关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响

影响机器人末端执行器位姿的因素很多,其中关节间隙的影响历来为人们所关注。本文讨论了关节间隙对机器人末端执行器位姿误差的影响,推导出了由关节间隙引起的机器人末端执行器位姿误差的精确计算公式,且给出了算例,本文的工作为提高机器人的工作精度及有效地控制机器人,提供了理论依据。     

机器人运动功能位姿矩阵研究与应用

工业机器人各关节运动描述常常使用齐次坐标变换矩阵来表述末端执行器相对机座的位姿变化，运动功能位姿矩阵是描述这种变化的方法之一。本文在介绍相关定义基础上详细论述了机器人运动功能位姿矩阵的构成并举例分析了如何列出该矩阵。     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

含运动副间隙平面机构位姿误差分析

将误差分析理论、优化技术与虚位移原理相结合,讨论了含运动副间隙平面机构的位姿误差,提出了一种机构位姿误差数值计算方法.利用虚位移原理,讨论了平面机构原始误差与输出端位姿误差间的映射关系;建立了平面机构中常见原始误差的数学模型,推导出平面机构输出端位姿误差表达式.根据优化思想,进一步探讨了输出端位姿误差的极值表达式.在已知各构件原始误差的情况下,通过计算机程序可以迅速得到含间隙的平面机构输出端的位姿误差.与其他同类方法相比,这种方法概念清晰,无需施加特定的外力,通用性强.     

基于EM算法的工业机器人抓取控制研究

抓取是机器人的基本操作任务,通过待抓取物体的位姿变化对机器人关节数据自适应调整,提高机器人物体抓取成功率.本文基于EM算法的混合正态分布模型建立待抓取物体位姿观测变量和机器人关节变量之间的映射关系,并采用UR3机器人进行抓取试验.结果表明,采用该方法进行抓取控制只是在样本训练集的边缘抓取失败,抓取成功率为95.5％.基...     

并联机器人误差辨识研究

本文对考虑输入误差、间隙及结构参数误差的并联机器人位姿误差进行了研究,并在此基础上对机械手的位姿误差进行了统计分析。从统计分析的位姿误差表达式入手,应用最小二乘技术,对矛盾方程组求解,导出了并联机器人机构的各个原始误差参数的数学表达式。利用该数学表达式,可方便地求出其机构的输入参数偏差,运动副间隙和结构参数误差等多种原始误差数值。     

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。     

Stewart机器人的位姿误差分析

本文提出了一种分析Ｓｔｅｗａｒｔ机器人位姿误差的方法，即将各个关节引入的误差以及伺服定位误差对位姿误差的影响，都归算为杆件长度误差引起的位姿误差，并给出了按杆件长度误差计算位姿误差的关系式。     

多关节凿岩机械手快速定位方法

凿岩机器人在工作时,完成的任务是随机的,它每1只机械手具有6个转动关节和3个移动关节.在定位时,其运动学逆运算过程相当复杂,为满足实时控制的需要,必须实现快速逆运算.作者在分析凿岩机器人钻臂结构的基础上,利用钻臂的双三角支架的空间平移性能,根据各关节变化所引起的钻臂端部位姿的变化,综合机器人学中运动学知识,建立一个专家系统,采用拟人化的方案--"先定点,再定位姿",解决凿岩臂的快速定位问题,以实现描述各关节位置的变量的快速逆运算.根据实际工作情况,首先使钻臂的端点与目标定位点重合,求解出相应的关节运动变量的值,然后把凿岩机械手看作闭链机构,再选择相应的运动关节确定钻臂的空间位置,从而简化了计算的难度,可快速、精确地求解机械手的各关节变量值.     

考虑关节间隙的插齿机主传动机构动态特性

针对插齿机的工作要求,设计了双曲柄-曲柄滑块机构为插齿机的主传动机构.建立了双曲柄-曲柄滑块机构的含关节间隙多体动力学的模型,并进行了运动仿真.研究了不同大小的关节间隙、不同位置关节间隙对滑块运动特性的影响.研究结果表明:同一关节处,随着间隙的增加,工作行程滑块的速度特性变差,但是滑块位移曲线不变;在不同关节施加同样大小的间隙,滑块的位移与速度均受到影响;关节E处的间隙会使得滑块速度波动幅值最大,同时会增加滑块行程,使得滑块回程时的最大速度滞后,但数值会增加.研究结果可对插齿机主传动机构的开发提供参考.     

