包含复合机构的6R机器人误差补偿算法与实验研究

针对工业机器人普遍存在绝对定位精度低下而无法满足工业需要的难题,研究了基于D-H模型的包含复合机构的6R工业机器人运动学模型,建立MDH改进型位置误差补偿方法。按照ISO9283标准,利用激光跟踪仪测量机器人工作空间内的均布点,并列出运动学误差方程,采用最小二乘法辨识出连杆参数误差并对其名义值进行补偿。以川崎ZX165U型6R工业机器人为实例进行测量及误差补偿,效果显著,极大地提高了机器人的绝对定位精度,充分验证了算法的准确性。

智能机器人在线语音控制系统的设计与应用

基于麦克风阵列GSC-LMS语音增强算法,结合语音云的智能交互架构,设计了智能机器人在线语音控制系统。系统硬件集成麦克风阵列模块、语音云交互模块和识别数据解析模块,集成度高;系统软件集成麦克风阵列语音增强算法、语音云交互程序和识别数据解析程序,系统程序便于维护和定制开发。实践证明,该在线语音控制系统便于集成到智能机器人上使用,并且性能良好,实时性强。

轮式移动机器人对航空大部件进行批量钻铆时的末端定位研究

移动工业机器人随着航空航天制造业对柔性加工装备的需求而进入航空工业领域。轮式移动机器人受自身易受环境影响、移动精度低等缺陷,在这个领域中的应用还面临着许多亟待解决的问题。介绍了一种面向大飞机和火箭蒙皮加工的轮式移动钻铆机器人,设计了一套能够自动在多个生产单元之间对同一型号产品进行批量加工的方案,建立了柔性自动钻铆的坐标系系统模型,并提出了一种3D视觉测量的方法,有效提高了移动机器人末端定位的精度。最后的实验数据和分析表明,采用这种方法的移动钻铆完全符合精度要求。

导轨式感应淬火机器人的路径规划研究

本文从机器人模具倒角感应淬火的实际应用需求出发,针对汽车覆盖件模具结构尺寸大、产品多样、型面复杂的特点,采用配置了附加直线导轨的工业机器人作为汽车模具感应淬火加工的柔性化硬件设备,基于工程实现角度提出了一种有效的导轨式感应淬火机器人路径规划方法。该方法有效使用了附加直线导轨沿其轴线扩大的机器人工作空间,并且可以利用附加直线关节提供的一个冗余自由度对机器人进行位姿优化,从而避免机器人到达关节限位或奇异位形。

移动机器人自主抓取作业

与通常生产线上固定工位的多关节机械手臂手眼协调作业机制不同,针对多自由度移动平台机载多关节机械手臂构成的移动作业机器人的自主作业问题,提出一种移动机器人自主作业研究方法。首先,机器人通过视觉传感器获取作业环境和作业对象的空间坐标及位姿信息,然后,对机器人进行整体运动学建模、运用提出的算法进行运动抓取规划,最后,将求得的结果转变为机器人移动轮子及手臂关节的输出,二者统一结合,协调完成作业任务。实验系统以机器人在局部环境中自主移动到目标并抓取作业为例,实现以目标为导向的机器人自适应抓取。实验结果表明,该自主抓取作业算法能够保证在目标位姿不同的情况下抓取作业的顺利进行,并将作业精度控制在5 mm以内,验证了该自主作业方法在移动机器人自主抓取作业中具有有效性和可行性。

汽车覆盖件模具倒角感应淬火机器人离线编程软件研发

随着智能制造时代的到来,工业机器人的应用日益广泛,特别是在生产规模大、自动化程度高的汽车及其相关行业。从机器人模具倒角感应淬火的实际应用需求出发,针对汽车覆盖件模具结构尺寸大、产品多样、型面复杂的特点,基于NX二次开发技术研发模具倒角感应淬火机器人离线编程软件,有助于实现汽车覆盖件模具的自动化感应淬火。

基于ROS的服务机器人可视化编程平台设计与实现

目前机器人领域快速发展,技术与代码的复用性、模块化的需求越来越强烈。为了方便开发者与用户实时了解机器人状态和管理机器人,设计了基于ROS系统的ShuBotStudio服务机器人可视化编程平台,通过HTML5框架下的Canvas与JavaScript实现控件绘制与动态展示流程图模型。通过PyQt针对外层程序进行封装,使用Node.js事件驱动建立异步多进程后台服务通过WebSocket与主界面实现数据交互,完成代码的后台生产、路径指定、程序执行。建立本地Socket通信,实现应用层与ROS驱动分离,对用户层的软件界面、与硬件层面进行通信。针对机器人底层模块的封装,提高了技术与代码的重用性,减少了二次开发的复杂度,解决了界面程序所需系统环境与ROS系统不兼容的问题。

