满足不同交互任务的人机共融系统设计

人与机器人共同协作的灵活生产模式已经成为工业成产的迫切需求, 因此, 近年来人机共融系统方面的研究受到了越来越多关注. 设计并实现了一种满足不同交互任务的人机共融系统, 人体动作的估计和机器人的交互控制是其中的关键技术. 首先, 提出了一种基于多相机和惯性测量单元信息融合的人体姿态解算方法, 通过构造优化问题, 融合多相机下的2D关节检测信息和所佩戴的惯性测量单元测量信息, 对人体运动学姿态进行优化估计, 改善了单一传感器下, 姿态信息不全面以及对噪声敏感的问题, 提升了姿态估计的准确度. 其次, 结合机器人的运动学特性和人机交互的特点, 设计了基于目标点跟踪和模型预测控制的机器人控制策略, 使得机器人能够通过调整控制参数, 适应动态的环境和不同的交互需求, 同时保证机器人和操作人员的安全. 最后, 进行了动作跟随、物品传递、主动避障等人机交互实验, 实验结果表明了所设计的机器人交互系统在人机共融环境下的有效性和可靠性.     

基于非零和博弈的自适应人机协作系统设计

为了提高人机协作的协调性,本文设计了基于非零和博弈的自适应人机协作系统,系统由互相解耦的内外环构成。在外环中,通过引入非零和博弈的方法设计人机协作策略,构建关于人力和机器人控制输入的能量函数,通过求解博弈中的纳什均衡达到最优控制。针对能量函数中的不确定参数,采用神经网络估计器进行更新,以估计人和机器人的力。并且通过设计神经网络函数的中心值,获得机器人控制力与跟踪误差的关系,保证控制方法的跟踪性。在更新过程中自适应调整刚度系数,实现人机柔顺协调。另外,在内环中设计了神经网络控制器,采用径向基神经网络,基于实时采集的机器人系统输入输出数据逼近控制器中未知非线性的机器人动力学模型,提高了系统跟踪精度。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

一种基于四叉树的改进的ORB特征提取算法

文中提出了一种基于四叉树的改进的ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)特征提取算法,它能够解决图像特征提取过程中特征点过于集中而导致的图像局部特征信息丢失的问题。首先,将图片构造成图像金字塔来解决尺度不变性问题;然后,在每一层金字塔图像上检测角点来提取特征点;接着,引入四叉树算法来 均匀化分布特征点并计算特征点的方向和描述子;最后,以华硕深度摄像头(Xtion PRO)为实验工具,在室内环境下提取周边特征点,并将提取效果与其他方法进行对比,实验证明了所提算法在图像特征均匀化处理方面的快速性以及准确性。     

力控法兰的模糊PID恒力控制方法

针对工业机器人进行接触式作业过程中对末端接触力的要求,提出了一种基于力控法兰的末端恒力控制方法。对力控法兰进行了分析建模与参数辨识,设计了模糊控制与比例积分微分(proportion integral derivative,简称PID)控制并行的模糊PID控制器,通过Matlab仿真对纯模糊控制与模糊PID控制效果进行了对比,并研究了模糊PID控制器各参数对控制性能的影响。最后,搭建了基于Labview和外部设备互连(peripheral component interconnect,简称PCI)总线数据采集卡的实验平台,对力控法兰末端输出力进行了实验验证。仿真结果表明,纯模糊控制可提高系统响应性能,但存在一定的稳态误差。加入PID控制与模糊控制并行控制后,仿真与实验证明,阶跃响应的稳态误差消除,正弦跟随效果明显改善,恒力控制输出力在期望力F=10N时波动误差为±0.8N。因此,通过模糊PID控制可实现力控法兰末端的恒力控制,具有较好的动态响应性和跟随鲁棒性。     

基于阻抗控制的机器人砂带打磨的建模与仿真

针对六自由度机器人砂带打磨作业,基于力跟踪阻抗控制方法建立了一种机器人砂带打磨样 机系统．首先,考虑实际打磨过程中砂带以及接触轮的弹性形变和刚度时变等特点,根据Ｈｅｒｔｚ弹 性接触理论建立了连续接触力模型．进而,分析砂带打磨过程的刚柔耦合关系,设计了一种具有自 适应补偿的力跟踪阻抗控制器,补偿接触时砂带的形变量．然后,依据砂带的材质特点,运用模态中 性文件法创建砂带柔性体,在此基础上,在Ａｄａｍｓ中建立机器人砂带打磨的虚拟样机．最后,利用 Ａｄａｍｓ和Ｍａｔｌａｂ搭建机器人砂带打磨联合仿真平台;仿真实验结果表明该样机能够较好的满足 对力控制的要求．     

基于粒子群算法的6自由度机械臂动力学模型参数辨识

提出了基于粒子群优化(PSO)算法的工业机器人动力学参数辨识方法。首先利用改进的牛顿-欧拉方法,建立考虑关节摩擦的机械臂线性动力学模型,然后引入PSO算法,建立基于PSO算法的估计未知动力学参数的算法,最后以UR工业机器人为实验对象,通过设计激励轨迹,激励工业机器人关节运动,并对关节运动参数进行采样,实现UR工业机器人的动力学参数估计,并根据力矩预测精度验证动力学模型。实验证明了所提出算法辨识工业机器人动力学模型参数的准确性和有效性。     

基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控系统

针对由Co De Sys Soft Motion控制的六自由度工业机器人,设计了一种基于OPC标准协议和Web技术的工业机器人3D(三维)虚拟动态监控系统。基于.NET平台的Windows窗体应用程序框架和My SQL数据库,采用C#语言设计了工业机器人监控客户端程序;通过Co De Sys OPC服务器配置工业机器人各关节角和运动状态为数据项,采用Web GL技术和three.js框架建立了六自由度工业机器人Web3D模型,基于机器人运动学设计了工业机器人3D动态网页。实现了工业机器人关节角和状态数据传输和存储,以及基于Web的工业机器人3D虚拟动态监控功能。     

基于FreeRTOS的嵌入式智能骑行台

为了解决传统的非智能骑行台功能单一,不能与骑行台客户端进行数据交互,且阻力调节不均匀,骑行体验一般等问题,设计了基于FreeRTOS实时操作系统的嵌入式智能骑行台。骑行阻力的设计方案选用磁阻式,目的在于降低噪声,提高骑行体验。硬件电路方面根据系统的功能需要设计了主控模块、电源模块、速度测算模块以及磁阻控制模块。程序设计部分包括蓝牙通信、ANT+通信、速度计算、功率拟合、休眠与唤醒以及磁阻控制等功能程序。最后,制作实验装置对系统的无线通信功能、挡位控制功能、骑行台客户端适配功能等进行测试。实验结果表明,测试效果良好,系统具有较好的实时性和较高的可靠性,满足预设的功能需求。     

新型八轮双摇杆摇臂扭杆月球车悬架设计

根据月球车探测任务的要求和探测地点,分析了设计月球车悬架的方法以及建立悬架设计基本参数选取的方法.从牵引力角度来着重设计悬架及其主要构件,根据月球车的牵引性能取决于土壤的推土阻力和运动阻力,提出了悬架设计的概念设计原则,利用经典的地面力学理论和车辆设计方法构建了月球车悬架设计的概念设计方法.最后利用该方法设计并提出一种新型的月球车悬架构型.通过仿真和实验验证:设计的悬架能够满足设计要求以及概念设计方法的合理性和有效性.