仿人机器人虚拟示教系统的设计与实现

引入虚拟现实技术对仿人机器人进行三维虚拟示教,对于改善仿人机器人的运动控制算法具有非常重要的意义.文中首先提出了具有七自由度机器手臂和六自由度机器腿的逆运动学计算方法,并采用三次多项式插值的方法来进行空间轨迹规划,在此基础上设计和实现了仿人机器人三维虚拟示教系统.示教仿人机器人手足协调舞蹈的仿真实验结果证明了虚拟示教系统的正确性和实用性.     

机器人离线编程中虚拟现实人机接口研究

研究虚拟现实人机交互技术在机器人离线编程系统中的应用，以提高系统人机交互的自然性和效率。介绍了将六自由度输入设备FASTRAK跟踪系统用于机器人运动路径交互式生成的原理。提出一种场合相关的基于模板匹配的手势识别算法，通过手势向虚拟环境发送交互命令来对虚拟机器人进行离线编程，实现了数据手套在系统中的人机交互。算法简单、实时性好、识别率高、鲁棒性强。方法已在SGI工作站上实现，应用在自主开发的机器人虚拟示教编程系统中，大大提高了离线编程的效率。     

基于虚拟现实技术的机器人示教方法

提出了基于虚拟现实技术的机器人示教方法，分析了虚拟示教系统的软硬件环境。特别是虚拟现实系统中的人机交互装置，在此基础上完成了针对MOTOMAN机器人虚拟示教的研究开发工作。     

游戏杆在机器人虚拟示教系统中的应用编程

分析了北通飞行摇杆BTP-C313的接口编程原理，并将装置应用到MOTOMAN机器人虚拟示教系统中，给出了验证实例，实现了对机器人的虚拟示教等人机交互操作。     

基于MotoSim EG的安川机器人虚拟示教仿真

工业机器人的示教分为在线示教与虚拟示教两种,文中给出了应用MotoSim EG软件实现安川工业机器人的虚拟示教过程。在机器人及其环境物建模的基础上,完成了机器人工件搬运的示教与编程,进而生成了INFORM III格式的机器人程序代码,通过将程序下载至机器人控制器,验证了虚拟仿真建模的精度与示教程序的可行性。实践应用表明:应用仿真软件能达到预期效果,与现场操作相比具有直观安全、成本低、效率高等优点。     

面向对象机器人实时仿真系统的实现

针对目前机器人仿真系统中存在的若干问题,讨论了一种面向对象的、独立与特定机器人的实时仿真环境ＲｏｂＳｔｕｄｉｏ 的设计及实现．系统中,硬件平台是基于ＰＣ的多ＣＰＵ 的分级体系结构,软件系统中能完成不同处理任务的对象运行于Ｗｉｎｄｏｗ ｓ 之上．设计中所采用的面向对象方法满足了系统实现中所必须解决软件的重用性、可扩展性、可靠性以及可移植性等要求．由虚拟设备驱动程序保证的系统实时性使仿真过程能够更充分真实地描述待研究的实际系统．本系统成功地应用在对具有２４ 个自由度的仿人机器人的实时三维图形仿真中．     

NGR01型多关节机器人智能遥控器的研制

针对NGR01型5自由度多关节机器人三层电气控制系统的体系结构，基于单片微处理器研制出智能型遥控器，通过红外无线和RS-485串行有线两种通信方式嵌入第二层控制系统中，对机器人各个关节实行在线控制，同时在第一层计算机上进行虚拟重构，在遥控器的液晶显示器上动态实时显示机器人的运行状态．该遥控器可以用于机器人制造调试、示教再现和异地操作等工作场合，实际使用效果较好．     

仿猎豹四足机器人结构设计与分析

为满足四足机器人高速奔跑运动性能所要求的脊椎具有柔性和腿结构具有良好的缓冲性能要求,在仿猎豹四足机器人上设计了一种液压驱动的柔性脊椎和腿结构.该脊椎是变截面梁,中间有柔性.该腿结构有髋关节和膝关节,有3个自由度,髋关节有2个主动自由度,即侧摆自由度和俯仰自由度,膝关节具有被动的俯仰自由度.对该脊椎进行了力学分析,对该腿结构进行了刚度特性分析和运动学分析,并对机器人进行了Bound步态仿真.仿真结果表明,这种具有柔性脊椎和非线性刚度变化的腿结构的仿猎豹四足机器人,能够以Bound步态实现较快的稳定奔跑,且足端接触力较小,由此验证了柔性仿猎豹四足机器人脊椎和腿结构的设计是有效的.      

