高压电缆移动作业机器人机械手双闭环自主定位控制

为提高高压输电线路移动作业机器人作业过程的自动化程度及作业效率,在电磁传感器定位作业区的基础上,提出了一种基于BP网络和视觉伺服相结合的移动作业机器人机械手双闭环自主定位控制方法,并设计了双闭环定位控制系统,其中一个闭环采用BP网络求解机械手的逆运动学实现机械手的粗定位,另一个闭环通过视觉伺服获取特征参数实现机械手的精定位,通过粗定位和精定位相结合的方式实现作业机械手与作业对象的自主精准定位与对接控制.仿真实验将作业机械手与螺栓螺母的对准运动控制过程分解为X,Y,Z 3个方向的定位控制,通过控制算法的调节,3个方向的误差以较快的速度和较高的精度收敛到理想值,并且算法对于不同线路参数结构的引流板具有较强的适应性,满足了特种作业机器人控制实时性、稳定性及对于不同线路结构的自适应性的设计要求.通过引流板螺栓紧固现场作业试验验证了本文所提出方法的有效性和工程实用性.      

机械手圆周运动的轨迹规划与实现

研究机器人跟踪由任意不共线空间三点所决定的外接圆曲线,提出了机器人圆周运动的一种笛卡尔空间的轨迹规划方法.该方法通过坐标变化将三维空间内的圆周轨迹规划问题简化到二维平面上进行研究,由此简化了轨迹规划问题;为了保证机器人圆周运动较好的插补精度和圆周轮廓,提出了一种可控插补精度的圆周插补算法.根据坐标变化以及插补算法给出了轨迹规划的算法步骤,将该规划方法用于微操作机械手,完成了机械手的圆周涂胶作业,实际应用表明该方法能够满足实时性和精度指标要求.     

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...     

多因素影响下的机器人综合位姿误差分析方法

分析了影响机器人位姿精度的主要因素，将各种因素综合为机器人的结构参数误差和运动变量误差，充分考虑关节柔性和连杆柔性对机器人末端位姿精度的影响，建立了通用的机器人综合位姿误差分析模型，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的各种静态误差以及关节柔性和连杆柔性所导致的平面和空间机器人末端执行器的综合位姿误差。     

基于GA-SA算法的机器人几何参数误差辨识

几何参数误差对机器人末端绝对定位精度影响最大,而几何误差参数辨识是一个高维非线性问题,求解困难,所以建立一种简单高效的辨识算法是有必要的,本文提出了遗传模拟退火算法(GA-SA)对机器人几何参数误差辨识。以机器人末端位姿误差最小为目标,采用遗传模拟退火算法辨识机器人几何参数误差,以ABB IRB120为算例迭代1100次,遗传算法在200代陷入局部最优,模拟退火参与后最终适应度为0.0914。误差补偿结果表明：机器人末端位置误差沿X,Y,Z轴方向分别降低了88.05%,81.73%,83.72%,姿态误差分别降低了93.92%,83.64%,83.44%,证明遗传模拟退火算法可以有效辨识机器人几何参数误差,提高误差补偿后的机器人末端位姿精度。     

并机联械手的工作空间分析

工作空间是指机械手手部上的一点所达到的点集,它反映了机械手的工作特性,所以对设计者和使用者都是一个重要的评价指标。 本文提出了并联机械手工作空间的数值分析方法,并根据这种机械手的特点采用“最大满足约束条件”来定义工作空间的边界曲面。最后对如何增大工作空间提出了一些建议。     

基于误差分布特性的机器人闭链协调轨迹规划

针对机器人关节柔性误差提出利用误差分布空间描述操作精度的方法,耦合各关节的操作误差得到真实操作点在空间中可能存在的区域,进而得到机器人沿各个方向上的操作精度.给出了误差分布空间的计算方法,通过对低维误差空间的分段升维,解决了计算难度随维数指数倍增长的问题.研究了闭链协调操作过程中的误差分布特性,并基于误差分布空间分析了冗余度机器人关节自运动特性对闭链协调操作精度的影响.研究结果表明:同一操作精度对应的关节构型不唯一,且操作空间中误差最小值对应的关节角度并不连续.为此提出了一种基于最小二乘的误差极小化机器人轨迹规划方法,并通过仿真验证了该方法的有效性.     

