视觉引导下协作机器人抓取技术研究

针对在多物体复杂抓取场景下,协作机器人如何实现能在人机共融的环境中精确抓取特定目标工件及自主避障的问题,提出了一种基于监督学习的视觉引导下的协作机器人抓取方法;首先利用监督学习算法训练和处理待抓取物图像信息,完成对抓取目标特征的快速识别与定位;然后将抓取物的定位信息通过串口通信协议传输给ROS系统控制机器人完成运动规划...     

基于单目视觉的装配机器人研究及应用

针对传统工业机器人灵活性和环境适应能力差的缺点,对视觉机器人的关键技术进行了研究,提出了一套完整的识别定位抓取算法。首先,对于视觉机器人的目标识别跟踪问题,设计并实现了基于改进型Camshift的动态目标识别跟踪算法;其次,为了使机械臂精确抓取目标工件,采用单目视觉测距和视觉导航的原理对于目标工件的三维位置进行获取;最后,采用改进D-H参数法对机械臂进行运动建模,利用正逆运动学分析确定了机械臂控制方案。测试结果表明,识别算法识别成功率达到100%,定位算法测量坐标与实际坐标之间的相对误差小于5%,整体装配成功率达到96.7%,最终达到了基于单目视觉装配机器人研究的应用目标。     

轻型抓取机器人的优化设计与路径规划

针对一种轻型抓取机器人,对其进行了构型优化设计和相关工作路径的研究.在各臂旋转到同一条直线上时,以对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出轻型抓取机器人各臂的最优臂长,并针对抓取时的稳定性进行了设计.运用三次多项式对机器人的点到点运动和有中间点的运动进行了轨迹规划,得到了各个关节的位移和角速度方程,并用实例进行了计算.利用Matlab Robotics工具箱对轨迹规划的结果进行了验证.     

全方位移动避障实时轨迹控制算法的研究

针对机器人避障轨迹控制过程中存在的路径优化以及如何躲避大障碍物或者是多障碍物的情况,本文提出一种基于狄克斯特拉算法与贝塞尔曲线的机器人移动避障实时控制改进算法,该算法引入机器人与目标终点路径的速度分量,采用狄克斯特拉算法进行移动轨迹路径优化,进而采用贝赛尔曲线修订优化路径,以此满足动态约束条件.仿真结果表明:相对于改进人工势场算法,本文构建的改进算法使得机器人移动时间缩短,机器人避障运动规划明显改善,具有较强的鲁棒性.     

基于激光雷达的移动机器人实时避障策略

以激光雷达为主要传感器, 对移动机器人设计一种实时避障算法. 该算法考虑到机器人的非完整约束, 利用基于圆弧轨迹的局部路径规划和控制使之能够以平滑的路径逼近目标位置. 采用增强学习的方法来优化机器人的避障行为, 利用激光雷达提供的报警信息形成刺激-反应式行为, 实现了动态环境下避障行为, 具有良好的实时反应能力. 该控制算法采用分布式软件设计方法, 各功能模块异步运行, 较好地实现了局部规划与全局导航目标的结合. 该策略针对移动机器人MORCS在未知环境下实现了实时、有效避障, 动作稳定流畅, 轨迹平滑, 具有良好的效果.     

基于Clipper的3-TPS混联机器人运动轨迹控制

针对3-TPS混联机器人的空间运动性能要求及自身的结构特点,提出了一种基于Clipper的3-TPS混联机器人开放式数控系统.为了解决该机器人的运动摆头与回转工作台间角度的耦合及由工作台运动造成的工具编程点位置的变化等关键问题,建立了混联机器人运动学位置逆解数学模型.在构建基于Clipper的3-TPS混联机器人数控系统硬件平台基础上,将该机器人的运动学逆解数学模型转换为位置运动控制算法,并在球面上进行了螺旋轨迹实验验证.空间运动轨迹的理论与实验分析结果表明:所设计的数控系统能满足3-TPS混联机器人的控制要求,其运动模型及控制算法正确、可行.     

Delta机器人拾放操作门型轨迹优化与ANPD控制试验

为实现Delta机器人稳定快速拾放作业,基于次数和长短轴可变的3参数Lamé曲线构造笛卡尔空间门型运动轨迹,采用非对称6次多项式规划门型路径的运动规律,推导离散时间下的位移、速度和加速度公式。为进一步平滑运动轨迹,以关节力矩变化率均值为优化目标,采用遗传算法对Lamé曲线的3个参数进行综合优化,提出Lamé曲线次数的选取方法。在此基础上,通过引入一类饱和非线性函数设计Delta机器人增广非线性PD(ANPD)控制器,对自主设计的机器人开展控制试验。结果表明,该轨迹优化方法能获得平滑运动轨迹,机器人轨迹跟踪误差小,重复定位精度高。     

一种改进的运动目标检测

针对现有方法在复杂的环境下不能很好地检测出运动物体的问题,提出了一种改进的基于混合高斯模型的背景消减法检测运动目标.改进了背景模型的更新算法,提高了背景更新速度.利用帧间差分法消除了"鬼影"问题,同时采用动态阈值分割算法,提高了准确性.实验结果表明,该算法能很好地提取出运动目标.     