基于UR机器人的直接示教系统研究

随着机器人技术的发展,越来越多的工业机器人被应用于工业生产的各个领域。人机互动是工业机器人发展的一个重要领域,而直接示教是人机互动的一个重要发展方向。直接示教机器人目前还是比较稀少,只有少数的机器人公司研发了直接示教系统,但是只能适用于他们自己的机器人系统,对于目前大部分机器人并不适用。为了拓宽直接示教的应用范围,对普通的机器人也能应用直接示教。大部分的机器人系统都是密闭的,不直接对用户开放,现提出了一种直接示教系统,在不涉及机器人原有系统的基础上实现直接示教,以Universal Robot为研究对象,通过一个力/力矩传感器感知操作者的示教力,数据采集卡收集到力/力矩的电压模拟信号,在上位机进行转换为力/力矩,然后进行力与位置的转换,发送到下位机实现运动,从而完成直接示教。     

基于双向RRT算法的仿人机器人抓取操作

为了实现实际应用中的有效抓取操作,需要对仿人机器人进行全身运动规划.在全身运动规划中,必须考虑所有关节的自由度以及机器人、环境和被抓取对象物理特性的约束.针对这种包含多自由度、复杂约束的运动规划问题,设计了一种基于双向RRT算法的规划方法,获取了机器人的双腿稳定位形和抓取手的位姿序列,从而实现了仿人机器人的全身运动规划.最后,在仿人机器人NAO平台上进行了实验验证,完成了开抽屉、有障碍物情况下的开抽屉以及开抽屉取物并关闭抽屉等任务.实验结果表明,所设计的基于双向RRT算法的全身运动规划方法能够有效地解决仿人机器人的抓取操作问题.     

基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制的研究与设计

基于仿人机器人机械臂的高度实时性和极强的抗干扰性的特点,设计出了基于CAN现场总线仿人机器人机械臂分布式控制系统,利用C8051F041微控制器作为关节分布式控制器,并设计增量码盘和速度检测电路以及相应的软件等,完成了仿人机器人机械臂6个自由度的设计,对机械臂运动轨迹的控制达到了可靠性、实时性和稳定性的要求.     

Reference Trajectory Generation for 3-Dimensional Walking of a Humanoid Robot

Humanoid walking planning is a complicated task because of the high number of degrees of freedom (DOFs) and the variable mechanical structure during walking. In this paper, a planning method for 3-dimensional (3-D) walking movements was developed based on a model of a typical humanoid robot with 12 DOFs on the lower body. The planning process includes trajectory generation for the hip, ankle, and knee joints in the Cartesian space. The balance of the robot was ensured by adjusting the hip motion. The angles for each DOF were obtained from 3-D kinematics calculation. The calculation gave reference trajectories of all the DOFs on the humanoid robot which were used to control the real robot. The simulation results show that the method is effective.     

异构双腿机器人步态规划与控制实现

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.首先阐述了BRHL的概念及研究意义,然后基于分割建模思想给出了BRHL的协调动力学模型.提出了修正的Sigmoid磁流变阻尼器建模方法并进行了实验建模.详细阐述了基于步态跟随的BRHL步态规划方法并进行了仿真.最后给出了BRHL的控制系统设计,利用Pro/E,ADAMS及MATLAB/Simulink对BRHL进行了虚拟样机联合控制仿真.仿真结果表明,基于MR阻尼器控制的仿生腿能够很好地实现对人工腿的步态跟随.     

教学用人形机器人研制

本次设计的教学用人形机器人的研制系统由控制台和教学用人形机器人两部分组成,通过控制台即可完成对教学用人形机器人的所有控制操作,控制台和教学用人形机器人之间采用无线通信方式进行数据的通信。     

异构双腿行走机器人机构优化设计

为了给智能仿生腿的开发提供一个理想的研究平台,提出了异构双腿行走机器人(BRHL)这一全新的类人机器人模式.阐述了BRHL的概念及研究意义,介绍了BRHL双腿机构的仿生设计.由于双腿机械结构类似,以仿生腿为例推导了BRHL的运动学模型.论述了BRHL的优化原则、目标函数及约束条件.利用处理好的正常人体步态数据对BRHL进行了优化设计.优化结果表明,BRHL能够较好地实现拟人步态,是智能仿生腿的理想研究平台.     

读书机器人机构设计

介绍了一种新型的类人读书机器人,并对该机器人的头部和手臂的机构和工作原理进行了详细说明．该机器人的头部具有3个自由度,能够自动调整头部姿态以获得最佳的文字识别效果,机器人双臂具有6个自由度,能够完成左右两个方向的翻书动作．该机器人可以帮助盲人等有阅读障碍的人阅读书籍．     

网络遥操作新型七自由度数据臂的设计

为了改善数据臂的操作性能,采用面向手臂关节的设计思想,设计了一种用于网络遥操作的新型七自由度数据臂.利用ADAMS构建了右手臂结构模型,分析了腕关节和肩关节的自由度,并建立数学模型.利用该数据臂控制虚拟机器人在虚拟场景中完成抓取棒料实验,结果表明:该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,具有部分关节力反馈功能.该数据臂成功应用于网络遥操作主从臂控制仿真平台,取得了良好的效果.     

机器人步态算法仿真研究

以仿人机器人双足步行为研究重点,实现了线性倒立摆步行规划和正逆运动学算法。推导出机器人机械结构对线性倒立摆步行参数的约束条件,并采用遗传算法探索参数空间以得到可行、稳定、快速的步行模式。最后,在该仿真平台上验证了步态生成算法的有效性。     

DSX5-70型虚拟轴机床五轴联动控制

分析了最新研制的DSX570型三杆五自由度虚拟轴机床的机构组成及自由度,推导了其运动学逆解计算公式,作为实现运动控制和设计分析的基础·结合所使用的零件造型及数控编程系统,给出了实现五轴联动控制的处理方法·并以空间曲线为例,进行了五轴联动轨迹规划和切削试验·结果表明,运动学计算结果正确,五轴联动控制实时性好,符合实际加工的需要