有机玻璃研磨抛光机器人力控制研究

以有机玻璃为研抛加工对象,将机器人离线路径规划与在线力控制结合起来组成机器人研抛控制系统。对研抛工具在加工过程中所受作用力进行了分析,根据柔性机构与主动柔顺控制,建立了一种主被动柔顺控制研抛模型。通过工具重力计算,提出了基于工具负载的重力补偿算法,用于消除研抛加工过程中产生的重力的干扰。提出了基于阻抗内环的力外环控制策略,实现了对研抛力的无静差跟踪。试验结果表明,该方法通过计算期望力与实际力的误差对机器人轨迹进行修正,实现了机器人相对恒定的力控制效果。     

变胞机器人重构及转向时足着地柔顺性控制

变胞机器人能够根据外界环境变化在轮式行驶和足式行走两种运动模式间自然切换,因此兼具在平整结构路面上快速行驶和在崎岖山地越障行走的能力。基于广义坐标法建立了变胞机器人转向重构过程的运动学模型,考虑到重构过程中摆动腿与环境接触时存在较大冲击,提出了利用阻抗控制方法实现摆动腿着地柔顺控制。在传统阻抗控制的基础上,基于李雅普诺夫渐进稳定性定理设计了自适应阻抗控制器,并利用粒子群优化算法对阻抗控制参数进行了优化。通过在不同环境刚度下仿真分析,证实了经过参数优化后的自适应阻抗控制器能够很好地实现对期望接触力的跟随,提高了变胞机器人对未知多变环境的适应性。最后针对变胞机器人转向重构过程中足着地进行了路面实验,进一步证实了优化后的自适应阻抗控制方法的优越性。     

基于位置控制的工业机器人力跟踪刚度控制

随着机器人技术的发展,要求机器人能够完成更加复杂的任务,如工业机器人的打磨、精密装配、人机协作等,因此机器人与环境交互的能力起着越来越重要的作用。但当前的柔顺控制方法存在局限性,无法像人类一样,时刻对外界环境的作用力具有很强的适应能力(阻抗性能),并且能够随时对外界环境施加所需要的力(力的跟踪性能)。为了解决该问题,提出一种新的力跟踪刚度控制方法,能够让机器人同时具有阻抗性能和力的跟踪性能。该控制系统结构简单,实用性较强。控制系统的建立是基于位置控制的工业机器人模型,并进行了仿真,仿真结果表明,机器人不仅具有刚度控制的特点,对外界约束环境有顺从性,同时能够对期望力很好地进行跟踪。     

液压驱动单元基于位置/力的阻抗控制机理分析与试验研究

液压驱动型高性能足式仿生机器人对未知、非结构环境具有很好的适应能力,为尽可能地避免其足地接触过程中的冲击和碰撞,足式机器人的关节应具有一定的动态柔顺性。针对驱动足式机器人关节运动的液压驱动单元(Hydraulic drive unit,HDU)进行研究,首先,建立其液压系统位置/力控制数学模型;其次,推导阻抗控制基本控制原理,并以液压系统作为内环控制方式,分析HDU基于位置/力的阻抗控制机理,研究该两种阻抗控制方法的控制内外环动态柔顺性串并联组成原理;最后,搭建HDU性能测试试验平台,对提出的两种阻抗控制动态柔顺性串并联组成原理进行试验验证。试验结果表明,基于位置的阻抗内环动态柔顺性为并联组成,而阻抗控制外环与位置控制内环动态柔顺性为串联组成;基于力的阻抗内环动态柔顺性为串联组成,而阻抗控制外环与力控制内环动态柔顺性为并联组成;基于力的阻抗控制响应速度大于基于位置的阻抗控制,而后者的阻抗模拟精度要优于前者。以上研究成果可为足式仿生机器人关节控制方法选取及性能优化提供理论和试验参考。     

