具有应变式触觉传感器的机器人柔顺指端

针对机器人抓握处于重力场中的等截面均质杆件操作,提出一种具有应变式触觉传感器的机器人柔顺指端的结构。在机器人平行抓握中,利用金属弹性薄板做弹性元件,应变片做触觉触感单元,实现对物体的长度和质量的感知,在指端的表面封装电流体实现软／硬抓握,另外,着重讨论了抓握系统的传感原理,试验表明,这种机器人指端具有良好的识别能力和稳定抓握能力。     

机器人手爪的柔顺指端

模仿人的皮肤与肌肉组织,本文提出了一种具有电流变流体的机器人手指柔顺指端的结构,在机器人的双指手爪中,指端是类似于皮肤的弹性薄膜和在皮肤下填充电流变流体的聚氨酯泡沫层组成,在未施加电场时,指端极为柔软,当电流变流体受电场作用时,指端成类固体状,试验结果表明,柔顺指端对物体的抓握过程是从柔性抓所至到物体被锁固在两指间的硬性抓握,因而在同样抓握力下,提高了机器人手爪举升物体的能力。     

粘性流体内花瓣型胶囊机器人驱动特性

以花瓣型胶囊机器人为模型,推导机器人表面流体运动规律。通过解析法求得机器人外围流体动压力表达式,以牛顿内摩擦定律为基础得到液体阻力矩模型,对比研究花瓣型和圆柱形两种胶囊机器人管道内悬浮能力,分析流体粘度对不同廓形胶囊机器人液体阻力矩的影响,得到花瓣型胶囊机器人能够悬浮在管道中避免与管道接触,同时可以降低磁场线圈功耗,且流体环境适应能力强,提高了临床应用的可行性。     

考虑接触运动的机器人协调操作的研究

在接触运动方程的基础上 ,应用旋量理论和微分几何等新概念、新方法 ,建立指端与被操作物体间具有接触相对运动的空间软指刚性冗余度机器人协调操作的动力学模型并进行了最小关节力矩的轨迹规划 ;然后通过仿真计算与硬点接触模型进行了比较分析 ,仿真结果表明 ,系统模型更加适用于低速、小位移的精细操作     

一种机器人末端操作器的抓握研究

特殊领域下要求机器人具有极大的捕获范围及定姿定位精度,用以捕获漂浮目标。研究了一种机器人末端操作器,通过合理设计构型使得末端操作器具备六自由度限位能力;再通过对其抓握过程的研究,建立了不同条件下的抓握轨迹。由抓握试验可知：操作器快速闭合和锁紧有利于减小位姿偏移;采用合理的抓握控制,可以获得最大的抓握范围以及最好的抓握效果。     

基于CNN-LSTM的机器人触觉识别与自适应抓取控制

基于触觉进行物体识别对于机器人实现精细操作、人机交互有着重要意义。结合深度学习理论,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)神经网络的融合模型的机器人触觉序列识别方法,使用14种实验样品组建的触觉数据库进行了十四分类和四分类测试,分别达到了94.2%和95.0%的识别正确率;在此基础上搭建了一套结合物体在线识别的稳定抓取系统,有效地改善了机器人灵巧手的抓握效果。实验表明,对比基本卷积神经网络模型和简单长短期记忆神经网络模型,提出的融合模型对于触觉序列有更好的识别能力,并且能够实际应用于物体在线识别和稳定抓取控制。     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。     

基于气动柔性驱动器的三自由度手指指端输出力特牲研究

三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器 ( FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与各个内腔气体压力增值之间的映射关系。对手指指端输出力进行了仿真研究和实验研究,实验结果与力模型结果基本吻合。     

一种高性能花瓣廓形胶囊机器人

为提高肠道内综合驱动性能,提出一种新型花瓣状结构胶囊机器人,机器人表面四块偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体运动路径发生改变并产生多楔形效应。根据库埃特流动理论,借助牛顿内摩擦定律建立花瓣型胶囊机器人流体动力学模型,在求得机器人稳态游动速度、流体动压力和液体扭转力矩解析解的基础上,对花瓣型胶囊机器人综合性能进行研究。理论与试验证明花瓣型胶囊机器人表面流体动压与稳态游动速度更大,流体扭转力矩更小。花瓣型胶囊机器人的综合性好,实现机器人在管道内全悬浮式非接触游动,诊断遍历时间更短,对肠道的扭曲作用更小,安全性更高,在胃肠道诊断领域实用前景良好。     

