移动机器人复杂角点定位和停车策略研究与实现

针对移动机器人在复杂角点深处定位不准确而导致振荡旋转无法停车的问题,提出了一种基于TEB局部规划器与激光雷达相结合的角点定位和停车策略。首先基于TEB规划器进行局部路径规划,利用激光雷达采集角点信息,进而通过设置辅助点进行小车前进和转角修正策略,实现移动机器人在角点处的快速定位和导航。通过在仿真平台Gazebo和实际环境下进行测试,结果表明该方法在复杂角点的定位停车准确率达95%,能有效实现移动机器人在复杂角点的快速定位和精准停车。     

多自由度包装机器人人机交互控制方法

目的 为了在人机交互内容和形式复杂度较高,深度信息获取较为困难的背景下,解决多自由度包装机器人控制存在的控制鲁棒性较差问题,提出新的多自由度包装机器人人机交互控制方法.方法 利用Kinect传感器获取多自由度包装机器人信息,并以此为基础,通过信息熵方法计算人机交互复杂度,构建相应的人机交互控制体系,基于拉格朗日方程建立人机交互动力学模型,完成多自由度包装机器人人机交互信息深度获取;采用自适应模糊控制器控制多自由度包装机器人人机交互流程与界面,实现多自由度包装机器人人机交互的控制.选样六自由度包装机器人为实验对象,确定最佳自由参数,进行人工交互控制仿真实验.结果 实验结果显示,仿真实验中的多自由度包装机器人动作完成率平均值为89.6％,平均包装时间为1.542 min,控制鲁棒性较佳.结论 该控制方法大大提高了机器人控制的鲁棒性,有效提升了包装机器人的包装效率.     

基于文献计量的服务机器人交互研究态势分析

目的 为全面剖析中国服务机器人交互领域的研究态势,探究人-服务机器人交互(Human-Robot Interaction,HRI)的研究创新方向。方法 对CNKI数据库收录的309篇(2001-2020年)与“服务机器人+交互”主题有关的文献进行计量分析,并展开CiteSpace时区演化图谱、VOSviewer密度热点图谱和BibExcel战略坐标图谱等知识图谱的绘制。结果 从研究演化、研究热点和研究质量三个角度揭示了中国HRI研究的状态和趋势。结论 结果表明,在新的角色属性和深层交互需求产生和发展的趋势背景下,相较于在定位、规划、识别等“计算智能”层面上进行的HRI研究和应用,中国现阶段的HRI研究缺少对用户体验、多模态自然交互和社会交互等“人本智能”的设计考量,成为制约服务机器人应用创新和产业发展的问题点。可以说,考虑人本设计(Human-centered Design)及应该如何塑造HRI变得至关重要。     

基于视觉和工业机器人的动态抓取技术

目的 针对传送带输送产品过程中,机器人动态抓取产品的位姿数据计算问题,提出一整套基于智能相机和编码器检测的位姿数据计算方法。方法 首先搭建一套相机检测和机器人动态抓取系统模型,介绍抓取系统的构成及其工作过程;其次,为抓取系统创建各个坐标系,详细介绍各个坐标系间的变换关系、矩阵模型及需要标定的量;再次,设计标定量的测算过程和计算公式;最后,搭建以三菱工业机器人、欧姆龙智能相机及编码器等核心部件为主的实验样机,对上述位姿数据计算方法进行测试和验证。结果 实验结果表明,产品位姿数据的计算值与实测值之间的误差低于0.4 mm。结论 基于视觉和编码器检测的机器人动态抓取精度符合工程应用要求。     

硅片机器人大臂结构多目标拓扑优化设计

目的为了改善硅片机器人结构的静、动力学性能,实现结构的轻量化设计。方法引入多目标优化理论,并结合层次分析法,实现硅片机器人大臂的结构优化设计。依据设计方案分析大臂的受力情况,采用固体各向同性材料惩罚模型分别构建多目标优化数值模型,并运用优化准则法进行优化求解。引入数理统计中的层次分析法确定各子目标函数的权重比,依据折衷规划组合方法构造关于静刚度和一阶固有频率的总目标函数。结果优化结果可知,大臂的柔度从26.890 mm/N降到13.221 mm/N,一阶固有频率从556.86 Hz增加到629.90 Hz,结构质量从1.48 kg减少到0.583 kg。结论多目标优化结果表明,基于多目标优化理论对硅片机器人大臂结构的改进设计,不仅有效地提高了其静刚度特性,一阶固有频率的提高说明大臂结构能抑制振动能力的提升,还实现了大臂结构轻量化设计。层次分析法的引入为多目标优化问题中各子目标函数的重要性提供了客观的理论依据。     