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.     

基于时间-冲击的喷胶机器人轨迹优化算法

针对喷胶机器人时间-冲击等多目标优化的轨迹规划问题,提出基于时间-冲击最优的轨迹优化算法,优化喷胶机器人的运行时间和冲击(加加速度)两个效果相反的目标.采用4-5-6多项式插值曲线作为关节空间内的插值轨迹,确保机器人运动的连续性和平稳性;在关节角速度、角加速度和角加加速度的运动学约束下,利用多目标粒子群优化(multi...     

室内动态环境下的移动机器人自主避障策略

针对室内未知动态环境移动机器人自主避障问题,提出一种融合动态障碍物方向判断策略及子目标点更新策略的自适应模糊神经网络优化避障算法,并依据该算法设计移动机器人避障控制系统。首先,分析移动机器人的运动模型,获取机器人的目标角度;然后由超声波传感器获取障碍物距离信息,由障碍物距离信息判断动态障碍物运动方向并更新子目标点;最后利用自适应模糊神经推理系统实时输出机器人的转向角与速度,实现对机器人转向角的控制,使机器人能够无碰撞地到达目标点。研究结果表明:本文提出的算法能够使移动机器人在未知动态环境下识别障碍物、判断动态障碍物的运动方向以实现自主避障;相对于无子目标点更新策略,移动机器人平均移动速度提高11.75%,验证了所提算法的有效性。     

结合迭代学习控制的视觉伺服物品抓取方法

针对家庭环境中服务机器人的物品抓取问题,以NAO机器人为实验平台,提出了一种结合迭代学习控制的基于位置的视觉伺服抓取算法.结合Bumblebee2双目立体相机构建了视觉伺服系统,对NAO机器人的机械臂进行了运动学建模.针对静止物品和传递过程中运动物品的抓取问题,分别设计了李雅普诺夫渐进稳定的基于位置的视觉伺服(PBVS)抓取控制律,最后为克服机械误差和物品运动预测误差的影响,结合迭代学习控制对PBVS控制律进行了改进,通过迭代实验验证提出的方法能够快速校正系统误差,提高系统响应速度,使机器人能够快速、稳定地完成目标物品的抓取,实现相应的家庭服务.     

CTF定位策略下基于多特征的智能机器人目标跟踪

针对复杂环境下机器人目标跟踪问题,提出由粗到精定位策略下基于多特征的智能机器人目标跟踪方法.该方法首先利用射频识别系统实现目标粗定位,然后采用自适应模板匹配算法、改进核函数的连续自适应均值飘移算法及扩展卡尔曼滤波算法提取目标头肩形状、衣服颜色与运动特征,实现精确定位.最后根据人机运动状态设计基于模糊规则的智能调速控制器,实时自动调整机器人的基准线速度与转弯增益,以稳定跟随运动目标.实验结果表明,该方法能有效保持人机之间的安全距离,对遮挡、相近颜色背景干扰及目标突然转弯的跟踪问题有较强的鲁棒性.     

有限人参与下的排爆机器人半自主抓取

提出了一种新的排爆机器人半自主爆炸物抓取方法.该方法包括机械臂、爆炸物和障碍环境的建模、C空间地图和路径规划.排爆机器人SUPER-PLUS在有限人参与下,利用手腕装载的激光测距传感器,扫描爆炸物周围的障碍环境,规划出一条无碰轨迹,实现爆炸物自主抓取.实验结果表明,该方法极大地提高了排爆操作的安全性和效率.     

基于人工势场的机器人动态路径规划新方法

针对传统机器人路径规划方法仅考虑静态环境的问题,建立了一种基于人工势场的移动机器人动态路径规划新方法.移动机器人运动环境通常是复杂多变的,在动态环境下,目标点、障碍物可能都是运动的,另外,存在运动轨迹未知的随机障碍物等,针对移动环境的动态情况,在传统人工势场法相对位置势场的基础上引入相对速度势场,充分利用量子粒子群算法,对引力势场和斥力势场的增益系数进行一定的优化.以量子粒子群的优化算法进行快速全局搜索,结合人工势场操作,对引力场和斥力场增益系数进行优化,该方法易于实时快速地对机器人进行控制.仿真结果表明,基于量子粒子群算法的人工势场法的路径规划模型能够得到平滑、安全的路径,具有较高的性能.该方法可以有效地实现机器人的动态路径规划.     

