辅助上肢运动康复机器人技术研究

为了给上肢偏瘫患者的治疗提供有效的辅助工具,研制了一种新型神经康复机器人。该机器人采用二连杆机构模拟人体上肢,其中机器人大臂、小臂分别由两台伺服电机驱动,可以实现平面内的复合运动。另外,该机器人系统针对患者病情的不同阶段,可以提供相应的训练模式。对临床30名患者为期1个月的辅助治疗结果显示:病人对这种新的治疗方法不反感,上肢的运动功能得到明显改善,未发现其他副作用。     

基于视触数据融合的多模态细分类系统

随着自动化时代的到来,机械臂已经越来越多的应用到了工业生产以及人们的日常生活中,利用机械臂进行物体的分类抓取更是广泛应用于有害物分拣、航天探索等重要领域,然而实现对物体的分类目前还存在着一些不足,如大部分的分类系统主要依靠机械臂结合视觉来实现,这种单一视觉的分类系统在光线不足或物体外观相似但分属不同的工作环境并不能起到很好的效果。本文针对多种外观类似物体的精细分类开展研究,通过深度相机与压敏传感器综合获取物体的外观、材质等信息,然后将这些信息数据传输到具有双输入的卷积神经网络模型,借助机械臂实现对具有相似外观不同材质物体的细分类。结果表明,本文所述系统在实际机械臂测试环境下对物体的正确识别率达到了98.5%,相较于AlexNet与VGG16两种传统的单一视觉分类模型分别提高了35.7%和24%,可见融合物体的视觉与触觉信息的神经网络模型能够完成物体的细分类任务。     

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.      

Real-time prediction of hand trajectory by ensembles of cortical neurons in primates

Signals derived from the rat motor cortex can be used for controlling one-dimensional movements of a robot arm. It remains unknown, however, whether real-time processing of cortical signals can be employed to reproduce, in a robotic device, the kind of complex arm movements used by primates to reach objects in space. Here we recorded the simultaneous activity of large populations of neurons, distributed in the premotor, primary motor and posterior parietal cortical areas, as non-human primates performed two distinct motor tasks. Accurate real-time predictions of one- and three-dimensional arm movement trajectories were obtained by applying both linear and nonlinear algorithms to cortical neuronal ensemble activity recorded from each animal. In addition, cortically derived signals were successfully used for real-time control of robotic devices, both locally and through the Internet. These results suggest that long-term control of complex prosthetic robot arm movements can be achieved by simple real-time transformations of neuronal population signals derived from multiple cortical areas in primates.     

新型机器人辅助全膝置换手术中机械手的设计

针对当前全膝置换手术机器人存在的占用手术空间大、术中患肢不能移动等问题，设计了一套新型的机械手结构，包括可调式的支撑臂、固定远端股骨的骨夹以及伺服电机驱动机械臂，并在实验室中搭建了机器人辅助全膝置换手术系统．实验证明该结构不仅彻底地解决了困扰传统机器人辅助手术中患者腿部的固定装夹问题，而且整个系统结构紧凑，大大方便了医生的手术干预，为机器人辅助膝关节手术的后续研究奠定了基础．     

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.     

机器人yoyo轨迹规划与控制

以机器人yoyo运动控制为例,提出了一种针对周期性动态系统进行轨迹规划的通用方法.把yoyo达到底端时机器人机械臂的高度作为中间状态,通过逐个循环逐个阶段求解该最优问题,可得机器人的参考轨迹和名义控制,同时也可以得到被控对象相应的返回映射.该方法也可用于其他类似的周期性动态系统.     

