基于切换控制的双相机视觉伺服方法

针对家电产品机器视觉在线检测应用场景中基于图像的视觉伺服不能保证全局收敛和单目视觉反馈不佳的问题，提出一种基于切换控制的双相机视觉伺服方法。首先使用全局相机估计目标位姿，引导机器人运动到期望位姿附近，确保视觉伺服方法能够收敛；然后根据机器人手上相机提供的图像偏差和深度信息，以及全局相机提供的目标速度和姿态实现双相机视觉伺服控制。相对于使用单应性矩阵的位置视觉伺服和混合视觉伺服方法，该方法能够定位与跟踪无标记目标，大幅提升跟踪的精度和稳定性。实验表明，基于切换控制的双相机视觉伺服方法可将控制周期缩短至33 ms,满足传送带速度在0.17 m/s范围内的机器人可获取清晰图像，实现实时跟踪检测。     

基于轮式移动机器人的智能控制系统的研制

以移动机器人跟踪控制和路径规划为目的,提出一种移动机器人运动的控制方法。以三轮差动转向式移动机器人作为研究对象,建立运动学和航位数学模型。通过对移动机构、直流伺服电机和传感系统的分析,建立了移动机器人的控制系统模型。设计了基于AVR微控制器(AT90S8535)的二级控制系统,对机器人的速度位置控制采用了PID算法。实验结果表明,该系统有很好的实时性和一定的鲁棒性,实现了对移动机器人快速、实时、准确的控制。     

基子轮式移动机器人的智能控制系统的研制

以移动机器人跟踪控制和路径规划为目的，提出一种移动机器人运动的控制方法。以三轮差动转向式移动机器人作为研究对象，建立运动学和航位数学模型。通过对移动机构、直流伺服电机和传感系统的分析。建立了移动机器人的控制系统模型。设计了基于AVR微控制器（AT90S8535）的二级控制系统，对机器人的速度位置控制采用了PID算法。实验结果表明，该系统有很好的实时性和一定的鲁棒性，实现了对移动机器人快速、实时、准确的控制。     

基于单应性矩阵的机器人视觉伺服系统研究

针对在视觉伺服过程中采用图像雅克比矩阵方法时遇到的对目标深度信息的求取等问题,并为了进一步扩大机器人的运动空间,设计了一种基于单应性矩阵的视觉控制器应用于视觉伺服控制系统。通过摄像机针孔模型求解出该单应性矩阵后,对其进行了奇异值分解,得到了机器人控制器的输入,从而实现了对机器人的控制;该控制策略运用Matlab/Simulink仿真软件,并结合在机器人学领域中被广泛采用的机器人工具箱,构建了基于图像的视觉伺服系统仿真模型,并选取一长方体表面上的4个角点作为目标物体进行了仿真抓取实验。研究结果表明,该视觉控制器使整个控制系统具有较强的稳态特性和较高的控制精度,图像特征点从当前位置运动到了期望位置,误差最终收敛于零,具有较好的控制效果。     

基于模糊逻辑的机器人非标定视觉路径规划

本文提出了一种基于模糊控制的对含不确定性的移动机器人的非标定视觉伺服路径规划控制方法。本方案将摄像机固定于移动机器人工作区域内,运用摄像机针孔模型设计了一种新的非标定机器人视觉伺服路径跟踪系统,在此系统下运用模糊控制理论设计了模糊控制器,在视觉伺服系统参数未标定的前提下完成了对含不确定性参数的移动机器人视觉伺服路径规划。仿真实验证实控制效果良好。     

