多自由度机器人位姿稳定性控制方法研究

对于多自由度机器人位姿控制方法来说,机器人位姿稳定性受到各种因素的干扰,容易发生位姿失稳现象,为此,提出一种新的方法来解决此问题.采用扩展卡尔曼滤波算法实现多自由度机器人各个传感器数据的有效融合,获取多方位机器人位姿数据;通过传感器信号处理去除机器人位姿测量噪声,使用自适应扩展技术实现机器人参量与姿态角校正信息融合,通过反演积分项自适应调节姿态参量并弥补稳态误差,实现机器人的位姿稳定控制.仿真实验结果表明,该控制方法能够准确实现多自由度机器人位姿稳定性控制,即使引入扰动机制仍然不会出现控制失衡,具有较好的稳态控制效果.     

基于微分法串联机器人的误差敏感度分析

为了提高串联机器人的绝对定位精度,提出了一种基于微分法和矩阵法的机器人误差源分析方法.首先分析单个连杆姿态矩阵的微小误差;然后利用积分法分析多个连杆末端的位姿误差,采用微分法和修正Denavit-Hartenberg(MDH)运动学模型,对末端位姿误差的敏感度进一步分析;最后通过Matlab软件分析,分别得出机器人4个关节的扭角和转角对末端位姿影响的曲线图,以及连杆长度和偏移量对末端位姿影响的曲线图,对影响末端位姿的几何参数进行运动学误差分析和规避,即可从源头上解决串联机器人绝对定位精度的问题.     

主-从式手术机器人运动一致性分析

采用成熟的机器人误差理论建立了主-从手术机器人位姿误差模型,开发了基于MATLAB的位姿误差计算程序.采用蒙特卡罗法绘制了最大位姿误差图谱,对两种主手与三种从手机器人进行了仿真计算和运动一致性分析,给出了运动一致性条件,为进行主-从操作机器人精度设计提供了理论依据.     

基于模型和数据驱动的机器人6D位姿估计方法

提高运动精度是机器人执行精密操作的基础.该文针对重载操作造成的机器人末端结构变形问题进行位姿补偿研究.首先,提出了基于模型和数据驱动的机器人末端6D位姿估计方法,该方法利用基于Gauss过程回归的机器人运动学误差模型获得部分目标点空间位置的预测值;然后,提出了基于测量平差的位姿修正方法,对目标点位置的实测值和预测值进行...     

位姿闭环控制的高精度脑外科机器人

为解决现有脑外科机器人存在的绝对定位精度难于满足精细手术应用的问题,提出一种视觉伺服的系统方案,引入高精度光学跟踪手段,对机器人的末端位姿进行实时测量并反馈。采用一种基于关节空间控制和位姿空间动态补偿综合的机器人视觉闭环控制方法,并设计了动态校正控制算法。仿真结果表明:动态位姿闭环可以有效克服各种参数误差因素的影响,对机器人的绝对定位和跟踪误差具有校正作用,明显改善了轨迹跟踪精度,同时提高了鲁棒性能。绝对定位达到神经外科手术±1mm的精度要求,实际运用取得了令人满意的结果。     

移动机器人的滑模跟踪控制

文章讨论了移动机器人在外界干扰情况下的变结构控制问题 ,并提出一种机器人滑模跟踪控制方案 ,利用简化的动力学模型 ,使机器人能够跟踪给定的轨迹。采用极坐标表示机器人的位姿 ,利用非线性滑动面和指数趋近率 ,确定控制方法 ,使系统在外界扰动的情况下 ,其跟踪误差能在有限时间内收敛到零。     

多假设跟踪的移动机器人SLAM算法

针对基于视觉定位的移动机器人自主定位过程中容易产生多种候选位姿.提出一种基于多假设跟踪的同时定位和地图创建方法.该方法通过提取图像SIFT特征进行视觉量测,修正里程计累计误差,再利用多假设跟踪方法获得当前时刻的最优位姿,实时产生环境的栅格地图,并且随着机器人的位姿变化实时更新.研究结果表明:此算法不仅能够较好地创建环境地图,而且能够有效解决机器人"绑架"问题,提高自主定位精度.     