A robotic tele-drill system over network using predictive display

0 IntroductionMuch research has been done for a long distancetelerobotic operation using exclusive communicationlines .These systems havetheir owncommunicationlines and areused for special purpose ,like space operation, nuclearmaterial handling,robotic telesurgery,etc . Withthe de-velopment of computer networklike Internet ,a teleopera-tionsystemusing it attracts much attention. Using Inter-net has more advantages than using exclusive communica-tionlines . For example ,it is cheaper and can …     

新型变刚度软体手臂的设计及控制

软体机器人具有机构重构性、适应性及灵活性.基于气动系统的软体机器人具有质轻、功率密度比高、人机交互安全性高等优点,设计了一种由伸长型及收缩型气动肌肉组成的新型变刚度软体机器人手臂.根据该软体手臂的运动特性建立了运动学模型,利用MATLAB软件分析了手臂的工作空间.搭建控制实验测试平台,完成了手臂的轨迹运动控制实验,实验结果表明:跟踪阶跃信号上升时间小于2s,稳态平均误差为0.0028rad(0.16°),正弦信号跟随响应曲线平均误差为 0.0159rad(0.911°),手臂具有良好的可控性.     

变曲率飞机壁板钻铆执行机器人的设计与仿真

自动钻铆执行机器人设计结构由末端执行器和多关节旋转机械臂组成.末端执行器通过转台结构的分度摆动实现不同执行部件工位的转换.末端执行器通过与旋转关节机械臂的协同作用,实现柔性自动化加工装配.用MATLAB软件仿真得到该机械臂的运动空间轨迹,再通过ADAMS软件仿真检验旋转机械臂的运动空间特性,满足变曲率壁板生产的需要.     

机器人操作臂的动态特性研究

研究制作了两关节机器人操作臂，利用PD反馈控制法，对其进行了位置和轨迹跟踪实验，在测试数据和图形处理的基础上，利用梯度法从理论上分析确定其数学模型各参数的估计值，在计算机上完成仿真研究，试验结果验证了该模型能实现操作臂的位置、轨迹和速度等的精确控制。     

An effective algorithm for needle tip displacement compensation in robot-assisted percutaneous surgery

This paper presents an automatic compensation algorithm for needle tip displacement in order to keep the needle tip always fixed at the skin entry point in the process of needle orientation in robot-assisted percutaneous surgery.The algorithm, based on a two-degree-of-freedom (2-DOF) robot wrist (not the mechanically constrained remote center of motion (RCM) mechanism) and a 3-DOF robot arm, firstly calculates the needle tip displacement caused by rotational motion of robot wrist in the arm coordinate frame using the robotic forward kinematics, and then inversely compensates for the needle tip displace-ment by real-time Cartesian motion of robot arm.The algorithm achieves the function of the RCM and eliminates many mechanical and virtual constraints caused by the RCM mechanism.Experimental result demonstrates that the needle tip displacement is within 1 mm in the process of needle orientation.     

Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm

Paralysis following spinal cord injury, brainstem stroke, amyotrophic lateral sclerosis and other disorders can disconnect the brain from the body, eliminating the ability to perform volitional movements. A neural interface system could restore mobility and independence for people with paralysis by translating neuronal activity directly into control signals for assistive devices. We have previously shown that people with long-standing tetraplegia can use a neural interface system to move and click a computer cursor and to control physical devices. Able-bodied monkeys have used a neural interface system to control a robotic arm, but it is unknown whether people with profound upper extremity paralysis or limb loss could use cortical neuronal ensemble signals to direct useful arm actions. Here we demonstrate the ability of two people with long-standing tetraplegia to use neural interface system-based control of a robotic arm to perform three-dimensional reach and grasp movements. Participants controlled the arm and hand over a broad space without explicit training, using signals decoded from a small, local population of motor cortex (MI) neurons recorded from a 96-channel microelectrode array. One of the study participants, implanted with the sensor 5?years earlier, also used a robotic arm to drink coffee from a bottle. Although robotic reach and grasp actions were not as fast or accurate as those of an able-bodied person, our results demonstrate the feasibility for people with tetraplegia, years after injury to the central nervous system, to recreate useful multidimensional control of complex devices directly from a small sample of neural signals.     