基于假想柔顺控制的可穿戴型膝关节机器人的运动控制

为了让膝关节机器人能够对外界作用力具有顺从的能力,提出一种基于作用力/速度的假想柔顺控制策略。通过获取膝关节机器人与人腿间的作用力信息来控制电机的转速和转动方向,从而为人的行走提供助力。采用PID控制算法实现对直流电机地准确控制,实验的结果表明假想柔顺控制策略和PID控制算法是有效的。     

下肢康复机器人模糊增益自适应调整的滑模阻抗控制

为了实现下肢康复机器人在康复训练过程中主动模式下的控制,在分析了人机交互作用力与动力学模型的基础上,提出了一种模糊增益自适应调整的滑模阻抗控制。该控制方法,通过阻抗控制器修正期望的下肢运动轨迹,得到新的关节运动轨迹,将新的关节轨迹与实际的关节轨迹误差转化为滑模函数,通过模糊化,将自适应力矩作用于下肢康复机器人。该控制方法减轻了滑模控制中的抖振现象,使其达到期望的力矩控制效果,实现了主动模式下的的柔顺性。     

手术机器人的模糊神经网络变阻抗控制策略研究

针对手术机器人在颅颌面手术过程中无法有效跟踪期望位置和接触力的问题，提出一种基于模糊神经网络的变阻抗控制策略。首先，利用模糊PID位置控制模块对机器人运动至手术切口位置的期望轨迹进行跟踪控制。其次，通过基于神经网络的变阻抗控制模块建立起机械臂与目标之间的力/位置动态关系，该模块可对机器人辅助手术过程中的力跟踪偏差进行及时的自适应修正，以实时补偿环境动态变化带来的影响，提高了环境交互的安全性以及力跟踪的准确性。最后，对提出的控制方法进行验证，结果表明，在动态变化的手术环境下，相比传统定阻抗参数控制方法，该方法拥有更好的跟踪控制效果。     

基于ARM的足式施工运输机器人腿部柔顺控制平台系统开发与测试

为解决足式施工运输机器人腿部控制柔顺性的问题,将ARM技术应用到机器人腿部柔顺性测试平台的搭建中。文中对机器人控制算法的稳定性和鲁棒性进行了分析,并提出了机器人平台硬件构架的设计方案,建立机器人腿部柔顺性控制平台。在此平台上,对自适应控制算法的控制性能进行了测试,完成了机器人电流检测试验,以及存在力传感器干扰和期望脚力指令干扰情况下机器人脚力跟踪试验。试验结果表明,该ARM控制平台能准确地控制机器人腿部的行走,实时测量机器人在运动过程中脚力及电流变化情况,证明了该算法能够实现脚力跟随,保证了机器人行走的稳定性。     

机器人柔顺力控装置研究

机器人自动化抛光过程中,工具与工件间的接触力控制尤为重要.基于主动柔顺控制的原理,提出了面向工业机器人的柔顺力控装置及控制方法.进行了系统的结构设计和动力学建模,基于BP神经网络PID算法,设计了该柔顺力控装置的自适应控制策略.最后进行力控跟踪实验,实验结果表明,柔顺力控装置能够保证打磨过程中工件与工具之间的接触力恒定...     

电梯导轨校准机器人力位控制研究

针对电梯导轨校准机器人校准电梯导轨时,校准精度低和校准力不可控等问题,提出一种基于改进的粒子群-模糊PD(PsoFuzzyPD)的电梯导轨校准机器人力位控制方法。首先,根据力位控制需求设计了电梯导轨校准机器人的整体控制框架;其次,设计了基于改进的粒子群-模糊PD控制器作为机器人力位控制器的内环控制器;最后,根据机器人的力控制需求设计了阻抗控制器、sigmoid函数的阻抗控制判别模块和期望力控制模块。仿真结果表明,所提方法的力控响应超调更小,震荡更少,笛卡尔空间的轨迹跟踪偏差也更小,可以有效控制导轨校准力和导轨校准精度,在电梯导轨安装领域拥有很好的推广应用价值。     