迭代学习控制在下肢康复机器人中的研究与应用

针对脑卒中患者在下肢康复机器人中进行坐站训练控制问题,提出一种学习阻抗控制方法。首先,根据功能需求,搭建下肢康复机器人系统,并对其工作流程进行阐述;然后,对坐站训练建立运动学模型,并对其运动空间和约束进行分析;最后,基于PD迭代学习律得到阻抗控制学习律,并进行鲁棒性分析。仿真与实验验证表明:迭代学习控制算法对重复噪声信号具有较好的抗干扰性能,对于轨迹追踪这类重复运动问题具有较好的追踪性能,并且该算法具有可用性和有效性。为后续下肢康复机器人坐站训练控制奠定基础,更为日后患者逐步纠正训练姿势提供了理论基础。

基于EKF的服务机器人目标跟踪定位研究

针对服务机器人系统环境感知问题,设计了智能服务机器人系统的多传感器信息融合模块,采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)实现里程计与激光雷达融合的目标跟踪定位方法,建立基于EKF的定位模型,通过EKF将激光雷达的观测信息和增量式光电解码器状态的预测信息对机器人的状态进行更新,消除增量式光电解码器定位和激光雷达存在的累计误差,排除加速度的干扰得到位置的最优估计,并通过实验验证系统模块的可靠性与稳定性。

应用于移动机器人的钢筋交叉点视觉检测系统研究

在建筑施工中,一个典型的工作场景就是钢筋捆扎,工人由于重复动作和高劳动强度,容易疲劳和厌倦,导致工作效率降低,钢筋交叉点遗漏。而这种高度重复的工作非常适合机器人技术的应用。提出了一种应用于移动机器人的钢筋交叉点视觉检测系统。通过深度相机获取图像信息以及深度信息,然后在嵌入式计算机上利用轻量化改进后的YOLOv5算法获取钢筋交叉点的位置。通过修改骨干网络的结构,降低模型在嵌入式计算机上运行时的资源消耗,再通过改进数据增强方法以及添加注意力机制,使得检测效果略有提升。通过实验比较,结果表明改进后的视觉检测系统更加适用于搭载嵌入式平台的移动机器人,对于钢筋交叉点自动捆扎机器人的应用具有实际意义。

ROS室内移动机器人避障研究

本文采用时间弹性带(Timed Elastic Band, TEB)算法作为局部路径规划算法,对ROS移动机器人利用激光雷达避障的弊端,提出并实现基于深度相机探测障碍物的室内移动机器人自主导航系统。实验表明:该系统不仅具备对不同高度、不同尺寸障碍物的探测能力,而且能安全有效地避开障碍物,移动到指定目标点。

基于多传感器的助行康复机器人控制方法研究

针对助行康复机器人运动意图判断中存在的问题,提出了一种基于模糊控制的多传感器融合下助行康复机器人的运动控制方法。首先分析了机器人的机械结构,建立了用于机器人控制的运动学模型,其次通过人体行走时骨盆与机器之间的作用力及骨盆转动角度,判断出使用者的运动意图。使用模糊控制,最终把力信息和骨盆转角信息转化为机器人期望的运动速度大小和方向。最后通过健康受试者对控制方法和运动意图判断方法进行实验验证,结果表明提出的控制方法可以判断出使用者运动意图并且跟踪误差较小。

基于变参数导纳控制的康复助行机器人减重支撑系统研究

介绍了一种变参数导纳控制算法,用于康复助行机器人减重支撑系统的控制。为了使患者在进行步行、坐站等下肢康复训练时真实地感受到精确、稳定的减重力支撑,提出了根据训练过程的运动参数和减重力实时的变参数导纳控制。为了验证变参数导纳控制算法的可行性,首先,采用MATLAB对变参数导纳控制进行仿真实验,验证各个参数对系统的影响;然后,3位健康的受试人员在相同步行速度、不同减重力的情况下进行多组实验;最后,通过实验结果分析可知,采用的变参数导纳控制算法可以实现精确、稳定的减重力支撑,其最大平均误差在1kg以内,可以满足患者基本的康复训练需求。

基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法研究

针对偏瘫患者在进行康复训练过程中不能很好地主动参入并且康复任务表现能力低的问题,提出了一种基于变阻抗补偿的上肢康复机器人人机交互方法。该方法可以提高康复过程中的柔顺性和任务表现。首先介绍了上肢康复机器人的基本结构,并对其进行运动学分析;再介绍了导纳控制和阻抗补偿控制系统框架;之后通过受试者的交互力和交互力变化速率建立出受试者的运动意图,在根据运动意图来实时调整阻抗补偿参数改变系统的柔顺性;最后通过三种不同的模式进行轨迹跟踪和到达目标点的实验比较,结果表明所提出的控制算法可以适应受试者的运动意图,提高任务表现。

