开放式自主移动机器人系统设计与控制实现

采用面向对象的方法设计了一个自主移动机器人系统--Frontier-I,并将Linux/Unix 下的进程间通信机制应用到系统的设计中.该系统基于Windows操作系统,采用全向视觉,能够实现诸如避障、导航和机器人足球等复杂的任务;在模块化的设计下,系统能够方便地加入新的模块以扩展其功能.     

高温气冷堆核电站蒸汽发生器管板定位机器人

管板定位机器人用于高温气冷堆核电站蒸汽发生器的传热管检修工作。作为堵管工具的载体,搭载各种不同的堵管执行单元,将其引导至指定的工作管孔,实施堵管工序。根据施工需求,开展了管板定位机器人研究。受限于被检对象及施工工况条件,管板定位机器人采用了模块化、轻量化设计。为消除管板定位机器人工作过程中管板结构应力变形、机器人自身运动误差和姿态调整引起的变形误差等因素影响,采用机器视觉辅助定位设计方案,消除上述各种非线性误差影响,提高管板定位机器人的位置控制精度。所设计的机器人样机在蒸汽发生器模拟体上进行了实际测试。结果表明,应用机器视觉技术进行目标定位及运动反馈控制是进行非线性误差补偿的有效手段,该方法控制精度高,控制系统相对简单可靠。     

空间机器人自主视觉伺服控制策略

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略.该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制.为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑.首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.     

核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制

针对核电站热交换器人工检修作业异常困难的现状,提出了利用机器人进行传热管外部自动化检测的方案.采用模块化设计方法设计了由纵向移动模块、旋转模块、定位模块、伸缩模块、小车模块、底座和3个驱动器等部分组成的机器人本体.小车搭载微型摄像头,可在传热管束的横向间隙中移动,对相关区域进行视频检查.提出了3-CSR并联机构形式,设...     

一种新型的自重构模块机器人

提出了一种由相同机械结构单元组成的自重构模块机器人,介绍了该模块的机械结构设计,给出了一种建立在两级分层控制算法基础上的模块连接规划.每个模块可以独立与其他模块相互分离或连接,并且通过与其他模块相互配合来改变其连接方式,从而使整个机器人系统可以获得不同的三维结构和各种静态位形.Java 3D仿真结果表明了连接规划的可行性和有效性.     

Reconfigurable robot based on modular joint concept

0IntroductionWiththe rapid progress of the modern science andtechnology,the acquirement and usage of resources willbe extendedtothe spacefromthe earth.But many activi-ties can not be completed without space robots,such asthe construction and maintenance of the InternationalSpace Station(ISS),the release and retrieve of the satel-lite[1,2].Since space robot has been brought forward,upto date,the Canadarm2(SSRMS)is the only real-work-ingrobot manipulator[3].ETS-VII is the worldfirst satel…     

分布式机器人控制器体系结构的研究

本文提出了一种分布式机器人控制器的体系结构,采用以太网作为系统总线,统一的通信协议实现了从Internet 到设备底层的无缝连接.控制器采用面向对象技术以及模块化的设计方法,并对软件组件进行CORBA规范封装.所设计的机器人控制器不仅可以实现本地的示教再现和离线编程操作,还可以通过网络实现对机器人的远程控制.     

基于计算机视觉的排爆机器人设计

本设计基于单片机及计算机视觉技术,完成了一个新型排爆机器人的制作．单片机作为系统检测和控制的核心。负责控制机器人平台及摄像头云台．应用了最新的计算机视觉技术（OpenCV）,该技术可实现目标的识别,识别出爆炸物,从而控制摄像头云台实时跟踪,传回所需爆炸物的图像信息,达到使操作员简洁快速排爆的目的．     

基于主动视觉的机器人末端姿态测量

采用平面校准形及移动摄像机到不同形位摄取图像的方法来进行摄像机校准，由灭点正交性和单对应矩阵的固有特征估计摄像机内、外参数初值，通过非线性优化来最小化投影误差；利用遗传算法求解机器人手眼矩阵，避免了初值估计，可容易地得到机器人执行器末端相对于绝对坐标系的姿态．实验和计算验证表明，这种测量方法是有效的，可以用于机器人校准、机器人辅助测量以及机器人辅助手术等领域．     

基于图像的PUMA560机器人视觉伺服控制分析

为了较好地解决PUMA560机器人视觉伺服控制系统中的控制精度问题,提出一种基于图像的自适应视觉伺服控制策略.该控制策略以机器人运动学与动力方程、参数估计以及控制器的设计为基础.新型控制器能够在机器人运动的同时,在线估计雅可比矩阵和摄像机相对机器人末端的变换矩阵中的未知参数,并进行稳定性分析.仿真与试验结果表明,该新型控制器使系统具有较强的动态特性和稳态特性,可得到理想的控制效果.     

