智能坐标测量系统中零件位姿自动识别

零件位姿自动识别是实现三坐标测量机智能化的关键技术．设计了基于图像不变矩和神经网络的图像匹配与识别算法，将被测零件的虚拟图像与实际图像进行匹配，实现了零件放置姿态的识别功能．由图像几何矩计算出零件在实际图像中的位置和方向，经过像平面坐标系至机器坐标系的转换，得到零件在机器坐标系中的位置和方向．实验结果表明，此零件位姿自动识别方法是智能且高效的，识别算法的重复精度小于0．1mm，识别系统的最大空间定位误差不大于0.6mm．     

具备多操作手协调的微装配机器人系统

针对微零件装配工艺需要,研制了一种具备多操作手协调工作的微装配机器人系统．该系统包括2个四自由度的主微操作手和1个三自由度的辅助微操作手,三手各司其能,相互配合完成微装配作业．采用双光路正交立体显微视觉完成微装配过程的监测以及操作手和装配对象空间位置与姿态信息的获取．根据微零件形状、大小和材质的差异,研制了真空吸附式和压电双晶片式微夹钳完成装配对象的夹取与放置操作．采用人机交互的半自主方式控制机械手进行微装配作业．微装配实验证明系统工作可靠有效,目前微零件最小装配精度可达30μm．     

基于偏差向量的机器人装配系统误差分析

机器人装配系统中，装配误差是影响装配质量的重要因素。在分析了机器人装配过程各种误差的基础上，用偏差向量建立了装配误差的模型。基于刚体运动学原理，研究了装配工夹具的姿态偏差对零件配合面位置偏差的影响，推导了配合件和基础件相应配合面的位置和姿态偏差的计算公式,建立了机器人装配系统零件配合过程的误差分析模型。实例计算表明，该模型物理意义明确，通用性强，是系统评价机器人装配系统装配质量的基础。     

气动通用上下料机械手结构设计

通过对机械手实际工作环境的了解,对该机械手进行了总体方案设计,确定了该机械手为圆柱坐标型四自由度通用机械手,故同时设计了机械手的夹持式手部结构和吸附式手部结构,可以更换使用。该机械手既可以用于搬运小型零件,也可供教学、实验使用,使用范围广。本文计算出了手部夹紧气缸所需的驱动力,设计了机械手的手部结构、腕部结构、臂部结构。     

基于ADAMS的机械臂仿真分析

本文利用ADAMS/View模块对液压机械臂的虚拟样机机械系统进行仿真,尤其针对其液压机械臂机械手的转角进行针对性分析,并进行结构优化设计,得出最优解,并将最优解参数导入程序进行仿真分析,给出优化建议,使其转动角范围符合各种工况需求。同时对机械臂姿态调整液压缸进行了受力仿真分析,并给出了液压机械手姿态调整杆最佳连接位置,为之后的选型和设计工作奠定了理论基础。     

五自由度关节式机械手的位置控制

建立了五自由度关节式机械手的运动学模型，设计了一种双环路位置随动系统实现机械手的位置控制。应用直接微分逆运动学解的方法求得关节速度参照值，用于控制机械手的位置，轨迹插补器采用直接函数计算法产生中间点位置参照值。     

基于模糊PID控制的空间吊装物姿态控制

针对在装配式房屋建造过程中，房屋构件及其姿态只能依靠人力才能够准确地调整到目标位置，不仅工作效率低且容易造成人员伤亡的问题。本课题组对空间吊装物姿态位置控制进行了研究，将角动量交换原理运用到空间吊装物姿态控制上，通过改变飞轮速度与加速度达到控制空间吊装物绕吊装线水平旋转角度姿态。文章介绍了飞轮系统，推导了整个实验装置的动力学方程和运动学方程。考虑到被控对象吊装物负载经常改变，于是设计了模糊PID控制器，使控制效果达到最佳。文章首先对控制算法进行了simulink仿真研究，然后在搭建的实验装置上进行了实验。实验结果表明，能够实现空间吊装物姿态位置控制，且模糊PID控制更适合于实际控制。     

