基于模型和数据驱动的机器人6D位姿估计方法

提高运动精度是机器人执行精密操作的基础.该文针对重载操作造成的机器人末端结构变形问题进行位姿补偿研究.首先,提出了基于模型和数据驱动的机器人末端6D位姿估计方法,该方法利用基于Gauss过程回归的机器人运动学误差模型获得部分目标点空间位置的预测值;然后,提出了基于测量平差的位姿修正方法,对目标点位置的实测值和预测值进行...     

我国核电站紧急救灾机器人设计能力取得核心技术突破

正目前,我国在建核电机组装机容量居世界首位。核电安全问题一直是国际关注的重大问题。为确保核电建设、使用过程中的安全,提高核电站紧急救灾能力,核电救灾装备研发具有迫切需求。开发核电站紧急救灾机器人已成为核电救灾领域的发展前沿,但由于救灾机器人设计面临着重载操作与狭小空间内灵巧运动的行为冲突、多自由度冗余驱动导致的机构和结构过约束冲突两大挑战,已成为世界性难题。上海交通大学高峰教授主持的973计划项目"核电站紧急救灾机器人的基础科学问题",根据核救灾     

新型高速重载堆垛机器人运动系统设计

针对高产量铝锭堆垛生产线上高速重载堆垛工况,研究设计一种新型5自由度串并混联机构的堆垛机器人.该机器人本体结构模块采用由并联机构和串联机构闭环运动链组成的运动系统方案.通过对系统有关结构参数化建模、运动学特性的理论分析、运动仿真的虚拟实验及有限元分析,机器人运动系统能够很好的满足堆垛机对自由度、工作空间以及复杂堆垛轨迹的要求,承载力得到大幅度提升,可满足铝锭堆垛高速重载的堆垛要求.     

重载工业机器人研究现状

本文从结构、驱动层面介绍了重载工业机器人的类型,综述了国内外重载工业机器人在搬运码垛、机械加工、工业制造等领域的应用技术现状.针对其体积大、质量大、能耗大等问题,从稳定性、可靠性的角度提出重载工业机器人在结构和控制等方面的发展趋势,最后总结并展望了重载工业机器人的应用前景,提出重载工业机器人研究水平需进一步向高效化、智能化等方向发展.     

重载码垛机器人法向动态静力学分析

针对高速重载码垛机器人运行中产生法向抖动的问题,提出了一种计算机器人动态法向位移的数学方法.分析了各个关节的法向受力,建立了机器人臂部机构的力学模型,应用虚功原理和叠加原理求解了机器人末端的动态法向位移,确定了机器人臂部机构的薄弱环节,运用Matlab软件进行了理论计算,其结果反映了动态法向位移随机器人运动指令的变化.使用ANSYS软件进行了仿真分析,得到了臂部机构薄弱环节的变形云图,与理论计算结果基本相符.本方法可以作为码垛机器人关键零部件的设计的理论依据.     

一种仿尺蠖式输电线路巡检机器人越障运动分析

针对目前输电线路巡检机器人作业空间小、越障能力差的问题,通过观察与分析尺蠖运动特点,结合仿生学原理,提出了一种仿尺蠖运动的输电线路巡检机器人。运用运动学方法及虚拟样机技术对机器人蠕动式越障运动过程进行仿真与分析,仿真结果表明,机器人结构设计合理,具有较大作业空间,能以蠕动式运动方式跨越线路上引流线等复杂障碍。研制机器人样机并置于模拟线路环境进行实验,实验结果表明,机器人越障过程中重心波动平稳,越障性能稳定可靠。     

KNT-ESR3机器人运动学建模与仿真研究

以KNT-ESR3机器人为研究对象,采用D-H参数法,利用Matlab机器人工具箱Robotics Toolbox建立机器人运动学模型,进行运动学分析与逆运动学求解,实现了机器人空间轨迹规划及其仿真.结果表明,计算与仿真验证了机器人运动学模型建立的正确性,依据该模型能够有效地生成运动轨迹并分析机器人各关节的运动参数,为开展该机器人的研发工作做了理论铺垫.     

基于视觉的智能移动机器人的运动目标检测与跟踪

目的扩大机器人的目标搜寻范围,并对运动目标进行跟踪。方法提出了将运动背景下运动目标的检测方法应用于机器人目标检测与跟踪,并使用基于视觉的目标跟踪方法。结果机器人在运动状态下仍然能够进行运动目标检测。结论移动机器人能够在运动过程中准确地检测出运动目标,并有效地提高了目标检测的能力。     

一种仿人机器人斜坡运动步态规划方法

以SCUT-Ⅰ仿人机器人步态运动为对象,提出了由斜坡运动步长、步行周期等参数控制的斜坡运动模式,并基于倒立摆模型对斜坡运动过程中仿人机器人的髋关节和摆动腿踝关节的轨迹进行规划,从而得到斜坡运动的轨迹;最后,根据SCUT-Ⅰ仿人机器人模型参数,在Matlab 6.5中建立机器人的模型,对机器人斜坡运动进行仿真实验,验证了该规划方法的有效性及稳定性.     

J形坡口焊接机器人运动控制系统设计

核电压力容器的焊接制造中,半球形封头与圆管相贯形成空间曲线J形坡口焊缝,通用焊接机器人难以满足焊接要求.针对研发的悬挂式J形坡口专用焊接机器人,设计开发了机器人运动控制系统.介绍了机器人机械结构特点及运动控制算法.机器人控制系统核心采用工业控制计算机(IPC)与DMC数字运动控制器,交流伺服电机为执行端,利用三级控制结构实现作业管理,组织各轴协同运动完成焊接作业.进行了空间曲线J形坡口焊缝焊接实验.实验结果表明,设计开发的运动控制系统能够很好地控制机器人各轴协同运动,满足空间曲线J形坡口焊缝的焊接需求,可以提高核电压力容器焊接制造的自动化水平.     

