机械臂环境三维重建与避障算法研究

为了解决机器人在未知环境中的避障规划难题,提出了一种基于视觉的三维重建与避障规划方法。通过深度相机(RealSense D435i)与机械臂组成手眼系统,首先,根据目标物体与ArUco码的相对关系,通过相机获取的ArUco标记上的特征点坐标,求解出目标物姿态;然后,改进三维重建方法,通过融合机械臂工具末端位姿和多帧点云数据,对环境进行较高精度的三维重建,作为后续规划的障碍空间;最后,应用了快速扩展随机树(RRT)的改进算法进行机械臂的避障运动规划。研究搭建了仿真及控制平台,来进行验证。实验表明:环境三维建模的精度维持在8mm以内,避障成功率为96.5%,平均规划时间为1.2s,验证了方法的可行性。

基于GWO-ELM算法与模糊控制的无标定视觉伺服研究

针对传统基于图像的视觉伺服系统运行速度慢,图像雅可比矩阵的求解受标定精度影响的问题,提出一种基于灰狼算法优化极限学习机(GWO-ELM)与模糊控制相结合的视觉伺服控制方法。该方法利用灰狼算法(GWO)优化ELM模型初始权重增加模型稳定性,估计图像雅可比矩阵伪逆预测机械臂末端运动速度,之后引入模糊控制(Fuzzy Control)设计视觉伺服控制器构建无标定视觉伺服控制系统,并进行上机实验。实验结果表明,Fuzzy Control-GWO-ELM-IBVS的运行效率相对于GWO-ELM-IBVS得到了提升,定位误差能控制在规定阈值,验证了提出的无标定视觉伺服控制系统的有效性。

基于改进SSA-DNN的工业机器人定位误差补偿研究

针对工业机器人定位精度不高和传统误差补偿方法复杂的问题,提出了一种改进SSA-DNN神经网络的工业机器人定位误差补偿模型。首先,在笛卡尔空间优化空间网格分割采样规划,获得目标点位与其定位误差的规律;其次,提出一种基于Tent混沌映射的ISSA算法,结合Levy飞行机制,提升SSA算法的搜索能力与加快收敛速度;最后,建立ISSA-DNN定位误差补偿模型,为验证补偿模型的有效性,以自由度工业机器人为对象,与其他模型进行对比实验,实现了对机器人实际点位的补偿,提高了机器人的定位精度。结果表明,在机器人定位误差补偿方面,与DNN与SSA-DNN等神经网络模型相比,ISSA-DNN神经网络模型具有更高的补偿精度和稳定性。

机器人磨抛力主动柔顺控制研究进展

针对机器人磨抛过程中的力控制问题,本文总结了目前机器人磨抛力的监测方法,介绍和分析了主动柔顺控制技术中的两大经典力控制理论,并阐述了基于神经网络、模糊跟踪、PID等智能磨抛力控制策略的研究,提出了机器人磨抛力控制的关键性问题,对多维传感器解耦与融合检测技术、主-被动柔顺控制技术、机器视觉磨抛环境检测技术等进行展望,为未来机器人磨抛技术的研究提供了一定的指导。

考虑法向接触力变化的机器人砂带磨削参数研究

叶片表面粗糙度与型面尺寸精度对航空发动机整体性能和使用寿命有重要影响,为了解决机器人砂带磨削的切入切出阶段及曲率变化较大部位的法向接触力变化对表面粗糙度和材料去除深度一致性的影响,设计正交中心组合试验并用宽度学习算法建立了磨削工艺参数与表面粗糙度和材料去除深度的预测模型,利用传感器测量的法向接触力与建立的预测模型,结合多重学习回溯搜索算法求解了自适应工艺参数,最后用得到的工艺参数进行了磨削试验,表面粗糙度和材料去除深度的试验值与模型预测值最大误差为14.2%和13.4%,表明所提方法可以保证表面粗糙度和材料去除深度的一致性良好。

基于三维视觉伺服的智能装配系统设计

在机械制造中,零件装配是生产整合的重要环节。目前装配任务主要依靠人工完成,效率低下,部分自动化装配平台虽然可通过机器人开环控制系统完成装配任务,但灵活性欠缺。为了提高柔性和生产效率,对装配进行研究后,以三角轴为对象,设计了三维视觉伺服装配平台,采用图像处理和PNP算法进行位姿估计,设计基于位置的视觉伺服控制器。实验结果表明,该平台在不同轴孔零件位姿的装配任务中,均能进行精确装配,满足轴孔装配的要求。

