基于无线传感器的机器人运动控制模型

针对无线传感器的机器人运动控制精度不高的问题,提出基于稳态误差跟踪修正的无线传感器的机器人运动控制模型.通过构建无线传感器的机器人分层子维空间运动规划方法,采用末端效应器对机器人的位姿和运动控制约束参量进行分析,采用稳态误差跟踪自适应修正算法对目标位姿的误差进行补偿和修正,实现对控制模型的改进.实验结果表明,该控制模型的控制精度高,位姿参量的跟踪性能好.     

六轴串联机器人位姿同步的实时轨迹规划

【目的】为实现工业机器人末端的位型控制,生成光滑末端位姿轨迹,提出一种位姿同步的实时规划策略。【方法】首先,基于非均匀B样条的路径规划方法,并结合基于单位四元数的姿态规划方法,拟合位姿示教点获取机器人末端位姿轨迹参数;然后,基于S形加减速曲线规划机器人末端切向速度;最后,根据曲线长度和曲线参数的对应关系,实时计算末端位姿。【结果】规划所得机器人末端路径通过所有示教点,曲线长度和参数的拟合误差小于0.01 mm,末端速度连续,在其他条件相同时,球面样条插值下的姿态过渡更平滑。【结论】当机器人末端沿算法指定的位姿路径移动时,末端速度可控,关节过渡平稳,这也验证了上述算法的有效性。     

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.     

正骨机器人术前视觉导航方法与实验验证

针对足踝正骨机器人在手术前获取患者脚部目标位姿参数用于机器人引导的需求,提出了一种针对患者脚部目标点云的位姿估计方法。该算法利用主成分分析法获取脚部目标点云的中心点和点云数据最大分布的方向向量,并结合方向包围框对参数进行修正,将最终目标位姿参数用于机器人的视觉引导。开展基于UR5协作机器人的视觉引导实验,验证方法有效性。实验结果表明,利用本文方法得到的结果准确可靠,操作简单方便,可满足正骨手术机器人目标定位的临床需求,为中医正骨的进一步智能化和实际应用提供了理论参考与实践基础。     

机器人位姿误差的结构矩阵分析方法

机器人连杆的挠曲变形是引起机器人末端执行器位姿误差的主要因素之一.应用有限元法和结构矩阵分析方法对串联式机器人进行运动弹性静力分析和运动弹性动力分析,建立了通用的机器人位姿误差分析模型,并编制了基于Matlab的Windows应用程序.该程序具有较强的通用性,适用于分析由机器人连杆的挠曲变形所导致的平面和空间机器人末端执行器的位姿误差.     

柔性支撑三维机动目标的解耦跟踪预测算法

为了克服因忽略各自由度的耦合本质而引入的预测误差,基于并联机构学原理,提出了一种柔性支撑三维机动目标跟踪预测算法.该算法将运动目标假定为6自由度并联机器人的末端执行器,在其解耦的关节空间进行驱动支链长度的预测,通过并联机器人位置正解得出目标在将来时刻的位姿.针对500 m口径球面射电望远镜馈源支撑与指向系统的两级复合控制模型进行数值仿真,结果表明,与传统预测方法相比,该预测算法的精度提高了一倍,运算时间为亚毫秒数量级.     

六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法仿真与实现

运用运动捕捉系统,结合机器人运动学方法,提出一种六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法.首先,在运动捕捉系统下得到人手臂末端的Marker标记点的位姿信息;然后,通过数据处理得到标记点的位姿矩阵,并将其作为机械臂末端执行器的位姿矩阵,进而通过数据流通道将该数据传入机器人运动学仿真系统,在仿真系统中运用代数解法求机器人运动学逆解,并进行运动学仿真.最后,将逆解求得的6个关节角度传入机械臂本体,实现机械臂末端执行器按照运动捕捉系统下手臂末端标记点的运动轨迹而运动.仿真实验表明:该方法具有可行性.     

动态家庭环境智能空间服务机器人全息建图方法

 针对家庭服务机器人工作的复杂动态环境,结合智能空间和机器人二者优势,提出了一种融合环境及其中目标资源分布的家庭智能空间全息地图构建方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,根据建图初期机器人及其感知的全局空间特征点位置完成智能空间传感器网络节点的位姿参数标定,利用已标定传感器网络的观测值和机器人控制量进行机器人位姿估计,同时根据机器人位姿及其观测值进行全息建图。针对建图过程中及建图后的环境和目标变动,设计了基于智能空间监测的全息地图动态更新策略。实验表明,智能空间传感器网络有效地解决了建图中的动态数据关联问题,由其辅助的机器人定位和建图精度明显提高。     

机器人定点变位姿手-眼标定方法

在自由度冗余的机器人末端连杆上安装激光位移传感器可实现灵活的非接触测量。针对该机器人的手-眼标定问题,提出了一种定点变位姿标定方法(FPDP)方法。该方法采用多次改变机器人位姿对同一点进行测量,并利用机器人运动学方程和最小二乘原理,快速计算机器人末端坐标系与激光位移传感器坐标系的齐次变换矩阵。基于此标定方法,实现了机器人对凹坑深度的测量。实验结果表明,定点变位姿手-眼标定方法有效、快速,可用于三峡水轮机叶片蚀面检测。     

阀体密封面自动焊接系统方案设计

基于弗莱那-雪列矢量理论,提出了曲线焊缝离散化方法,据此求得了对应于时间序列的离散焊点位姿和焊枪-焊点间相对位姿.基于变位机-机器人主、从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程.变位机-机器人协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场试验表明,该系统能够平稳、准确地完成预期的焊接任务,证实了所提出的协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行.     

