网络遥操作新型七自由度数据臂的设计

为了改善数据臂的操作性能,采用面向手臂关节的设计思想,设计了一种用于网络遥操作的新型七自由度数据臂.利用ADAMS构建了右手臂结构模型,分析了腕关节和肩关节的自由度,并建立数学模型.利用该数据臂控制虚拟机器人在虚拟场景中完成抓取棒料实验,结果表明:该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,具有部分关节力反馈功能.该数据臂成功应用于网络遥操作主从臂控制仿真平台,取得了良好的效果.     

机器人宇航员遥操作中手臂运动映射优化

建立了基于虚拟现实的机器人宇航员遥操作系统,使用运动跟踪器实现了手臂的直观准确的遥操作控制.针对机器人宇航员与人体结构存在一定差异的问题,对传统手臂遥操作的笛卡尔空间运动映射方法存在映射精度和手臂构型的差异进行了分析.在此基础上,提出了一种优化运动映射方法,该方法利用增量控制保证机械臂末端的映射精度,利用工作空间匹配保证手臂构型的一致性,从而实现了操作者直观准确地对机器人宇航员的遥操作.手臂构型和运动跟踪的仿真结果验证了该优化运动映射方法的有效性.     

基于子动作特征矩阵与DTW算法的手臂动作识别方法

为了建立助残手控制与手臂运动之间的联系,结合惯性测量单元,提出了一种基于子动作特征矩阵和动态时间规整(DTW)算法的手臂动作识别方法.首先建立手臂连杆运动模型,使用正向运动学理论解算出手臂末端的空间位置;接着分析了手臂末端角速度、空间位置变化,发现连续的手臂动作可根据动作的活跃程度拆解为若干子动作,并构造子动作特征矩阵;最后采用基于子动作特征矩阵的DTW算法,对6种生活中常见的手臂动作进行分类识别.实验结果表明,与传统基于时间序列的DTW动作识别方法相比,基于子动作特征矩阵的方法识别准确率由96.9％提高至99.4％,识别耗时减少到0.1 s之内,更具实用价值.     

基于相对位置的2阶段低级动作分割方法

为了解决由于运动捕捉数据的高维性导致传统低级算法不能很好分割动作的问题,提出了一种基于相对位置的2阶段低级分割方法.该方法使用末端关节相对于根关节(臀)的三维位置信息作为特征,首先采用巴特沃斯滤波器对选取的特征进行降噪,之后结合过零点检测和阈值方法找出各维分割点,并将属于同一个末端关节的三维数据上的分割点进行综合,从而获取各个末端关节的分割点,最后从各个末端关节的分割点融合出全身分割点.从卡耐基梅隆大学运动捕捉数据库中选取不同种类动作共12 941帧用以评价所提出的方法.结果表明,该方法能够有效地对动作捕捉数据进行分割,同基于速率的2种方法相比,所提出方法可以获得更高的查全率与准确率.     

基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划

提出了一种基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹规划的方法。运用空间向量法计算出人体关节转动角度,通过建立人体关节与机器人关节的映射关系,将体感设备采集到的人体骨骼信息通过无线方式将控制命令传输给机器人,实现机器人的动作模拟。机器人的轨迹规划通过使用体感设备采集手臂末端位姿及运动轨迹,通过逆运动学求解,实现机器人手臂沿相同位姿运动。最后,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。     

一种新型选择顺应性装配机器手臂运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型选择顺应性装配机器手臂(SCARA机器人)。通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。     

基于RBF神经网络的弧焊机器人轨迹跟踪控制方法

针对目前弧焊机器人的控制算法大多是基于关节空间的算法,而这种算法无法实现对机械臂末端位置的直接控制的问题,提出了基于笛卡尔空间的轨迹跟踪控制算法.首先运用RBF(radical basis function)神经网络技术对实际机械臂数学模型的建模误差和参数不确定性进行补偿,接着定义Lyapunov函数并运用HJI(Hamilton-Jacobi inequality)定理设计基于笛卡尔空间的机器人鲁棒控制器.在此基础上以二自由度机械臂为被控对象进行仿真研究,仿真结果表明,基于笛卡尔空间算法的轨迹跟踪控制算法误差小于基于关节空间的控制算法,在基于笛卡尔空间的控制算法的仿真中末端轨迹跟踪误差小于0.08 mm,神经网络能够有效地在线学习机器人的建模误差和参数不确定性.     

双臂空间机器人惯性空间轨迹的非线性反馈跟踪控制

讨论了载体姿态及位置均不受控制的自由漂浮双臂空问机器人系统的轨迹控制问题.首先,根据双臂空间机器人系统的动量、动量矩守恒关系及系统的Jacobian矩阵,得出机械臂末端抓手加速度与关节角速度、角加速度的关系.然后,根据Roberson-Wittenburg方法推导出系统动力学方程.以此为基础,设计了自由漂浮双臂空间机器人系统机械臂末端抓手惯性空间轨迹的非线性反馈跟踪控制方案.仿真结果证明了上述控制方法的有效性.     

基于腕力传感器的操作臂惯性参数在线识别

论文基于腕力传感器的输出信号探讨了一种在线识别机器人操作臂末端惯性参数的方法，该方法考虑到了腕力传感器接入对机器人系统动力学特性的影响，同时利用腕力传感器真实反映机器人系统力作用和力传递的特点，既能包括机器人关节特性的影响也可以避免理论辨识方法可能出现的“虚幼模型”的问题，该方法还可以用来辨识机器人操作未知工件或工具的惯性参数，这对经常更换操作对象的机器人的精确控制和动力学仿真是非常重要的。     

力觉临场感系统的动力学建模及控制策略

由于对主从机器人系统中主从手的动力学控制可使操作者获得对操作物体的力觉临场感,增强其执行复杂遥操作任务的能力．基于该系统在笛卡尔空间的动力学模型,阐述了该系统的控制结构和控制策略．通过分析系统的动力学特性,表明了在不同控制策略下,主从手的动力学特性对操作者力感觉的影响．指出了力反射伺服型系统可以较有效地抑制系统内的动力学干扰