串联工业机器人机械臂的模块化组合式设计方法研究

针对传统机械臂设计方法存在灵活性低、能量消耗大且刚性差的问题,提出一种新的串联工业机器人机械臂模块化组合式设计方法。首先,设定不同模块局部坐标系,通过结构体数组方式对数据库进行存储。通过受力分析构建关节受力模型,选择关节部件选型;其次,利用装配数组生成方法将选择好的关节部件依据模块化组合式设计理念,设计成两件组件式;并分析机械臂工作空间。最后实验结果表明,采用所提方法设计的机械臂各模块输出力矩均符合设计要求,机械臂性能良好,不仅灵活性高、能量消耗低;而且具有良好的刚性。     

专用焊接打磨机器人视觉系统的研究

针对水轮机修复专用机器人视觉系统进行了系统地描述,并对其硬件与图像处理方法作了较详细地阐述.采用主动视觉检测法,利用CCD摄像机等相关硬件获取图像和小波变换对获取后图像进行处理,实现了对叶片表面缺陷的识别并且引导机器人焊枪跟踪焊缝,实时调整焊枪姿态,以完成补焊及焊后打磨工作.     

Crawling gait realization of the mini-modular climbing caterpillar robot

The concept of a modular climbing caterpillar robot is inspired by the kinematics of real caterpillars,Two typical kinematics models and gaits are investigated based on the crawling motion of the inchworm and the tobacco hornworm.Due to the fixed constraints between the suckers and the wall,the gait of a caterpillar robot engages a changing kinematic chain which is from an open chain to a closed chain,and then to an open chain in order.During the open chain periods,an unsymmetrical phase method (UPM) is used to ensure the reliable attachment of the passive suckers to the wall.In the closed-chain state,a four-link kinematics model is adopted to fulfill the fixed constraints,By combining the two methods together,the complete joint control trajectories are acquired for a modular caterpillar robot with seven joints.At last,on-site tests confirm the proposed principles and the validity of the climbing gait.     

混合型自重构机器人的结构设计及运动描述

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人.该机器人由多个相同的呈三棱柱状的主从式基本模块组成,每个主模块包括3个主驱动电动机及齿轮传动装置,每个从模块包括2个从驱动电动机及齿轮-齿条传动装置.根据齿轮、齿条不同运动速度,分析了该自重构机器人相邻2个基本模块中从模块的轴插入主模块的孔中完成对接动作的过程.基于基本模块的几何特征,描述了该自重构机器人的基本空间构型,最后仿真实现了该机器人从直线型变形为正六边形的过程.仿真结果表明,混合型自重构机器人基本模块结构设计紧凑,能对接和脱离,实现机器人的变形过程.     

DWR-I遥操作高压带电作业机器人

介绍了一种适用于10 kV及以下电压等级配电系统的主从遥操作高压带电作业机器人系统DWR-I.该系统由移动汽车、升降机构、作业机械臂、主手、绝缘隔离变压器、夹持手、专用工具、绝缘防护装置、控制系统等组成.其中的夹持手可以根据夹持物自动调整自己的位置,以改变夹持力;波纹形状的绝缘连接件及配备隔离绝缘等级为10 kV的隔离变压器,解决了绝缘和电气隔离问题,并满足高压带电作业的绝缘要求.DWR-I机器人试验运行情况表明,其性能满足设计要求.     

室外移动机器人遥控系统的设计与实现

室外移动机器人的遥控系统由移动指挥站、移动机器人站、无线通信系统组成.在临场感遥控系统中,需要将移动机器人站摄像头得到的图像经过发射机和天线传送给移动指挥站.为了使得图像的接收效果更好,使用定向天线增强天线增益.定向天线只有在某一个方向上增益最强,定向发送天线固定在该云台上,根据位置和角度信息控制云台转动使得接收天线始终对准目标点.为了增强定向天线的接收效果,设计了自动对中天线云台系统和遥控器.     

一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法

在单机器人SLAM过程中,定位误差和建图误差随机器人运动距离增大而增大。为了有效降低SLAM误差,本文提出了一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,机器人定位和建图问题被分解为两个独立环节,首先,联合机器人控制量和智能空间摄像机网络的观测值估计机器人位姿,给出了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式;然后,机器人利用自身位姿及对目标的观测来构建环境地图。仿真实验表明本方法有效提高了机器人的定位精度,进而得到了更加精确的环境地图。     

基于机器视觉的无线遥控仓库火灾预警机器人

设计一种能实现远程遥控,检测仓库周围有无火灾,若有火灾发生,及时报警并灭火。通过寻迹摄像头完成寻迹功能,通过可旋转的侦查摄像头,全方位地侦查仓库周围环境有无火灾现象。改变传统依靠人或者固定摄像头发现火灾现象并预警的不及时性和漏报的情况。大大提高检测性能。该设计采用MC9S12XS128单片机为机器人主控制核心,采用STC5410AD单片机为操作平台的控制核心,采用直流无刷电机及控制电路为机器人驱动部分。采用多传感器实现火源检测、图像传输等功能。软件设计采用C语言开发。整个系统设计灵巧,具有高可靠性、高灵敏性、低误报率等特点,使用效果良好。     

面向崎岖地形的六足机器人运动能力分析

对机器人自身运动能力的把握是进行合理运动规划和控制的前提.针对面向崎岖地形应用的六足机器人的运动能力进行分析.首先,介绍了六足机器人平台及其系统设计;然后,分别对六足机器人腿部、由机器人躯干和各支撑腿构成的并联机构进行了运动学建模,并分析了它们的工作空间;最后,基于Adams和Matlab建立了含有梅花桩崎岖地形的六足机器人仿真平台,并进行了六足机器人运动仿真.结果表明:通过结合六足机器人自身运动能力和地形特征进行合理的运动规划,可有效提高六足机器人在崎岖地形下的运动能力.     

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。