基于高速视觉的绳索牵引并联机器人轨迹跟踪控制

在绳索牵引并联机器人中,实时测量动平台位姿是实现高精度轨迹跟踪控制的关键环节。为此,设计一种基于高性能工业相机的高速视觉测量系统,实现绳索牵引并联机器人的运动学视觉伺服控制。设计一种基于感兴趣区域的位姿跟踪算法,并且加入Auto-Regressive(AR)模型对位姿进行实时预测,避免了绳索牵引并联机器人复杂的正运动学求解。以此为基础,构建了工作空间的运动学视觉伺服控制方案,在实际6自由度绳索牵引并联机器人上进行了轨迹跟踪控制试验,试验结果表明基于高速视觉测量的工作空间控制方案明显优于基于编码器反馈的关节空间控制。     

仿生六足机器人机构设计及控制方法研究

机器人足部与壁面间的粘附能力及其运动控制策略是爬壁机器人能够在处于不同倾斜度的壁面上爬行的关键技术。模仿甲虫足部钩刺对抓的特征及尺蠖蠕动爬行运动特性设计了一种可灵活转向的仿生六足爬行机器人机构。该机器人采用CPG(central pattern generator)仿生控制方法实现其在粗糙壁面上的任意方向的运动,并且通过超声波传感器的反馈信号能够实现避障功能。机器人足部采用对抓设计提高了爬行稳定性,同时CPG控制方法简单、新颖。基于Matlab软件建立了CPG控制网络,并结合反馈信号实时调节网络输出。在Webots移动机器人仿真环境下完成了机器人建模,CPG控制器程序编写,通过动态仿真验证了六足机器人机构和控制方法的合理性,机器人爬行速度约2.7 cm/s。     

非完整移动机器人领航-跟随编队分布式控制

针对非完整移动机器人运动学模型的特点,并且考虑机器人之间的交互关系是局部的,提出了一种基于领航-跟随的非完整多移动机器人分布式编队控制方法。首先提出了一种分布式估计策略,为每个跟随机器人估计(虚拟)领航机器人的位置、方向、线速度等状态;接着利用每个跟随机器人的跟踪误差设计了编队控制算法;使用Lyapunov工具对算法进行了渐近稳定性和收敛性分析;最后,构建了多移动机器人视觉定位与控制实验平台,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。     

移动机器人混合的半稠密视觉里程计算法

为了提升快速运动环境中移动机器人视觉里程计的精度,提出一种移动机器人混合的半稠密视觉里程计算法。首先,利用鲁棒性强且适用于相机快速运动的特征点法快速追踪相机位姿,并根据深度不确定性分别建立3D-2D的重投影误差以及3D-3D几何误差,提出改进的运动位姿求解方法,为半稠密直接法提供更准确的初始位姿;其次,采用Sobel卷积核获取图像中梯度明显的像素点,进而通过最小化光度误差对关键帧进行配准,有效估计关键帧间相对运动;最后通过位姿图对关键帧位姿以及相邻帧间变换进行局部优化,减少轨迹漂移。两种公开数据集以及实际在线场景实验验证,本文算法可有效提高视觉里程计位姿精度,可以满足快速运动场景中自主定位的要求。     

重载足式机器人单关节驱动系统H_∞控制器的设计

针对某节能型重载足式机器人单关节电液伺服驱动系统动态跟踪问题,对重载足式机器人节能型单关节电液伺服驱动系统特性、H_∞控制等方面进行了研究,建立了系统数学模型,提出了采用扩展H_∞混合灵敏度控制,引入了转换环节,将实际对象虚轴极点转换到传递函数或控制器中,解决了因单关节电液伺服驱动系统传递函数分母存在积分环节引起的奇异H_∞问题。通过采用扩展H_∞混合灵敏度三块加权函数法求解H_∞控制器,选择适当的加权函数,基于Matlab/Robust工具箱,设计了扩展H_∞混合灵敏度控制器,基于Matlab/Simulink平台搭建了系统仿真模型,对扩展H_∞控制的单关节电液伺服驱动系统动态跟踪特性及其系统稳定性进行了评价。仿真实验结果表明,H_∞控制系统满足鲁棒性及鲁棒性能要求,控制系统动态响应满足2 Hz正弦信号双十指标要求。     

