多机器人系统感知能力和控制体系结构综述

为了促进多机器人系统(multi robot system,MRS)的智能化、无人化发展,并提升MRS在不同工作环境中的探测能力和系统的灵活性,本文从MRS的感知能力及其控制系统架构的角度出发,深度调研并分析了MRS相关的研究与工作,重点探讨了空中、地面、水面、水下4种应用环境下的MRS感知能力与控制系统架构,并对未来的研究方向进行展望。本文的结果可对于后续MRS在感知方法和控制系统的选用上提供参考。

休眠期果树修剪机器人视觉感知系统研究现状

视觉感知系统是休眠期果树修剪机器人重要组成部分,决定了修剪机器人完成剪枝作业的质量。为明确修剪机器人视觉感知系统所面临的挑战及未来发展方向,对休眠期果树修剪机器人系统组成进行了描述,论述了果树枝干信息采集方法、枝干识别方法等。分析目前修剪机器人视觉感知系统存在问题,并指出果树修剪机器人研究的重点方向,为未来修剪机器人的应用提供参考。

立面作业机器人姿态感知系统设计与分析

针对立面作业机器人在大型立面设备中容易发生姿态倾斜的问题,本文设计了一种基于惯性测量单元对立面作业机器人的姿态进行全方位感知、检测的立面作业机器人姿态感知系统。该系统分析了机器人在滑移和倾覆状态下的受力情况,得出机器人稳定吸附的条件。同时,本文还提出了一种基于扩展卡尔曼滤波算法对获取的传感器数据进行滤波融合,并结合PID控制算法对系统进行动态调节的方法,该方法有效改善了机器人姿态倾斜问题。最后通过联合仿真实验验证了该系统的有效性,为后续立面作业机器人的设计和应用提供了技术参考。

基于多模态感知技术的隧道巡检机器人系统设计

随着城市化进程的加速,地下隧道和地铁网络建设日益增多,对隧道结构的健康监测和维护提出了更高要求。基于此,设计并实现一套基于多模态感知技术的隧道巡检机器人系统。该系统集成了视觉、声学、振动及气体检测等多种传感器,能够全天候、高精度地对隧道环境和结构进行监测,不仅能提升巡检效率和安全性,还能为隧道的安全运营和智能化管理提供有力支持。

智能播种机器人控制系统设计

为进一步提高作物播种自动化水平和生产效率,该文详细阐述了智能播种机器人硬件系统、软件系统的设计,以及关键部件的选型,通过构建智能播种机器人路径规划算法,实现农田环境感知和作物信息处理,达到精准的播种路径规划和种子分配。通过田间试验,验证了所设计控制系统的可行性和有效性。结果表明,通过划分区域、设定优先级和避障策略,实现了高效的播种路径规划。

第四届CODESYS技术大会暨“基于IEC61131-3的数控系统及机器人软件平台技术论坛”

2013年10月15日，由德国3S软件（中国）-欧德神思软件系统（北京）公司主办的“基于IEC61131—3的数控系统及机器人软件平台技术论坛”在工大建国饭店隆重召开，德国3S软件公司大中华区总经理马立新先生首先致欢迎词。本届大会得到了中国机械工业联合会、中国机器人产业联盟、中国软件行业协会、中国自动化学会、全国工业机械电气系统标准化技术委员会等权威部门的大力支持。来自全国各地的近200位专家、学者和技术人员出席r会议，并就机器人软件开发平台的现状与发展趋势进行了深入的探讨。

“基于IEC 61131-3的数控系统及机器人软件平台技术论坛＂召开

由德国3s软件（中国）-欧德神思软件系统（北京）公司主办的“基于1EC61131．3的数控系统及机器人软件平台技术论坛”于2013年10月15日在北京召开，德国3S软件公司大中华区总经理马立新先生首先致欢迎辞。本届大会得到了中国机械工业联合会、中国机器人产业联盟、中国软件行业协会、中国自动化学会及全国工业机械电气系统标准化技术委员会等权威部门的大力支持。来自全国各地近200位专家、学者和技术人员出席了会议，并就机器人软件开发平台的现状与发展趋势进行了深入的探讨。

基于视觉感知的电网智能监造机器人自主定位系统设计

定位系统分割视觉图像中的目标像素时,目标像素点存在一定成像畸变,导致机器人面向定位目标的偏离姿态角增大,定位数据精度较低,对此设计基于视觉感知的电网智能监造机器人自主定位系统。通过设计系统总体结构,优化运动控制卡和视觉传感器的串口电路,消除传感器采集数据受到的通信干扰,完成系统硬件设计。利用视觉感知技术,预处理监造现场图像数据,结合畸变系数,校正灰度像素点位置,利用视觉感知从采集图像中提取定位目标,分割目标像素点,获取目标三维空间坐标,实现自主定位电网监造设备位置坐标的确定,完成系统软件设计,实现电网智能监造机器人自主定位。测试结果表明,该设计系统能够有效减小机器人面向定位目标的偏离姿态角,定位数据更加准确。

