采用特征预处理ICP算法的机器人运动环境建图

针对机器人运动环境建图中迭代最近点(ICP)算法的扫描配准过程存在关联点对对应困难、迭代初值要求高的问题,首先,提出一种特征预处理的粗配准方法,以保证配准过程的迭代初值较小;然后,基于扫描点过滤思想对粗配准后存在较大误差的数据进行过滤,剔除测量噪声,提高点对关联准确率.结果表明:经过特征预处理的粗配准及噪声剔除后的改进ICP算法能够有效地进行扫描配准,解决机器人运动环境建图存在的问题.     

基于TRIZ理论的转盘式挤奶机器人结构设计

为解决转盘式挤奶机智能化程度不足的问题,设计了一种适用于大中型牧场的高效率智能化挤奶设备。基于TRIZ理论,采用九屏分析法和因果轴分析法,得出影响牧场智能化发展的因素;结合现场实际情况,运用技术矛盾法、物理矛盾法和物场-模型法对分析出的问题进行求解,对执行机械臂、末端执行器、三轴平移装置等关键部件进行创新设计,完成了转盘式挤奶机器人的结构设计,并搭建了实验样机。进行了奶杯抓取和套杯实验,结果表明,机器人抓取奶杯成功率为100 %,套杯成功率为97.2 %,平均每次花费时间为5.8 s。相较于人工挤奶,效率至少提高了98 %。所设计转盘式挤奶机器人满足使用要求,为转盘式挤奶机器人产品开发及后续的牧场智能化研究提供了依据。     

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着我国劳动力成本的不断上涨,机器人协助或代替人工作业已受到越来越多人的关注。通过开发爬壁特种机器人,可以减少对自然环境造成的污染,降低工作风险和强度,提高劳动效率。然而,在大型金属立面维护机器人作业过程中,永磁吸附会影响机器人的越障灵活性,提高越障灵活性变得尤为重要。本文针对一种具有越障能力的三段式轮足爬壁机器人本体模型,设计了一种体积小、单位磁能积大、磁铁-轭铁-磁铁交叉排布且能够在机器人越障时提供可靠吸附力的复合式变磁力吸附模块。通过设定优化函数对复合式变磁力吸附模块的各项参数进行逐级优化设计,包括：复合式变磁力吸附模块与壁面间距、复合式变磁力吸附模块上部轭铁厚度及磁铁厚度、复合式变磁力吸附模块磁铁间隙轭铁厚度、磁铁宽度及间隙数,从而得到详细的复合式变磁力吸附模块模型,以132 mm*212 mm*39 mm的体积就满足了机器人越障状态下单组复合式变磁力吸附模块所需提供的3200N吸附力。     

基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划

针对蚁群算法应用于机器人路径规划存在的全局搜索能力差、初始化信息素少、收敛性差、寻优能力弱等问题,提出了一种多因素改进的蚁群算法。通过改变初始化信息素浓度分配、改变启发式函数、采取蚂蚁回退策略、引入蚂蚁优化排序等方法对蚁群算法进行优化。利用MATLAB软件对改进蚁群算法进行仿真和六足机器人实验,结果表明,改进后的算法在路径更优,迭代次数更少,提高了算法的鲁棒性和寻优能力。     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明,优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

油气场站自动化巡检机器人系统设计

油气场站存储的物质由于具有可燃性,需要高频率的进行巡检。针对油气场站分布较广,占用面积较大,人工巡检费时费力,需要携带各种传感器进行采集与分析数据的问题,设计了一套油气场站自动化巡检机器人系统。该巡检系统包括自主移动平台、底层控制及传感器、自主导航算法、传感器检测算法、数据处理与预警平台。通过设计的被动式底盘和自主导航算法,该系统能够在油气场站的非结构化路面上进行快速巡检;通过设计的传感器检测及处理预警平台,该系统能够对油气场站的甲烷等易燃气体进行自主分析并数据回传,使得检测流程更加简洁高效。经实验测试,本油气场站全自动化巡检机器人系统能够完成灵活的越过各种障碍物,在危险环境下进行巡检,自主建立环境地图并导航,环境异常检测并回传数据,数据分析并报警等复杂任务,能够广泛的运用在油气场站的自动化巡检任务中。     

考虑滑轮直径的绳系并联机器人精度分析

为了分析绳系并联机器人模型样机建立过程中各几何参数对样机精度的影响,在搭建实验样机的基础上,得到机构的几何模型,并进一步建立包含滑轮直径的机构几何模型。通过分析滑轮在样机中的更际使用方式,确定滑轮对绳索长度存在影响,进而计算滑轮的存在对动平台位置和姿态精度的影响程度。最后,计算出不同的滑轮半径对绳长误差的基本影响,在此基础上分析滑轮半径与绳长的比值和绳长误差的对应关系。在分析结果的基础上,提出绳系并联机器人机构建立的滑轮选用原则,以期为绳系并联机器人的低速风洞试验应用提供理论支撑和技术支持。     

基于dSPACE的工业机器人运动控制系统仿真分析及实验

针对用ER20-1700机械臂实现运动控制,提出了一种有效的控制方法;首先对ER20-1700机器人的三维建模进行运动学分析建立DH参数表算出机器人的逆解,再把SolidWorks中的三维模型用插件导入Simulink中快速搭建机械控制模型,然后搭建并改良电机驱动物理模型,补全整个控制模型,实现机械臂Simscape正逆解仿真;把算好的逆解用编程的方式写入MATLAB中用robotics tool中进行仿真模拟,并将其与Simulink中的仿真结果进行对比;通过编写函数程序在MATLAB中实现机械臂走直线和画圆的轨迹规划;通过搭建实验平台,使用dSPACE作为控制器把之前的控制模型转化为代码导入其中以实现机械臂的快速控制,控制机器人做直线和画圆运动,记录轨迹规划和实际机械臂所走的数据导入MATLAB绘制成图;实验结果表明:走直线和走圆时,最大跟踪误差小于3 mm,控制方法可行有效。     

变结构陆空机器人自主跨域越障技术研究

陆空机器人因其灵活的机动能力而备受关注,为了更好地发挥陆空机器人的跨域越障特性,以变结构陆空机器人为平台,对深度图像进行二值化处理以提取前方障碍物的边缘轮廓,采用最小矩形匹配法对障碍物进行建模,获取障碍物的距离及高度信息.根据障碍物距离和高度的检测结果及平台地面移动越障极限,提出了一种自主跨域越障策略.试验结果表明,机器人可以准确检测判断出行驶前方障碍物的距离及高度信息并可以顺利自主跨域越障,到达目标点,提出的障碍物检测方法及自主跨域越障策略是有效的.      

基于动力学模型预测控制的Stewart型轮足腿控制方法

为了提高轮足机器人Stewart型轮足腿在不同位姿条件下的精度和动态特性,提出将模型预测控制（model predictive control,MPC）应用于轮足腿的位姿跟踪.首先对Stewart平台进行受力分析,利用牛顿-欧拉方程建立动力学模型的状态空间表达式,建立MPC预测模型和优化目标函数;然后通过Adams和Matlab联合仿真对MPC控制器进行参数整定,检验其对未建模摩擦力的鲁棒性;最后通过对比实验验证MPC控制器在负载位姿变化条件下可以获得优于PI控制器的姿态跟踪精度和动态特性.