基于神经修复方法的肩关节康复机器人设计与仿真

人体上肢的康复取决于肩关节运动功能的恢复,在分析了肩关节生理特征和运动特性的基础上,根据肩关节康复运动训练的要求,设计了一种以3DOF串并混联机构为原型的肩关节康复机器人。该机构具有3个转动自由度,可以做三维复合运动,采用的串并联机构保证了机构的对中性和稳定性,增大了机构的运动空间,运用Creo软件对肩关节康复机器人进行三维建模,并根据神经修复方法,针对于软瘫期肩关节的康复特点,对肩关节康复机器人进行了仿真,分析结果显示,该肩关节康复机器人能满足患者软瘫期的康复需求,肩关节康复机器人设计合理,它为肩关节康复机器人的设计与研究奠定了一定的理论基础。     

响应面法优化鱼香味型烹饪参数及主成分识别研究

以\"鱼香肉丝\"为研究对象,探讨基于自动烹饪机器人平台的鱼香味型的工艺参数研究,并运用智舌进行鱼香味型的主成分识别,研究得出构成鱼香味型的最佳主成分工艺参数为:白砂糖2.26g、香醋3g、酱油1.5g、红辣椒酱3.7g。通过智舌PCA主成分模式识别,该味型与预定的\"大师水准\"鱼香味型配方较接近,说明该味型配方参数具备适用烹饪机器人数据采集的运用价值。     

基于LPC1768 的简单几何地图绘制系统

为实现移动机器人环境探知并直观表现的功能,设计一种以前方180°为范围的简单几何地图绘制系统。该系统采用 lpc1768为核心,下位机部分以小型舵机 MG90S和超声模块 HC-SR04的云台组合为基础,上位机通过CVI 编写的程序对下位机测量的数据进行处理,将其通过上位机界面以二维地图形式直观表现;并通过探测3种障碍地图进行验证。实验结果表明：该系统能准确反映机器人前方的环境信息,适用于移动机器人的实时绘图。     

曲面轮廓恒力跟踪的非线性双闭环控制

针对机器人在跟踪未知曲面轮廓运动时,由于缺乏位置信息导致的接触力不恒定的问题,提出了非线性双闭环控制方法。该方法中的双闭环包括运动倾角的实时反馈校正器,以及基于非线性PID的法向接触力控制器。非线性PID控制器是由非线性跟踪微分器(TD)和状态误差反馈(SEF)构造的,基于线性PID框架的非线性控制器。首先,根据受力模型得到基于力反馈的运动倾角校正策略;另外,考虑到多维力传感器维间耦合的影响,对Maxwell三维力传感器的解耦矩阵进行了标定;同时,提出了力信号的自适应惯性滤波方法,改善了滤波器的灵敏度和稳定性,综合性能提高了34.42%;最后,实验验证了双闭环控制方法能有效提高力控制精度和稳定性,具有较强的可执行性和适应能力。     

肠道驻留机构的设计和实验

研究并设计了一种微型肠道驻留机构以实现胃肠道机器人在人体肠道特殊环境下的有效驻留.该驻留机构采用径向伸出三组腿的方式实现扩张,扩张后三组腿仍然处于封闭状态,从而有效降低了肠道组织被夹住的风险.对驻留机构与肠道之间的相互作用进行了建模分析,并将驻留机构的驻留力分为库伦摩擦力和边缘阻力两部分,分析了其产生机理.通过实验测试了驻留机构的扩张力以及驻留力.实验结果表明:驻留机构的扩张力与理论分析较为接近,驻留力大小与肠道直径、驻留腿扩张直径以及驻留机构速度有关.当驻留腿的扩张直径为20~26mm时,驻留力大小为0.15~0.4N;当驻留腿扩张直径大于26mm时,驻留力迅速增加,为0.5~1.8N.设计的肠道驻留机构体积小、安全,可较好地适应肠道的生理环境,并为肠道诊疗微型机器人驻留机构的设计提供了一种新的思路.