基于合成数据集的多目标识别与6-DoF位姿估计

多目标识别及六自由度(6-DoF)位姿估计是实现物料无序堆放状态下机器人自动分拣的关键。近年来,基于深度神经网络的方法在目标识别及位姿估计领域受到广泛关注,但此类方法依赖大量训练样本,而样本的采集及标注费时费力,限制了其实用性。其次,当成像条件差、目标相互遮挡时,现有位姿估计方法无法保证结果的可靠性,进而导致抓取失败。为此,文中提出了一种基于合成数据样本的目标识别、分割及位姿估计方法。首先,以目标对象的3维(3D)几何模型为基础,利用3D图形编程工具生成虚拟场景的多视角RGB-D合成图像,并对生成的RGB图像及深度图像分别进行风格迁移和噪声增强,从而提高合成数据的真实感,以适应真实场景的检测需要;接着,利用合成数据集训练YOLOv7-mask实例分割模型,运用真实数据进行测试,结果验证了该方法的有效性;然后,以分割结果为基础,基于ES6D目标位姿估计模型,提出了一种在线姿态评估方法,以自动滤除严重失真的估计结果;最后,采用基于主动视觉的位姿估计校正策略,引导机械臂运动到新的视角重新检测,以解决因遮挡而导致位姿估计偏差的问题。在自行搭建的6自由度工业机器人视觉分拣系统上进行了实验,结果表明,文中提出的方法能较好地适应复杂环境下工件的识别与6-DoF姿态估计要求。

一种6-DOF小行星着陆轨迹序列凸优化方法

针对6自由度的小行星动力着陆多约束轨迹优化问题,提出了一种基于序列凸优化的小行星着陆轨迹优化算法。首先采用多面体引力场模型计算小行星的引力场,其可用于描述任意形状的小行星引力场,且比质点群法和球谐函数展开法等方法计算精度更高。为了在凸约束下解决小行星着陆过程燃料消耗最优问题,通过对探测器动力学模型及其约束进行线性化和离散化,将原来的非凸连续时间优化问题转化为凸化的子问题,即二阶锥规划问题(SOCP);然后引入了虚拟控制项和信赖域,以增强算法的鲁棒性。通过在形状不规则小行星上的着陆模拟,验证了所提出算法的有效性,仿真结果满足各项约束条件,可实现高精度着陆和燃料消耗最优的目标。

基于STM32的电动6-DOF加载系统设计

目前多自由度位移、力加载系统鲜有研究。基于STM32研制了电动6-DOF加载系统,采用Stewart平台构型,能够实现高精度的位移、力加载,其中力加载一直是Stewart平台构型加载系统的难点问题。首先介绍了加载系统的体系结构,然后建立了加载系统的数学模型,采用欧拉角方法描述加载系统的位姿,求解出了6-DOF加载系统的逆运动学数学模型。针对加载系统实现力控功能的难点问题,提出了基于位移环的闭环力控的解决方案。最后设计了实验,验证了加载系统的加载功能。实验结果显示,YZ轴的位移阶跃加载误差小于0.25%,X轴的位移三角波加载误差小于0.49%,Z轴的力阶跃加载偏差控制在±0.5 N以内,Z轴的力正弦加载误差小于2.3%,结果表明加载系统实现了高精度多自由度位移、力加载。

基于BP神经网络-牛顿迭代法的6-DOF并联机器人正解

由于6自由度并联机器人基座与末端执行器之间存在多条运动链,使其运动学正解难度较大,并且存在多解。针对并联机器人的运动学高效求解,提出一种基于神经网络和牛顿迭代法混合算法,利用神经网络模型的非线性映射能力,将输入杆长映射到上平台位姿,但映射出来的位姿精度较低,再利用迭代法求解,最后在Matlab中建立物理模型进行运算仿真。仿真结果表明:神经网络-牛顿混合求解能提高运算效率,并且有效降低误差,具有广泛的应用价值。

6-DOF机械臂运动学分析和验证

为了实现6-DOF机械臂末端的运动控制,利用改进D-H方法推导了机械臂的正运动学齐次变换矩阵,基于齐次变换矩阵,推导出了机械臂的四组运动学逆解,针对运动控制过程中逆解的选取问题,提出了一种基于机械臂初始角的逆解选取方法,并根据解的特性推导出了初始角的可选范围;通过matlab机器人工具箱仿真验证了机器人正逆解以及逆解选取方法的正确性,利用twincat3-机械臂控制系统进行实验,进一步验证了逆解选取方法的正确有效。