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.     

机器人位姿误差的结构矩阵分析方法

机器人连杆的挠曲变形是引起机器人末端执行器位姿误差的主要因素之一．应用有限元法和结构矩阵分析方法对串联式机器人进行运动弹性静力分析和运动弹性动力分析,建立了通用的机器人位姿误差分析模型,并编制了基于Madab的Windows应用程序．该程序具有较强的通用性,适用于分析由机器人连杆的挠曲变形所导致的平面和空间机器人末端执行器的位姿误差．     

一种串联机器人的随机误差分析方法

利用旋量理论,通过定义关节处的误差运动旋量,建立了包含结构参数误差的串联机器人误差模型. 在此基础上,提出了一种将Monte Carlo方法与串联机器人误差模型相结合的随机误差分析方法,用于揭示机器人末端位姿误差的概率特性. 并以直角坐标装配机器人为例,在Matlab软件环境中进行了仿真,得到了机器人末端随机位置误差在工作空间内的分布规律. 仿真结果表明,该方法正确、有效,仿真得到的随机误差特性对标定精度的提高以及最优工作空间的选择具有重要意义.      

基于运动过程还原法的液压支架巡检机器人位姿检测

液压支架的位姿、直线度及其工作状态是评价综采工作面工程质量的重要指标,是保证无人工作面能够自动连续推进的关键。提出了用运动过程还原法来描述液压支架的6个自由度位姿,即3个位置自由度(u,v,w)和3个姿态自由度(θ,φ,ψ).基于该方法,设计了利用巡检机器人对液压支架位姿和直线度进行检测的模型,并重点对支架位姿检测过程中巡检机器人位姿的检测进行了研究。确定了激光发射装置及激光接收装置的结构及尺寸;分析了激光装置的结构模型,建立了装置坐标系,并根据激光接收装置上3个激光点的6个坐标值,推导出机器人6个自由度位姿的逆运动解算公式,实现了机器人位姿的运动过程还原;通过正运动解算和虚拟装置运动模拟两种方法验证了逆运动解算的正确性,为后续的液压支架位姿及直线度的检测研究奠定了基础。     

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.     

基于俯仰位姿调整的四足机器人爬坡运动策略

为解决四足机器人在爬坡过渡位置足端打滑和运动连续性差的问题,提出了一种基于俯仰位姿调整的四足机器人静步态爬坡运动策略．首先建立了四足机器人在坡底、坡面和坡顶三个运动阶段的准静态平衡模型;接着定义了打滑率和倾覆率两个无量纲量作为机器人的爬坡性能评价参数;然后通过求解准静态平衡模型得到机身位姿参数与爬坡性能评价参数的映射关系,并根据此映射关系为四足机器人制定了高效的爬坡位姿调整策略．仿真实验结果表明：提出的爬坡运动策略通过调整四足机器人的机身俯仰位姿,改善了机器人在过渡位置打滑和运动连续性差等方面的运动性能,提高了机器人的爬坡稳定性和运动效率．     

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。     

仿生六足机器人基于足力分布的位姿调整策略

针对六足机器人非结构化地形稳定步行问题,研究了基于足力分布的位姿调整策略.通过力学分析建立了机器人任意步态模式下的足力分布模型,获得足底受力的平衡关系;采用重心位置调整策略实现了机器人步行过程中的位姿优化,来提高步行稳定性;并且建立了虚拟悬挂模型,采用足力补偿的方法对外界的扰动进行抑制,进一步提高机器人步行的稳定性.通过仿真验证了该调整策略对提高机器人步行稳定裕度的有效性.     

空间机器人自主视觉伺服控制策略

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略.该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制.为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑.首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.     

任务空间上的机器人灵活性评价方法

从机器人的一个具体操作任务空间在其整个工作空间中的位姿最优问题出发,在对国内外学者提出的不同的机器人灵活性指标进行分析的基础上,提出一种在任务空间内评价机器人操作灵活性的方法,即以空间内平均灵活性指标和最差灵活性指标及二者之差联合评价机器人在任务空间内整体灵活性及指标的波动性,采用二者之乘积最大化为优化目标函数,确定了机器人操作任务所构成的任务空间相对于机器人本身的最佳位置.