脉动流场中介入机器人抗冲击性能研究与结构优化

基于腹足动物运动原理,提出一种能在脉动流场中稳定可靠运行的介入机器人。考虑到流场及在其中运动的介入机器人会发生相互影响,笔者在数值分析流场对机器人冲击力的基础上,对机器人外形结构进行优化,并对流体冲击下稳定运行时所需的机器人与管腔间的切向阻力进行定量分析。为分析通过磁流变液固化后机体与管壁间由于啮合产生的最大切向阻力是否足够抵抗流体的冲击,建立生物管腔内壁表面特性模型,实验研究机器人与管壁间间切向运动阻力影响因素。     

工业机械手视觉/力混合控制方案研究

对于未标定刚性环境,给出一种基于位置的视觉/力混合控制策略,实现对机械手的运动控制。在视觉引导下,机械手的末端寻找并稳定接触目标物体;当接触完全建立后,采用视觉和力同时控制机械手的运动。在任务空间内,基于边缘的刚体跟踪器把动态过程中的线性动态误差提供给局部稳定的观测器。实验和仿真结果证明了该方法的有效性。     

面向不平地面的双足欠驱动步行稳定控制

为实现双足机器人在不平地面上的欠驱动步行,提出一种基于质心运动状态的稳定步行控制策略。考虑地面柔性,使用柔性接触模型描述“机器人足部地面”柔性接触,并通过解耦建模的方式建立了“机器人地面”前向与侧向耦合动力学模型。根据人类变速步行特征,提出基于机器人质心速度控制的步行控制策略,将三维步行解耦为前向和侧向的主从控制,通过控制质心位移实现质心速度控制,进而实现稳定步行。搭建三维欠驱动双足步行机器人样机,在地面高度变化不大于0.032 m的不平地面上成功实现了平均步行速度0.216 m/s、步幅为0.31倍腿长的欠驱动步行。试验结果表明,所提控制策略可通过质心速度控制来实现不平地面上的欠驱动稳定步行。     

未知时变环境下采摘机器人电液伺服控制系统

为保证采摘机器人在未知时变环境下的控制稳定性和机器人末端执行器的位置执行精度,优化采摘机器人电液伺服控制系统。系统基于直流电动机驱动机器人各个关节,构建采摘机器人电液伺服控制系统的数学模型;通过加权自扰动递推最小二乘法辨识采摘机器人接触动力学模型实时控制参数后,结合小脑神经网络和PID算法,分别实现前馈控制和反馈控制,以此优化采摘机器人电液伺服控制系统。结果表明：优化后系统具备较好的控制参数辨识效果,机器人末端执行器在3个方向的误差接近于0;可在2 s内完成控制,超调量在2%以内;控制机器人在静态和动态2种状态下,液压缸活塞的位移结果均低于1.6 cm。     

RESEARCH ON BEHAVIORS OF ELECTRORHEOLOGICAL FLUID-BASED SEMIACTIVE ROBOT FINGERTIPS

ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＳＯＦＥＬＥＣＴＲＯＲＨＥＯＬＯＧＩＣＡＬＦＬＵＩＤＢＡＳＥＤＳＥＭＩＡＣＴＩＶＥＲＯＢＯＴＦＩＮＧＥＲＴＩＰＳ①ＹｕｅＨｏｎｇＬｉＴｉｅｊｕｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｒｉｎｇ,Ｈ...     

基于坐标变换下的球形机器人稳定平台控制

由于球形机器人内部构件相对于壳体需要保证全方位的运动,所以机器人内部的传感器以及探测设备常因缺乏稳定支撑而无法正常工作.基于此,探讨通过控制的方法使机器人内部形成稳定平台.利用基于能量耗散形式下的拉格朗日方程建立球形机器人前向滚动状态下的动力学模型,并根据实际运动情况对所推导的动力学方程进行线性化处理,接着通过坐标变换的方法,使方程在新的平衡点处转化为线性定常的状态空间形式.在整个变换过程中引入平衡摆角和平衡速度两个重要概念,为进一步分析机器人运动特征奠定基础.对于动力学方程中出现的循环坐标,采用减少状态变量的方式来保证系统的可控、可观性.针对机器人运动中所需要达到的具体性能指标要求,设计机器人的全状态反馈控制器,可对系统的极点进行任意配置.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性.     

