基于椭球体建模的多机器人碰撞检测方法研究

多机器人协同工作共享的工作空间使得机器人彼此之间存在交互运动,这将不可避免地导致机器人在运动过程中发生碰撞现象,一旦碰撞发生就会造成严重的操作事故,所以碰撞检测是多机器人协作技术中重要的环节之一。针对多机器人碰撞检测问题,主要研究基于离散的碰撞检测,在规划的路径上划分时间步,反复地进行静态碰撞检测,从而完成机器人在运动过程中的碰撞检测。针对基于椭球体建模的多机器人碰撞检测问题,采用椭球体包围机器人连杆、关节等结构,获取空间椭球体间最短距离来判断机器人间是否有碰撞发生。针对椭球体间最短距离的求解,采用基于椭球坐标系的最短距离求解算法,以其中一椭球体中心为原点和椭球的半轴长建立局部椭球坐标系,利用等高面的概念来求解另一椭球体到椭球坐标系原点的最短距离,计算效率更快。对机器人结构参数进行初始化,并提取规划路径的空间位置参数,在路径上划分时间步,在每一个时间步上反复调用碰撞检测算法函数,从而获取机器人运动过程中各个离散点的最短距离,最终得到最短距离变化曲线,进行碰撞检测。并通过一个仿真算例验证了此方法的有效性。     

具有惯性补偿的机器人变刚度碰撞传感器研究

针对现有机器人手部碰撞检测装置灵敏度低和适应性差的问题，基于电磁力伺服的可变刚度手部惯性力补偿机制，设计一种具有惯性自适应功能的变刚度机器人碰撞传感器。该传感器的碰撞触发力阈值随机器人手部惯性力而自适应改变，以消除惯性力对碰撞检测的影响并实时提高碰撞检测的灵敏度。碰撞实验结果显示：该电磁变刚度方法可显著降低传感器预紧弹簧的压缩力，提高机器人末端执行器碰撞过程的动态检测灵敏度，进而提升机器人在人机协作中的碰撞检测和安全防护的智能化水平。     

基于轨迹规划的机器人碰撞检测研究

提出一种在不需要安装视觉或者力矩传感器的情况下在未知环境中实现碰撞检测的方法,将实时电流值和当前轨迹的误差量合成为一个碰撞标量,通过计算此标量的值来判断机器人的运行情况。只要检测到碰撞,就能采取一系列的措施来保护人员或者机器人的安全。并以传统的直角坐标机器人为实验平台来说明这种测量方法的有效性。     

双电机驱动的管道检测机器人空间定位

本文目的是研究双电机驱动的机器人在管道里的空间定位。针对此，构建了双电机驱动机器人运动模型，并采用了PID算法控制机器人实现差速转向和直线运动。进而结合编码器与陀螺仪采集的数据，进行位移计算和位置坐标推导。最后，进行机器人管道定位试验，取真实轨迹位置坐标与算法计算位置坐标各30组，通过Origin软件仿真其运动轨迹，并进行误差分析。结果显示两种轨迹基本重叠，平均误差小于3.5%，表明该定位算法可应用于双驱机器人开展管道检测时的空间定位计算。     

驱控一体化机器人关节的研制及应用

对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。     

碰撞检测及其在机器人领域中的应用研究综述

随着机器人在机械加工、搬运码垛、焊接喷漆和医疗卫生等领域的广泛应用,作为决定人-机、机-机交互安全性的碰撞检测成为研究热点。把碰撞检测算法按照不同角度进行划分,论述了不同算法所具有的特点及其常见的应用领域。分别阐述了特种机器人、多足式机器人、工业机器人和服务机器人等领域碰撞检测研究现状。通过对被检测对象及工作环境进行分析,结合不同碰撞检测算法的特点,给出了针对不同环境和领域机器人作业过程中的最佳碰撞检测算法。最后,总结了目前碰撞检测算法在机器人领域中存在的不足和对未来发展的思考和建议。     

双关节式机器人时间优化的动态避碰规划问题研究

文章针对具有公共工作空间的双关节式机器人系统,介绍了一种时间优化的动态避碰规划方法。根据单机器人不与静态障碍发生碰撞的运动路径,在保证具有最大加减速度条件下规划其时间优化轨迹。通过几何建模,利用空间几何物体间的Euclidean距离来实现系统的碰撞检测,并采用在初始位置延迟最小时间的方法解决双机器人的动态避碰问题。最后建立了基于Motoman-UP6的双机器人仿真模型,验证了理论分析的正确性。     

机器人柔性关节前馈力/位混合控制策略研究

针对机器人关节柔性引起的轨迹跟踪误差问题和末端执行器残余振动现象,在PD反馈控制律基础上,提出一种基于柔体动力学模型的前馈力矩补偿控制算法和后置多模态自适应输入整形算法前馈力/位混合控制策略。建立六轴工业机器人柔体动力学简化模型,在不附加关节编码器和外设的情况下进行柔体动力学参数辨识,再将动力学模型改写为力矩计算方程,经计算得到前馈力矩并加入控制律中进行补偿;计算前馈力矩所用的期望轨迹需经过输入整形器处理,考虑机器人系统的时变性问题,采用后置多模态自适应输入整形算法对期望输入位移信号进行命令整形,从而抑制末端的残余振动现象。结果表明：所提出的前馈力/位混合控制策略能有效减少轨迹跟踪误差,抑制机器人末端的残余振动现象。     

