剥离去污机器人作业方式研究与仿真分析

在核设施退役工程中,由于作业环境比较恶劣,机械剥离去污作业只能由技术人员通过遥操作机器人完成,作业过程对人依赖程度大、效率低、可靠性不高。针对这一问题提出机器人采用遥操作和自主作业相结合的剥离去污作业方式,实现其局部自主作业能力,降低对操作人员的依赖程度、提高作业效率和作业质量。通过对剥离去污机器人机械剥离作业的仿真分析,验证了采用遥操作和自主作业相结合的混合作业方式的可行性和有效性。首先,分析了Brokk50机械臂本体结构和运动学特性,对其抽象简化构建机器人模型D-H坐标系;然后,以MATLAB为仿真工具建立了机械臂的仿真模型,在不计算机械臂运动学正解的情况下快速仿真得到机器人的作业空间;最后,对机器人剥离去污作业进行了轨迹规划仿真分析,采用关节空间和直角坐标空间相结合的轨迹规划方法,满足了机械剥离去污作业对作业精度的要求,并提高了作业效率。     

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法. 由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法. 针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数. 基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优. 实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.      

基于目标识别与避障的煤矿救援机器人自主行走

煤矿救援机器人是在煤矿井下恶劣环境中完成救援工作的特种机器人,采用双目视觉系统确保对环境信息实时感知以实现目标识别与障碍物识别,进而实现自主行走.与地面环境相比,煤矿井下环境恶劣,特别是灾后环境更加恶劣,为了使煤矿救援机器人实现煤矿井下环境识别和避障以达到自主行走,该文提出基于运动视频的光流场目标视觉识别方法,实现机器...     

面向管道焊缝渗透检测机器人的管道定位与规划方法

为了实现核电设施管路的自动化焊缝检测作业,在降低人工作业安全风险的同时提高工作效率,提出了一种集喷涂、喷擦、刷涂、擦洗、环境感知和场景建模的机器人自主作业软件系统及相关算法。分析作业机器人的工作环境和功能需求,进行机械臂和感知模块的选型,制定三维建模和参数辨识方案,搭建焊缝检测作业系统;提出了一种基于机器人感知到的视觉和深度信息进行场景建模的算法,该算法可以输出检测关到作业面的位置、三维模型以及作业区域范围;提出了一种基于三维重构模型和作业区域范围进行作业轨迹规划的算法,并搭建了仿真平台验证运动轨迹的正确性;开展了管道定位与三维重构实验以及轨迹规划实验,实验的结果证明,提出的管道定位方法能够实现精确的点云数据采集和高精度的管道参数辨识,机械臂能够实现准确性高、连续性好的运动,满足管道焊缝检测作业的要求。     

地震多功能辅助救援机器人运动学规划

基于D-H表示法的机器人双工作臂的运动学规划,建立了机械手臂运动能力与各影响因素关系的数学模型(即机器人机械手臂空间运动方程式),归纳出了机器人机械手臂空间运动与各影响因素关系的定量描述,提出了机器人机械手臂空间运动的设计理论和提高驱动能力的方法;建立了较完备的机器人行走机构和机械手臂运动系统的运动协调性和机器人自适应控制理论.通过运动学规划,使机器人能够更好地适用于各种地质条件、各种复杂的环境、各种需要高难度的工作强度,能够取得良好的使用效果.     

核电站蒸汽发生器维修机器人控制系统设计

针对一种用于核电站蒸汽发生器水室内辅助检修任务的6自由度作业机械臂,对其控制系统和运动轨迹规划进行设计研究.分析作业机械臂的工作环境和检修任务需求,设计了机器人的控制系统;对作业机械臂进行关节空间轨迹规划和笛卡尔坐标系轨迹规划,实现作业机械臂的点对点运动和连续路径运动,并利用深度相机和霍夫变换圆检测原理实现作业机械臂末端对管板圆孔的定位;对作业机械臂进行了轨迹规划运动实验和圆孔定位实验,结果表明,作业机械臂能够实现直线、圆弧轨迹运动和管板圆孔识别定位,满足蒸汽发生器的全方位检修要求.     

3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术

以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验.     