仿象鼻气动连续体机器人的运动学建模与运动控制

为了解决连续体机器人运动学建模的难题并实现机器人的位姿控制,以自行研制的一种仿象鼻型气动连续体机器人为例,先忽略机器人自重和负载,做出连续体构节变形后其中心线上各部分曲率保持一致的假设,通过推导,得到了连续体构节变形参数(s、k、?)与构节长度(l_1、l_2、l_3)之间的关系表达式。将连续体构节离散为关节变量,参考D-H法建立了该机器人的运动学模型,设计了机器人的气动系统并对机器人进行运动数据采集。将实际采集数据代入上述模型中来确定模型参数,在一定程度上弥补了因忽略机器人自重和负载而产生的模型误差,提高了运动控制精度。机器人的抓取实验结果表明:按实际采集数据确定参数的常曲率运动模型,可以应用于连续体机器人的位姿控制;对比机器人末端的仿真计算轨迹和实际轨迹,得到最大运动误差为6.3 cm,误差主要来源于系统误差、模型误差和测量误差3个方面。研究工作对于同类型连续体机器人的实用化与位姿实时控制研究具有重要的参考价值。     

基于遗传算法优化的机器人非奇异终端滑模控制

六自由度并联机器人是一个强耦合、高度非线性的系统,针对此特性研究了非奇异终端滑模控制方法,为改善其运动品质,结合指数趋近律的思想,给出了系统的控制律.利用李雅普诺夫（Lyapunov）理论验证了存在建模误差和外部干扰时六自由度并联机器人控制系统的稳定性,确保了控制系统的鲁棒性.为了进一步减少滑模控制的抖振,提高系统收敛速度和跟踪性能,采用了遗传算法来优化非奇异滑模面和控制律的参数.仿真结果表明：提出的控制策略参数优化后能使机器人的轨迹跟踪稳态误差趋近于零、系统调整时间短、驱动器控制律平滑,达到了高性能的位姿控制.     

基于EM算法的工业机器人抓取控制研究

抓取是机器人的基本操作任务,通过待抓取物体的位姿变化对机器人关节数据自适应调整,提高机器人物体抓取成功率.本文基于EM算法的混合正态分布模型建立待抓取物体位姿观测变量和机器人关节变量之间的映射关系,并采用UR3机器人进行抓取试验.结果表明,采用该方法进行抓取控制只是在样本训练集的边缘抓取失败,抓取成功率为95.5％.基于EM算法的混合正态分布模型可以有效地对工业机器人抓取进行控制,具有比较高的抓取成功率.     

并联机器人位姿误差分析

利用并联机器人的运动学反解模型,通过误差传递矩阵的求解来探讨机器人主要误差源与其位姿误差之间的关系,建立了并联机器人的位姿误差模型、并讨论了并联机器人主要误差源对位姿精度的影响,为实际误差的补偿与控制奠定了理论基础．     

冶炼机器人位姿标定及运行可靠性

对冶炼用CS-1双臂工业机器人现场使用中的位姿标定及运行可靠性进行了研究．提出了一种简便有效的现场标定计算模型和标定方法对机器人进行位姿标定,由标定变换矩阵补偿同一测点的实际值和计算值的误差,可同时减少机器人定位误差和由臂杆几何参数偏差所引起的运动误差,显著提高需进行连续路径控制的机器人的现场定位精度和位置跟踪精度．此外,提出了用增加机器人现有硬件的冗余功能和设置敏感器件的替代功能以提高机器人现场运行可靠性的方法．实践证明,该方法能提高恶劣环境下易失效部件的可靠度,进而提高机器人的整机使用性能     

并联6-SPS机构位姿误差分析

结合并联机构的特点,应用机器人微分关系建立了并联6 SPS机构位姿误差分析的正解模型,给定各结构参数误差即可得出主轴端的位姿误差.应用此模型可定量分析结构误差对主轴端位姿误差的影响.为并联机器人的精度综合提供了理论依据.     