嵌入式轮式机器人实验平台设计与实现

为解决科研用机器人价格昂贵、扩展性差的问题, 给出嵌入式轮式机器人实验平台的设计。 从平台硬件环境的搭建, Linux 设备驱动程序开发, 嵌入式多线程服务器的设计, 上位机软件设计等, 详细讨论了轮式机器人实验平台的设计及开发过程。 该平台能通过 MPU6050 六轴传感器和 HMC5883 电子罗盘实时获取姿态角和航向角; 能实时地将采集到的视频流及传感器数据发送到上位机客户端, 同时接收并处理来自客户端的控制指令, 进行运动控制、 避障处理等。 实验结果表明, 该轮式机器人实验平台与 PC 之间数据及指令传输流畅稳定,造价低廉, 功能丰富, 模块化程度高, 能满足开展机器视觉与导航等领域研究的要求。     

一种基于柔性腿部与主动腰部的仿猫四足机器人设计方法

目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成,部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动,但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中,猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性,参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织,提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先,从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式,设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部,转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时,使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后,开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机,通过运动仿真软件配合原型机,进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明,相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部,应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势,充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。     

液压四足机器人髋关节的鲁棒自适应动态面控制

液压四足机器人髋关节由伺服阀控缸系统构成,是机械腿的关键组成部分.它的控制性能直接影响着机械腿甚至机器人的运动控制精度.因为髋关节工作情况的复杂性和阀控缸系统自身的非线性,使得传统控制算法无法满足机器人运动性能指标的要求.由此,本文对液压四足机器人髋关节伺服阀控缸系统的控制方法进行了研究.首先通过对髋关节工作条件的分析完成了伺服阀控缸的数学建模,然后基于鲁棒自适应动态面的控制算法设计了伺服阀控缸系统的控制器,并从李雅普诺夫稳定判据的角度证明了系统的稳定性.最后通过Matlab与AMESim的联合仿真,对鲁棒自适应动态面与传统PID及普通动态面的控制效果做出对比,证明了所研究算法的有效性.      

面向多规格蒸发器传热管检修的新型机器人机构设计及其运动规划

面向核电站蒸汽发生器的管板爬行式检修机器人存在适应性差、检修效率低等问题。为实现蒸汽发生器多规格传热管的检修任务,本文设计了一款新型机构的四足爬行检修机器人,并对相关的步态规划展开了研究。首先,根据需要适应多规格管板的要求,提出机器人的构型以及整体方案设计,确定了爬行机器人的主要运动方式,并给出了工具工作空间;之后,根据不同类型管板开展了机器人步态规划相关研究,规划了三角形、正方形两种排布管板上的直线运动步态与转向运动步态;最后,利用V-REP与Python联合仿真进行机器人运动仿真实验,结果表明,爬行机器人能够完成多规格管板下的直线运动与转向运动,证明了机构的合理性与运动的可行性。     

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。     

基于ARM和FPGA的软体机器人的CAN总线运动控制器的设计

针对在软体机器人控制时,多电机协同控制过程中难度大、通用性差、协同性差等缺点,设计了基于ARM[adanced RISC(reduced instruction set computing) machines]和FPGA(field-programmable gate array)的软体机器人的控制器局域网络(controller area network,CAN)总线运动控制器,采用ARMCortex-M4为内核的STM32F407开发板和AX7102 FPGA开发板设计一种基于CAN总线的软体机器人运动控制器,主要包括该系统的体系架构、硬件设计和软件设计等。该控制器利用STM32作为控制核心和FPGA的高速处理能力来实现控制算法的运算,并用CAN总线技术来实现与上位机通信。经过试验操作,该控制器可以满足预定要求。     

穿戴式下肢外骨骼康复机器人机械设计

本文设计了一种用于下肢功能障碍患者康复治疗的外骨骼机器人。根据外骨骼机器人的功能与工作原理,分析了其结构组成与设计过程中的关键问题。并从仿生学角度为外骨骼机器人配置自由度,设定关节活动范围及连杆尺寸,对机械结构进行了初步分析与优化设计。为进一步的研究、分析、设计工作打下了基础。     

基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制技术

针对下肢运动功能障碍患者术后康复训练辅助设备的跟随控制问题,本研究提出一种基于人体姿态信息的下肢康复机器人运动控制方法。根据康复机器人的结构特性和功能要求,建立机器人运动数据信息采集系统和下肢康复机器人的运动学模型;构建机器人平台上的人体姿态行为信息采集传感器系统,通过分析位移传感器所采集的数据,得到表征人体姿态行为变化的相关信息,经上位机计算生成康复机器人的期望跟随速度;同时,基于模糊PID控制算法设计了跟随控制器。通过仿真和实验验证该控制算法能够有效减小机器人实时跟踪使用者运动过程中的误差,实现康复机器人对人体运动姿态良好的跟随效果。     

Divisional and hierarchical innervations of G. gecko’s toes to motion and reception

As a member of robot families, climbing robots have become one of the research hot-spots in the robotic field recently and Gekko gecko （G. gecko） has been broadly seen as an ideal model for climbing robot development. But for gecko-mimic robots, one of the key problems is how to design the robot＇s foot. In this paper, （1） high-speed camera recording and electrophysiological method are used to observe motion patterns of G. gecko＇s foot when it climbs on different oriented surfaces; （2） nerve innervations of gecko＇s toes to motion and reception are studied. It is found that the five toes of the G. gecko can be divided into two motion and reception divisions, and also its motion and reception are modulated and controlled hierarchically. The results provide important information and exclusive ideas for the foot design and control algorithm of gecko-mimic robots.     

滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。