高压输电线路救援机器人机械臂壳体拓扑优化设计

高压输电线路救援机器人轻量化是其实用性的关键性能之一.以高压输电线路救援机器人机械臂壳体为对象,采用拓扑优化的方法对该结构进行了优化设计,并依据优化结果对机械臂壳体进行了重构和验证分析.通过对重构前后的静应力对比分析表明,在满足强度刚度条件下,重构后的机械臂壳体质量降低了41.40%.研究可为高压输电线路救援机器人轻量化设计提供一种新的思路和方法.     

基于Kinect的机器人臂手系统的目标抓取

为了实现机器人臂手系统的目标抓取, 采用Kinect对目标信息进行实时检测. 首先,采用张正友棋盘标定法完成对Kinect内外参数的标定. 其次, 利用深度信息进行深度分割, 滤除大部分干扰背景, 再通过颜色与形状特征实现目标的识别与定位. 将识别对象的3维坐标通过以太网发送至机械臂控制台, 随后机械臂移动至目标位置. 最后采用变积分PID算法控制灵巧手接触力, 保证响应的快速性及精密性, 实现灵巧手的精细抓取. 通过设计一套完整的实验系统验证了该方法的有效性.     

新型救援工程机械末端执行器轨迹控制研究

针对救援工程机械在复杂环境下的控制问题,利用工程机械机器人化思想,文章提出了3种不同的控制方法,满足了在救援过程中不同的动作要求,确保了动作的稳定、准确与可靠;同时根据新型救援工程机械机械臂手末端能动机械装置的冗余性,结合其大尺寸结构与变负载工况特点,运用D-H法建立结构杆件模型及各关节坐标系,并通过解析函数式的运动学逆解方法,得到特定末端执行器关节空间的轨迹所需的各驱动关节角度;利用Matlab中的SimMechanics工具箱建立运动学仿真模型并进行仿真,最后进行实验,实验结果表明利用该仿真方法可以准确、有效地实现半自主式的末端控制。     

面向核聚变舱探测的遥操纵蛇形机器人系统

为了监测核聚变试验装置的日常运转状况,代替人类进入舱内完成探测作业任务,设计一种具有蛇形多关节结构的遥操纵机器人系统.该系统由前端的双重观测机构、中部的多个悬空机械臂和后端的直线轨道推进装置组成.通过对系统各部分的结构设计及功能分析,确立了组合式悬空机械臂各关节的主要参数指标.对机器人系统的探测工作空间以及机械臂的运动和力学特性进行了仿真分析,实际构建了机器人原理样机以及核聚变舱的模拟几何环境.对原理样机的基本运动及观测性能进行了实验测试,测试结果验证了所设计的机器人系统的可用性和有效性.     

大荷载无人机-机器人高压输电线协同检修新方法研究

输电线路带电检修机器人是一种辅助和代替人工进行输电线路带电作业检修的一种智能化装备,其对于提高作业效率、作业可靠性、作业安全性具有重要实际意义,然而机器人在上下线过程中耗费大量的人力物力,大大降低了整体作业效率,机器人上下线问题已经成为制约机器人实用化的一个重要瓶颈。针对上述问题,提出了大荷载无人机(unmanned aerial vehical, UAV)和机器人的输电线协同检修新方法,该系统分为无人机、机器人和联接件,联接件用于联接无人机和机器人,通过电磁铁磁力的控制实现无人机与机器人系统的对接与分离,同时,通过对机器人机械臂系统的运动学建模与分析,得到了作业末端套筒所能到达的运动空间,从而进一步优化机械臂的结构参数,最后,通过硬件系统、软件系统、机械系统的集成设计,开发了机器人物理样机系统,在四分裂输电线路上进行引流板拧紧作业实验。实验结果表明:改系统能够顺利完成四分裂引流板作业任务,具有较强工程实用性,研究结果对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

一种用于焊接的双臂机器人系统及其工作过程

从应用工程的角度提出了用双臂机器人进行焊接作业，以提高焊接质量的观点，提出了与之相应的２Ｒ－３Ｐ２Ｒ型双臂机器人系统，建立了机械臂坐标系、工件坐标系和作业点坐标系，描述了在焊接作业过程中焊枪相对于作业点坐标系的相对位姿。     

未知环境下移动机器人自主避障算法的研究

移动机器人是完成救援、运输等各种任务的重要工具,如何让机器人系统自主适应不同的复杂场景是目前的研究热点.本文针对具有静态和动态障碍物的复杂未知环境,对移动机器人进行运动学建模,提出了基于长短期记忆网络的近端策略优化避障算法.在无障碍物和有障碍物的仿真训练环境中,实现无先验地图信息情况下机器人在非结构化环境中的自主避障....     

