采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取研究——基于嵌入式和机器视觉技术

首先,从整体方案、视觉定位系统和运动控制系统完成了对采摘机器人机械臂控制系统的设计;然后,基于图像处理技术设计了目标物体识别与抓取策略;最后,基于RRT算法研究了对采摘机器臂运动轨迹的控制方法,实现了对采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取系统。采摘试验结果表明:系统对苹果的识别和定位准确度比较高,采摘成功率达到了100%,对采摘机器人自主采摘的实现具有一定的现实意义。

气动肌肉多关节柔性机械臂位姿控制

本文构建一个气动肌肉柔性机械臂的模型。首先建立刚性机械臂模型,并进行柔性化处理,然后设计机械臂关节角度传统PID控制器、机械臂关节角度比例微分控制器、基于模糊理论的机械臂关节角度PID控制器,以控制五个关节的角度最终实现机械臂末端位姿控制。仿真实验的结果表明,该模型的控制误差在0.3度以内,基本达到了设计要求。

基于关节位置约束的仓储运输机械臂分拣控制

仓储运输机械臂分拣配送路径较为复杂,节点配送模式选择难度较大,难以保证分拣的准确性,为此提出了基于关节位置约束的仓储运输机械臂分拣控制方法。建立各机械连杆坐标系,采用PD控制器负反馈机制,优化操纵任意矢量。通过服务定位协议和射频标识技术构建包裹出库量的时间序列模型,计算仓库系统各功能模块模糊增益,获得包裹分拣的出库数据序列,明确节点配送模式。把关节位置约束问题转换为关节速度约束,将关节速度进行非齐次空间映射,调节关节的位移与权值,完成对关节位置约束校正,实现运输分拣控制。通过实验证明所提方法能够较好实现控制分拣,减少机械臂晃动,保证分拣的准确性。

基于Kinect动态手势识别的机械臂实时位姿控制系统

基于Kinect动态手势识别达到实时控制机械臂末端位姿的效果。位置控制信息的获取采用Kinect计算手部4个关节点在控制中的位置变动,数据噪声在控制中易引起机械臂误动作和运动振动等问题,为了避免噪声对实时控制的不利影响,采用卡尔曼滤波跟踪降噪。姿势控制信息通过采集手部点云经滤波处理后应用最小二乘拟合的方式获取掌心所在平面,运用迭代器降噪处理。系统通过对手部位置和姿势信息的整合、手势到机械臂空间坐标映射及运动学求解来实时控制机械臂末端位姿。实验结果证明,手势控制系统满足控制要求,简单、易于操作,机械臂实时响应速度快、运动准确。

ADAMS和Matlab交互仿真的机械臂定位控制

运用虚拟样机软件ADAMS和数值计算软件Matlab建立交互式仿真系统,并采用比例微分控制法(proportional derivative,简称PD)对二阶机械臂进行定位控制模拟。实验证明,使用ADAMS和Matlab交互式仿真系统将机械系统动力学建模和控制系统分离,可以避免传统机械控制的复杂性,为机械系统控制研究提供了方便。

基于末端位姿修正的机器人可变形臂稳态控制算法

机器人的可变性臂受到旋量参数初值扰动,导致输出控制参量的稳态性不好,提出一种基于末端位姿修正的机器人可变形臂稳态控制算法。构建机器人可变形臂的运动学参数模型,结合拟线性规划模型进行机器人可变形臂的连杆动力学分析,以旋转惯性参量和驱动惯性参量为空间位姿约束参量,进行机器人可变形臂的末端位姿控制约束参量模型构建,采用Kalman滤波算法获取操作臂的旋量参数初值,采用滑模误差反馈调节方法得到机器人可变形臂的最优位姿参量,实现机器人可变形臂的末端位姿稳态控制。测试结果表明,采用该方法进行机器人可变形臂的控制的稳定性较好,位姿修正能力较强。

面向血型分析仪的自动加样机械臂控制系统设计

为实现血型分析仪的全自动控制,简化检测操作,提高检测的效率和精度,笔者设计了基于DMC5400运动控制卡的血型分析仪自动加样机械臂的控制系统。主要研究了加样机械臂的工作流程和控制系统的结构,对硬件进行了选型,并对电路与软件进行了设计。最后通过实验测定了该自动加样机械臂控制系统的重复定位精度,结果表明该系统能够满足血型分析仪自动加样的控制要求,实现了加样自动化。

一种混联喷雾机械臂视觉定位系统设计

为实现自动化精准施药,避免对温室中单株作物连续喷药所造成的大量药液浪费,设计了一种基于机器视觉定位的自动化喷雾系统。该系统可自动对目标作物进行大小及位置的检测,由DSP控制喷雾机械臂实现针对目标作物的精准喷雾。机械臂采用了三自由度混联结构,具有结构简单、成本低、刚性好、便于控制解算等优点。实验证明,该系统完全可满足针对单株作物冠层的精准喷雾定位要求。

