基于改进神经网络的机械臂关节角度级联控制方法研究

为了提高机械臂关节角度级联控制能力,提出基于改进神经网络的机械臂关节角度级联控制方法.构建机械臂关节角度级联控制的约束参数模型,结合机械臂关节角度的位姿参数传感测量方法进行信息融合和特征提取,建立机械臂关节角度级联参数测量和层次融合模型,根据两传感器可信度参数分布定位关节角度的姿态,通过定姿补偿和反馈修正的方法,实现机...     

机械臂绝对定位精度测量

提出了用激光跟踪仪标定机械臂的D-H参数、测量机械臂绝对位姿以及对机械臂的绝对定位精度进行分析的方法;用激光跟踪仪测量机械臂各个关节单独运动时得到的一系列离散点,就可确定机械臂各个关节的轴线,由此建立机械臂的D-H坐标系,并对D-H参数进行标定;然后,给出了由6D激光头位姿确定机械臂末端位姿的方法;最后,推出了由测量位姿值与命令位姿值相比较,得到机械臂绝对定位的位置和姿态偏差的方法;这些方法可以有效、迅速地完成对机械臂绝对定位精度的测量.     

基于细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器设计

进行机械臂角度控制器设计过程中,为提高机器人机械臂灵活性,降低关节角度控制误差,设计一种细菌觅食算法的嵌入式机械臂角度控制器。首先,构建机械臂动力学模型以获取机械臂的柔性特征及其关节位置,根据获取的信息确定角度控制器的硬件逻辑结构和算法。然后,使用ARM微处理器嵌入式操作系统,设计包含移动控制终端和机械臂控制端的控制器硬件结构。最后,采用细菌觅食算法优化控制器参数,并实现代码完成机器人机械臂角度的精准跟踪控制。仿真分析结果表明:所提方法具有较高的位姿跟踪精度、角度控制误差小、稳定性强,能够保证机械臂关节角度无超调,具有极高的机器工程应用价值。     

基于时延补偿机理的工业机器人视觉跟踪控制系统

为提升机器人抓取精度,基于时延补偿机理设计工业机器人视觉跟踪控制系统。通过摄像机与机械臂之间的坐标系关系标定摄像机的外部参数;对工业机器人的运动情况进行建模,机器人机械臂在运动过程中产生坐标系变换,利用齐次坐标变换矩阵描述机械臂连杆运动位姿,引入模糊时延补偿算法,提高机械臂跟踪控制精度。系统性能测试结果表示：针对不同形状和位姿角度的物体,设计的系统在抓取过程中能够逐渐缩小误差,最终提高实验中的成功抓取次数,验证了设计系统的可靠性。     

排爆机器人机械臂定位精度误差自动补偿方法研究

针对于排爆机器人在进行排除爆破物质时,机械臂不能满足绝对准确的定位要求,位置检测精度与实际距离之间存在一定的误差。为了解决这一问题,提出排爆机器人机械臂定位精度误差自动补偿方法。基于D-H运动模型和微分变换法创建排爆机器人机械臂位姿误差模型,对误差模型进行重复参数分析,去除重复参数获得可辨识的线性方程;在可辨识的运动学参数误差模型线性方程中加入一个增量进行误差补偿。最后通过仿真实验结果表明,所提方法通过对机械臂位姿误差模型进行有效补偿,使排爆机器人机械臂绝对定位精度均值提升1.3mm。     

基于模糊滑模的六足蛇形臂机器人的末端位姿控制

针对六足蛇形臂机器人的超关节极限和位形偏移量大、末端位姿的控制稳定性不好的问题,提出一种基于模糊滑模的六足蛇形臂机器人的末端位姿控制算法。在超冗余运动学逆解空间中建立蛇形臂机器人的运动学模型,采用修正的DH参数法进行六足蛇形臂机器人的末端位姿参数调节和融合处理,建立蛇形臂机器人的末端位姿力学控制模型,在末端跟随运动中采用外环滑模导纳控制方法进行末端位姿的自适应参数调节,采用滑模误差反馈调节方法确定六足蛇形臂机器人的末端位姿,实现六足蛇形臂机器人准确的姿态定位和参量解算,提高控制稳定性。仿真结果表明:采用该算法进行六足蛇形臂机器人的末端位姿控制的姿态校正性能较好,蛇形臂关节的空间位姿自适应调整能力较强,跟随运动准确,具有很好的位姿控制稳定性。     