挖掘机器人负载工况下的力与位姿控制

文章分析了智能挖掘技术的研究现状,给出了试验挖掘机器人运动学模型及负载工况下动态特性方程;为实现典型挖掘工况下工作装置位姿及液压驱动力的控制,设计了一种基于BP(back propagation)神经网络PID(proportion-integral-derivative)控制算法的控制器;并以山河智能SWE-17E挖掘机器人为平台进行试验验证。试验结果表明,采用BP神经网络PID控制算法得到的工作装置末端轨迹跟踪误差均方差小于10cm,驱动力跟踪也达到了较高精度,证明了BP神经网络PID控制算法对于挖掘机器人力与位姿控制的可行性和有效性。     

换刀机器人位姿误差的研究

为保证换刀机器人和FMS的可靠运行，该文研究FMS中换刀机器人的位置和姿态误差问题，运用齐次变换矩阵和微分关系，建立描述机器人末端操作器——双手爪位姿误差的模型，详细分析影响手部精度的机器人各关节运动误差的来源及其统计特性，对整个换刀机器人的位姿误差进行综合分析、获得手部位姿误差的数值。为机器人的精度分配和评价机构设计提供依据，也给误差控制确立了基础．经过实际运行和测量，证实了位姿误差分析的正确性。     

宏微结合的12自由度微装配系统精度分析

为了提高分立式宏微结合的12自由度微装配系统的整体位姿运动控制精度,提出误差矢量坐标变换合成法,建立了微装配系统基于刚体假设的误差传递模型,推导了装配零件与装配基体零件的位姿误差计算公式,提出了姿态误差灵敏度分析计算方法,根据分析结果采用微位姿检测装置测量获得了系统补偿向量,使微装配系统整体位姿运动控制精度提高至微米级.     

基于粒子滤波的微小型移动机器人红外定位研究

对微小型移动机器人之间的协作定位问题进行了研究.根据微小型机器人的结构特点,建立了它们之间的红外定位模型.在红外定位的基础上,将粒子滤波算法应用于微小型移动机器人的状态估计中.结合红外传感器信息更新各时刻机器人位姿信息的粒子集,并利用粒子集逼近机器人当前时刻的位姿状态.通过实验和误差分析,对所建立的基于粒子滤波的红外定位方法的可行性进行了验证.     

装配机器人位姿误差补偿的研究

在分析装配机器人位姿误差的基础上,提出了机器人位姿误差补偿模型,最后经实验表明本方法对提高装配机器人位姿精度十分有效。     

六自由度并联微动机器人全闭环控制系统研究

为了提高基于压电陶瓷驱动的3-PPSR并联微动机器人的定位精度,将一种电容式微位移传感器集成于并联机构上,采用六点式测量法同时得到并联机器人末端六个自由度的位姿.使用微位移循环修正法进行误差分析和补偿,确定初始误差并在此基础上提出了有效的误差补偿方法.在已有的压电陶瓷闭环控制的基础上,利用测量所得的并联机构末端位姿作为反馈信号,采用模糊PID控制法实现了整个机构的闭环控制.     

物流机器人运动学分析与全场定位方法研究

为解决轮式物流机器人的全场定位、位姿控制等关键问题,提出了一种基于陀螺仪、编码器、灰度传感器与激光测距仪的麦克纳姆轮物流机器人全场定位系统.建立麦克纳姆轮底盘运动模型并进行运动学分析,研究基于此系统的全场定位算法,以STM32单片机为主控制器,结合多种传感器,实现机器人的全场定位、运动控制、任务识别、物料颜色识别.对于物料颜色识别提出了一种根据边缘检测算法思想改进的扫描算法来提高检测效率.试验表明,系统具有良好的综合性能,可满足物流机器人精准定位、准确识别等控制需求.