基于改进RRT算法的6-DOF机器人路径规划

针对传统快速扩展随机树(RRT)算法在机器人路径规划中随机性大、冗余节点多、无法生成最优路径这一系列问题,从引入权重系数、路径缩短、拐角平滑处理这三方面对传统RRT算法进行优化,使6-DOF机械臂能有效避开障碍物,并通过距离最短路径到达目标点。同时,在角速度不连续处根据机械臂曲率约束进行路径平滑过渡处理,消除初始路径中锯齿状部分,保证路径平稳性。仿真实验表明,改进RRT算法提高了路径搜寻成功率并将原始路径距离缩短25%,平均规划时间缩短75%。

基于支链构造法的新型6-DOF并联机构构型设计

提出一种新型3支链6自由度机构构型设计方法。对于6自由度并联机构,支链对动平台没有自由度约束,只存在尺度约束。在每条支链中都加入一个球副,用以实现3转动自由度,其余运动副用以实现3移动自由度。以支链中移动副的数目为分类原则,得出了24种通用支链结构,在此基础上,对支链运动副轴线的位置进行特殊配置,得出了对应的新型支链结构。应用得出的支链结构,对其进行组合,设计出一系列6自由度并联机构,并且以简化运动学求解、扩大工作空间为目的,给出支链内部运动副轴线配置及支链空间拓扑位置的配置设计原则。对得出的新型3-RPPS机构进行运动学、尺度约束和工作空间分析,并建立与机构性能相关的尺度要素与构型综合的关系,验证了本方法的有效性。

一种新型6-DOF串并混联拟人机械臂及其位置分析

提出了一种新型6-DOF串并混联拟人机械臂,这种机械臂主要包括肩、上臂和前臂三部分,其中,肩采用球面三自由度并联机构为机构原型,上臂采用五杆二自由度并联机构为机构原型,前臂采用四杆机构为机构原型,结合这种机械臂的结构布局特点,求得其位置正解的封闭解,使用Bezout消元法求得这种拟人机械臂的位置反解的封闭解。

空间光学遥感器高精度6-DOF并联平台设计与实现

高精度六自由度并联平台可精密调整次镜位姿,实现空间光学遥感器地面光学装调及光学像差在轨主动校正。为解决研制高精度并联平台的多指标多约束结构优化设计及高分辨力驱动支链设计2个难点,建立了六自由度并联机构逆解数学模型及ADAMS参数化模型,确定了结构优化目标函数,结合支链长度、铰链转角等约束进行了结构优化设计,得到并联机构结构参数及驱动支链分辨力需达到60 nm的需求。基于此需求,设计了基于“无刷直流电机+滚珠丝杠+光栅尺”的驱动支链,采用PI控制律实现高精度消静差闭环伺服控制,使驱动支链分辨力达50 nm。对并联平台精度进行光学测试,结果表明,平台带载平移分辨力为0.2μm,转角分辨力为1″,满足指标要求。该平台已成功应用于空间相机的地面光学装调及像差主动校正实验,为在轨应用奠定了理论与实践基础。

基于MATLAB和RobotStudio的6-DOF机器人运动学分析与仿真

针对船体密封舱、箱柜等狭窄空间普遍存在的机器人难以工作问题,提出了一种新型6-DOF(degrees of freedom)机器人。首先分析了该机器人的机械结构,基于D-H坐标理论建立了机器人D-H坐标表格以及机器人正、逆运动学方程,其次应用MATLAB对机器人的运动学进行了仿真,结果表明所得的机器人正、逆运动学方程完全正确;最后设计了虚拟样机,利用RobotStudio仿真分析了机器人箱体焊接的优点;为进一步验证设计的机器人运动性能,与通用6-DOF机器人做了对比分析。研究结果表明新型机器人运动的可行性,为设计适应箱柜等狭窄空间的工业机器人提供了理论依据。

基于6-DOF解耦操作臂的空间遥操作控制及运动学分析

针对由6-DOF解耦操作臂及其末端手爪组成的操作臂系统,设计了符合工程实际的遥操作控制策略,并提出了一种简单的运动学解算方法.采用Motoman工业操作臂,对提出的方法进行了实验验证.实验结果证明了所提方法的可行性.