一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法

提出一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法,以实现移动平台和机械臂两者间位姿标定与机械臂运动学参数标定模型的统一.机械臂运动学参数标定使用最多的是基于D-H参数法,但D-H参数法无法克服相邻关节平行或接近平行时的奇异性问题,以及建模过程复杂、建模后的模型通用性差等问题.基于指数积的移动机械臂联合标定方法建模时不会因为关节轴平行而出现奇异性问题,建模过程简单.通过对整个系统的运动学方程进行微分运算,获得末端位姿误差和移动机械臂零位状态旋量误差及关节旋量误差的线性化模型.利用伴随矩阵方式建立关节旋量理论值与关节旋量实际值的关系,并通过改变伴随矩阵实现基于最小二乘法的参数辨识计算过程中参数更新.使用高精度激光跟踪仪作为测量工具,通过实验验证所提出方法的有效性.     

机械臂D-H参数和减速比几何标定及误差补偿

针对机械臂D-H参数和关节电机减速比不精确导致机械臂绝对定位精度降低的问题,提出了在利用几何分析标定机械臂D-H参数的基础上,通过分析关节实际旋转角度和相应电机编码器码值的线性关系,标定关节电机减速比的方法;针对关节角误差微分补偿法计算量大的缺点,通过推导机械臂末端位姿矩阵误差和关节角误差之间的微分关系建立误差模型,求解关节补偿角,避免了雅各比矩阵的求取,提高了计算效率;最后采用三维激光跟踪仪搭建测量系统,完成了一种6自由度机械臂的标定及补偿实验;实验结果表明,通过参数标定及误差补偿,机械臂的绝对定位误差均值从标定前的2.83 mm和1.14°降低到0.54 mm和0.24°,验证了方法的有效性。     

基于机器视觉的非特定物体的智能抓取系统的研究

针对传统机械臂局限于按既定流程对固定位姿的特定物体进行机械化抓取,设计了一种基于机器视觉的非特定物体的智能抓取系统;系统通过特定的卷积神经网络对深度相机采集到的图像进行目标定位,并在图像上预测出一个该目标的可靠抓取位置,系统进一步将抓取位置信息反馈给机械臂,机械臂根据该信息完成对目标物体的抓取操作;系统基于机器人操作系统,硬件之间通过机器人操作系统的话题机制传递必要信息;最终经多次实验结果表明,通过改进的快速搜索随机树运动规划算法,桌面型机械臂能够根据神经网络模型反馈的的标记位置对不同位姿的非特定物体进行实时有效的抓取,在一定程度上提高了机械臂的自主能力,弥补了传统机械臂的不足.     

基于图像处理的低误差机械臂位姿检测仿真

传统柔性机械臂位姿检测方法在实际应用中无法准确检测机械臂位资的俯仰角、偏航角以及滚转角.为此,提出基于机械视觉的柔性机械臂位姿检测方法.利用TL5147对机械臂位姿图像采集并显示.,通过EDMA传输法完成图像传输,提升程序工作效率.利用四元数算法完成柔性机械臂的空间位姿关系检测,保证机械臂位姿检测的准确性,实现机械视觉...     

基于大数据聚类的工业遥操作机器人位姿定位控制系统设计

针对工业遥操作机器人位姿定位过程中难以同步控制位置和姿态角,导致位姿定位准确性较差的问题,利用大数据聚类技术,从硬件和软件两个方面优化设计工业遥操作机器人位姿定位控制系统。通过位姿传感器的改装,保证传感器设备能够同时测量机器人位置与姿态,改装定位控制器和驱动器。在系统硬件的支持下,考虑机器人组成结构、运动原理和动力学理论,构建机器人数学模型,在该模型下模拟机器人遥操作过程,确定机器人位姿的定位控制目标。实时采集机器人位姿数据,利用大数据聚类技术计算定位控制量,在控制器的约束下,实现系统的位姿定位控制功能。通过系统测试实验得出结论：综合多种类型的运动情况,在优化设计系统的控制下,机器人的位置误差平均值为4.5mm,姿态角控制误差为0.04°。     