基于绳驱动的多段柔性连续体机械臂的运动学与实验研究

经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法,建立了任务空间和驱动空间的正逆运动学映射模型。以任务空间变量连续体机械臂末端位置为神经网络的输入量,驱动空间变量驱动绳的拉伸量为神经网络的输出量,拟合出了连续体机械臂末端位置和驱动绳拉伸量的映射关系。最后,进行了连续体机械臂的弯曲运动和轨迹跟踪实验。实验结果表明：双段连续体机械臂弯曲角度可达180°,验证了连续体机械臂具有大角度弯曲能力;在连续体机械臂末端的圆轨迹跟踪实验中,连续体机械臂的末端在x轴、y轴、z轴方向的平均绝对位置误差为1.743、1.334和1.172 mm,验证了连续体机械臂的运动学模型的有效性。     

水轮机叶片坑内修复机器人的机械臂样机磨削力

该文介绍了一种自主设计的可进行水轮机叶片坑内高效修复作业的磁吸附爬壁式机器人,该机器人焊缝的修磨方式为缓进深切磨削.为进一步研究采用该方式修磨焊缝时的受力特点,搭建了由应用于该机器人的机械臂样机系统和测力仪系统构成的焊缝磨削实验平台,对机械臂采用缓进深切磨削方式修磨焊缝时的切削力进行了测量.通过实验得到了切削力经验公式,该公式估算误差在20%以内,可为机器人及机械臂后续的优化设计和作业控制研究提供依据.     

四轮救援机器人实验装置虚拟设计与实现

设计了一种四轮救援机器人实验平台，实现了良好的越障性能及较强的适应能力；对驱动系统进行了选型，使用uG进行了虚拟仿真；并进行了实物装配和越障能力的运动分析。     

基于模糊聚类判别的挖掘机器人行为控制

为实现挖掘机器人的自主挖掘,构建了适合挖掘机器人的行为控制体系结构.以挖掘行为作为基准,用状态流模型实现挖掘目标、挖掘任务、挖掘行为的逐层分解.采集目标图像、机械臂倾角及液压缸压力信号,作为状态流行为状态之间触发转换的事件或条件.针对挖掘中遇到的沙土物料、表面块状物料、块状物料埋于沙中3种挖掘环境,综合视觉定位信息、压力及倾角信息,通过模糊聚类判别后,触发挖掘动作状态流模型,有区别地自主处理挖掘中遇到的不同情况.最后通过控制挖掘动作,实现自主挖掘目标.     

移动机械臂整体控制研究

针对以固定的基坐标系机器人抓取不便,设计了一套移动机械臂整体,将一种以STM32为主控单元的六自由度机械臂,安装在配备有Kinect传感器的TurtleBot2移动机器人之上。通过TurtleBot2移动机器人及Kinect传感器实现的路径规划、环境地图构建和避障等功能,来控制六自由度机械臂的运动,配合机械臂的手动抓取和自动抓取,进行移动机器人与机械臂的协同运动控制。     

GIS系统在矿井救援机器人中的设计与应用

区别于以往的矿井管理系统,矿井救援机器人自主导航GIS系统主要面向煤矿救援机器人,建立井下巷道空间数据库,实现图形与属性信息双向查询;构建井下巷道的几何网络分析模型,实现巷道网络节点信息查询和机器人运行最佳路径分析;建立巷道三维可视化模型,实现井下巷道三维场景模拟,研究空间信息三维可视化管理和分析方法。文中依据当前我国煤矿生产的现状和技术水平,研究一种适用于煤矿井下救援机器人运行的GIS系统。以满足机器人定位与导航的需要,实现煤矿灾后科学救援,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,从而提高我国煤矿安全事故的救援水平。