基于现场总线的分布式智能机器人感知系统研究

感知系统是智能机器人与人、外部环境实现交互最重要的组成部分 ,本文基于现场总线技术 ,对智能机器人感知系统的总体结构、网络拓扑、软件设计、开放互联。

两轮机器人具有内发动机机制的感知运动系统的建立

针对两轮机器人运动平衡控制问题,为其建立起一种人工感知运动系统TWR-SMS(Two-wheeled robot sensorimotor system),使机器人在与环境的接触过程中可以通过学习自主掌握运动平衡技能.感知运动系统的认知系统以学习自动机为数学模型,引入好奇心和取向性概念,设计了能够主动探索环境以及主动学习环境的内发动机机制.实验结果证明内发动机机制的引入不仅提高了机器人的自学习和自组织特性,同时能够有效避免小概率事件的发生,稳定性较高.与传统线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)控制方法的对比实验表明系统具有更好的鲁棒性.

网络传感器在机器人感知系统中的应用研究

本文针对网络环境下机器人感知系统信息获取技术 ,结合 IEEE14 5 1.2网络传感器设计思想 ,提出一种即插即用机器人感知系统节点的设计方法 ,并针对具体感知节点提出一种在线编程的方法 ,即可在线修改感知系统节点中具体的传感器 /执行器的有关参数 ,如 :生产厂家、日期、校准参数等 ;并给出了网络环境下机器人感知系统的网络拓扑结构以及数字接口 .

基于IEEE1451的机器人网络感知系统研究

机器人所需要的多种传感器和执行器的兼容与接口问题日益突出 ,为降低建立和维护机器人感知系统的成本与复杂度 ,提高可靠性 ,本文基于智能化、网络化的设计思想 ,借助 IEEE1 45 1智能变送器接口标准和现场总线技术 ,搭建了一个分布式、开放的机器人网络化感知系统。并针对传感器即插即用和传感器静、动态标定与性能评估等需求 ,详细介绍了感知系统的软硬件构成与网络接口设计。实测结果表明 ,系统运行稳定 ,实时性良好 ,为机器人实现更高级智能 ,完成更复杂任务提供了一个可靠的平台。

步态康复训练机器人人机交互信息感知系统

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求,研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型,并分析患者下肢运动动作意图,为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验,结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求,能在康复训练中获取人体运动意图,这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。

一种基于分布式信息融合技术的水下机器人智能感知系统方案

水下机器人的研究和使用对人类开发海洋资源具有重大意义 .随着海洋探测深度的增加 ,自治水下机器人 (AU V)正成为新的研究热点 .为解决 AUV深海域探测所面临的通讯速率低和实时性问题 ,本文提出了“基于分布式信息融合技术的水下机器人智能感知系统”的实施方案 ,并以贝壳抓取过程为实例 ,解释系统解决实际问题的过程 .

基于激光测距的移动机器人3-D环境感知系统设计

采用2-D扫描的激光测距传感器与精密转动云台设计并实现了非结构化环境下的移动机器人感知系统,通过传感器平台俯仰与水平的转动实现了3-D环境感知.针对噪声干扰提出了一种动态自适应滤波器,通过时间与空间上相邻测量值的分析实现了实时动态的滤波.在3-D环境的地形重建过程中,结合中值滤波器与高斯滤波器实现了高度图的平滑与插补.通过地形平坦性分析判断移动机器人的可行区域与障碍区域,从而为移动机器人导航过程中的环境建模与路径规划提供了支持.

