一种全向移动操作机器人建模与交互作用分析

全向移动操作机器人(Omni-directional Mobile Manipulating Robots,OMMR)是由全向移动平台以及在平台上加装一个或多个操作臂组成的具有主动作业能力的新型机器人系统。在移动平台上加装操作臂后,整个系统动力学行为的复杂性将会因为移动平台与操作臂之间的耦合效应而大大增加,涉及地面-移动平台、移动平台-操作臂、操作臂-操作环境的动态交互,给系统的建模带来极大困难。在建立OMMR运动学、静力学模型的基础上,提出了一种简化的OMMR系统动力学建模方法;基于该动力学模型,建立车-臂交互作用模型并对其交互作用进行分析。仿真和实验验证了车-臂交互作用模型的正确性,间接证明了所提OMMR系统动力学建模方法的合理性和有效性,为机器人运动规划和运动控制提供了模型数据。

基于具身智能的移动操作机器人系统发展研究

具身智能是新一轮科技革命与产业变革中的战略性技术,是当前世界各国重点竞争的前沿高地之一;移动操作机器人系统因其优秀的运动、规划、执行能力成为具身技术首选的硬件载体;基于具身智能的移动操作机器人系统作为实现跨领域、多场景、多功能的自主具身智能平台,将成为引领未来新一代信息技术和人工智能发展的关键。本文从基于具身智能的移动操作机器人系统发展的需求出发,总结了基于具身智能的移动操作机器人系统的发展现状,分析了该领域发展面临的问题和挑战,提出了涵盖多模态感知技术、世界认知与理解技术、智能自主决策技术、运动与操作联合规划技术等基于具身智能的移动操作机器人系统的共性关键技术。基于此,本文从国家政策倾斜、共性技术突破、交叉学科建设与人才培养、综合验证平台构建等方面提出了对策建议,以期助力具身智能发展浪潮下我国移动操作机器人领域的长足发展。

时域连续下遥操作机器人时延测试系统设计

针对已有的遥操作机器人主从时延测试方法因采样频率过低导致的时域离散输出信号测量精度不足的问题,设计并提出一种时域连续下遥操作机器人时延测试系统与方法。首先采用双通道示波器采集主从端设备的运动模拟量,并将其转化为电压-时间曲线;然后通过平均滤波算法抑制波形曲线的周期性干扰,进一步消除系统波动误差;最后分析曲线斜率突变点记录主从两端运动发生时间戳,计算时间戳差值得到遥操作机器人的主从控制时延。远程超声扫查机器人时延测试实验表明:相较于现有测试方法,所提测试系统和方法测试结果更接近理论时延,验证了所提方法的有效性和可靠性。

移动操作机器人运动控制与误差分析实验研究

针对汽车零部件装配线的物料分拣及供给问题,设计并组装了一台移动操作机器人用于实现智能化自动送料。以此移动操作平台为对象,建立了其运动学模型,并以此为依据提出了运动控制策略,分析了输入脉冲与机器人速度及转弯半径之间的关系。利用激光跟踪仪对机器人直线和圆周运动的轨迹进行标定,获取了轨迹误差随速度的变化规律。研究结果表明,通过控制电机的输入脉冲,提出的运动控制策略可以满足在不同场景要求下的移动机器人定位和运行。机器人直线速度与输入脉冲成正比,转向速度与输入脉冲差成正比,转弯半径与输入脉冲和成正比。由轨迹误差与速度的关系,得到机器人的最佳速度为(0.2~0.3)m/s,当运送小型零部件且需要提高运行效率时,可控制直线速度在(0.5~0.7)m/s,为分析运动性能提供了一种解决方法。

智能巡检操作机器人关节电机设计与优化

随着数字化和智能化的新型电力系统快速发展,传统运维方式难以满足现代电网安全运行的要求。智能机器人、远程控制等新技术的发展,为电力企业基层员工减负提供了新的思路。智能巡检操作机器人凭借灵活多样、高效率等特点,在维护电网设备方面的运用日益广泛。其中,关节电机作为机器人的核心部件,其性能的优越性是精确监测电网设备状态和电力系统安全运行的重要保障。因此,探究了一种高性能的智能巡检操作机器人关节电机,助力智能电网的建设和发展。最后,利用多目标优化算法快速获取高性能关节电机。

基于深度学习的移动操作机器人路径规划与控制

路径规划对于移动机器人的智能化实现至关重要,是机器人核心技术之一,在无人驾驶、移动机器人中应用比较多。传统的路径规划算法包含了全局规划算法以及局部规划算法,这种规划效果受到的地图信息、算法效率以及计算力影响比较大。而深度学习能够让机器人在环境中基于交互试错的方式不断学习,不需要进行额外的数据采集和先验知识作为基础,在连续决策任务场景中应用效果比较好。所以,深度学习在移动机器人研究中发挥着重要作用。本文基于深度学习原理,探究移动操作机器人的路径规划和控制方案,旨在为移动操作机器人的优化设计提供一些思路和经验参考。