基于振动测试的工业机器人动态性能量化评价

工业机器人因其灵活性高和成本低等优点在工业生产中得到了广泛的应用。然而由于工业机器人关节和连杆的结构柔性,与数控机床相比,其系统刚度较差,在存在动态载荷的作业任务中,如机加工,容易发生振动。这一问题成为了机器人扩大加工应用的瓶颈,由此也就迫切地需要一种有效的方法来量化评价机器人的结构动态性能。为此,本文提出了一种基于振动测试数据的动态特性评价指标来量化工业机器人的结构动态性能。机器人的动态特性由频率响应函数描述,可以通过力锤激励的振动测试得到。基于频率响应函数函数,提取出机器人末端的加速度响应幅值与激励力幅值的比值范围,并以最大比值保守性地作为动态特性评价指标,以用来评估机器人的结构动态性能。所提出的量化评价指标可用于指导机器人选型、加工优化、参数配置等,从而实现减小机器人振动、提高机器人作业质量、降低生产成本等目标。

基于模糊PID的康复机器人减重系统控制研究

针对目前下肢助行康复机器人减重系统存在的一些问题,提出了一种模糊PID的控制算法。首先对助行康复机器人i Re Go整体以及减重系统的机械结构方面进行分析介绍,建立了减重系统的动力学模型。其次,分析介绍了传统PID控制器存在的缺点。通过模糊控制与传统的PID算法结合,对PID参数进行在线自整定,实现了在康复训练过程中减重机构实时跟随病患骨盆上下运动并提供稳定的减重力。最后进行了与传统PID算法的对比实验验证,结果表明在康复训练过程中提出的控制算法比传统的PID控制算法能够给病患提供更加准确的减重力。

画线机器人机械臂力矩最优轨迹优化方法

针对画线机器人机械臂(KUKA LBR IIWA机械臂)在装饰画线过程中工作性能问题,对其关节运动轨迹进行研究,提出一种机械臂关节力矩最优运动轨迹优化方法。首先,介绍国内外对机械臂运动轨迹研究情况,搭建实物模型,规划其实际工作空间;其次,采用拉格朗日法推导出机械臂关节力矩方程;最后,以机械臂关节力矩最优建立目标函数,求解出在已知工作空间中机械臂关节力矩最优运动轨迹。结果表明:机械臂末端在已知路径下运动时,机械臂关节力矩最小的运动轨迹,则为最优运动轨迹。为后续画线机器人进行装饰画线提供理论参数依据。

下肢康复机器人远程系统设计

设计了基于C/S的网络架构的下肢康复机器人远程系统。系统通过Socket网络通讯技术实现远程通信;实现了患者训练数据以及评估结果的远程传输,医生和患者之间的在线交流,以及医生对患者信息的管理。该系统实现了脑卒中患者的远程康复治疗,有助于患者在家中或社区医院进行康复训练,为患者带来了极大的方便。

LED照明产业的云制造服务分类及模式研究

LED照明产业是对转变经济产业结构和提升能源利用效率有着重要作用的战略性新兴产业。针对LED照明产业发展的困局,基于云制造理念,研究了云制造在LED照明产业的运用。首先对LED照明产业按制造资源、制造能力、制造企业进行分类。随后讨论了云制造的服务模式,提出了云制造服务中的闭环反馈机制,为LED照明产业的云制造服务提供理论支持。

调压式真空注型充型速度智能调控方法研究

针对真空注型(Vacuum casting,VC)浇注件由于充型速度不稳定所导致的翘曲变形质量缺陷,提出调压式真空注型工艺,并分析压力充型机理,论证压力差是影响充型速度的关键工艺参数,并通过分析阀口开度和充型速度的关系制定了充型速度控制策略。详细介绍该控制策略的实现过程,包括:对浇注件的STL模型进行体素化,并获取模腔的体积及横截面面积等特征;采用控制体积法对充型过程进行数值模拟,获得理论的阀口开度调节曲线;构建阀口开度模糊控制器,并利用二维查询表实现模糊推理过程,提高了控制器的响应速度,减小超调量。利用自主研制的试验平台结合具体实例进行试验,试验结果充分体现了调压式真空注型工艺的优势,证明了控制策略的可行性,大大提高了浇注件质量,为真空注型技术提供了一种新的工艺方法。