连续型机器人位姿检测系统设计

在讨论了连续型机器人的结构和工作原理的基础上,提出基于多传感器融合技术的连续型机器人位姿检测方法,并设计了机器人位姿检测软硬件系统。系统实现连续型机器人弧长、偏转角度、曲率检测,并完成机器人位姿实时计算。实验证明该位姿检测系统可准确、方便、可靠地检测连续型机器人的位姿。这对连续机器人在实际应用过程中实现轨迹精确控制打下了一定的理论与实践基础。     

力觉交互控制的机械臂精密位姿控制技术

针对卫星装配过程中关键零部件质量体积较大,不易装配的问题,提出了基于力觉交互控制的机械臂精密位姿控制技术,通过在机器人末端安装六维力/力矩传感器,实时获取机器人末端负载重力和末端所受外部作用力,并将负载重力和外部作用力解耦,进而实现外部作用力对机械臂末端位姿的精密控制。同时,对机器人辅助装配控制系统及其架构进行了介绍,并提出了一种简单可行的六维力传感器标定方法。试验结果表明:该技术可以实现机器人末端位置的精密控制,具有结构简单、计算量小、操作方便等特点。     

厚度测量中对射激光束共线性视觉检测

针对厚度测量中对射激光束共线性的要求,提出了一种基于双分光棱镜的传感器光轴空间位姿视觉检测方法。在分光镜坐标系下,分析了单条激光束在组合分光棱镜中的光线传播和光斑变化规律,建立了两条激光相对位姿与光斑中心点之间的数学模型。借助于棱镜坐标系和图像坐标系之间的转换关系,可以根据四个拟合光斑中心坐标快速计算出激光束的相对位姿,进而将激光束的共线测量转换为光斑中心坐标的拟合、对比问题。实验结果表明,在传感器测量范围内,该方法可以使两条激光束之间的夹角不大于0.17°,距离不大于0.05 mm;同时,调整前后对量块的测量表明,厚度测量误差由12μm减小到4μm,间接验证了共线检测方法的有效性。所提方法实现了光束调整过程的数字化、可视化,并且使共线性测量结果具有可溯源性,有助于定量分析因两个激光传感器测量线不重合而引起的厚度测量误差。     

一种新型6自由度正交并联机器人机构的柔度分析

介绍一种具有正交位姿的 6自由度并联机器人新机型的布局特点 ,推导出变形与力关系方程式 ,对其在正交位姿的柔度及柔度与机构几何参数关系进行分析 ,为该机型设计和使用提供理论依据。该机型在正交位姿具有独特优点 ,使它特别适合于作为 6自由度微动工作台和 6维力传感器结构     

齿轮三维测量中线结构光测头位姿的优化方法

采用线结构光传感器测量齿轮三维误差,具有快速、全信息和高重复性等特点,但测头与被测齿轮的位姿关系是影响齿轮测量准确度的关键问题。以优化测头与被测齿轮的位姿关系为目标,提出了测头位姿量化评价指标。为验证指标的有效性,进行了同一产品齿轮在不同位姿参数下的测量实验,并与克林贝格P26齿轮测量中心进行对比分析。结果表明,与“陡峭”的常规测量方法相比,本文方法点云密度比Λ_p指标高33.6%,倾斜比υ_p指标高30.2%,所测量的齿廓单元更加完整、更符合国际标准ISO1328对数据的要求,齿轮单项误差评定结果也更准确。该方法预估的线结构光传感器的位置和姿态参数,用于齿轮测量前测头位姿的确定,进而提高齿轮测量精度,也为解决陡峭齿面非接触式测量问题的提供了途径。     

新型预紧式六维力传感器及其位姿误差分析

为了获得综合性能指标优良的六维力传感器,本文提出一种新型的基于Stewart平台的预紧式六维力传感器结构,并对其进行了位姿误差分析。首先以经典Stewart平台六维力传感器为比较对象,描述了此预紧式六维力传感器的结构特点;而后综合利用影响系数法和矢量法建立其位姿误差模型,进而定义位姿误差灵敏度指标并据此绘制误差灵敏度直方图以分析不同误差因素对传感器位姿误差的影响情况;最后研制出传感器样机并完成标定实验,实验结果表明该传感器测力精度在1%以内。所研究内容对六维力传感器的设计制造和实验标定具有理论指导意义。     

