机器人操作手运动学模型求解的系列关系式的最佳推导

对于机器人操作手运动学模型求解的系列关系式最佳推导的问题，分析了矩阵运算的一些技巧和旋转矩阵正交性的有关性质，并讨论了系列Ａ矩阵相乘运算的化简规律，在此基础上提出了运动学模型求解的系列关系式有效推导的基本原则和方法，从而避免系列Ａ矩阵相乘展开的繁杂运算。     

采摘机器人扰动状态下柑橘动态识别

为了提高柑橘采摘速度和采摘效率,提出一种采摘机器人在柑橘扰动并伴有遮挡状态下的快速动态识别方法.首先对所采集的两帧图像进行分析,通过颜色空间的选取以及阈值分割,将水果与背景进行分离;其次通过帧间差分法、水平最小外接矩形法、正方形内切圆法将处于扰动状态下的水果标识出来,然后对振荡水果进行识别.试验结果表明:该算法能很好地适应采摘机器人实际工作中碰到的、各种原因引起的水果扰动及遮挡现象;单个扰动水果算法识别时间小于0.4 s.     

面向采摘机器人的改进YOLOv3-tiny轻量化柑橘识别方法

针对柑橘采摘机器人快速、准确的识别需求,提出了一种基于改进的YOLOv3-tiny（You Only Look Once v3 tiny）的轻量化卷积神经网络模型的柑橘识别方法。为便于在算力有限的采摘机器人上应用,该方法用DIOU（Distance Intersection over Union）损失函数替换了YOLOv3-tiny卷积神经网络模型原有的损失函数,提高模型的识别定位精度;采用MobileNetv3-Small卷积神经网络模型替换了主干特征提取网络,使模型更加轻量化,提高模型的识别速度;在MobileNetv3-Small中加入了新的残差结构,减少主干网络特征信息的损失,进而提高模型的识别精度;在加强特征提取网络中加入了简化的空间金字塔池化SPP（Spatial Pyramid Pooling）网络结构和深度可分离卷积层集,提升模型提取特征信息的能力,再加入一个下采样层,将两个尺度间的特征信息充分融合,同时还加入了hard Swish激活函数,从而进一步提高模型的识别精度。通过与YOLOv3-tiny在柑橘测试集上的识别效果进行对比,改进的YOLOv3-tiny的平均识别精度mAP、F1值分别达到了96.52％、0.92,提高了3.24%、0.03,平均识别单幅图像所耗时间、模型权重大小仅为47 ms、16.9 MB,分别减少了24%、49%。通过与YOLOv3-tiny在针对柑橘测试集中处于不同环境条件下的柑橘的识别效果进行对比,改进的YOLOv3-tiny在光照充足且未遮挡条件下、光照充足且遮挡条件下、光照不足且未遮挡条件下、光照不足且遮挡条件下的柑橘正确识别率分别为98.6%、90.5%、95.8%、86.8%,分别提高了0.7%、6.5%、3.2%、7.7%。显示出改进YOLOv3-tiny轻量化柑橘识别方法具有识别精度高、识别速度快以及轻量化等特点。     

柑橘收获机器人末端执行器的设计和优化

本课题主要通过对以前的研究论文的学习及本地水果采摘环境的考察,找到适合本地柑橘,胡柚等水果进行机械收获的机器人末端执行器的本体设计,包括对采摘对象的生长环境的调查取样,末端执行器的三维建模和整体机械人的建模。     

机器人操作手运动学模型求解的系列关系的最佳推导

对于机器人操作手运动学模型求解的系列关系最佳推导的问题，分析了矩阵运算的一些技巧和旋转矩阵正交性的有关性质，并讨论了系列Ａ矩阵相乘运算的化简规律，在此基础上提出了运动学模型求解的系列关系式有效推导的基本原则和方法，从而避免系列Ａ矩阵相乘展开的繁杂运算。     

水轮机叶片修复机器人结构设计及运动学分析

针对水轮机叶片修复工作环境对机器人的要求,设计了体积小、重量轻、方便转移的六自由度单轨式软轨焊、磨机器人.它由软轨、移动式小车、三自由度转臂及两自由度腕部组成.其中第一个自由度为移动关节,其余五个自由度均为旋转关节.修复机器人六个关节均选用交流伺服电机驱动.第一个关节采用谐波齿轮减速器,其余五个关节选用Bayside减速器作为减速装置.通过静力学计算和运动学分析,证明了该设计的合理性和有效性.     