Dynamic characteristics of an intestine capsule robot with variable diameter

This paper proposes an intestine capsule robot with variable diameter. It is driven by external rotating magnetic field and has the function of automatic radial clearance compensation. An external magnetic field generating device and a capsule robot with variable diameter are developed. Radial dynamic balance equation and kinematics equation of the capsule robot traveling inside flexible elasto-wall environment are established, and dynamic characteristics of the capsule robot inside flexible elasto-wall pipe and rigid wall pipe environments are analyzed and compared. Simulations and experiment results show that its dynamic characteristics in both pipes are almost the same. Under the action of radial clearance compensation, fluid dynamic pressure around outer surface of the capsule robot and its propulsion, as well as its adaptability to diameter change range, are significantly improved. Its propulsion and moving speed are controlled by adjusting rotating angular speed of the rotating magnetic field. This innovative capsule robot with radial clearance compensation has a promising prospect for inside intricate gastrointestinal (GI) tract in non-invasive therapy applications.     

个体机器人局部路径规划的人工力矩方法

针对个体机器人的局部路径规划问题,定义了最优路径代表点、危墙代表点等概念,以优化路径和避障.设计了吸引矩、排斥矩两种人工力矩函数,其中吸引矩常使机器人的基本运动方向线(PMDline)指向最优路径代表点而排斥矩则总使机器人的PMDline背向相应的危墙代表点.基于两种人工力矩,设计了机器人运动控制器.在机器人通向目标的路径被障碍阻断时,该控制器总使机器人沿其PMDline以最大步幅运动,所以无论环境多复杂,机器人也不会停止运动,即不会被陷住.还给出了最优路径代表点的求解算法、局部路径规划的一般步骤及一个仿真.仿真结果表明,给出的方法是可行且有效的.     

Modeling Open Software Architectures of Robot Controllers: A Brief Survey of Modeling Methods and Developing Methods

Openness is one of the features of modern robot controllers. Although many modeling technologies have been discussed to model and develop open robot controllers, the focus is always on modeling methodologies. Meanwhile, the relations between the former and the latter are usually ignored. According to the general software architecture of open robot controllers, this paper discusses modeling and developing methods. And the relationships between the typical ones are also analyzed.     

轮足式爬壁机器人的磁吸附结构设计与优化

近年来,随着中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。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(长)×212 mm(宽)×39 mm(高)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3 200 N吸附力。     

基于图像理解的移动机器人定位问题研究

为了能够提高在一般环境下移动机器人定位的精度,文章采用栅格地图来描述环境;提出基于图像理解的移动机器人定位的概念,将栅格地图当成图像来处理,从而可以将图像配准中的优秀算法引入移动机器人定位中;对于栅格化的图像提取其Harris角点,同时提出两步匹配法寻找相邻2个时刻的2幅图像中匹配的Harris角点。首先采用里程计的数据对角点进行粗匹配,而细匹配采用的是基于随机抽样算法,能够有效地剔除粗匹配过程中误匹配的角点对,提高了定位算法的鲁棒性;最后用非线性最小二乘法估计机器人的位姿。通过实验可以看出在一般的环境中,基于图像理解的定位算法要优于基于线段特征的定位算法。     

确定任一机械手工作空间的一种新方法

本文提出了确定任一机械手工作空间的一种新方法。首先建立了求解工作空间边界点的数学模型,然后再用最优化计算方法建立了一个计算机程序WRA。利用这个程序可以求出任一包含转动副和移动副的机械手的工作空间在任一截平面上的边界曲线。     

在役石油管道检测机器人机械设计

在役石油输油管道反蚀后,管壁变薄,甚至产生裂缝,造成漏油、如何检测管道缺陷已成为一个重要的研究课题,现提出了检测机器人总体设计方案,叙述了主要零部件的设计,了计算结果,重点说明了电动机的选择、探头盘的设计、滑环的研制、高压密封件与万向节的设计与制造等。机械部分的试制成功为整台检测机器人的研制打下了坚实的基础。     

基于粒子滤波的仿人机器人跟踪算法研究

针对RoboCup标准组仿人足球机器人NAO的特点,在研究传统粒子滤波跟踪算法基础上,提出基于颜色特征和改进的粒子滤波相结合的机器人跟踪算法。改进的粒子滤波算法在传统采样重要性重采样(SIR)算法重采样过程中有选择地增加一组随机粒子,解决了传统采样重要性重采样(SIR)算法因被跟踪运动目标运动不规则而出现跟丢的问题。实验结果表明,该算法增强了基于SIR的粒子滤波跟踪算法的适应性和有效性。     

Trajectory tracking control based on linear active disturbance rejection controller for 6-DOF robot manipulator

The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs, non-linearity and strong coupling is studied. Firstly, a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed. From the view point of practical engineering, considering the model uncertainties and external disturbances, the robot manipulator is divided into 6 independent joint subsystems, and a linear active disturbance rejection controller(LADRC) is developed to track trajectory for each subsystem respectively. LADRC has few parameters that are easy to be adjusted in engineering. Linear expansion state observer(LESO) as the uncertainty observer is able to estimate the general uncertainties effectively. Eventually, the validity and robustness of the proposed method adopted in 6-DOF robot manipulator are demonstrated via numerical simulations and 6-DOF robot manipulator experiments, which is of practical value in engineering application.