人机交互遥操作机器人软体手位置跟踪设计与实现

针对遥操作机器人在深海等未知环境中抓取软体物体或易碎物体的工作需求,提出了一种人机交互遥操作机器人的主从软体手位置跟踪方法。首先,介绍了主从软体手控制系统的构成与工作原理,该系统主要包括主端控制回路、通信链路和从端控制回路,用于控制软体手的抓取动作。然后,阐述了软体手指的建模过程与控制器设计,采用假设模态法进行建模,并在软体手指的位置跟踪控制中引入模型预测控制算法,以解决软体从手跟踪软体主手性能差的问题。最后,设计并研制了软体主手、软体从手及其控制系统,其中软体从手以硅胶为原料并嵌入固体材料来增大刚度,同时开展了软体从手跟踪软体主手抓握目标物体的实验。仿真结果表明,所设计的模型预测控制器能有效解决软体手指因模型失配而引起的控制精度下降问题;实验结果表明,所研制的软体从手能有效跟踪软体主手并实现目标物体的抓握,整个控制系统运行良好。研究结果为人机交互遥操作机器人软体手的跟踪控制应用提供了参考。

基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法

为了提高遥操作机器人虚拟环境几何学建模的精度,提出了一种基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法。首先基于视觉信息通过点云采集和预处理、粗细配准相结合的点云配准、表面重建、位姿测量实现了目标物的几何学建模;之后针对遥操作机器人的应用背景,设计了局部半自主和多指协同相结合的灵巧手控制方式,完成了目标物触觉点云的采集;最后采用视触融合的方法,使用KDtree将视觉点云和触觉点云进行融合,并利用视触融合点云对几何学模型进行修正。通过实验证明该方法对不同材质目标物的几何学建模的几何尺寸误差小于3.6 mm、定位误差小于6.8 mm、姿态角测量误差小于4.3°,且效果均优于基于视觉信息的几何学模型和基于触觉信息的几何学模型。该方法构建的几何学模型既包括了目标物的颜色信息,又提高了几何学模型的精度,且在模型细节处表现良好,有效结合了视觉和触觉两种模态信息的优点。

遥操作机器人系统设计及控制方法

设计了一套遥操作机器人系统并提出一种相对位姿尺度变换的姿态映射算法和在线轨迹平滑方法,以解决遥操作系统存在主从端工作空间不匹配以及控制数据不稳定的问题。首先,结合光学追踪器和惯性传感器设计符合人类日常习惯的主端动作捕捉系统;从端采用三轴云台相机、UR5机械臂和机械手搭建了类人的机器人系统。其次,为解决遥操作系统存在的主从端异构、工作空间大小不匹配等问题,提出一种相对位姿尺度变换算法。最后,针对所设计的遥操作机器人系统和控制算法开展了主从跟随精度验证和遥操作抓放物体实验。实验结果表明,相对位姿尺度变换方法兼顾了遥操作任务中的效率和精度要求,在操作者动作姿态快速变化的运动过程中,所设计的遥操作系统仍能以较高精度跟随目标轨迹运动,且从端延时仅约为0.1 s,使得从端机器人可较好地实时复现主端操作者的动作。

基于数字孪生的遥操作机器人在线示教系统

为提高遥操作机器人的示教编程效率和在线示教的安全性,提出了面向遥操作机器人在线示教的数字孪生框架,建立了机器人及其工作场景的虚拟模型,实现了物理实体到数字孪生模型的映射;设计并实现了基于RGB-D图像和姿态示教器的遥示教方式,通过鼠标和姿态示教器规划虚拟机器人末端执行器的路径和姿态,并利用增强现实技术,实现了虚实融合示教,提高了遥操作机器人在线示教的人机交互性;构建了机器人及其工作场景的八叉树模型,在机器人按照规划的路径和姿态运动时,可以预测机器人与工作场景之间的碰撞干涉;系统将未发生碰撞干涉的规划路径和姿态指令发送给物理机器人控制器控制物理机器人运动,从而实现基于数字孪生遥操作机器人在线示教功能,提高在线示教系统的安全性。

高压柜操作机器人协调操作感知控制方法

为更加精准地检测或维修高压柜设备,降低在复杂环境下受到的影响,提出基于学习自动机的机器人协调操作感知控制方法。定量描述机械臂柔性连杆形变,依照拉格朗日定理推导机器人操作系统动力学规律与振动方程;使用导纳理论计算机器臂作用力与预期速率的关系,得到协调操作约束条件;将协调操作感知控制转换成二次型问题,利用学习自动机方法控制运动行为,保证机器人在规定时间内完成变电站高压柜分合闸和更换断路器等工作的协调操作感知控制。仿真结果表明,所提方法协调操作感知控制精度高、效率快,提高了机器人运动的柔顺性与同步性。

智能停送电操作机器人在选煤厂低压配电室的应用实践

介绍了停送电操作机器人的设备结构、系统功能,以及应用在选煤厂低压配电室后取得的效果。应用结果表明,停送电操作机器人可代替人工对配电回路进行停送电操作,提高选煤厂日常检修中停送电的可靠性和安全性;同时机器人上搭载的多种传感器可代替人工对配电室进行7×24 h的自动巡检,降低职工的劳动强度。