机器人手臂控制系统的设计与研究

机器人在工业上已经取得了非常大的进步,尤其是视觉传感器的应用对于机器人的智能化有很大的帮助。基于DMC5480运动控制卡,通过视觉处理系统实现了RS232串行通信,设计了一套可识别机器人手臂的精准定位系统,详细研究了控制系统硬件,规划了控制系统控制策略,编写了上位机操作软件。最后设计了一套带视觉识别的象棋机器人手臂。实验结果表明,机器人手臂可以代替人手功能在工作区域内沿任意轨迹运动。     

基于Windows NT的开放式机器人实时控制系统

针对传统工业机器人所采用的专用封闭式结构的局限性，开发了一个可在Windows NT平台下运行的开放式工业机器人控制系统．该系统采用单处理器结构，可在通用的工业计算机和Windows NT加RTX实时扩展环境下运行，具有良好的实时性和友好的图形用户接口．系统软件采用3层递阶结构和模块化设计，各模块之间的通信被抽象和统一为接口，并且通过灵活的接口配置于系统对接口进行配置，可灵活地添加或删除接口，使系统软件具有良好的开放性和可扩展性．为了便于推广应用，采用标准C语言作为机器人编程语言，并提供一系列机器人编程接口供用户程序调用，使用户可方便地修改和添加控制算法．     

基于ANFIS的挖掘机器人挖掘轨迹仿真

为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空间实现对挖掘机器人的控制.为提高跟踪期望轨迹精度,采用两个自适应神经模糊推理系统(ANFIS)分别学...     

机器人操作臂逆运动学分析

在很多机器人应用问题中,人们感兴趣的是操作臂末端执行器相对于基础坐标系的空间描述。文章结合实验平台——5DOF操作型机器人,主要用D-H表示法研究了关节变量空间和末端执行器位置和姿态之间的关系,即运动学逆问题。     

多分裂输电导线接续管探伤检测机器人系统设计及探测空间分析

输电线路是电能传输的重要通道,多分裂输电线路是电能传输的主力,接续管是多分裂输电线路上的重要金具,其压接质量和内部结构的好坏属于隐性工程且直接影响到输电线路的正常稳定运行,基于此,本文提出了一种适用于多分裂输电线路接续管探伤检测的机器人机构构型,设计了探伤检测机器人的虚拟样机模型,并进行了探伤装置的探伤检测作业运动规划,建立了探伤装置的D-H坐标系,基于此推导了探伤检测机器人的运动学方程并对其运动学特性进行了分析,最后,基于所建立的运动学模型,基于蒙特卡洛法在MATLAB软件中利用机器人工具箱ROBOT TOOLBOX进行了仿真实验,通过选取合适的点云数得到了探伤检测机器人末端在四分裂导线狭小空间内三个空间方向上的可达空间点云图,同时搭建机器人的机械臂模型,通过设置合理的运动参数得到了机器人探伤检测的轨迹规划仿真结果,通过仿真结果可知,机器人末端在四分裂导线所构成的狭小作业空间内可以实现无盲区的探伤检测,同时机械臂运动轨迹稳定、平滑,可以无碰避障的实现多分裂导线上的接续管探伤检测,本文的研究对于输电线路接续管探伤装置的系统设计和开发及输电网智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

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。     

基于dSPACE的工业机器人运动控制系统仿真分析及实验

针对用ER20-1700机械臂实现运动控制,提出了一种有效的控制方法;首先对ER20-1700机器人的三维建模进行运动学分析建立DH参数表算出机器人的逆解,再把SolidWorks中的三维模型用插件导入Simulink中快速搭建机械控制模型,然后搭建并改良电机驱动物理模型,补全整个控制模型,实现机械臂Simscape正逆解仿真;把算好的逆解用编程的方式写入MATLAB中用robotics tool中进行仿真模拟,并将其与Simulink中的仿真结果进行对比;通过编写函数程序在MATLAB中实现机械臂走直线和画圆的轨迹规划;通过搭建实验平台,使用dSPACE作为控制器把之前的控制模型转化为代码导入其中以实现机械臂的快速控制,控制机器人做直线和画圆运动,记录轨迹规划和实际机械臂所走的数据导入MATLAB绘制成图;实验结果表明:走直线和走圆时,最大跟踪误差小于3 mm,控制方法可行有效。