多臂协同复合机器人的改进PID柔顺控制系统设计

针对多臂协同复合机器人在焦炉顶炉口执行多臂协同测温作业时的稳定性,本文设计一种基于改进粒子群优化(IPSO)算法的PID柔顺控制系统。对于焦炉顶炉口测温,首先设计了多臂协同复合机器人来实现移动过程中的焦炉顶炉口测温作业;其次搭建机械腿与PID控制模型;并运用于PID控制器参数整定,与Z-N法进行比较,改进粒子群的PID柔顺控制模型调节时间缩短26 s,超调量更小;最后,通过Simulink与Adams联合仿真得到复合机器人的各运动参数曲线。结果显示,多臂协同复合机器人在前进2000 mm过程中,机身只有0.45 mm的偏移,整体运动速度最大可达100 mm/s,膝关节最大关节角速度稳定在48(°)/s和54(°)/s,在机器人稳定运行范围内。结果表明多臂协同复合机器人稳定运动,能够很好地实现焦炉顶炉口测温作业。

一种面向空间非合作目标的强化学习多臂协同俘获策略研究

针对空间非合作目标清除任务中的目标适应性以及俘获动作规划复杂性等问题,提出了一种基于强化学习方法并结合“多臂分组协同”机制的包络俘获策略。首先构建了多臂俘获机构的物理模型和运动学模型,之后利用SAC(soft actor-critic)算法并引入前演训练(PT)设计了强化学习控制器,接着基于“多臂分组协同”奖励机制设计奖励函数以训练得到最优俘获动作。为了验证俘获策略对单目标作业的高效性和对多目标作业的高适应性,对各种目标分别进行仿真实验。仿真结果表明:所得的俘获策略可以对多种构型的目标实现高效、高适应地俘获。

基于轴不变量的空间机械臂多臂协同灵巧操作控制策略研究

面向未来航天器在轨组装与维修等需求,针对空间大型航天器,设计了一套多航天器多臂协同操作系统.在此基础上,开展了基于轴不变量机械臂动力学模型研究,并设计了模糊变结构控制器,为多臂协同操作提供了控制策略.在对机械臂原理样机的工程D-H参数进行测量后,导入开发的多体动力学仿真系统中,对多臂协同操作过程开展了动力学仿真与测试,从而验证了多航天器多臂协同操作系统的可行性,为未来的在轨组装与维修任务奠定了技术基础.

苹果四臂采摘机器人系统设计与试验

针对鲜食苹果智能化高效采收需要,该研究设计了四臂并行采摘的“采-收-运”一体式机器人系统,以代替人工采收作业。以中国矮砧密植高纺锤果树为对象,根据树冠内果实空间分布特征,提出了四臂并行采摘执行部件的作业方式;建立了基于多任务深度卷积网络的果实可见区域识别模型,实现受遮挡果实离散区域语义分割及其归属关系的端到端判别;在此基础上,根据果实表面局部点云信息对其质心进行空间定位;提出了基于时间最优的四臂协同采摘任务规划方法,以实现机械臂对树冠内不同区域的高效遍历。最后在采摘机器人关键部件集成的基础上,在矮砧密植标准果园进行生产试验。试验结果表明,机器人对树冠内可见果实的识别率为92.94%,被识别果实中定位精度满足机器人采摘操作要求的比例为90.27%;机器人平均采摘效率为7.12 s/果,其中四臂协同采摘效率约为单臂采摘效率的1.96倍;对可见果实采摘成功率为82.00%,对树冠内全部果实的采收率为74.56%,枝叶遮挡干涉是造成采摘失败的主要原因。该研究可为鲜果智能化采摘模式的探索应用提供技术支撑。

双光束激光焊接机器人轨迹优化

为提高飞机大尺寸结构件T型接头的焊接质量,本课题组研究了新型双光束激光焊接机器人多臂协同焊接轨迹优化问题。本文提出了一种针对双侧焊缝焊接的机器人平顺高效运动的优化策略。首先,提取双曲度壁板上T型接头双侧焊缝和按压桁条的关键路径点信息,根据路径点局部坐标系相对于双光束激光焊接机器人基坐标系的转换矩阵,得到机器人三条机械臂末端的位姿表示;然后,基于双光束激光焊接机器人多轴运动链逆解计算得到机器人各关节的位移或转动角度;再采用5次B样条曲线对18个关节的位移或转动角度进行插补,以双光束激光焊接机器人高效、平稳运动为目标,建立机器人协同焊接作业轨迹优化模型;最后,采用多目标优化算法NSGA(non-dominated sorting genetic algorithm)Ⅲ进行求解,并将求解结果与NSGAⅡ多目标优化算法的求解结果进行对比,结果表明,NSGAⅢ求解计算的时间消耗比NSGAⅡ仅多3.8‰,但得到的Pareto解集的多样性提高了161.29‰,证明了NSGAⅢ优化算法的有效性。