双臂搬运机器人反应式导航控制系统设计

为增强双臂搬运机器人在作业任务过程中的行进避障能力,使其运动行为得到连续有效控制,设计双臂搬运机器人的反应式导航控制系统。根据单片机与电机电路的连接形式,选择合适的ARM微处理器元件与PIC单片机结构,再联合HN-9移动平台、智能导航平台、ROS操作平台,完善反应式导航子模块的运行能力,实现控制系统的硬件单元设计。求取绝对位姿向量、相对位姿向量的计算结果,以此作为自变量系数,确定速度雅可比指标,并推断得出动力学递推表达式,完成对双臂搬运机器人的协调控制,联合相关硬件应用结构,实现双臂搬运机器人反应式导航控制系统的设计。对比实验结果：反应式导航控制系统可使机器人准确躲避行进障碍物,且躲避过程中机器人完成作业任务的能力不会受到影响,符合连续有效控制机器人搬运行为的实际应用需求。     

长距离输水工程自动监测系统优化设计

为了提高长距离输水工程的自动监测和控制能力,设计长距离输水工程自动监测系统,结合对输水工程的水流、水压以及输水管道的状态进行自动监测和控制,提出一种基于FPGA的自动监测系统设计方法。系统主要由输水管道的工况检测模块、AD模块、信息集成处理模块、监测过程控制模块和人机交互模块组成,采用可编程逻辑处理芯片进行长距离输水工程的自动监测系统的处理器设计。设计长距离输水工程监测的自动控制算法,采用程序加载过程控制方法进行监测系统的指令设计,在DSP和FPGA集成处理环境中实现长距离输水工程自动监测系统的硬件开发设计。系统测试结果表明,采用该方法进行长距离输水工程监测的自动性能较好,监测数值与实际值拟合度高于传统方法,误报率低,系统稳定可靠。     

基于大数据聚类分析的爬壁机器人位姿定位控制系统设计

为提高爬壁机器人运动位姿精准度与稳定性,解决现有位姿定位控制系统存在的控制效果不佳的问题,利用大数据聚类分析技术,通过软、硬件结构的设计,实现爬壁机器人位姿定位控制系统的优化。改装爬壁机器人位姿传感器、爬壁机器人驱动元件、爬壁机器人位姿定位控制器的内部连接结构及工作方式,扩大系统存储器的存储空间,通过系统电路的连接完成硬件系统的设计。根据爬壁机器人的组成结构和工作机理,建立机械结构与运动模型。在构建模型下,采集爬壁机器人实时运行数据,利用大数据聚类分析技术处理初始采集数据,判定爬壁机器人的当前位姿。规划爬壁机器人位姿及关节轨迹,结合当前爬壁机器人的运行数据,计算爬壁机器人位姿定位控制量,在控制器的约束下,实现爬壁机器人位姿定位控制功能。通过系统测试实验得出结论：通过设计位姿定位控制系统的应用,爬壁机器人样机的足端轨迹控制误差、关节角度控制误差和占空比控制误差均低于预设值,即设计系统具有良好的位姿定位控制效果。     

基于PLC技术的焊接机器人主从协调运动控制系统研究

焊接机器人运动控制系统的控制功能直接决定了焊接工作质量,利用PLC技术优化设计焊接机器人主从协调运动控制系统。在系统硬件设计方面,装设位置、速度、旋转电弧等传感器设备,利用传感数据检测焊接机器人实时位姿。在考虑焊接机器人组成结构、工作原理以及动力驱动方式的情况下,构建焊接机器人的数学模型。结合当前位姿和控制目标之间的位置关系,规划焊接机器人主从协调运动轨迹,在约束条件的作用下,利用PLC控制器生成控制指令,作用在改装的焊接机器人驱动器上,实现系统的焊接机器人主从协调运动控制功能。通过系统测试实验得出结论：与传统控制系统相比,优化设计系统的速度控制误差、姿态角控制误差分别降低了0.075mm/s和0.38°,在优化系统控制下,主从焊接机器人的运动轨迹与规划轨迹之间无明显差异。     