基于红外定位的微小型自重构移动机器人

为了提高微小型移动机器人的作业能力,提出了一种模块化的微小型自重构移动机器人系统。系统中每个单元机器人既可以作为动力单元,拖动其他机器人进行探测,也可以独立成为通信节点,扩大系统的通信范围。单元机器人由中央处理模块、通信模块、驱动模块、对接模块和定位模块组成。多个单元机器人可以彼此对接构成组合机器人。为了实现微小型化,设计了基于红外信号强度的定位方法。并针对现有对接技术的不足,结合电磁式重构机构与机械式重构机构的优势,提出一种新型的自动对接方法。最后进行了机器人之间的对接实验,实验结果证明了机器人设计的合理性。     

An improved force-based impedance control method for the HDU of legged robots

Hydraulic drive mode enables legged robots to have excellent characteristics, such as greater power-to-weight ratios, higher load capacities, and faster response speeds than other robots. Nowadays, highly integrated valve-controlled cylinder, called hydraulic drive unit (HDU), is employed to drive the joints of these robots. However, various robot control issues exist. For example, during the walking process of legged robots, different obstacles are encountered, making it difficult to control such robots because the load characteristics of the ends of their feet change with the environment. Furthermore, although the adoption of HDU has resulted in high-performance robot control, the hydraulic systems of these robots still have problems, such as strong nonlinearity, and time-varying parameters. Consequently, robot control is very difficult and complex. This paper proposes an improved second-order dynamic compliance control system, impedance control, for HDU. The control system is designed to rectify the issues affecting the impedance control accuracy of the dynamic compliance serial–parallel composition between the HDU force control inner loop and the impedance control outer loop. Specifically, it consists of a compliance-enhanced controller and a feedforward compensation controller for the force control inner loop. Furthermore, the dynamic compliance composition of the inner and outer HDU control loops is rearranged. The results of experiments conducted indicate that the proposed method significantly improves the control accuracy compared to that of traditional force-based impedance control.     

一种多姿态便携式履带机器人的机械传动设计

提出了一种新型4自由度便携式履带机器人传动设计方案。机器人具有良好的机动性，在越障、跨沟、攀爬方面具有明显优势。介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现，并对机器人的传动结构布局、传动实现等内容进行详细阐述。     

A system for automated disassembly of snap-fit covers

This paper reports on a prototype automated system for the disassembly of batteries from a family of electronic devices whose plastic, snap-fit covers house AA or AAA batteries, such as remote controls and calculators. Included in the development of the prototype system was the design of a disassembly tool that uses three force-sensing resistors to provide force feedback information. A pneumatically actuated vacuum gripper and electromagnet system was also developed for recovering the snap-fit cover and batteries once they were released by the disassembly tool. The disassembly module was mounted on the tool head of a three-axis translational motion robot, and a Visual Basic application was developed to interface and control the robot with a Galil digital motion controller. A model-based computer vision application was also developed in Visual C++ using a Kinect sensor and the Open Source Computer Vision library to identify and localize the electronic device placed on the disassembly robot. Using the information gathered by the model-based computer vision application, the robot was able to use the disassembly tool module to perform the necessary disassembly operations to remove the device’s snap-fit cover and batteries. The design of such a disassembly system could aid the future development of fully autonomous disassembly systems that can handle a broader range of electronic products.     