面向生物医学应用的微操作机器人技术发展态势

近年来,生物医学得到了迅猛发展,研究领域多涉及到微纳米操作。手动操作存在工作效率低,成功率低等缺陷。因此,由生物医学与微操作机器人结合而产生的生物微操作机器人已成为全世界范围内的研究热点。基于此,通过对当前国内外生物微操作机器人的研究现状、实际应用等方面进行分析,总结出生物微操作机器人在视觉伺服控制、驱动器、执行机构、微操作控制策略、几何标定、传感器融合等方面存在的不足,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究提供一定的参考及指导作用。

微操作机器人的发展现状

本文介绍了微操作机器人系统的组成、特点 ,国内外的发展现状 ,微操作机器人研究的主要内容及研究热点问题 .

面向生物工程实验的微操作机器人

本文讨论了一台面向生物工程应用的微操作机器人系统的结构、功能和关键技术．首先，给出了它的硬件体系结构和逻辑结构，它由传感系统，控制系统和操作系统组成．其中传感系统由显微镜和ＣＣＤ摄象系统组成．其次，对微操作机器人系统的关键技术进行详细讨论．显微视觉是最主要的一项技术，基于此技术完成了两项功能，即微针的纵向定位和自动寻针．最后，给出了微操作机器人在生物ＰＣＲ反应实验中的一个成功的应用实例，证明了上述系统的有效性．

串并联微操作机器人系统的研究

介绍了一套完整的微操作机器人实验系统 ,该机器人系统是在一种用于微操作的新颖的串并联机构基础之上建立起来的 .针对串并联微动机构的特点 ,提出了一种电容式测微仪与计算机视觉系统相结合的运动学标定方法 .同时 ,为实现对压电驱动元件的精确控制 ,采用了一种参数切换的变速积分PI(Proportional Integral)控制算法 ,并收到了预期的效果 .最后对该系统进行了微动画图实验 ,得到了理想的圆形和矩形轨迹图形 .实验结果表明 ,该微操作机器人系统的组成及控制。

基于视觉的遥操作机器人精密装配系统

针对遥操作精密装配问题,基于视觉伺服,并通过图形图像叠加等方法,加入了有效的人工辅助措施,很好地利用了人类智能,增强了精密作业系统的鲁棒性和可实现性,并最终实现了遥操作精密装配.

操作机器人轴孔装配的行为动力学控制策略

将移动机器人行为动力学理论扩展到操作机器人三维空间,并应用到机器人轴孔装配中。把轴孔装配过程分为趋向装配目标阶段和装配阶段。在趋向装配目标阶段,分别建立趋向装配目标点和避障的行为动力学模型,并将两种行为耦合构成机器人整体的竞争动力学模型;在装配阶段,建立末端执行器姿态调整动力学模型,并推导了侧向误差计算公式;在整个装配过程,利用宏/微平台和视觉/力觉伺服,对轴进行位姿调整,使其满足装配条件。仿真和试验结果表明:在行为动力学方程的控制下,末端执行器在避开障碍物的同时,安全有效地到达装配目标点,顺利完成轴孔装配,证明方法的有效性。

遥操作机器人运动的实时三维监控方法研究

针对一般遥操作机器人实时运动监控的不足之处,提出一种新型遥操作机器人运动实时三维监控方法。首先根据遥机器人外形建立一个虚拟机器人三维外观网格模型,再根据机器人本体内部的关节及其他运动机构的位置,建立一个内嵌于网格模型下的骨骼模型;经过坐标、数学模型转换,把遥机器人运动学模型应用到虚拟机器人骨骼模型上,实现遥机器人与机器人骨骼模型的运动学模型一致。通过无线发送把遥机器人运动数据传输到监控端,利用Direct3D编程计算把运动数据转换成虚拟机器人运动指令,运动指令控制骨骼模型运动,骨骼模型的运动同时驱动虚拟机器人三维网格模型运动,虚拟机器人三维模型将产生一个与遥机器人同步运动的动画,从而实现了对遥操作机器人运动的三维监控。

基于立体视觉的遥操作机器人力感示教控制策略

为提高遥操作机器人的安全性和操作性能,利用人类对力觉信息更敏感的特点和视觉特有的'预测与导引'功能,将视觉对现场环境的认知结果以虚拟力(包括作业对象引力、障碍物斥力)的方式同操作者的操纵力信号融合,提出遥操作机器人的力感示教控制策略。力感示教控制策略将机器智能与人类高级决策的优点相结合,可有效提高遥操作机器人的作业效率与局部自主,降低对操作者熟练程度的要求,以及避免大时延系统中由图像时滞导致的机器人操控盲目性。对该控制系统的体系结构、作业环境空间信息的提取、控制方法等进行了阐述,并通过实验验证了控制方法在提高遥操作机器人作业效率和安全性等方面的优越性。