基于视觉的仿人机器人自主抓取研究

随着机器人技术的发展,仿人机器人在多个领域展现出应用潜力和价值。针对仿人机器人,基于机器视觉进行自主抓取研究,旨在提高仿人机器人在自然环境中的抓取适应能力和动作仿人性。在机器视觉方面,硬件采用Realsense-D435深度摄像头,利用YOLO(You Only Look Once)物体检测模型实现目标物体的识别、空间定位、深度图裁切和目标点云生成,并根据目标点云与标准点云的配准算法(ICP)获取物体的姿态,通过D-H法对机器人头部进行建模,将物体的位置和姿态由相机坐标系转换为机器人坐标系。在运动规划上,参照人手臂的抓取规律,将抓取过程分为9个基础动作:初始位、移动至预抓取位、抓取物体、提起物体、搬运物体、移动至放置位、放置物体、退出位和回到初始位,针对不同物体确定对应抓取姿态,以提高抓取成功率,根据视觉获取的抓取点和放置点,自主计算余下的关键点,并以空间弧形作为抓取轨迹,通过Matlab仿真,验证抓取过程机械臂末端运动轨迹和关节轨迹的合理性。最后进行物体抓取实验,结果表明,仿人机器人在自然环境中能够快速准确地识别和定位不同物体,并能成功进行抓取和搬运,成功率均在80%以上,并且能够兼顾动作的仿人性,验证了所提出方案的有效性。本研究可促进仿人机器人在人类日常生活中的应用和普及。

铰链加工误差影响柔顺平台耦合的分析

精密定位、精密测量领域中除了要求精密定位平台具有高的定位精度外,还要求平台具有小的运动耦合性。柔顺定位平台中柔性铰链的关键尺寸加工误差将会对平台的运动耦合带来影响,必须进行合理的尺寸精度设计。针对所设计的一种纳米级定位精度两自由度柔顺平台,分析了不同位置铰链加工误差对定位平台耦合的影响,确定了对耦合影响最大的因素,给出了平台铰链关键尺寸精度设计的建议。

仿人型服务机器人双臂动作示教及评估研究

目的基于自主研发的仿人型双臂服务机器人,研究体感示教及动作再现技术,并评估机器人拟人动作的合理性。方法首先根据机器人的构型,利用D-H法对机器人进行运动学建模。然后设定6种日常生活中常见的人体上肢动作,利用Kinect V2动作捕捉设备获取真人演示动作数据,将臂形角作为冗余量进行运动学逆解,求得机器人所需关节角,使机器人能够复现人体动作。之后基于恐怖谷理论,结合层次分析法和语义分析法,提出评估方法,评估机器人复现的动作。结果机器人以拟人的姿态复现了人体示教动作,评估结果显示,不同类型的动作会让受试者产生不同的心理感受。结论对于仿人型双臂服务机器人而言,体感示教是一种自然高效的示教方式,由此产生的行为符合用户心理预期,为服务机器人融入日常生活提供了理论依据。

基于虚拟样机技术的平面机构运动精度渐变分析

运动副间隙不可避免的存在于机械系统中,且随着摩擦磨损其尺寸不断变大,导致系统运动学和动力学性能的渐变恶化。基于三维建模软件SolidWorks和虚拟仿真软件ADAMS,建立含运动副间隙的平面机构模型,进行动力学仿真。并且考虑运动副处的摩擦磨损,对ADAMS仿真数据进行后处理,通过Matlab离线计算运动副磨损量,得到时变的运动副间隙尺寸。将磨损后的运动副尺寸更新到ADAMS模型仿真,进而得到机构运动精度的渐变过程。结果表明,运动副磨损区域非均匀分布,机构运动精度及动态性能随运行时间逐渐恶化。

Delta机器人产品分拣轨迹规划仿真

Delta并联机器人被广泛应用于生产线上产品的分拣和包装,末端轨迹规划的合理与否直接影响到系统的性能表现,关键是在满足约束条件的情况下,保证位置、速度、加速度的平滑过渡。基于自主搭建的小型Delta并联机器人,进行轨迹规划仿真及误差分析。首先建立了系统的运动学约束方程,推导出机构的运动学正、逆解,绘出机构末端的工作空间,并进行末端的轨迹规划,选择产品分拣时典型的"门"字型轨迹,采用五次多项式时间函数,求解出输入端所需的角度、角速度和角加速度。最后考虑球铰处运动副间隙,采用等效杆长法,通过运动学正解求解出末端的运动误差。仿真结果表明,五次多项式可以用于末端轨迹的规划,间隙的存在降低了末端轨迹的运动精度。