模块化磁吸五指灵巧手结构设计与控制研究

针对目前五指灵巧手自由度低、拆装繁琐等问题,设计出一种模块化、易拆装、直驱式11自由度五指灵巧手。通过永磁铁实现手指关节间的快速拆装,每个手指关节至少有±90°转动范围;通过对大拇指转动角度的特殊设计,可实现灵巧手左/右手模式直接切换以及双侧同时抓取。通过3D打印制作了五指灵巧手样机。针对灵巧手多传感器造成控制系统复杂的问题,提出采用电流反馈控制算法,通过对电机驱动电流进行信号采集和后处理,建立了电流-转角-指尖力之间的数学模型,并进行了抓取实验。结果表明,设计的模块化灵巧手具有较强的抓取能力,并且通过电流反馈控制算法,可以实现对灵巧手运动状态和抓取力的控制,完成对目标物抓取操作。     

一种基于FPGA的力反馈数据手套

为了实现对机器人灵巧手的遥操作控制,并将灵巧手与外界的相互作用力反馈给操作者,以获得真实的临场感,设计出一种新型的力反馈数据手套.对数据手套的基于人机工程的模块化的外骨骼机械结构进行了介绍,另外,重点对融合光、电、磁、力的多传感器系统,以及基于FPGA的底层实时控制系统进行了详细阐述.     

基于3D视觉引导的拆装模机器人系统设计

针对传统PC构件手工拆装模生产作业人员多、占地面积大和工位利用率低的生产方式,结合机器人运动控制技术、激光扫描技术和图像感知技术,提出了一种基于3D视觉引导的直角坐标系机器人系统。在阐述视觉引导机器人自动拆装模具原理的基础上,设计了一种针对混凝土预制构件拆装模具的四自由度直角坐标系机器人系统,开发了基于EtherCAT总线的分布式控制软硬件系统,并进行工厂实际生产测试。测试结果表明:该机器人可以直接由图纸驱动自动完成PC构件的拆模和装模等核心生产过程;模具识别准确率高于99.5%;单个模具的装模节拍少于20 s;抓手中心重复定位精度达到±1 mm。为混凝土预制构件拆装模实现全自动化作业提供了完整解决方案。     

六自由度平台动力学前馈柔顺控制研究

与串联机器人相比,六自由度平台具有刚度高、承载能力大等优点,更适合于大型工件的装配.当机器人处于对接和装配状态时,机器人末端受到来自外部环境的力和力矩作用,对机器人的柔顺控制是执行任务的基础.提出了一种基于摩擦补偿的动力学前馈柔顺控制方法,首先建立Stewart平台的动力学模型,利用库仑摩擦模型和黏性摩擦模型对伺服电动...     

基于力-位图像学习的工业机器人柔顺装配方法研究

利用机器人进行自动装配操作时,控制装配过程的接触力和柔顺性对于保证装配质量具有重要意义。为此提出一种基于力-位图像学习的柔顺装配方法,将装配过程中的位姿和接触力信息转化为力-位图像,然后通过对力-位图像的分类学习,获得不同初始位姿情况下的柔顺装配动作策略,从而控制机器人实现柔顺装配。首先,控制机器人完成多次装配,并在装配过程中收集机器人位姿以及装配力和力矩信息;然后,利用这些信息绘制力-位曲线并将其组合成为力-位图像,基于运动方向判定算法为力-位图像自动标记装配动作标签,以构建力-位图像数据集;最后,在力-位图像数据集上对深度学习模型进行训练,并基于深度学习模型控制机器人进行柔顺装配。为了验证该方法的有效性,以RJ45连接头和连接口间的装配为例,采集了2 500次装配操作的力-位数据,共生成92 328张力-位图像及对应标签,然后基于ResNet50网络训练力-位图像分类模型,并基于该模型控制机器人进行装配实验,装配成功率达到96.7%。     

模块化机器人几何误差分析及参数辨识研究

为解决模块化机器人重构后误差的快速补偿问题,对模块化机器人几何误差来源进行分析,将其划分为模块参数误差和模块间装配参数误差.基于指数积公式和齐次变换对关节模块、连杆模块及模块间装配位姿进行数学描述,建立关节-连杆子装配体的实际运动学模型.给出一种基于精密球和外部测量的模块参数及模块间装配参数辨识方法,完成子装配体运动学...