人协调操作的机械臂铰接连杆间的广义作用力计算方法.通过逐级迭代建立了多臂自由飞行空间机器人系统的动力学方程,进一步得到了驱动电机控制力矩的计算公式.仿真证明多臂自由飞行空间机器人操作的目标物体能够跟踪目标物体的期望位姿.     

Joint space compliance control for a hydraulic quadruped robot based on force feedback

In the realm of quadruped robot locomotion, compliance control is imperative to handle impacts when negotiating unstructured terrains. At the same time, kinematic tracking accuracy should be guaranteed during locomotion. To meet both demands, a joint space compliance controller is designed, so that compliance can be achieved in stance phase while position tracking performance can be guaranteed in swing phase. Unlike operational space compliance control, the joint space compliance control method is easy to implement and does not depend on robot dynamics. As for each joint actuator, high performance force control is of great importance for compliance design. Therefore, a nonlinear PI controller based on feedback linearization is proposed for the hydraulic actuator force control. Besides, an outer position loop(compliance loop) is closed for each joint. Experiments are carried out to verify the force controller and compliance of the hydraulic actuator. The robot leg compliance is assessed by a virtual prototyping simulation.     

面向任务的机器人灵巧手控制系统及多指空间协调阻抗控制

为提高多指灵巧手的控制和操作性能,提出了基于集中控制-分层处理的DLR/HIT Ⅱ机器人灵巧手实时控制系统结构,并建立了基于Simulink/QNX的实时控制平台和嵌入式驱动控制层,极大地简化了高集成度机电一体化灵巧手的控制器设计过程,并实现灵巧手在多自由度仿机器人上的无缝连接,进行了多指灵巧手空间协调阻抗控制的研究,基于手指指尖位置建立了适用于任意手指数目n的机器人灵巧手物体空间坐标系,并基于六维空间虚拟弹簧的阻抗思想和关节力矩反馈实现了以被抓取物体位置和姿态为控制目标的多指灵巧手空间协调阻抗控制.在基于Simulink/QNX的实时控制平台上对DLR/HIT Ⅱ灵巧手进行了空间协调阻抗控制实验,实验结果表明了灵巧手控制软硬件系统和控制策略的有效性和稳定性.在未降低灵巧手自由度的前提下,将DLR/HIT Ⅱ多指灵巧手协调抓取操作的控制输入量由30个减为6个,为提高抓取规划算法效率提供了稳定高效的新型控制策略.     

一种新的计算三指机器人柔性手抓取力的方法

本文在柔性手与操作体点接触的基础上,采用旋量方法表示手指对操作体的作用力,并提出了判断手指抓取位置能平衡任意外力的条件。在指端的法向作用力满足单向性条件及切向作用力满足摩擦条件的前提下,给出了一种求解柔性手抓取力的行之有效的方法。