基于卡尔曼滤波的机器人力控制

为解决机器人在打磨、装配等复杂作业环境下,其末端力传感器获取到的机器人本体与作业环境间的接触力信号存在干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼滤波的机器人力控制模型.通过搭建力控制模块,对比经典阻抗控制与基于卡尔曼滤波的机器人力控制下的接触力跟踪效果,分别搭建平面轨迹跟踪与曲面轨迹跟踪机器人可视化平台.经仿真验证发现,两种工况下基于卡尔曼滤波的机器人力控制比经典阻抗控制的力控制效果更优.     

可灵活配置的四站式拉线编码器机器人测量系统

针对结构复杂的机器人,在其末端不安装位置传感器情况下分析其动力学性能的问题,研制出了一种可灵活配置的四站式拉线编码器机器人测量系统。提出了一种简单的四站拉线编码器初始位置校准方法,该方法通过现场简单操作即可使用其粒子群算法迭代解算出4个站点之间的初始位置关系,实现了测量前基站位置的任意安放,提高了系统测量的效率;设计了一种灵活、轻巧的拉线导向结构,实现了拉线编码器的任意方向运动,从而实现了测量系统与机器人运动的随动,在不改变机器人原有结构和动力学特性的情况下,方便地获得了机器人的末端位置信息。研究结果表明:四站拉线编码器初始位置校准方法计算精度高、速度快;测量系统配置灵活、轻便,测量效率高,测量精度能够满足工程的需要。     

基于模块化控制的配电终端智能调试机器人控制系统

提出了基于模块化控制设计一种配电终端智能调试机器人控制系统。首先，采用通信模块与数据采集模块获得智能调试机器人的数据信息，通过传感器等设备将数据传输给主控制模块；然后，汇总相关数据信息，并在主控模块下达指令对配电终端智能调试机器人进行控制；最后，通过模块化使机器人控制系统实现动态避障与最短路径规划。实验结果表明，该系统实际调试配电终端时能够平滑稳定的控制机械手完成调试工作，同时具有良好的避障效果，配电终端调试效率高。     

基于拉线式编码器的混联搬运机器人误差检测

根据码垛任务特点,采用基于混联结构的四自由度码垛机器人设计;优化连杆参数,简化混联结构机器人的运动学求解,采用D—H法,获取机械手末端在三维空间的位置坐标的理论值;采用4个拉线式绝对编码器,2个平行布置的连杆,以及数据采集处理器,基于编码器信息,根据运动几何关系求解,获取机械手末端在三维空间位置的实际值;通过对比理论值与实际值,得到机器人的终端位置误差检测。     

基于手眼视觉的空间末端操作器的轨迹规划

空间机器人将用于对空间目标的跟踪、接近、包络和抓捕,由于机器人和抓捕目标均处于无约束自由飘浮状态,因此顺利进入捕获区并完成抓捕较为困难。针对漂浮机器人和漂浮目标对接困难的问题,利用末端操作器上的手眼视觉作为传感器系统对末端操作器的运行轨迹加以控制;利用动量守恒和动量矩守恒两大基本定理,推导了手眼视觉引导下空间机器人末端操作器为达到期望捕获位姿的轨迹规划,使得末端操作器可以规避末端操作器手指外形实现对目标的无接触跟踪和包络;利用气浮平台、被动6自由度模拟器实现了地面模拟空间失重环境,并在该试验平台上试验了机器人末端操作器对漂浮目标的跟踪和捕获。研究结果表明,基于视觉的轨迹规划可以协助机器人完成对漂浮目标的跟踪和抓捕。     

Movement programming of space robot's end-effector based on vision

空间机器人将用于对空间目标的跟踪、接近、包络和抓捕,由于机器人和抓捕目标均处于无约束自由飘浮状态,因此顺利进入捕获区并完成抓捕较为困难.针对漂浮机器人和漂浮目标对接困难的问题,利用末端操作器上的手眼视觉作为传感器系统对末端操作器的运行轨迹加以控制;利用动量守恒和动量矩守恒两大基本定理,推导了手眼视觉引导下空间机器人末端操作器为达到期望捕获位姿的轨迹规划,使得末端操作器可以规避末端操作器手指外形实现对目标的无接触跟踪和包络;利用气浮平台、被动6自由度模拟器实现了地面模拟空问失重环境,并在该试验平台上试验了机器人末端操作器对漂浮目标的跟踪和捕获.研究结果表明,基于视觉的轨迹规划可以协助机器人完成对漂浮目标的跟踪和抓捕.     

卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教研究

将现代康复医学与机器人学相融合,用于下肢康复训练的技术,已经成为当前研究的热点。目前,现有的下肢康复训练机器人训练轨迹改变困难,不能适应个性化训练的要求。在已有的机械系统的基础上,在机器人的末端安装力觉传感器,通过导纳控制算法的设计以及分析机器人位姿矩阵的构成,获取机器人末端在笛卡尔空间中的位姿。再通过求逆解模块,得到各个关节的实时角度,从而驱动机器人按照示教轨迹运动。通过康复训练中的抬腿动作试验,证明了卧式下肢康复训练机器人力觉拖动示教系统的设计,达到了预期效果。     

扩展卡尔曼滤波和配准算法的工业机器人误差补偿

针对现有工业机器人误差,特别是工业机器人末端轨迹精度低、实时监测计算复杂等问题,提出利用扩展卡尔曼滤波器和配准算法组合提高机器人末端轨迹精度的算法,解决了机器人末端精度低、控制补偿不准确等问题。建立SCARA机器人数学模型,同时建立基于扩展卡尔曼滤波和配准算法的机器人误差补偿模型,通过扩展卡尔曼滤波、配准算法进行误差补偿,实现了末端精度的提高。通过仿真验证,分析对比机械手末端轨迹补偿前后的误差,证明了算法的可靠性与准确性。     

机器人手爪的多传感器数据采集、融合和传输系统

机器人为了灵巧地抓取物体,在手爪上配置了多种传感器,例如,指力传感器、触觉传感器和距离传感器。研制了一套基于DSP的系统,实现传感器数据的采集、融合和传输。系统硬件由数据采集模块、DSP模块和CAN传输模块组成。系统软件包括监控程序、初始化模块、看门狗模块、数据融合模块、CAN通信模块、数字量采集模块、正交编码脉冲计数模块和A/D中断服务程序。该系统实时地采集和融合手爪各传感器的信息,得到手爪与工件的安全连接状态,通过CAN总线传输给主控计算机。     

安保机器人数字孪生系统研究

针对安保机器人物理结构复杂、控制系统精度要求高、实时数据采集、数字端的传感器信号处理等问题致使安保机器人开发周期长、开发难度大的问题,设计了一个安保机器人数字孪生系统。对安保机器人数字孪生系统的系统管理模块、系统监控模块、功能模块3个子模块进行了详细设计,实现了对安保机器人数字孪生系统的管理、机器人主要部件的参数监控、传感器数据的采集和处理以及同类型机器人的二次快速开发。     

内燃机振动信号前端调理模块设计

振动传感器广泛应用于内燃机的监测与诊断之中,但振动传感器的正常工作需要恒流源提供稳定的电流支持,同时,由于振动传感器信号极其微弱、工作环境干扰大,所以振动信号在进入后端数据采集系统之前,需要进行放大、滤波等处理,以满足数据采集系统的要求。介绍了一种内燃机数据采集系统前端调理模块的设计方法,实现了振动传感器恒流源供电、信号滤波的功能,特别是程控放大功能,通过串口通讯,上位机控制调理模块的单片机以设置或读取信号的放大倍数,相比以往开关控制信号的放大更简洁、方便。     

基于DSP的移动机器人智能信号采集处理模块研究

采用以DSP为核心的信号采集与信息处理技术，结合现代智能传感器技术的设计理念，设计了具有广泛适应性的移动机器人智能信号采集处理模块。该模块可以采集多种不同输出特性的传感器信号，并对信号进行智能化的补偿和校准，为决策系统提供更加准确可靠的信息。     

双机器人制造系统的网络协作离线编程研究

在分析双机器人快速原型加工硬件特点和基础上,建立了双机器人离线编程系统总体结构,研究了图形数据处理、加工路径规划与仿真和后置处理等关键技术,并用IDEF方法对各功能模块进行了详细设计,研制了一套离线编程软件,实现了双机器人加工程序的自动生成,最后详细论述了用NetMeeting进行双机器人异地协作编程的系统配置和工作过程。     