一种并联机床运动平台位姿测量方法

提出一种采用附加测量机构直接测量并联机床运动平台位姿精度的方法。其基本思想是根据运动平台的运动特性在固定平台和运动平台之间增设附加测量机构,当运动平台运动时带动测量机构运动,通过安装在测量机构上的传感器测得广义坐标参量,经运动学建模即可得到运动平台的位姿。当测量机构位姿正解速度满足实时控制要求时,利用该反馈信息对机床进行实时精度补偿和控制。基于上述思想建立的并联机床位姿测量系统可部分排除机床切削力     

基于轨迹生成法的机器鱼位姿控制研究

位姿控制是机器鱼研究的基础,机器鱼游动的实质是位姿到位姿的变化,位姿控制效果直接影响机器鱼完成目标任务的质量.在行为机制基础上,以机器鱼从起始位姿到目标位姿的距离与夹角误差建立矢量矩阵,并以矢量矩阵参量建立极坐标与Lyapunov函数,分析机器鱼从起始位姿到目标位姿的稳定性;在此基础上,给定起始位姿与目标位姿,并在起始位姿与目标位姿分别以“舒适圆”为半径做两个圆,采用轨迹生成法对机器鱼位姿控制进行研究,并对实验效果进行了分析.     

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。     

机器人加工几何误差建模研究:Ⅰ空间运动链与误差传递

以机器人作为制造装备执行体,集成视觉等智能传感器,实现大型复杂零件小余量磨削/铣削/切边/制孔是智能制造的前沿研究方向之一,目前加工误差难以降低是制约其应用的主要难题.以加工误差降低为主要目标,以机器人、视觉传感器、工件、工具为主要对象,研究视觉引导的机器人加工几何误差建模与精度控制,具体包括:在第Ⅰ部分介绍几何误差建模与参数辨识国内外研究现状,研究机器人加工空间运动链与加工误差度量指标定义,推导静态误差(源于工件/工具位姿误差)定量传递模型与动态误差(源于关节运动学误差/关节弱刚度)定量传递模型;在第Ⅱ部分建立手眼位姿参数、工件位姿参数、工具位姿参数等精确辨识的目标函数与计算方法,在考虑关节运动学误差和弱刚度变形的情况下,提出面向整体误差控制的机器人加工(磨削/铣削/切边/制孔等)位姿优化通用模型.     

多通道波特率自适应CAN总线监测系统

为满足无人机的多通道CAN总线监测要求,设计一种波特率自适应的多通道CAN总线实时监控系统.该系统使用FP GA作为控制芯片,可自动识别总线通信波特率并记录数据,双片冗余存储模块作为存储单元,引入基于汉明码(hamming code)的ECC数据纠错技术,最大限度地保证数据正确性.实验结果表明,系统能够对多种常用波特率...     

基于激光传感器的多移动机器人位姿测量系统

为机器人准确定位设计了一个基于激光传感器的移动机器人位姿测量系统。测量系统用激光传感器扫描区域内的以矩形为标识的机器人,将测量数据传输到计算机上,通过数据处理软件进行数据处理,提取属于机器人的特征,同时结合机器人前一时刻的位姿,实时计算机器人当前位姿。实验结果表明,此系统能迅速识别机器人,并准确地确定每个机器人位置和姿态,通过网络向机器人发送其位姿数据,实现多移动机器人的精确定位。     

Real-time contactless measurement of robot pose in six degrees of freedom

For dynamically measuring position in three degrees of freedom laser tracking systems are well known. Up to now no possibility to measure also orientation using the same laser beam has been known. We present a technique to incorporate orientation measurement into a laser tracking system that requires only minor changes in the existing hardware. The method is based on the analysis of an image of the reflected laser beam intensity distribution. In this image the edges of a slightly modified retroreflector represent a function of the orientation of the end-effector holding the retroreflector. It is shown that from this image the orientation can be determined uniquely and in real time.

A laser tracking system including position and orientation measurement constitutes an instrument to accurately determine robot performance as well as to acquire hints on how to improve robot models and control algorithms.     

邮政运输机器人的控制及综合信息管理系统

简要介绍了采用飞利浦８７Ｃ５５２单片微机,综合利用Ｉ＾２Ｃ总线和ＲＳ２３２串行总线,研制的邮政机器人控制系统以及实现网络化信息管理和监控的综合管理系统,使用证明该控制系统运行准确、可靠、具有很高性能价格比。     

双臂弹性单腿机器人的垂直跳跃控制

提出一种新型弹性单腿跳跃机器人系统,该机器人由两个驱动臂和一个弹性被动伸缩腿组成,系统只能依靠内部动力学耦合实现动态站立平衡、起跳、稳定连续跳跃运动.给出系统机构模型,分析该系统的变约束特征.该机器人系统在支撑相是二阶非完整约束系统,在飞行相是一阶非完整约束系统.针对这种欠驱动非完整约束动力学系统,采用时变非线性输入变换,提出一种实现垂直方向连续跳跃的运动控制算法.以控制腿部的姿态和振动规律、系统动量为目标实现机器人的全状态稳定控制.通过计算仿真模拟,验证提出的运动控制方案是可行的.该研究以探索弹性欠驱动机械系统振动能量循环利用技术为目标,研究结果对设计新型弹性欠驱动机械系统以及探索它在航天领域的应用具有一定参考价值.     