移动单目相机下基于单应的动态手势轨迹识别

针对单目相机的移动会造成图像坐标系的全局运动,对手势识别中运动轨迹的观测产生影响,不能满足手势交互的应用需要的问题,建立并证明了一种基于单应的目标运动轨迹观测模型.该模型通过分析目标平面运动时相邻帧之间的射影关系,利用单应矩阵求解与特征点的重投影,求得相邻帧之间的目标相对运动矢量,得到世界坐标系下的目标运动轨迹.为验证该模型的有效性,基于该模型提出了一种利用移动相机进行动态手势轨迹识别的方法.实验结果表明:使用该方法进行动态手势轨迹识别的识别率为89%,处理速度达到72.28帧/s,在移动相机环境下保证了手势识别系统的识别率与实时性.     

四轮管道机器人的通过性能研究

针对市政管道的几何特点,以四轮管道机器人在弯道处的数学模型为基础,设计了四轮管道机器人.利用ADAMS软件对机器人进行了弯道通过性能分析,并绘制出了机器人运动的轨迹曲线.仿真分析结果表明,在满足数学模型的情况下,四轮管道机器人能顺利通过弯道,证明了设计的合理性.其中,过渡阶段轨迹曲线上的20mm微小跳动分析也为机器人的驱动控制研究提供了依据.     

基于粒子群算法的可重构模块化机器人速度约束下轨迹规划

针对可重构模块化机器人速度约束下的时间最优轨迹规划进行研究.首先利用旋量理论实现模块化机器人运动学方程的自动生成,并在此基础上利用3-5-3多项式插值进行机器人的轨迹规划.由于可重构模块化机器人系统刚性差、在高速运动时会产生较大振动,需要对运动速度进行约束,本文利用粒子群算法对速度约束下的插值时间进行优化,使得机器人在速度限制下实现运行时间最优.最后通过仿真实验得到机器人角度、加速度以及角加速度曲线并进行分析,证明了方法能有效地实现速度约束下的最优轨迹规划.     

基于单目视觉的高速并联机器人动态目标跟踪算法

在高速并联机器人视觉分拣系统中,由于安装误差等原因,视觉系统与传送带以及机器人与传送带之间会存在一定的角度偏差,导致目标物体在分拣系统中的定位精度较低,使机器人末端不能精确抓取动态目标.而且传统的单目视觉定位及跟踪算法存在精度低、运算速度慢等问题,影响视觉分拣系统的计算速度,降低系统的实时性.针对以上问题,提出了一种基于圆特征的单目视觉定位与传送带标定结合的动态目标跟踪算法,首先不需考虑相机坐标系与传送带坐标系的角度偏差,拍摄一个圆形目标,并以光心为顶点构造直椭圆锥的几何成像模型.在此基础上利用其几何关系求取圆心在相机坐标系下的深度信息,再结合传送带标定与张正友标定方法,确定传送带编码器的比例因子以及机器人坐标系和传送带坐标系之间的角度偏差,并实时跟踪圆形目标运动过程中圆心在机器人下的位置.最后,对所提算法和传统算法分别进行实验对比,结果表明,该动态跟踪算法通过圆锥投影的几何关系推导圆心的空间坐标,避免了传统复杂的非线性方程求解,定位精度和计算速度大幅提高.该算法消除了传统算法的角度偏差,平均位置误差为0.82 mm,具有较高的定位精度.运行中系统耗时较短,运行效率得到了有效提高,且误抓率和漏抓率分别为0.2%和0,具有很高的实用价值.     

基于视觉定位的七轴机械臂目标抓取研究

针对机器人结合机器视觉在面对特定物体进行抓取任务时,系统设计工作量大、可移植性差的问题,提出基于机器人操作系统(ROS),结合手眼的七轴机械臂目标抓取方法,在ROS框架下利用协作机器人FRANKA PANDA结合RGBD摄像头进行目标抓取。创建了RGBD摄像头的xacro机器人模型,利用RViz进行三维模型的可视化操作;应用MoveIt!软件对RViz和Dazebo进行联合仿真;将ROS获取的图像信息发送给OpenCV库进行图像处理及物体定位,然后将物体坐标信息发还给ROS进行机械臂抓取任务。结果表明,该方法简单有效,以ROS为基础设计的抓取方法可移植性强,解决了面对复杂多样的物体,机器人系统需进行大规模控制改动的问题。