钢结构建筑探伤机器人刚柔耦合空间位姿解析与实验研究

针对传统钢结构建筑健康监测中存在检测盲区和检测不全面的问题,研究了磁吸附式刚柔耦合柔性探伤机器人并对其控制系统进行了改进．建立了柔性机器人前、后车体位移和姿态运动学数学模型与机器人刚柔耦合结构位姿解算方程,通过惯性测量单元和编码器获取柔性探伤机器人前、后车体实时动态位姿参数,分别采用显性互补滤波器和扩展卡尔曼滤波器解算前、后车体在不同工况中的静态、动态姿态,利用航迹推算算法确定机器人的位置,通过数据融合得到柔性机器人刚柔耦合结构的空间位姿．实验结果表明,扩展卡尔曼滤波算法的动态跟踪性能更好,可为柔性探伤机器人在复杂建筑结构越障运动中提供精确的空间位姿参数．     

基于机器视觉的变电站一体化安防管控系统设计

为解决变电站安防设备简单、智能化程度低问题,设计出基于机器视觉的一体化安防管控系统,安装现场视觉控制器作为系统硬件前端信息采集中心,利用以太网实现各设备通信连接一体化,门电路和变电站周界环境终端电子相连接,检测激光电子围栏危险入侵检测,序列巡检围栏编号,确定危险入侵围栏位置,通过线性二次型调节器算法对机器人期望位姿和实际位姿之间的耦合关系实行解耦处理,将处理结果作为神经网络的输入,输出机器人移动轨迹跟踪控制结果,完成视觉识别定位,实现动态物体监测、火苗、温度等多种危险因素的自动识别和预警。经过实验分析证明：系统通过机器视觉准确监测到了高温设备的位置和温度,并且响应性能良好,安防信号传输环境稳定,危险情况预判能力及预警能力较强,鲁棒性好。     

基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法

仿生机器人在定姿过程中受到空间扰动因素的影响容易产生控制误差,需要对机器人进行精确标定,提高仿生机器人的定位控制精度,因此提出一种基于双目视觉导航的仿生机器人鲁棒控制算法。利用光学CCD双目视觉动态跟踪系统进行仿生机器人的末端位姿参量测量,建立被控对象的运动学模型;以机器人的转动关节的6自由度参量为控制约束参量,建立机器人的分层子维空间运动规划模型;采用双目视觉跟踪方法实现仿生机器人的位姿自适应修正,实现鲁棒性控制。仿真结果表明,采用该方法进行仿生机器人控制的姿态定位时对机器人末端位姿参量的拟合误差较低,动态跟踪性能较好。     

基于点线特征的解耦视觉伺服控制方法

针对机器人的自动对准问题,提出一种基于点线特征的解耦视觉伺服控制方法。所提方法以点和直线作为图像特征,并利用图像特征的交互矩阵解耦姿态控制和位置控制,实现六自由度对准。首先利用直线及其交互矩阵设计姿态控制律,以消除旋转偏差;然后利用点及其交互矩阵设计位置控制律,以消除位置偏差;最后实现机器人末端目标的自动对准。在对准控制过程中,基于执行的相机运动量以及相机运动前后特征的变化量,可实现对深度的在线估计。另外,还设计了监督器对相机的运动速度进行调节,从而确保特征一直处于相机视野当中。在Eye-in-Hand机器人平台上,分别用所提方法和传统的基于图像的视觉伺服方法实现了机器人的六自由度对准。所提方法经过16步实现了机器人的自动对准,对准结束时机器人末端位姿的最大平移误差为3.26 mm,最大旋转误差为0.72°。相较于对比方法,该方法的控制过程更加高效,控制误差收敛更快,对准误差更小。实验结果表明,所提方法可以实现快速高精度的自动对准,能够提高机器人操作的自主性和智能化水平,有望应用于目标跟踪、拾取和定位、自动化装配、焊接、服务机器人等领域。