潜入式微细管道机器人的全程定位方法

提出一种潜入式微细管道机器人的全程定位方法,设计了基于PSD位置敏感原理的曲率传感器及其检测系统.结合机器人移动参数及检测的初始条件,运用管道机器人全程定位算法在全局坐标中描述了管道机器人的空间位置.     

双PSD工业机器人标定系统多目标位置控制研究

为了快速、精确、低成本的实现工业机器人的标定,设计了基于双PSD(位置传感装置)的工业机器人标定系统,激光束校准是该标定系统的关键问题,需要控制固定在工业机器人末端执行器上的激光指针,使得激光束照射在一个PSD中心,并反射到另一个PSD中心,针对此多目标位置控制问题,在建立激光束校准模型的基础上,运用H∞控制理论设计了H∞控制器,通过在线预估工业计机器人坐标系与PSD坐标系之间的变换矩阵,快速实现激光束校准,并通过实验验证了该H∞控制方法的可行性和有效性。     

位置敏感探测器(PSD)的非线性补偿技术

介绍了二维枕型位置敏感探测器(PSD)的工作原理和非线性的成因.根据PSD的非线性特点提出了双边线性插值补偿法对PSD的非线性进行补偿.在不增加硬件成本的前提下大幅度提高了PSD的线性度,扩大了PSD的有效使用面积.实验表明:补偿后PSD获得了很好的线性度.     

基于PSD的机器人触须传感器系统

提出了一种新型机器人触须传感器.它基于啮齿类动物触须的工作机制,以PSD为敏感元件,测量触须接触物体时根部产生的微小位移量.在PSD信号处理上,提出了以软件算法代替信号调理电路中的四则运算部分,有效地提高了系统的精度和稳定性.实验结果表明:触须根部位移量的大小与接触物的距离成反比,而两者的方向角越小位移量变化就越快,由此可以获得接触物的位置信息.     

机器人标定系统自适应控制器研究

为了降低非线性系统自适应控制器设计的难度,提出通过运动分解减小非线性方程维度的方法设计相应的自适应控制器。将机器人末端执行器的运动分解为平移运动和旋转运动,让机器人末端执行器上的激光器通过先平移后旋转的方式使激光光斑分别趋向于PSD1和PSD2的中心。通过运动分解减小非线性方程的维度的方法,降低了控制系统数学方程的复杂度。为验证用所提方法设计控制器的有效性,利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真环境,对标定过程进行仿真分析。仿真结果表明:所设计的控制器可使机器人运动更迅速、稳定地实现控制目标。     

基于PSD的深孔轴线度测量机器人设计

针对目前深孔轴线度测试技术的不足,设计了一种基于PSD的自定心深孔轴线度测量机器人。通过螺旋管道机器人驱动,带动内径自定心装置沿管道轴线前进,置于定心轴端的激光头发出激光束并照射到外置的四象限PSD面板,通过电路转换和数据采集实时显示当前管道位置的轴线位置,并完成所测深孔轴线的测量。与现有测量系统相比,该机器人可以实现精密仪器中深孔、盲孔任意截面直线度参数的测量。     

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器（Position Sensitive Detector,PSD）建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤（原点、转角、长度和二阶非线性标定）,测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率（50 Hz）。标定实验结果表明：标定后的4-PSD测量系统在70mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。     

混合动力汽车差速耦合装置的改进设计

阐述了借鉴差速器设计混合动力汽车(HEV)动力耦合装置(PSD)的方法.由于HEV中的PSD与传统差速器不同,经常处于高转速工况工作,为此,分析了对差速齿轮进行改进设计的必要性,在Advisor软件中建立了仿真模型,得到了车辆在NEDC( New European Driving Cycle)工况行驶时PSD各齿轮的转速与扭矩曲线,对PSD齿轮进行了改进设计.建立了基于精确球面渐开线直齿锥齿轮三维模型,并进行了接触有限元分析,验证了此种方法建立PSD齿轮分析模型的可行性.     