Corridor navigation of the mobile robot using image based control

In this paper, the wall following navigation algorithm of the mobile robot using a mono vision system is described. The key points of the mobile robot navigation system are effective acquisition of the environmental information and fast recognition of the robot position. Also, from this information, the mobile robot should be appropriately controlled to follow a desired path. For the recognition of the relative position and orientation of the robot to the wall, the features of the corridor structure are extracted using the mono vision system, then the relative position, the offset distance and steering angle of the robot from the wall, is derived for a simple corridor geometry. For the alleviation of the computation burden of the image processing, the Kalman filter is used to reduce search region in the image space for line detection. Next, the robot is controlled by this information to follow the desired path. The wall following control scheme by the PD control scheme is composed of two control parts, the approaching control and the orientation control, and each control is performed by steering and forward-driving motion of the robot. To verify the effectiveness of the proposed algorithm, the real time navigation experiments are performed. Through the result of the experiments, the effectiveness and flexibility of the suggested algorithm are verified in comparison with a pure encoder-guided mobile robot navigation system.     

基于FPGA的FTIR光谱仪采集系统的设计

为了满足人们对于食品药品安全检测快速便携的需要,团队设计一种高速便携,延时低、精度高的新型FTIR光谱仪。光谱采集系统分为上位机和下位机2部分,系统的上位机软件设计是采用跨平台的C++图形用户界面应用程序,该框架(QT Creator)是由编程实现的,下位机的光电部分采用了MEMS微镜使仪器小型化,而下位机采集部分控制主板使用了ZYBO。使用了DAC驱动动镜移动以及ADC用于参考光和样本光数据的同步采集,进而利用多个串口实现了与上位机的完成指令控制以及采集数据传输。低波特率串口用于接收上位机控制指令。2个高波特率串口发送FIFO缓存的光谱数据。经试验验证采集系统的ADC、DAC及UART的时序控制满足了高速高效的需求。但是在便携上可进一步提高,下一步考虑通过利用Linux将上位机部分移植ZYBO内。采集控制设计完全使用了verilog代码进行了仿真与实测,发挥了FPGA的灵活特性,利用例化法提高了采集速率。     

基于VLSI无线供能通信系统耦合线圈实验

基于VLSI无线供能通信系统是微型生物植入电子装置的核心部件.本文开展了基于VLSI的无线供能通信系统中的耦合线圈实验.首先从耦合线圈尺寸、通信速率、耦合线圈同轴距离和2ASK解调方法等因素分析对通信质量的影响,其次,采用改进Miller(Modified Miller)编解码数据,进行二进制幅移键控调制类型,对三种线圈尺寸、四种通信速率进行了误码率测试实验.分析实验结果得出,在耦合线圈同轴距离、体外耦合线圈尺寸固定时,最大有效通信速率固定时,本系统中的有效体内耦合线圈半径为10 mm.     

基于ZigBee的持续高波特率无线通讯方法研究

ZigBee无线通讯技术因其低复杂度、低功耗、低成本等优点在中小型网络中的应用日渐广泛,然而目前对其数据传输的应用基本都是少量、短时性质,对其持续高波特率数据传输等方面的应用并不多。针对ZigBee的持续大量数据传输的可靠性问题,对在9 600 bps~115 200 bps波特率下的基于ZigBee的长时间、大数据量无线通讯进行了尝试和研究;针对数据传输的正确性问题设计了通讯协议和校验方案,进行了误码率测试实验,并给出了实验数据。实验结果证实了ZigBee在持续高波特率传输上的可行性和可靠性。     

一种用于精密定位的并联机器人

针对一种可用于精密定位的6-HTRT并联机器人,介绍了该机器人的机构形式和特点,阐述了控制系统硬件组成,逻辑结构和控制方法。分析了位置逆解和Jacohin矩阵,并在不同姿态下进行了工作空间仿真,给出了末端灵巧度的几项关键性能指标。最后通过实验给出并联机器人的运动分辨率和重复定位精度。