Simultaneous control of robot manipulator impedance and generalized force and position

Certain industrial tasks require forces to be applied to objects during task execution. Of these tasks, a subset of them may be completed successfully with only crude control over contact force. A open-loop method of force control is proposed for these applications. This method utilizes the impedance control of Hogan to achieve open-loop control over generalized contact forces and position. The net result is simultaneous control of manipulator mechanical impedance and the generalized position and the force of the robot. An algorithm is proposed which determines the manipulator generalized position inputs, the only signal available to an impedance controller, in order to generate prescribed generalized forces while in contact with fixed objects. A new approach to the establishment of the stability of impedance controls during object contact is given, utilizing the theory of singularly perturbed dynamic systems. Experimental results on a two degree-of-freedom robot confirms the validity of the approach proposed here to control contact forces in an open-loop manner.     

基于微分几何的欠驱动机器人动力学建模和控制

应用位形流形最小嵌入模型,对带有二阶非完整约束的欠驱动机器人动力学建模和控制进行研究。采用位形流形最小嵌入模型,简化了动力学方程,为欠驱动机器人动力学建模和控制的进一步研究奠定了基础。首先用一个齐次线性方程组表示被动关节的存在,给出基于嵌入模型的动力学方程解的结构。通过引入计算转矩控制法,给出另一个和主动关节及控制输入有关的齐次线性方程组,分析控制输入和这两个方程组解之间的关系,得到一个与控制输入及这两个方程组的解相关的欠定线性方程组,求解该欠定线性方程组,得到欠驱动机器人改进的动力学方程,进而可以运用全驱动机器人控制法来实现最小嵌入模型的控制,解决了由全驱动机器人控制法实现欠驱动机器人关节空间控制的问题。最后以平面二杆欠驱动机器人为例,验证了所得理论的可行性和有效性。     

Mechanism of Spine Motion About Contact Time in Quadruped Running

The current research of quadruped robot focuses on the quadruped robot with spine motion. Contact time is a very important part of system performance. However, the mechanism of spine motion about contact time has not been clearly elucidated. In this paper, the e ect of spine motion on contact time is studied deeply from dynamic view.Firstly, a simplified model of the quadruped robot with spine joint is set up, its dynamic equations are derivated, and a method that can generate passive periodic locomotion is proposed. Secondly, according to the vertical spring oscillator model, the two-dimension planar locomotion of the simplified model is regarded as a special vibration in the vertical direction, and the approximate formula of calculating contact time is obtained. Finally, the approximate formula of calculating contact time is verified by the simulation results of passive periodic locomotion, and the e ect of spine motion on contact time is deeply discussed based on the approximate formula of calculating contact time. The discussion proves that spine motion indeed has little e ect on contact time, but spine motion can slightly reduce body pith movement and regulate the leg sti ness in leg contact phase. This research proposes an e ective research method which can be used to study the motion mechanism of the quadruped robot with spine motion,and the mechanism of spine motion about contact time is clearly elucidated which is helpful to set the parameters of mechanical structure and study control algorithm about the quadruped robot with spine motion.     

冗余度机器人的非接触阻抗控制

机器人与运动物体接触的过程包括非接触、接触过渡和接触3个部分。对于机器人与高速运动目标接触等存在较大冲击的应用实例，进行有效的非接触阻抗控制是实现机器人稳定、安全作业的必然要求。这方面的研究是实现机器人捕捉运动物体的关键技术，在工业、军事和航天等领域均有重要意义。本文对冗余度机器人非接触阻抗控制的理论和应用研究的现状进行了详细的综述，并提出了需要进一步深入研究的一些问题。     

3-RRRT并联机器人轨迹跟踪控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型。设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真。仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制。