基于蒙特卡洛法的机器人无碰撞工作空间求解

为研究末端执行器对机器人实际工作空间的影响,以及机器人关节之间、末端执行器与机器人关节之间的碰撞对机器人工作空间的影响,文章以6自由度工业机器人为研究对象,研究获取带末端执行器的机器人无碰撞工作空间。提出采用蒙特卡洛法随机生成大量机器人关节转角值,并用这些关节转角值更新机器人虚拟样机的模型位置姿态,然后采取混合包围体层次树碰撞检测算法判断机器人自身关节及末端执行器与机器人关节之间是否发生碰撞来分析机器人的无碰撞工作空间,获取工作空间中的碰撞点,得到机器人的无碰撞工作空间。结果表明本文提出的方法能够有效获取带末端执行器的机器人无碰撞工作空间。     

机器人仿真系统碰撞检测技术研究

为了保证人机安全,需要对机器人作业轨迹进行避碰检查。针对机器人仿真系统中的碰撞检测问题,研究一种基于八叉树结构的层级式三角形面片碰撞检测模型,以包围盒干涉检查作为粗检测,三角形面片相交检测作为精检测。为提高三角形相交检测效率,提出一种基于截距式方程的三角形干涉算法。将三维空间中的三角形映射到二维平面,避免了传统三角形相交检测中标量判别法与矢量判别法的复杂计算。最后在机器人仿真系统中验证了该碰撞检测算法的有效性。     

移动机器人神经网络补偿计算力矩控制

针对存在动力学不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人,设计RBF神经网络补偿计算力矩控制算法。基于反步法设计运动学辅助速度控制率。根据动力学理想名义模型,基于计算力矩法设计一般的力矩控制器。在此基础上,建立具有不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人动力学模型,基于计算力矩法设计带有RBF神经网络补偿的力矩控制器,神经网络的权值由自适应律给出。最后,利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明：神经网络对系统不确定项具有良好的逼近性能,相比于一般的计算力矩控制,所提出的神经网络补偿计算力矩控制算法具有更好的跟踪性能,控制系统具有更好的鲁棒性。     

数控机床永磁同步电动机无位置传感器的直接转矩控制

在PMSM直接转矩控制系统中,通常需要转子位置信息来实现电机换相运行,难以用于一些特定的PMSM无位置传感器控制中。提出一种采用定子高频脉冲磁链注入实现PMSM无位置传感器直接转矩控制方法,设计基于电流模型的电磁转矩和定子磁链观测器,只需要实测电流信息就可以实现高、低转速通用控制。进一步为了实现磁链和转速的在线辨识,设计PMSM转子位置和转速观测器,并设计磁极判断判据,提高观测器观测精度,最后通过实验验证了所提方案的有效性和可行性。     

直行工况下分布式电动汽车四轮转速同步控制

多电机同步控制系统是车辆安全行驶的核心内容之一.为了提高分布式电动汽车在直线行驶时的可靠性以及控制精度,提出一种采用转矩状态观测器的改进型偏差耦合多电机同步控制策略.结合矢量控制算法,分析了偏差耦合结构中速度补偿器的特点并进行改进.根据多电机同步系统中同步误差与跟踪误差的控制要求,进一步给出多电机同步转矩状态观测器的设...     

用于核环境管道维修的宏-微机器人遥控焊接系统的惯性补偿

针对复杂极限环境下的管道焊接维修,提出了一种宏-微结构的机器人遥操作方法进行遥控焊接.通过基于六维力觉传感器的力控制来实现焊前管道装配.为消除宏机器人末端的微机器人运动惯性对力控制的影响,需要补偿在机器人运动过程中微机器人产生的惯性力.研究了宏-微机器人的惯性补偿算法,进行了惯性补偿仿真试验.结果表明,该算法能够消除微机器人的惯性力,补偿最大力偏差不超过2.5 N,补偿力矩精度达到0.3 Nm,满足宏-微机器人管道遥控焊接的精度要求.     

基于三角面-三角形相交检测的五轴数控加工碰撞干涉检测算法研究

碰撞干涉检测速度是五轴数控加工的关键难题之一。为了提高碰撞干涉检测速度,提出一种新的基于三角面片的碰撞干涉检查算法。使用分层OBB和八叉树相结合的算法快速检测出被检测面上可能存在干涉的碰撞叶子节点,将碰撞叶子节点用三角面片表示出来;在包含碰撞干涉叶子节点的三角面片和OBB的三角面片之间,通过三角面片的矢量判别法实现工件表面和加工轴之间的碰撞干涉检测。该算法克服了传统算法速度慢、效率低等问题,提高了碰撞干涉检测的准确性和精度。     

基于约束扰动观测器的感应电机鲁棒模型预测控制方法北大核心

针对感应电机在参数扰动条件下的高性能鲁棒控制问题,提出一种基于模型预测控制和扰动观测器的感应电机无偏速度控制方法。基于串级控制结构设计内环模型预测转矩控制器和外环鲁棒速度控制器。在考虑电机电流和电压约束的最小损耗及参数随转速变化的前提下,提出一种改进的连续控制集模型预测控制器(CCS-MPC)作为内环转矩控制器;将稳定化MPC方法与离散时域扰动观测器(DOB)相结合,在同时考虑参数不确定性和负载转矩的影响以及电机的转矩限制的前提下,设计外环鲁棒速度控制器,该速度控制器为内环转矩控制器提供参考转矩;通过给出相应的定理和推论验证所提出的转速控制器的鲁棒性;设计物理实验对所提控制方法进行验证。结果表明:在考虑电机转矩限制的条件下,所提出的控制方法具有良好的瞬态及稳态响应,且在负载转矩扰动下具有较好的鲁棒性。