小型Delta机器人理论建模及抓取实验研究

人机协同操作是机器人研究的热点。基于自主搭建的用于人机协同操作的小型Delta并联机器人,对其进行了系统地理论建模及抓取实验研究。建立了系统的运动学约束方程,推导出机构的运动学正逆解方程,并在此基础上利用虚功原理建立系统的简化动力学模型。在工作空间内对末端进行抓取轨迹规划。为检验系统的可行性,搭建实验系统进行抓取实验研究,实验结果表明了该小型Delta机器人系统的可行性,为后续人机协同操作奠定理论和硬件基础。

Delta并联机器人拖动示教及再现研究

基于自主搭建的Delta并联机器人,深入研究其拖动示教以及示教再现过程,以降低其控制难度,提高并联机器人实用性和协作性。对Delta机器人进行运动学建模和动力学建模,然后进行无外部传感器机器人的拖动示教实验,并在对各关节轨迹优化后进行运动再现。结果表明:通过该方法,操作人员能够便捷地对并联机器人进行拖动示教,实现机器人的快速部署。

基于Unity3D的双臂机器人仿真控制系统

针对仿人双臂机器人自由度多、操作操控困难问题,基于Unity3D引擎和Android Studio,设计和实现机器人虚拟仿真控制系统。首先将双臂机器人三维CAD模型导入Unity3D,搭建机器人的虚拟场景。对于机器人的虚拟仿真,正向运动学采用父子关系进行约束和联动,逆向运动学利用Final IK实现,配置关键关节及其权重,设置旋转限制。采用蓝牙进行无线实时通信,在Android Studio中编写库文件和调用接口,实现Unity3D对安卓端蓝牙的调用,完成移动端的数据发送;对于接收端,采用BLE蓝牙模块对数据进行接收和解析,以便获得正确数据驱动机器人运动。最后使用Unity3D中的UGUI实现交互界面,利用其Button组件灵活设计交互流程和调用响应事件。实验结果显示,仿真控制系统可以实现实时无线通信,并能进行多种操控模式,可视化的界面为使用者带来良好的人机交互体验。基于虚拟仿真的控制界面,能够降低用户的操作门槛,促进仿人双臂机器人在娱乐、服务和生活领域的普及应用。

仿人机械双臂的运动学建模及实验

针对自主搭建的3D打印仿人机械双臂,在运动学建模的基础上进行仿人运动实验及拖动示教实验。首先根据人臂结构,确定了机械臂构型为非偏置球肩关节和球腕关节。定义坐标系得到其D-H参数,建立运动学约束方程。以臂形角为冗余自由度,推导出了机械臂运动学逆解的解析表达式。然后搭建实验平台,给定人双臂末端轨迹,以手腕舒适度和势能最小为优化目标,采用就近搜索法确定最优臂形角,求得各关节所需角度。最后进行了双臂拖动示教实验,研究结果表明所设计的机械双臂不仅外形仿人,在运动学层面也高度拟人,拖动示教是一种自然高效的人机交互方式。

考虑运动副间隙的平面5R并联机构动力学分析

以平面2自由度5R并联机构为研究对象,考虑运动副间隙,完成了动力学建模及分析。首先建立系统几何约束、速度和加速度约束方程,并对含间隙运动副进行详细的几何描述和力学描述。采用牛顿-欧拉方法建立了系统的动力学方程。采用Baumgart稳定算法求解系统运动方程组。针对具体的操作任务对机构末端运动轨迹进行了规划。分析结果表明,理想5R机构能够很好完成快速操作任务,而运动副间隙的存在降低了机构的运动精度和动态性能。

基于Leap Motion的仿人机械臂自然手势控制

针对自主研发的仿人双臂机器人,研究基于Leap Motion的控制方式,实现自然手势对机械臂仿人实时控制。首先利用Leap Motion手势控制器采集手部信息数据,定义三种触发手势,对数据进行滤波削抖后,通过坐标变换,转化为机器人末端的位姿。然后通过机器人运动学逆解,对臂形角进行优化,得到机械臂各个关节所需角度,实时发送给机器人完成相应的动作。最后进行了抓取实验,结果显示,大多数受试者经过基本的训练后就可以成功地完成指定任务,表明所提出的自然手势控制是一种直观可行的人机交互方式。