水果防碰损采摘的视觉认知及其执行机构研究进展

研发水果采摘机器人对提高收获效率、保证果实品质和减轻劳动强度具有重要意义,但由于果园环境的非结构性,使得采摘机器人极易因目标定位不准、采摘顺序不当、夹剪位姿不合理等导致果实碰伤或刮落,造成该损伤的主要原因是防碰损采摘的视觉认知与执行机构耦合问题尚未得到解决。为梳理水果采摘机器人防碰损作业的最新研究进展,从防碰损采摘中果实多维信息（采摘点、果梗位姿、防碰空间包围体等）的视觉感知、采摘机器人的视觉认知与智能防碰损采摘行为规划、防损采摘机构设计及其行为控制等三方面进行了全面综述和分析,并对今后需重点解决的核心关键问题进行总结和展望,为进一步研究和攻克非结构环境下水果智能防碰损采摘问题提供参考和依据。     

茄子采摘机器人运动学分析与工作空间仿真

为实现4自由度关节式茄子采摘机器人的精确控制,对其进行了运动学分析和工作空间仿真.利用Dellavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解;根据机器人的工作特点,采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解.采用基于Matlab的数值解法求解了机器人的工作空间,并进行了仿真.工作空问仿真结果表明:设计开发的4自由度采摘机器人结构设计合理,能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求.     

上肢外骨骼机器人结构设计与运动学分析

上肢外骨骼机器人是近些年新兴的研究领域,国内在这方面的研究尚属于起步阶段,而上肢外骨骼机器人中能够有效满足上肢运动辅助需求的机器人较少,且对安全性考虑较少。针对此现状,深入探讨了运动辅助对于上肢运动功能恢复的理论依据,并依此总结设计了满足该功能的上肢外骨骼机器人的要求,然后依据该要求,以安全性为基本出发点,初步设计了一种外骨骼上肢康复机器人。针对设计出的上肢外骨骼机器人机构,采用四参数法对其进行运动分析,求出了该机器人的正、逆解,并运用拉格朗日方程法对其进行动力学分析,建立其动力学方程,为之后的控制算法研究做好准备。     

连续型经狭窄腔检测机器人结构设计及运动学分析

为了解决经狭窄腔对内部目标进行多自由度大范围检测的难题,设计了一种新型线驱动连续型机器人.首先运用几何分析对该机器人进行建模,研究了单组关节的驱动空间、关节空间和操作空间之间的运动学映射定量关系,并对其工作空间进行了分析.针对2组关节协同运动时存在的耦合问题,提出了一种新的运动学解耦算法,并对线驱动连续型机器人单组关节和2组关节运动学特性进行了仿真研究.结果表明:所设计的连续型机器人能够经狭窄腔实施大范围空间的多自由度检测作业,具有良好的弯曲性能,其单组关节最大作业半径为99.33 mm;所提出的解耦算法简明有效,为经狭窄腔对内部目标进行多自由度大范围检测的线驱动连续型机器人系统的研制奠定了理论和技术基础.     

基于分块矩阵的6R机器人实时逆解算法

为提高6R机器人逆运动学求解的强实时性,提出了一种基于分块矩阵相乘来求解逆运动学的方法。将复杂的6个矩阵方程转换为含有6个未知变量的8个纯代数方程来进行求解,并在方程简化过程中引用符号运算预处理,避免了大量浮点运算带来累积误差。通过方程组的优化,可避免第3关节变量求解中产生增根的情况。试验结果表明,在同等精度要求下,该逆解算法相比于其他算法具有更强的实时性,得到精确的8组封闭解平均仅需0.009 7 ms,能够满足机器人的在线控制要求。     

四轴码垛机器人的机构设计及运动分析

针对物流自动化对高速码垛的需求,基于平衡吊原理设计了一种四轴码垛机器人,并对机器人臂部进行了运动学分析,得到了连杆机构参数优化关系式。该机器人在满负载运动下,垂直方向运动600 mm,水平方向运动1600 mm,腰部旋转60°时,工作能力可达800回/小时,重复定位精度可达±0.35 mm。实验结果证明,机器人能够满足物流自动化的需求。     