基于深度相机的机械臂动态避障研究

为提高6自由度机械臂的智能化程度以及自主避障能力,通过眼在手外的深度相机来实时监控机械臂的工作环境,并利用OpenCV和PCL库对采集到的图像和点云数据进行处理。在分析了传统包围盒算法的基础上,提出了利用虚拟包围球对机械臂模型进行简化,并通过距离计算完成机械臂与障碍物的碰撞检测过程。在笛卡尔空间中,对传统的人工势场法进行改进,并通过雅可比矩阵将合速度转化到关节空间。基于开源机器人操作系统ROS搭建实验平台,实现了连续、实时的动态避障,验证了所提出的6自由度机械臂动态避障方法的有效性。

工业机器人轨迹规划与优化研究进展

随着机器人技术的发展,关节型工业机器人凭借效率高、精度高及良好的环境适应性与工作稳定性优点而被广泛地应用于自动化工业之中。轨迹规划是提升工业机器人作业质量的有效途径。为全面了解现有轨迹规划研究方法,对各领域轨迹规划及优化研究进展进行全面综述。首先,简述了轨迹规划的流程并根据各种轨迹规划的原理进行分类,介绍了一般轨迹规划中多项式插值法和B样条插值法的研究现状;然后,针对能量、时间及冲击等不同因素的优化研究进行详细的归纳,并指出现有轨迹寻优算法的具体思路;最后,结合实际明确动态避障、强化学习下的轨迹规划、轨迹误差补偿与预测及多机器人协作轨迹规划将是今后的研究重点。

基于小波包能量谱的工业机器人智能故障诊断

实际工业机器人在恶劣工作环境中易出现故障,传统的故障诊断大多都是通过振动信号进行,但是振动数据在实际工厂难以采集,给工业机器人的故障诊断造成了极大困扰。针对这一问题,提出一种基于小波包能量谱(WPES)与卷积神经网络(CNN)的工业机器人电流数据的智能故障诊断模型。该模型通过小波包将原始电流信号分解为多个子频带,计算每个子频带对应的能量特征,当工业机器人出现故障时,能量特征会发生变化,并将能量谱特征转化为二维矩阵用于设计、训练和测试所提出的模型。实验结果表明:采用WPES-CNN模型进行故障诊断,故障识别率达到了99.9%以上。

高精度冰刀磨削加工激光在线测量技术

为了满足体育竞赛对高精度冰刀的需求,提出一种高精度冰刀磨削加工的激光在线测量技术。通过线激光传感器在线测量冰刀刀刃轮廓,对测量数据进行低通滤波、小波滤波及中值滤波的组合滤波处理,利用正弦函数对处理结果进行数据拟合,拟合结果与测量数据的误差在0.01 mm以内,重复测量误差在0.004 mm以内,利用项目研制的高精度数控冰刀磨床加工一段半径R=21 000 mm的冰刀圆弧,这段圆弧的粗糙度达到0.3μm、圆度达到4.1μm。采用激光传感器测量该段圆弧,验证测量数据处理的准确性,得出激光测量结果与标准曲线精度误差在0.007 mm以内,满足高精度冰刀在线测量与加工的要求。

视觉伺服中动态图像雅可比矩阵计算研究

在基于图像的视觉伺服系统中,由于图像雅可比矩阵是时变的,实时求解图像雅可比矩阵是该领域研究的一个关键问题。提出了一种已知物体表面几何形状尺寸快速求解特征点深度信息的算法,并计算出当前时刻图像雅可比矩阵的值。在仿真实验中验证了该算法的有效性,仿真结果表明:4个特征点误差呈指数趋势下降,且机器人每个关节的速度曲线较为光滑,机器人能较为光滑地运动到期望位置,没有明显的抖动现象,机器人末端的速度曲线图也较为光滑,相机没有发散或回退的现象出现。最后,相机安装在6自由度机器人末端,完成对一个静态物体定位精度的研究。实验结果表明:四个特征点的误差最终收敛至1个像素以内,进一步验证了该算法的有效性。

基于NC-Link的机器人远程监控系统研究

为了实现对不同品牌机器人的实时监控以及集中管理,实现机器人的互通互联,设计了一套基于NC-Link的机器人远程监控系统。NC-Link适配器通过机器人的二次开发接口对机器人进行数据采集,然后将采集到的数据通过http协议传输给应用层系统,最终实现机器人和远程客户端的数据传输,并将不同品牌的机器人监控的数据贮存到云端数据库,最后使用VS2017软件设计了机器人的远程监控界面。在远程客户端和适配器端增加时间戳,通过计算两个时间戳之差测得时延为3 ms;通过JMeter软件进行压力测试,最终测试结果显示,系统的实时性和可靠性满足要求。