苹果品质动态无损感知及分级机器手系统

为了实现灵活高效的苹果多品质指标检测分级,基于机器视觉技术及可见/近红外光谱技术,开发了用于苹果内外部品质无损感知及分级的机器手系统。机器手系统采用六轴机械臂搭载自行研发的末端执行器,末端执行器上装载有光学传感器与抓取结构,可以抓取流水线上的苹果并同时采集苹果的光谱进行糖度检测。使用CMOS相机采集苹果图像,训练并使用PP-YOLO深度学习目标检测模型处理采集的苹果图像,计算苹果的坐标位置实现苹果的动态定位,并获取苹果的果径大小、着色度信息实现外部品质检测。采集苹果样本光谱,结合不同的光谱预处理方式,利用偏最小二乘(Partial Least-Square,PLS)方法进行建模分析。试验结果表明,使用PP-YOLO目标检测算法处理图像和计算苹果位置,其识别速度为38帧/s,极大地提高了检测速度。使用归一化光谱比值法(Normalized Spectral Ratio,NSR)作为预处理算法的糖度建模结果较佳。采用NSR+CARS(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,竞争性自适应重加权算法)作为机器手的动态光谱模型效果较佳,该动态光谱模型相关系数Rv为0.9589,验证均方根误差RMSEV(Root Mean Squared Error of Validation)为0.4627%,与静态下建立的模型相比,机器手在动态状态下采集光谱对所建立的预测模型的预测效果影响较小。对整体机器手系统进行了试验验证,机器手在工作时能够无损伤地抓取苹果,给出果径大小、着色度、糖度3个检测指标并依据指标自动划分等级,然后依据等级信息分级。随后测定了3个指标的实测值与预测值进行分析,果径大小的预测相关系数为0.9772,均方根误差为1.6315 mm;着色度的预测相关系数为0.9674,均方根误差为5.9734%;糖度的预测相关系数为0.9643,均方根误差为0.5048%,预测结果与真实值均具有较强的线性关系和较低的预测误差,机器手系统分级正确率为95%,完成一颗苹果的定位、抓取、检测、分级和放置的时间约为5.2 s,具有较好的工作可靠性,研究结果可为苹果多品质指标的高效检测提供参考。

引入人体红外释热探测的救援机器人感知系统

救援机器人通过对人体释放的热量进行智能采集和信息感知,执行救援任务。采用嵌入式架构下的人体红外释热探测方法进行智能救援机器人设计,在前期的功能模块化设计的基础上,设计救援机器人的人体红外释热探测感知系统。进行了救援机器人对人体的红外释热感知原理分析和系统总体结构设计,基于波束阵列形成算法进行人体红外释热探测算法改进,采用VXI总线模块技术进行系统的硬件设计。系统测试结果表明,采用该系统进行救援机器人的信息感知,能有效探测到人体红外释热信息,对热源的感知灵敏度和准确度较高,波束主瓣聚集性能较好,提高机器人准确探测救援目标的能力,将在海上救援等任务中具有较好的应用价值。

基于多传感器集成的仿人机器人足部感知系统

足部是仿人机器人本体支撑的基础,也是唯一与地面接触并发生相互作用的主要部件,其各种地面信息获取能力是机器人实现仿人的自然性稳定行走控制的关键。基于六维力传感器、惯量测量单元和柔性触觉阵列传感器,设计了一种新型仿人机器人集成化足部感知系统(IPFS),具备对各种地面环境识别和足部姿态获取、足底与外界接触位置的实时感知和估计、有效支撑区域、地面反力以及姿态等信息的感知能力。实机实验结果表明足部感知系统较好地满足仿人机器人理论化和实用化需求,为促进仿人机器人理论研究、控制技术、仿生步态规划及其体系结构的创新提供了实验研究平台。

机器人感知与控制关键技术及其智能制造应用

智能机器人在服务国家重大需求,引领国民经济发展和保障国防安全中起到重要作用,被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”。随着新一轮工业革命的到来,世界主要工业国家都开始加快机器人技术的战略部署.而智能机器人作为智能制造的重要载体,在深入实施制造强国战略,推动制造业的高端化、智能化、绿色化过程中将发挥重要作用。本文从智能机器人的感知与控制等关键技术的视角出发,重点阐述了机器人的三维环境感知、点云配准、位姿估计、任务规划、多机协同、柔顺控制、视觉伺服等共性关键技术的国内外发展现状。然后,以复杂曲面机器人三维测量、复杂部件机器人打磨、机器人力控智装配等机器人智能制造系统为例,阐述了机器人智能制造应用的关键技术,并介绍了工程机械智能化无人工厂、无菌化机器人制药生产线等典型案例。最后探讨了智能制造机器人的发展趋势和所面临的挑战。

机器人感知与控制关键技术及其智能制造应用

智能机器人在服务国家重大需求,引领国民经济发展和保障国防安全中起到重要作用,被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”.随着新一轮工业革命的到来,世界主要工业国家都开始加快机器人技术的战略部署.而智能机器人作为智能制造的重要载体,在深入实施制造强国战略,推动制造业的高端化、智能化、绿色化过程中将发挥重要作用.本文从智能机器人的感知与控制等关键技术的视角出发,重点阐述了机器人的三维环境感知、点云配准、位姿估计、任务规划、多机协同、柔顺控制、视觉伺服等共性关键技术的国内外发展现状.然后,以复杂曲面机器人三维测量、复杂部件机器人打磨、机器人力控智装配等机器人智能制造系统为例,阐述了机器人的智能制造的应用关键技术,并介绍了工程机械智能化无人工厂、无菌化机器人制药生产线等典型案例.最后探讨了智能制造机器人的发展趋势和所面临的挑战.