基于小生境粒子群优化的挖掘机器人自抗扰视觉伺服控制

为提高挖掘机器人的自主挖掘能力,设计一种基于图像的自抗扰视觉伺服控制器,对挖掘机器人的动臂、斗杆、铲斗组成的3节机械臂末端位置和姿态在x-z平面进行控制,实现自主挖掘目标任务。针对自抗扰控制器需要整定的参数较多,参数间相互影响,整定困难的特点,引入粒子群算法对控制器参数进行优化。由于原始粒子群算法存在后期易陷入局部最优的缺欠,采用小生境粒子群算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。对粒子群及小生境粒子群算法的优化性能进行比较研究的基础上,设计了适合挖掘机器人的自抗扰视觉伺服控制器,采用小生境粒子群算法得到自抗扰控制器整定参数。搭建xPCTarget主机—目标机环境进行试验及仿真,表明小生境粒子群优化的自抗扰视觉伺服控制器控制精度高、鲁棒性强。     

无轨导全位置爬行式弧焊机器人系统

介绍了一种采用新型轮履复合式爬行机构的全位置爬行式弧焊机器人系统,详细地阐述了系统的组成和工作原理。该系统由爬行机构、焊接系统、视觉跟踪系统以及控制系统组成,是一种既无需轨道也无需导向的自动焊接系统。爬行机构具有负重能力强、运动灵活等特点,满足机器人在大型工件上全位置爬行焊接要求。通过大量试验对爬行机构进行了运动分析,建立了机器人运动模型。针对系统的复杂性设计了开关控制器,实现了爬行机构及十字滑块的协调控制,达到焊缝精确跟踪的目的。进行了焊接条件下的跟踪性能试验、全位置多层多道焊接试验,取得了满意的效果,实现了大型工件焊接过程自动化。     

Robocup中型足球机器人运动控制

为使Robocup中型足球机器人快速准确地跟踪目标,本文分析了机器人的运动学和动力学模型,设计了一套智能运动控制系统。机器人通过全景视觉系统测量目标位置,用零阶Sugeno型模糊控制器设定电机的转速,最后由电机伺服控制器进行电机速度电流双闭环控制。实验表明该控制系统满足机器人运动快速性和准确性的要求,成功应用于SCUT-Ⅱ型足球机器人。     

基于图像的机器人视觉伺服免疫控制

视觉传感器的引入增加了机器人对周围环境的自适应性,拓宽了机器人的应用领域。可以预见,具有视觉的智能机器人将得到越来越广泛的应用。本文根据机器人视觉伺服控制系统的特性利用图像雅可比矩阵的伪逆和免疫控制原理设计了视觉控制器,并将之应用于机器人视觉伺服控制中。两连杆机器人平面视觉跟踪控制仿真结果表明在控制系统的动态调节过程中,PI型免疫控制器的免疫反馈机制能使偏差迅速消除,控制性能优于常规的PID控制器。     

管间机器人纵向移动平台模糊控制系统

针对核电站蒸汽发生器热交换管道自动化视频检测的要求,研制了管间机器人,介绍了管间机器人结构和工作原理。检测模块安装在纵向移动平台上,纵向移动平台由步进电机驱动沿导轨做间歇直线运动。在每个管间距行程中,步进电机必须有升速和降速过程,这样可以防止堵转、失步并提高效率。对无法精确建模的纵向移动平台系统,用模糊控制原理设计了步进电机的升降速曲线,给出了模糊推理的步骤。用单片机和外围电路制作了步进电机控制器,将设计结果用于控制程序设计,实验证明纵向移动平台升降速过程平稳,从导轨始端移动到末端的位置总误差在允许范围内,管间机器人样机在此基础上实现了对蒸汽发生器模型的自动化检测。     