基于神经网络自适应算法的机械臂位置/力控制

针对与柔性环境相互作用的机械臂位置/力控制中的建模误差和工作过程中存在的外界干扰的问题,设计一种基于神经网络的自适应控制策略。首先,对机械臂系统进行从关节空间变换到工作空间的坐标变换,结合环境刚度将坐标分解为切向位置空间和法向接触力空间;然后,考虑到外界干扰和建模误差等不确定因素,采用神经网络对不确定项进行逼近,加入鲁棒项减少逼近误差;最后,经过仿真验证得出在位置跟踪和力控制上能够快速收敛,说明了该方法的实用性和有效性。

凿岩钻臂模糊PID控制的研究

就凿岩钻臂的自动定位系统进行了研究.针对比例阀阀控非对称缸位置系统存在的响应较慢、时变严重等特点,提出了模糊自适应整定PID(Proportional_Integral_Differential)的控制策略,仿真结果表明,这种方法具有结构简单、实时性好、对参数的扰动具有较强的鲁棒性等优点,可以实现钻臂的精确定位.

机械臂液压伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对机械臂液压伺服位置系统存在非线性特性和参数不确定性,提出了一种自适应模糊滑模控制方法。利用参数自适应算法估计系统未知参数,有效地克服了系统不确定性的影响,提高了系统的鲁棒性;采用非连续投影算法保证了参数估计的有界性;引入模糊系统代替切换控制项,有效地消弱了抖振。仿真研究结果表明:所设计的自适应模糊滑模控制器能够快速准确地跟踪指令,并且对参数变化具有较强的鲁棒性,与PID控制器相比,系统跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好。

机械臂位置控制的研究

该文设计组建了以直流力矩电机为执行元件,LMD18200为电机驱动器件,增量式光电旋转编码盘作为位置检测元件,TMS320F2812为控制器的位置控制系统,实现对机械臂运行模式的简单仿制和模拟。同时根据机械臂位置控制的原理和系统组成,编写了系统的软件测试程序,并从动力学的角度在MATLAB环境下,进行了性能分析仿真,得出了仿真结果。

基于双目视觉的机械臂位姿估计及目标自动定位系统

针对以往使用的激光测距和单目摄像机估计技术、单眼照相机位姿估计法受到噪点影响而导致估计精准度低的问题,提出了基于双目视觉的机械臂位姿估计及目标自动定位系统设计。使用高压柜按钮,控制机械臂启停。使用FPGA通信协议芯片,节省信号处理时间。构建双目视觉模型,将操作目标的空间位置信息传递给机械臂,从图像中提取特征点,并求解单应性矩阵,将其转化为同一坐标系。采用基于模板匹配的粗定位目标大致位置,根据目标模板图像,识别物体位姿。利用3×3邻域高斯模板,处理图像数据,剔除噪点区域,由此得到精准位姿估计和定位结果。由实验结果可知,该系统运动坐标估计结果与预期轨迹结果基本一致,具有精准位姿估计及定位效果。

基于改进滑膜控制器的机械臂力/位混合控制研究

针对机械臂动力学模型中存在未建模动态、摩擦力矩和外部干扰等不确定性因素,尤其当外界干扰较大时,将会导致机械臂控制系统出现抖振的现象,为提高系统的轨迹跟踪和力控制要求,该文设计一种基于双曲正切函数的滑模控制器,在力位2个独立的控制方向上设计相应的控制率。仿真结果表明,与传统PID控制技术相比,该控制器能有效地抑制系统的抖振现象,提高系统的响应速度和跟踪精度。

基于自适应降阶滑模算法的机械臂力/位混合控制

针对机械臂位置和力的控制问题,首先通过约束方程对机械臂进行降阶,并将位置控制和力控制整合在同一控制器中,提高了控制器的整体性和连续性;然后将自适应滑模算法与降阶方法相结合,提高了控制器的跟踪效果和响应速度;最后利用自适应算法,修正机械臂参数,并基于李雅普诺夫方法进行仿真验证。仿真结果表明:所设计的控制方案不仅提高了系统的响应速度,同时还使期望轨迹有极好的跟踪效果,并将力误差稳定在极小的范围内。

煤矿综掘机智能远程控制技术研究

针对目前煤矿综掘机运行效率低下、安全性较差、智能化控制功能较少等缺陷,在传统综掘机控制系统的基础上对其电控系统、液压系统及远程监控平台进行改造。系统以PLC作为主控单元,采用以太网及Profibus总线对通信网络进行架构,实现了综掘机实时监测及远程控制功能。同时系统将模糊控制及神经网络技术应用于传统PID控制策略中,从而实现了远程自适应截割控制,有效提高了综掘机工作效率及智能化运行程度。