6-PTS 并联机器人机构逆向运动学分析与仿真*1

目的：提出建立并联机器人构件之间运动学关系的算法。方法将6-PTS 并联机器人机构的复合关节等效地处理成单自由度关节,利用 D-H（Denavic-Hartenberg）方法定义每个连杆的局部坐标系和运动学参数,根据运动等同性条件建立机构约束方程,利用逆向齐次变换的方法求解。结果与结论依次求解出全部关节变量和每个连杆的位置表示,在此基础上,应用影响系数理论,建立了动平台与每个连杆之间的速度和加速度的传递关系,为该机构的动力学建模及控制等问题提供了基础。     

遥操作系统中MOTOMAN-SV3X机器人的运动建模研究

研究了遥操作系统中MOTOMAN-SV3X机器人的运动学模型及使之通用化的建模方法．首先提出用符合人们习惯的方法规定各机器人关节坐标系的方向，可以使得用Denavit-Hartenberg方法建立的MOTOMAN-SV3X机器人运动学模型有通用性和可移植性；提出当机器人3个相邻且正交的关节轴线交于一点时，逆解运算可以有简捷的运算方法，并用这种方法求得了MOTOMAN-SV3X机器人的运动逆解．最后分析了这种机器人的工作空间．本文所得公式不仅适用于MOTOMAN-SV3X，也可直接移植到与之有相同自由度布局的机器人，而本文的方法则可更广泛地用于各种类型的机器人.     

The kinematics modeling based on Spinor theory for CT-guided hybrid robot

This paper focused on a simplified method for solving the hybrid robot kinematics in CT-guided (computerized tomography, CT) surgery. By position constraint introduced, the hybrid robot can be transformed as a redundant serial 7-DOF robot. The forward displacement calculation was developed based on the product-of-exponential formula (POE). Because of the kinematics complexity of the hybrid and redundant robot, the combination technique of Ulrich two-step iteration method and paul variables detachment method (UTI-PVD) was introduced to fulfill the inverse kinematics of redundant robot, the novelty of which lay in the flexibility of various robots structures and in high calculation efficiency for real-time control. The process of solving the inverse displacement was analyzed. The UTI-PVD method can be applicable to kinematics of many robots, especially for redundant robots with more than 6DOF. The kinematics simulation was provided, and robot dexterity analysis was presented. The results indicated that the hybrid robot could implement the minimally invasive CT-guided surgery.     

欠驱动单机械臂的运动学研究

本文以平面内转动关节连接的单机械臂为研究对象,针对其运动学以及单臂的控制原理进行研究.首先利用机器人数学基础,推导出单臂机器人的运动学递推方程,讨论了其正运动学变化矩阵以及求解雅克比矩阵.然后,以单臂3R欠驱动机械臂为研究对象,对其位置控制进行研究,提出了一种分阶段控制欠驱动机械臂的新方法.控制目的为实现操作臂末端点到达目标位置,由此实现了平面内3自由度欠驱动机械臂的位置控制.     

基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人设计

为了降低樱桃采摘过程中的破碎率,提高采摘效率,设计一种新的基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人。将TI公司的32位数字处理器芯片TMS320F2812作为核心处理器设计移动式樱桃采摘机器人,本文给出硬件总体方案,并且通过SAA7105完成对视频图像的编码操作。软件设计主要包括樱桃的定位、机器人手眼标定和机器人路线规划。依据目标上多个点的三维位置信息对樱桃球模型进行重建,通过最小二乘法求出樱桃质心位置,实现樱桃的定位。将樱桃在机器人坐标系中的定位简化成求解摄像机坐标系和机器人坐标之间的映射矩阵,通过映射矩阵实现机器人手眼标定。考虑到樱桃的采摘要求,通过分段路径规划对机器人的运动进行控制。实验结果表明,所设计机器人图像处理性能强、定位精度高,在保证采摘精度的同时,有很高的采摘效率。     

一种用于机械手控制的遗传算法

提出一种改进的遗传算法用于求解机械手运动学逆问题 .该算法采用实数编码 ,其交叉概率和变异概率根据解的适应度函数值自适应调整 .计算机仿真结果显示 ,该算法较简单遗传算法 (SGA)求解精度高 ,收敛速度快且稳定性能好 .     

机器人PUMA560的质心坐标系运动学逆解

采用质心坐标系建立机器人PUMA5 6 0的结构参数 ,并对其运动学逆问题进行求解 ,其结构参数的增加并没有给求解过程带来更多的麻烦 ,所得结果与采用传统的关节坐标系一致 .算例证明了质心坐标系同样是一种有效的运动学分析方法