Simulation and experiments for a vision-based control of a 6R robot

In this paper, we present both the simulation and experimental results for position-based visual servoing control of a 6R robot using two stationary cameras . This method can deal with real-time changes in the relative position of the target with respect to the robot, while providing greater accuracy. In addition, the servo control structure is independent of the target pose coordinates. Direct and inverse kinematics equations, in addition to dynamic equations of the 6R robot, have been derived and simulated. Then we prescribe simulation of image processing, object recognition and pose estimation for the end effector and target-object in 3D Cartesian space and visual control of the robot. Afterwards, performance tests of 6R robot using two cameras have been implemented. Finally, experimental results obtained from actual implementation of visual control and tests of 6R robot in lab are presented. Analysis of error and test data has been carried out according to ISO9283, ANSI-RIA R15.05–2 standards and the MATLAB statistical toolbox. An efficient algorithm is designed for collision detection and contact determination between the 6R robot links and its environment during their rotation in controlling and performance tests. In this technique, bounding spheres on different parts of 6R robot are used to detect collisions among them.     

图像拼接技术在爬壁机器人位置伺服控制系统中的应用

针对传统爬壁机器人对裂缝图像拼接效果差而导致位置控制结果不精准、工作效率较差的问题,提出基于图像拼接的爬壁机器人位置伺服控制系统.选取 STM３２F１０３RCT６ 为主控芯片,采用气动方式设计机械气动结构,利用 PLC 位置伺服控制器实现故障电路检测.设计视觉控制平台,避免强电磁场影响.软件部分依据 CCD 相机实现机器人视觉监测,采用图像拼接技术删除相邻图像的边缘处重叠部分,实现对墙壁裂缝的准确监测,利用机器人运动速度及机器人预设位置轨迹计算爬壁机器人的位置伺服控制值,将该值传输至系统硬件,实现位置伺服控制.由实验结果可知,所设计系统对裂缝全景图像拼接的精准度较高,机器人的位置伺服控制准确率为 ９７．５％ .     

工业机器人定位误差补偿方法与实验研究

针对工业机器人绝对定位精度低无法满足实际应用要求,并综合考虑国外机器人控制系统不开放,而无法在控制器里修改运动学参数的问题,提出一种定位误差补偿方法,基于修正的DH模型,利用激光跟踪仪和奇异值分解法识别出运动学参数.通过改变运动学参数重新进行正解运算,所得的新位置赋予机器人,使其运动到目标点,从而提高定位精度.将这种方法应用在STAUBLI TX90XL型工业机器人上进行实际的测量和补偿.实验结果显示,经过补偿可使机器人平均绝对定位精度由1.685 mm提高到0.215 mm,从而表明该方法的有效性.     

Image-based visual servoing control of a SCARA robot

In this paper, we present a new approach to visual feedback control using image-based visual servoing with stereo vision. In order to control the position and orientation of a robot with respect to an object, a new technique is proposed using binocular stereo vision. The stereo vision enables us to calculate an exact image Jacobian not only around a desired location but also at other locations. The suggested technique can guide a robot manipulator to the desired location without providing a priori knowledge such as the relative distance to the desired location or the model of an object even when the initial positioning error is large. This paper describes a model of stereo vision and how to generate feedback commands. The performance of the proposed visual servoing system is illustrated by experimental results and compared with conventional control methods for an assembly robot.     

Distribution Performance Analysis and Experimental Research on the Port Plate Pairs of Low Speed High Torque Seawater Hydraulic Motor

When the mobile robot performs certain motion tasks in complex environment, wheel slipping inevitably occurs due to the wet or icy road and other reasons, thus directly influences the motion control accuracy. To address unknown wheel longitudinal slipping problem for mobile robot, a RBF neural network approach based on whole model approximation is presented. The real-time data acquisition of inertial measure unit (IMU), encoders and other sensors is employed to get the mobile robot’s position and orientation in the movement, which is applied to compensate the unknown bounds of the longitudinal slipping using the adaptive technique. Both the simulation and experimental results prove that the control scheme possesses good practical performance and realize the motion control with unknown longitudinal slipping.