柔性机械手关节角位置的控翻

介绍一种柔性机械手关节角位置控制的方法．通过利用角位置和速度传感器检测的信息，实现对双连杆柔性机械手的控制，最后给出了实验结果．     

水下机器人-机械手系统自适应抗扰控制方法

针对开架式水下机器人在其作业过程中易受到脐带缆、机械手和海流等扰动影响的问题,为减小改扰动对艇体姿态的影响,文中对开架式水下机器人设计了一种基于模型的自适应抗扰控制方法,并分别对脐带缆和机械手引起的扰动进行了建模分析,具体建立了一种以全局运动学控制环和扰动力补偿项为主的自适应抗扰控制.在SY-Ⅱ开架式水下机器人平台上进行了S面控制和自适应抗扰控制的对比实验.结果表明,脐带缆和机械手的扰动力会对水下机器人的姿态产生较大影响,通过对扰动力的实时估算和补偿,在定深定向、轨迹跟踪实验中,基于模型的抗扰控制方法表现出更高的控制精度,在姿态保持实验中,与S面控制方法相比,自适应抗扰控制展现了较好的鲁棒性,系统轨迹更平稳,具有更强的稳定性.     

基于行为的多自由度机器人运动规划

提出了一种有效的基于行为的多关节机械手的运动规划。该规划将低级的运动规划和高级的行为决策结合在一起，在将位于机器人工作空间中的障碍物快速映射到姿态空间中的算法基础上，通过传感信息来计算局部障碍物的信息，从而形成姿态空间中障碍物的模型。定义了几种类型的行为来描述机械手的运动，并给出了选择行为的规则。而这些行为都是用基于姿态空间的算法可实现的。该方法适于多关节机器人在非确定环境中实时规划的要求。     

基于PSO-RBF神经网络的串联机械臂逆运动学分析

针对目前基于神经网络对串联机械臂求逆解方法中出现的精度不足和实时性较差的问题,使用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法对径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络进行结构优化,提出一种基于PSO-RBF神经网络的机械臂逆运动学算法。首先由正运动学模型获取神经网络训练和测试参数样本,经过欧拉角变换在神经网络输入端建立机械臂关节位姿映射关系,然后通过PSO算法对径向基核函数进行参数寻优并对测试样本求解分析,最后获取经逆运动学求解后机械臂的运动轨迹,验证了该算法的可靠性。仿真结果显示,由PSO-RBF神经网络逆运动学算法能够快速得出满足精度要求的关节角度,为进一步机械臂工业控制提供了理论支持。     

一种用于风洞的新型柔索驱动并联机构设计

该文阐述了柔索驱动并联机构的特点及其潜在的应用范围，提出了一种新型的六自由度柔索驱动并联机构的结构形式。采用几何方法给出了该机构的构型设计过程，建立了该机构的数学模型，并进行位置分析和静力学分析；在此基础上利用正交补的方法，给出工作空间的判别条件；最后在Mathematica环境下编程进行仿真，获得了该机构工作空间的数值表示。     

结合旋量理论和代数方法的六自由度机械臂逆运动学求解算法

针对六自由度且具有相互平行的3个相邻关节轴的串联式机械臂逆运动学问题,提出一种结合旋量理论与代数方法的逆运动学求解方法。首先,通过旋量理论建立运动学模型,利用Paden-Kahan第1类子问题求解第1关节角度;其次,采用欧拉角理论,通过代数方法求解第5、6关节角度;最后,再次利用Paden-Kahan第1类子问题求解第2、3、4关节角度。以UR5协作机械臂为例,计算逆运动学得出8组解,其中逆解的最大位姿误差为10~(-15)数量级,证明了提出的逆运动学求解算法的准确性。     

机械臂逆运动学避障最优求解算法

针对多自由度机械臂在障碍物环境下逆运动学求解存在多解性和碰撞问题,提出了一种将碰撞检测算法、最短行程方法与差分进化算法相结合的具有避障能力的机械臂逆运动学最优求解算法。首先,以六自由度机械臂为研究对象,对机械臂和障碍物进行建模,并建立求逆运动学解的目标函数,目标函数由末端执行器位姿误差函数、目标角度与初始角度之间的变化量函数、碰撞检测函数加权求和组成;其次,利用差分进化算法对目标函数进行最优求解,为了减小函数权重对求解速度和精度的影响,设计了一种自适应权重优化算法,使得求解关节角度在优化求解初期快速达到最短行程位姿角度附近,而在优化求解后期具有更高的求解精度,即可求得具有避障能力、行程最短且高精度的最优逆运动学解;最后,以UR5机械臂为例,通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱对所提算法进行仿真验证,验证了所提算法的有效性。     