基于PSD的固体线膨胀系数测量仪

对一维光电位置传感器PSD在微小位移的测量上进行了研究,并将PSD应用于固体线膨胀系数测量仪中,改进了传统的测量方法,从而实现对线性膨胀系数的智能化测量,具有成本低、结构简单、可靠性高、测量精确等优点.首先简要介绍PSD的工作原理和线性膨胀系数测量原理,然后给出了固体线系数,并对其测量误差进行了分析.     

二维位置敏感探测器(PSD)自动测试系统

为了实现对大尺寸二维位置敏感探测器(PSD)的性能标定,设计了基于LabVIEW的PSD自动测试系统.驱动步进电机以1mm步长对PSD光敏面进行扫描,并采集电压值计算激光光斑的位置.应用二元二次多项式法建立光斑位置测量值和实际值的计算模型,由此得出二维PSD非线性校正函数,使测量误差显著减小,较大地扩展了二维PSD的测量范围.     

基于一维激光测距仪的室内移动机器人定位

提出了一种利用安装在云台上的一维激光测距仪对移动机器人进行定位的方法.首先将机器人坐标系建立在云台上,并建立室内固定的参考坐标系,利用云台获取的旋转角以及一维激光测距仪采集到的距离信息对云台和一维激光测距仪标定.由激光测距仪扫描得到参考坐标系三轴上的三个点A、B、C求得移动机器人在室内参考坐标系下的定位.实验证明,该方...     

基于单片机的移动机器人自动避障控制系统

本文介绍了移动机器人自动避障行走控制系统的硬件电路设计和软件设计,通过单片机控制超声波测距电路的工作,为移动机器人提供运动距离信息,同时通过单片机实现控制算法,为移动机器人提供控制信息。     

Workspace analysis of a novel underactuated robot wrist based on virtual prototyping

The workspace denotes the work area of a robot, which is an important foundation of designing a robot. As formulating the suitable workspace models for a robot wrist is very crucial for analyzing its behavior, many researches have been focused on it in recent decades with a result of many valuable contributions. However, current researches always focus on rigid and full actuated robot wrist, while the robot wrist is always a multibody system, which can affect the accuracy of workspace analysis and simulation. This paper proposed a model of workspace analysis of a novel underactuated robot wrist based on virtual prototyping. After the conceptual design of a novel underactuated mechanism was introduced, the degree of freedom of the underactuated robot wrist was calculated. Then the detailed design of underactuated robot wrist was done. The whole workspace model of the robot system was then established. It was indicated that the working points in the workspace of the robot were distributed compactly and uniformly, which can meet design requirements with high efficiency. The workspace analysis of underactuated robot wrist and the accuracy analysis of underactuated robot wrist were also put forward. The result was testified by the simulation on Matlab, which demonstrated that the methodology is obviously helpful for robot design.     

一种6R非球型手腕机器人逆运动学算法研究

6R非球型手腕喷涂机器人得到了越来越广泛的应用,然而这种机器人的结构不满足Pieper准则,导致该机器人的逆运动学求解困难。对此,提出了一种近似解析法和数值迭代法相结合的6R非球型手腕机器人逆运动学组合算法。首先,根据6R非球型手腕机器人的结构特点近似转化为6R球型手腕机器人,并以等效球型手腕机器人的逆运动学解析解作为近似解,采用基于运动学雅可比矩阵的数值迭代法求解6R非球型手腕机器人的逆运动学精确解。其次,针对等效变换引起机器人有效工作空间减小,从而导致算法失败的问题进行了分析,提出了基于目标位姿偏置的方法提高逆运动学算法的鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了所提出的6R非球型手腕机器人逆运动学算法的可靠性和时实性。     

基于粒子滤波的移动机器人同时定位和环境模型的建立

介绍了一种基于粒子滤波的移动机器人同时定位与地图创建方法。通过旋转超声传感器获得环境信息，利用贝叶斯规则更新栅格地图，然后利用粒子滤波对机器人进行定位，之后地图更新和机器人定位交替进行，直到将整个环境探测完毕。仿真结果表明机器人能较好的完成环境探测的任务。     