通信数据的错误纠正方法研究

本文研究了通信数据的错误纠正方法。该方法借助噪声比特流的输出和校验模块差错比特流的生成,比较分析并纠正过采样的串行信号,以达到最大限度纠正单次比特流通信数据的效果,避免造成通信重发或数据遗失,在保证伺服控制性能的同时,有效提高数据通信整体的质量和效率。

车轮钢ER8在中性NaCl溶液中的电化学腐蚀行为

为研究ER8车轮钢在沿海中性氯盐环境下的腐蚀行为,通过电化学测试、腐蚀失重试验,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术对ER8车轮钢在3种不同浓度中性NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行分析。极化曲线结果表明浸泡初期5.0%NaCl浓度下自腐蚀电流密度(Jcorr)最大,576 h后Jcorr在2.0%、3.5%NaCl浓度下均持续增大,腐蚀速率在2160 h时均大于0.12 mm/a。SEM结果显示腐蚀产物形貌主要为片状与团簇状结构,初期腐蚀产物形貌具有较多孔隙,难以阻碍Cl-与基体发生反应,2160 h时腐蚀产物结构更为均匀致密。XRD结果表明腐蚀产物主要由γ-FeOOH、α-FeOOH与Fe3O4组成。

精密两轴机械臂的结构设计及测试

本文首先对精密两轴机械臂进行工作原理分析,设计出精度高、刚性强的两轴机械臂结构;其次分别对大臂、小臂的伺服电机、减速机进行计算校核并确定其型号;同时对机械臂输出端的角度编码器进行选型计算并确定其型号;最后通过研制出精密两轴机械臂并进行实际测试,验证了减速机的实际输出端的扭转刚度与理论值较符合。

相机安装在SCARA机器人二轴上的自动手眼标定方法

介绍了基于SCARA机器人在2D视觉应用中的手眼标定现状,以及当前工业相机固定安装在SCARA机器人二轴上的标定方法的优缺点,并提出一种自动运行完成手眼标定的方法,最后进行了实际操作验证,证明了该方法具有较高的准确性和鲁棒性,为相机固定安装在SCARA机器人二轴上的自动手眼标定提供了可靠的技术支持。

基于ROS的双机器人路径规划

为了使双机械臂能够在复杂的环境中完成协同运动任务,提出了一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的改进路径规划算法。首先,根据双机械臂的坐标系,推导出相关的约束关系,为减小轨迹误差设计一种双机械臂标定方法,准确计算出双机械臂基座标齐次变换关系;其次,为了优化机械臂的运动规划算法,对传统的快速随机搜索树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法进行偏置采样,融合(probabilistic road map,PRM)算法对路径进行二次优化,使其获得最短路径;最后,通过五次多项式对获得的路径进行轨迹优化。整个方案通过ROS控制实际机器人进行算法验证,实际结果证明,所提方案规划效率更高。

基于改进PSO的模糊PID打磨末端执行器控制系统

针对工业机器人进行接触式打磨作业时打磨工具与工件的打磨力的要求,提出了一种基于改进粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)的模糊PID控制的打磨末端执行器控制方法。通过结合改进PSO算法,智能优化整定传统PID控制器的控制参数K;、K;、K;初值,再通过模糊控制器在线调整PID参数。采用MATLAB/Simulink组件建立基于改进PSO的模糊PID控制系统仿真模型。最后,搭建基于Codesys的力控打磨末端执行器实验平台,对打磨末端执行器输出的打磨力进行实验验证。仿真和实验结果表明,通过基于改进粒子群算法的模糊PID控制可实现对打磨末端执行器的控制,具有较好的控制精度以及稳定性。

工业机器人时间-冲击最优轨迹规划

提出了一种基于改进遗传算法的时间-冲击最优轨迹规划算法,所提算法采用五次多项式插值方法对轨迹规划进行连续性控制,并引入海明距离和欧氏距离对遗传算法的交叉和变异策略进行改进。仿真结果表明,所提算法性能更优,能够更好地规划出时间-冲击最优轨迹。

一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法

在分析了复杂工件在工业机器人的磨抛应用情况之后,提出了一种基于动态外部TCP的工业机器人磨抛方法。以门把手作为研究对象,首先运用基于曲率的截面算法对门把手进行磨抛路径规划,求得轨迹离散点。其次根据截面截线在不同离散点的平均曲率、曲率半径求解出各点所对应的外部TCP。然后建立磨抛机器人基坐标系,根据规划的工件磨抛轨迹以DH算法求出机器人末端运行轨迹,再根据轨迹离散点与动态外部TCP的位姿转换关系求得实际机器人末端运行轨迹。最后采用Inte Robot离线编程软件仿真实验平台进行仿真验证,实验结果表明动态外部TCP算法可以达到较好的门把手打磨效果。