基于ADAMS的3-RPS型并联机器人位姿的正解与逆解

以ADAMS软件为基础,给出了一种基于ADAMS的求解3-RPS型并联机器人位姿的正解与逆解方法.先给定机械手的位姿,经过仿真测量得出驱动杆的位移时间曲线,用后处理模块对测量得到的曲线进行处理,得到驱动杆位移样条函数,从而得到逆解.把得到的逆解作为驱动加在驱动杆上进行仿真,得到机械手的位姿,经过仿真测量得出机械手的位移曲线,经过后处理模块对测量得到的曲线进行处理,得到机械手的位姿样条函数,从而得到正解.这种方法不需大量的数学计算和计算机语言编程工作,非常快捷、方便、准确.从分析结果可以看出这种分析方法所得到的解完全可以用到实际中.     

管端相贯线坡口切割割炬位姿控制

针对管端相贯线坡口切割过程中存在三维空间曲面加工问题，研究割炬轨迹的保证和姿态的选择是获得良好加工质量的关键．利用空间解析几何原理，建立了管-管。管-板及管-管、板相贯带坡口切割时割炬位姿控制数学模型．提出了最大Z坐标原则求管-管、板相贯线坡口切割割炬轨迹的方法．对管-管、板相贯线坡口切割实例进行了割炬位姿控制仿真分析，研究了在不同相贯段时割炬位姿和两面角、坡口角以及割炬姿态角等相关参敷的数学表达式，理论研究表明在拐点处割炬姿态的转变应分多步进行，从而保证拐点处的切割质量．为管端相贯线坡口精确数控切割提供了理论基础．     

基于CPAC与单目摄像的六自由度机械臂控制模式研究

为解决一般六自由度工业度机械臂的控制器存在的兼容性低、人机界面单一且编程语言差异大的不足,提出一种基于CPAC(Computerized Programmable Automation Controller计算机可编程自动化控制器)控制机械臂的方式,以六自由度机械臂为实验平台,利用CPAC控制器的人机界面中三点法建立与摄像机一致的世界坐标系,通过Harris角点匹配与PnP法获取目标的位姿信息,利用CPAC编程语言OtoStudio的函数库解算各个关节轴转动的角度,并利用“最短行程”加权获得关节轴的最优角度,最终驱动机械臂末端执行器可靠动作并到达目标点,完成预设动作。通过实验可以看出,与一般的控制器相比较,CPAC具有可靠的I/O控制、编程环境标准、人机界面丰富友好的特点,并验证了这种控制模式的可行性,实现了对六自由度机械臂的联合控制,为六自由度机械臂的实时控制模式提供了新的思路。     

一种新颖的冗余度机器人及其视觉伺服方案

视觉伺服冗余度机器人在灵巧操作、装配等领域有很好的应用前景 .为了减少其运动规划的计算量 ,设计了一种具有准万向关节的七自由度机械臂结构 .在此基础上提出了一种基于位姿分散自律速度控制的运动规划方法 :采用速度矢量极小最小二乘分解方法进行腕部运动速度控制 ;根据欧拉角法则正向递推解决操作手的姿态规划问题 .文中还采用数值仿真手段验证了其有效性 .该方法的特点是物理意义明确 ,算法简单 .同时具有一定的运动学鲁棒性 .     

基于一维卷积神经网络的掘进机截割部磁场辅助定位技术

为了解决悬臂式掘进机当截割部被机身遮挡或粉尘比较严重时引发的视觉定位失效问题，以磁场强度分量和双目立体视觉技术获取的位姿数据作为训练数据，获得网络参数，提出一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的辅助定位方法。结果表明，1D-CNN对截割部轨迹预测较好，空间角度俯仰角、偏航角的预测精度达到99%以上，总体精度满足悬臂式掘进机位姿的测量要求。所提方法可以有效预测掘进机截割部的空间位姿信息，与BP全连接神经网络相比，具有能自动提取特征、避免过拟合的优点，为掘进机截割部定位提出了新思路。     

电驱微差6R关节型开链机械手工作空间运动学逆解

文章介绍焊接及质量检测的新型机械手——电驱微差6R关节型开链机械手,探索该机械手工作空间运动学逆解的基本算法;对其结构特点分析,建立机械手连杆坐标系及其位置运动学逆解方程,在机械手末端位姿一定的条件下,采用消元法求解,获得各关节变量的运动规律,为各电驱微差机构的关节变量控制提供理论依据。利用Mathmatics软件编程验算一实例,其验算结果证明所建立6R开链机械手运动学逆解方程与算法正确,具有一定实用参考价值。