机器人基座六维力传感器重力补偿研究

机器人基座六维力传感器常受到安装精度和机器人重力影响而出现测量误差。为了解决这一问题,在利用 D-H 法建立机器人位姿模型的基础上,推导出基于最小二乘法的基座六维力传感器静态重力补偿算法。针对算法中需要采集大量机器人位姿数据的问题,采用正交实验法确定样本空间以减少位姿采集量。最后以六自由度协作机器人为例,利用 6 因素 5 水平的正交实验表获取机器人典型位姿,搭建数据采集平台,实现补偿算法所需数据的采集,求解该机器人的基座六维力传感器静态重力补偿矩阵。实验表明,该补偿算法能够有效得到基座六维力传感器测得的误差值。     

Fabrication of four-point biped robot foot module based on contact-resistance force sensor and its evaluation

This paper presents the design of robot foot module of four-point biped walking robot and its fabrication. The foot module has four sensor units based on contact-resistance force sensor. The thin-film-type force sensor is fabricated by coating resistive ink on thin polyimide film using silk screening technique. The simple structure is devised and fabricated to assemble the thin force sensor rigidly. The unit force sensor module is evaluated by the calibration setup to obtain the characteristics of repeatability and hysteresis. The sensor module presents hysteresis error of about 5% and repeatability error of about 0.37%. The calculated zero moment point (ZMP) of the foot module is also compared with the measured position using static load of 50 N. The maximum location error of ZMP is less than 10%. The robot foot module shows the possibility of applying it to humanoid walking.     

Acquisition and optimization of weld trajectory and pose information for robot welding of spatial corrugated web sheet based on laser sensing

Robot welding provides us a new inexpensive technology to fabricate corrugated web H-beam compared to traditional mill process. The key and challenged technology to realize the intelligent welding of the spatial curve seam is to acquire the trajectory and pose information. A practically viable and robust method based on laser sensing was proposed to solve the aforementioned key problem. Firstly, robot, laser sensor, CCD camera, encoder, working station, and computer to control the robot were integrated into a system. Next, the trajectory information was acquired by laser distance ranging sensor and encoder based on triangulation theory. The filtering and smoothing algorithm was developed to accurate the web data. The posture was established based on the trajectory information. The interactive communication between the computer and robot was established to in time control the moving of the robot. Lastly, the data which were processed by the improved amplitude-limiting filtering algorithm were transmitted to the robot. The robot executed the program files in order to complete the welding process. The results show that this method has a high practicality in robot automatic welding of corrugated web H-beam.     

Autonomous seam acquisition and tracking system for multi-pass welding based on vision sensor

Automatic welding technology is a solution to increase welding productivity and improve welding quality, especially in thick plate welding. In order to obtain high-quality multi-pass welds, it is necessary to maintain a stable welding bead in each pass. In the multi-pass welding, it is difficult to obtain a stable weld bead by using a traditional teaching and playback arc welding robot. To overcome these traditional limitations, an automatic welding tracking system of arc welding robot is proposed for multi-pass welding. The developed system includes an image acquisition module, an image processing module, a tracking control unit, and their software interfaces. The vision sensor, which includes a CCD camera, is mounted on the welding torch. In order to minimize the inevitable misalignment between the center line of welding seam and the welding torch for each welding pass, a robust algorithm of welding image processing is proposed, which was proved to be suitable for the root pass, filling passes, and the cap passes. In order to accurately track the welding seam, a Fuzzy-P controller is designed to control the arc welding robot to adjust the torch. The Microsoft Visual C++6.0 software is used to develop the application programs and user interface. The welding experiments are carried out to verify the validity of the multi-pass welding tracking system.     

经济型多功能管道机器人控制系统的研制

针对经济型多功能管道机器人的工作特点,研制了机器人的控制系统。该系统采用分级控制方式,以C8051F单片机作为其核心控制器,完成了数据采集模块、电源模块、远程监控模块等硬件电路的设计及上位机监控系统的开发,实现了机器人的自主控制及管外监控。经试验证明,该系统运行稳定,为管道机器人的后续开发提供了开放式控制平台。