用于康复训练的柔性机械手设计与实现

基于柔性螺旋驱动机构,设计了一种应用于手开闭困难患者康复训练的柔性手部外骨骼机械手．该机械手通过柔性螺旋驱动机构带动柔性手指,产生大变形从而实现双向弯曲运动．通过对手指模型的简化,利用悬臂梁模型建立了柔性手指弯曲力学模型,进而得到了手指末端弯曲角度和弹簧旋转圈数之间的运动学关系．针对模型误差问题,建立了误差补偿函数对所建立的手指弯曲运动学模型进行修正,并实验验证了修正模型的有效性．最后,研制了柔性机械手,并对机械手的弯曲及负载能力进行了实验验证．     

半结构环境中电力作业机器人机械手鲁棒轨迹跟踪控制

在输电线路高电压、强电磁干扰的恶劣半结构环境下,为有效抑制扰动信号及各种不确定性因素对电力作业机器人机械手轨迹跟踪精度和运动稳定性的影响,提出了一种基于H∞控制理论的机器人机械手鲁棒轨迹跟踪运动控制方法.通过机器人控制体系结构的分层,利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人的不同动力学行为进行了动力学建模,获取了机器人动力学行为和动力学参数的映射模型,在此基础上推导出了扰动及不确定性因素情况下关节运动控制的状态空间表达式,并以此构建立了机械手H∞轨迹跟踪控制模型,利用线性矩阵不等式（LMI）求解了相应的轨迹跟踪H∞控制器,最后通过仿真实验验证了H∞控制的有效性.现场作业试验进一步验证了该控制方法的工程实用性,同时该控制方法具有通用性好、适应性强、易于扩展的显著特性.      

六轴臂式示教型机械手研究

研制了一种利用一台通用型计算机控制六台步进电机运转的多关节示教型机械手，讨论了该种机械手的机械设计、关节的步进电机控制、软件设计等内容。对日本洞启二、堀尾享也的教学机器人的机械设计和控制部分作了改进，提高了运行精度。     

宏—微机器人系统及其连续轨迹控制研究

宏-微机器人即一小机械手附在一大机械手的末端构成的机器人系统，这种机器人有减小末端有效惯量、扩充频带的特性．介绍了研制的宏一微机器人，并进行了连续轨迹跟踪方面的实验研究，取得了满意的结果     

Task Space Division and Trajectory Planning for a Flexible Macro-Micro Manipulator System

This paper deals with a flexible macro-micro manipulator system, which includes a long flexible manipulator and a relatively short rigid manipulator attached to the tip of the macro manipulator. A flexible macro manipulator possesses the advantages of wide operating range, high speed, and low energy consumption, but the disadvantage of a low tracking precision. The macro-micro manipulator system improves tracking performance by compensating for the endpoint tracking error while maintaining the advantages of the flexible macro manipulator. A trajectory planning scheme was built utilizing the task space division method. The division point is chosen to optimize the error compensation and energy consumption for the whole system. Then movements of the macro-micro manipulator can be determined using separate inverse kinematic models. Simulation results for a planar 4-DOF macro-micro manipulator system are presented to show the effectiveness of the control system.     

基于dSPACE并行处理平台的宏-微机器人控制系统

基于dSPACE并行处理平台研制了四自由度激光作业的宏=微机器人及其控制系统，系统结构开放，运行可靠、计算性能高，并且可以将实时控制与实时仿真相融合，实现了与MATLAB的无缝连接，宏机械手的关节位置测量采用30对级的多级旋转变压器，微机械手关节位置测量采用电容式位置传感器，通过PHS（peripheral high speed）总线接口采样关节位置，输出控制力矩，驱动电路采用双极性H桥型脉宽调制（PWM）功放，为了保证机器人运动的安全性，功放电路中设计了过流保护，电流以负反馈和电源连锁电路。     