基于渐开线球齿轮的机器人柔性手腕结构与运动分析

介绍了一种基于渐开线环形齿球齿轮传动的机器人新型柔性手腕及其空间八杆驱动机构。该柔性手腕由六个球齿轮按特定规律串联而成,构成了一种多系杆的空间运动行星轮系机构。新型柔性手腕具有3自由度,可实现全方位偏摆运动和自旋运动,任意方位最大偏摆角可达126°,其运动性能明显优于著名的Trallffa柔性手腕。介绍了多个球齿轮的串联结构型式,分析了新型柔性手腕的结构特点和动作原理。对驱动机构进行了可动性分析,建立了驱动机构的运动学模型。分别进行了手腕偏摆运动分析和自旋运动分析,利用Denavit-Hartenberg方法确定了六个球齿轮的位姿矩阵,推导了手腕输出轴偏摆角与第一级系杆框架偏摆角之间的关系,并求出了输出轴末端的坐标参数方程,建立了自旋运动正、逆问题运动学模型。上述驱动机构和柔性手腕的运动学分析模型成为设计控制系统的依据。     

六自由度工业机器人手腕分析与优化综合

本文分析了用于六自由度工业机器人的球型手腕, 这种手腕具有结构紧凑, 姿态范围大, 定位精度高等特点.在运动学分析的基础上, 研究了手腕定位精度与各关节参数精度误差之间的关系, 给出了完整的误差数学模型, 借助于此模型通过优化设计, 得到了各关节参数精度的合理分配, 为机器人机械结构及控制系统的精度设计提供了依据.文章阐述了使机器人实现快速响应, 提高定位精度的优化设计方法.     

面向柔顺装配装夹的机器人手腕变刚度机理研究

在柔顺装配装夹过程中,不同工序对机器人手腕刚度要求不同。在刚性定位工序中,大的手腕刚度可保证机器人搬运工件定位到作业位置的精度。在装配装夹工序中,小的手腕刚度可柔顺补偿机器人装配装夹工件的位姿误差。提出了一种大范围变刚度的五自由度手腕,可实现工件的翻转、俯仰、偏转和平移。研究通过调节弹性张力改变手腕刚度的机理,实现手腕关节刚度随弹性张力的增加而线性增加。分析手腕弹性张力和几何参数对手腕变刚度特性和刚度分布的影响,通过设计手腕关节的几何参数实现手腕刚度分布保持不变。研究变刚度手腕刚性定位与柔顺装配装夹的机理,建立手腕装配装夹过程中的形变位姿模型和补偿工件位姿误差的空间模型,得到手腕刚度随手腕位姿的变化模型,实现手腕克服阻力完成装配装夹作业。实验结果表明机器人手腕可大范围变刚度,满足刚性定位与柔顺装配装夹要求。     

基于粒子群优化算法的工业机器人与外部轴标定

提出一种新的标定方法标定外部轴工作台与机器人工具间的坐标转换关系。该方法分为三步：首先,建立系统的数学模型,并根据模型标定机器人手腕与接触式距离传感器间的坐标转换关系,从而机器人和距离传感器组成机器人测量系统。然后,按预定程序移动检测目标,利用标定好的机器人测量系统测量并采集数据,初步标定出外部轴的转轴和俯仰两轴与机器人基础坐标系间的转换关系。最后,确定优化的目标函数,利用粒子群优化算法优化关键参数以提高系统的整体精度。试验结果验证了该标定方法的有效性。     

混联式腕关节康复机构的运动学仿真及康复效果评估

针对腕关节损伤或功能性退化患者，基于（2-RPS/UPU）&R混联机构提出一种可穿戴式腕关节康复机器人。用SolidWorks进行三维建模，导入Adams中进行正逆运动学仿真，在整个仿真过程中，曲线光滑，没有突变点，说明该腕关节康复机器人稳定性好，安全性强。利用AnyBody提取康复训练时腕关节处肌肉相关力学的变化参数，并对康复效果进行评估，结果表明该机器人带动手腕做康复运动时，腕关节周围肌肉的活动度和收缩情况符合康复医学的相关规律，不会对肌肉造成二次伤害，满足受损腕关节的康复需求。