数字式6-DOF运动平台控制系统设计

针对电液伺服控制的六自由度(6-DOF)运动平台普遍存在的问题,研制了全新的数字式6-DOF运动平台。该平台采用新型数字液压缸,其控制不需外部A/D、D/A转换,同时减少了大量的液压伺服参数调节装置,对控制者来说完全是一种开环控制。利用系统简单的特点,将平台控制系统集成为工作站,并在VC++编程环境中完成控制软件开发,且综合运用了多媒体定时器、普通定时器以及多线程编程技术,实现了平台控制的多任务调度。利用该技术研制出潜艇操纵模拟器,其液压油精度等级仅需18/15(ISO4406),且结构更简洁、调试维护更方便,达到了可靠运行的目的。

Stewart平台6-DOF并联机器人完整动力学模型的建立

采用RPY角描述方法,基于拉格朗日方程建立了Stewart平台6-DOF并联机器人完整动力学模型。此 模型具有与一般机器人相同的结构,同时给出了模型所具有的基本性质。

数字式6-DOF运动平台运动不平稳现象分析

数字式6-DOF运动平台在起动、换向及低速运行时存在抖动或振动冲击等运动不平稳现象,本文从低速摩擦力特性、数字伺服步进液压缸的结构特征,以及6组数字液压缸在并联平台运动中不同的工作状态对平台运动的影响等方面进行了定性分析。分析表明,以上因素都是使得平台产生运动不平稳现象的重要因素。分析结果有助于在机械结构设计、加工选型,以及补偿策略等方面提出有针对性的解决方案。

6-DOF并联坐标测量机结构参数的识别与修正

首先对6-DOF并联机构坐标测量机的组成结构及工作原理进行了介绍,然后针对该坐标测量机的运动特点,提出了一种基于逐次逼近算法的结构参数识别与修正方法。该方法以最小二乘逐次逼近算法为基础,以寻找6自由度并联机构坐标测量机的43个主要结构参数为目的。文中对所提算法的求解过程进行了详细的论述,并通过计算机仿真计算,对结构参数的识别与修正结果进行了验证。仿真结果表明,所提出的逐次逼近算法能够充分利用目标函数值的信息,优化搜索过程具有较强的方向性和目标性,且收敛速度较快。采用该方法对6自由度并联机构坐标测量机的结构参数进行识别与修正以后,可使该坐标测量机的测量精度得到明显改善。

基于自抗扰控制器的6-DOF磁悬浮平台悬浮高度控制

介绍一种应用于半导体光刻、微型装配、纳米技术等领域的新型磁悬浮平台。针对该平台的悬浮部分是一个具有参数摄动、输入耦合的复杂系统,采用自抗扰控制器的控制方法,实现对内部扰动和外部扰动的补偿。仿真结果表明,这种控制方案有较好的动态、静态特性及鲁棒性。

液压并联6-DOF平台轨迹跟踪的干扰力补偿

为了消除液压并联6-DOF平台因各支链缸时变的负载耦合,以及摩擦和其他外力的干扰作用而引起的平台动态轨迹抖动现象,根据系统动力学模型的关节空间表达式,对关节干扰力的起因和对其运动的作用进行分析,在关节位置闭环控制基础上,分别设计基于结构不变性原理的支链抗负载干扰补偿器和基于系统模型的自适应滑模干扰观测补偿器,根据系统关节负载的变化率将两种补偿器利用模糊原则组合成综合补偿器,对干扰进行力闭环补偿.AMESim与MATLAB的联合仿真分析结果表明,该控制器使平台在复合干扰力作用下,能够平稳运行,与普通的位置闭环PID算法相比,有效地提高了系统的整体动态跟踪性能.

基于迭代学习的6-DOF平台控制与仿真研究

在建立某型模拟器平台动力学模型的基础上,提出一种迭代学习控制(ILC)算法。通过多体系统动力学分析软件ADAMS建立虚拟样机模型,运用Matlab/Simulink建立控制策略模型,利用接口文件将两者结合起来进行机械系统与控制系统的联合仿真。结果表明:联合仿真具有较好的直观性和分析的快速性,验证了迭代学习控制策略的优越性,对控制器的设计与验证具有重要的借鉴意义。

基于6-DOF并联机器人医疗器械道路运输模拟平台的关键技术及实现

针对目前医疗器械道路运输模拟平台短缺的问题,提出了一种使用6-DOF并联机器人进行道路运输模拟的实现方法。通过改进谐波叠加法建立三维道路谱模型,与标准功率谱对比验证仿真模型的准确性。将三维道路谱作为激励源转化为机器人运动数据,通过绝对位置S形直线插补方法控制并联机器人,使其能够高效准确地模拟车辆在不同车速、各种等级路面上的运动状况。

6-DOF运动平台电控系统方案设计及仿真

在六自由度运动(6-DOF)系统平台的基础上,设计了六自由度运动平台的电控系统并进行了运动学仿真。详细介绍了主控制器和伺服从控制器的软硬件设计。仿真结果表明,控制器具有较高的伺服性能,系统实时性较高,能够达到运动平台的动作要求。