面向托卡马克第一壁检测的超冗余机械臂运动学分析

针对托卡马克第一壁大范围高精度检测的需要,设计了一种超冗余13-DOF宏微式机械臂.为解决超冗余机械臂运动学计算快速性与精确性之间的矛盾,提出了一种考虑机械臂作业环境结构的运动学算法.该算法利用宏机械臂平面多连杆的构型特点和圆弧形的运动轨迹有效降低了逆运动学计算的复杂性.利用摄动法解决了微机械臂处于奇异位置时,运动学逆解无法解析求取的问题,借助能量最优原则唯一确定存在多解或无穷多解时逆解的选取.最后通过仿真验证了该运动学计算方法的有效性.     

柔性空间机械臂区间参数不确定性分析

研究了柔性空间机械臂动力学分析中由于区间参数的存在而引起的动力学响应不确定性问题.采用能够描述大位移、大变形耦合特性的绝对节点坐标方法来建模柔性机械臂臂杆,建立了含区间参数的多体系统动力学方程,为指标-3的微分代数方程.运用基于Chebyshev多项式的Chebyshev区间扩张函数,将含区间参数的微分代数方程转化为Chebyshev多项式插值点处的确定参数的动力学方程,研究得到了一维区间参数和多维区间参数影响下机械臂系统的动力学响应区间边界,形成了预测机械臂末端轨迹区间的新方法.通过与Taylor方法的对比研究,结果表明,该方法能够有效减少系统仿真工作量,减小动力学响应预测值误差,快速稳定地得到机械臂系统动力学响应区间.      

一种新的双连杆柔性臂机器人混合控制策略

以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为对象 ,提出了一种新的关节角控制律设计方法 ,即基于刚性模态设计实现关节位置控制的滑模算法 ,再根据关节角误差信号建立模糊推理表确定对滑模控制律的二次修正量 ,用修正后的控制律去控制柔性臂的摆角 ;通过将控制律在完整的系统模型上进行计算机仿真表明 ,算法可以很好地实现关节角位置控制和抑制残余振动 .     

新双连杆柔性臂机器人定位过程模糊滑模控制

以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为背景，提出了一种新的关节角控制律设计方法，即基于刚性模态设计实现关节位置控制的滑模算法，再根据关节角误差信号和滑模函数变化趋势建立模糊推理表确定对滑模控制律的修正量。通过将控制律在完整的系统模型上进行计算机仿真表明，算法可以很好地实现关节角位置控制同时不引起大的振动。     

预压叠层柔性机械臂弯曲试验及有限元数值仿真

为抑制柔性机械臂的振颤，该文提出利用组合构件的滞迟特性来改善机械臂的动力学品质以达到减振的作用；介绍了预压叠层柔性机械臂力-变形本构关系的试验研究及有限元数值仿真。研究了其滞迟特性随预压力、载荷及工作点的变化；分析了叠层结合面的作用机理；表明组合柔性机械臂抑振效果好，结构简单。在用ANSYS进行有限元数值仿真时考虑了几何非线性与叠层之间接触状态非线性的影响，数值仿真结果与试验接近，该方法为组合柔性机械臂的静力学、动力学的研究及设计计算提供了有效手段。     

基于PLC的液压机械手的控制系统

以数控机床的上下料机械手为研究对象,采用可编程控制器(PLC)对其液压驱动装置进行顺序控制,实现了系统的智能化和柔性化,文中对系统的工作原理及机械本体、液压驱动和PLC控制方案等方面进行了较为详尽的论述．     

基于奇异摄动的宏—微机器人控制方法

物理上包含快过程和慢过程的系统可以用奇异摄动方法分析和控制,通过集中微机械手的小参数,提出了将宏－微机器人的动力学模型表示的为标准的奇异摄动模型的方法,这一方法对刚体连杆机械手具有一般性,基于奇异摄动方法设计了宏－微机器人控制器,宏机械手采用计算力短控制,微机械手采用非线性反馈控制,四自由度宏－微机器人的仿真研究证明了方法的有效性。