基于轴孔装配的机械操作臂手爪的设计研究

根据冗余度双臂机器人对轴孔装配的操作要求,在对机械手爪的设计分析基础上,进行了基于轴孔装配的机械手爪的设计研究。

模架式关节型机械操作臂的设计研究

根据轴孔装配机器人对机械操作臂的基本要求,在对机械操作臂传动机构进行分析的基础上,运用模块化设计思想对关节型机械操作臂进行模块化设计探讨,并简要介绍了其设计过程和结果。

基于UGNX的轴孔装配机械操作臂设计研究

随着冗余度机械操作臂的问世,各种先进的控制策略和驱动系统也接踵而来。这势必对操作臂的机械结构、质量、体积、位置和传动精度提出了更多新的要求。为了保证机械操作臂具有良好的工作性能,本文以一种轴孔装配的机械操作臂为探讨对象,基于UGNX平台,对其结构设计展开了研究,力争在简化自身机构的同时也力求简化其控制系统。

基于改进A*算法和可操作度的移动机械臂运动规划研究

针对移动机械臂在室内环境下规划时间长、取放运动可操作性差等问题,提出了改进常规A*算法,以机械臂可操作度值作为评价标准,确定最佳停靠位置并进行系统运动规划的方法。首先,在常规A*算法的基础上,将8个搜索方向简化为5个,以提高搜索效率;同时,设计了一种新的启发式搜索函数,将Floyd算法引入到A*算法中,增加路径的平滑度。仿真结果显示,改进后的A*算法相比常规A*算法运行时间缩短59.1%,路径长度减少3.5%,搜索节点数减少41.6%。其次,根据机械臂的可达工作空间与雅可比矩阵,评估移动机械臂在待取放目标物体附近不同位置下的可操作度值,优化停靠位置,从而提高取放运动的可操作性。最后,采用由DIY机械臂和Turtlebot2移动机器人组成的移动机械臂系统,在室内环境中完成了运动规划综合实验,验证了所提方法的有效性和可靠性。

空间机械臂操作子系统设计与实现

空间机械臂作为中国空间站建设和在轨运营的重要平台,具有自由度多、转动惯量大、操作精度高、模式多样等特点.针对空间机械臂在轨任务特点,建立了支持长期在轨、多模式工作的空间机械臂操作子系统.该操作子系统由机械臂操作台、虚拟仿真平台、显示器等构成,可满足多任务需求.通过对操作子系统的架构、工作模式、技术特点的分析,重点研究了操作子系统的多总线体系结构、多模态人机交互技术、力觉渲染算法,并根据地面验证和在轨试验,给出了空间机械臂操作子系统的验证情况.结果表明,空间机械臂操作子系统可有效模拟在轨任务,准确完成对机械臂的控制与精细操作,为支撑空间机械臂任务实施积累了经验和数据.

机械臂遥操作任务难度对工作负荷的影响

目的研究机械臂遥操作任务中任务难度对绩效指标、生理指标和主观工作负荷指标的影响,判断各个指标评价工作负荷的敏感性和有效性。方法招募64名受试者开展遥操作任务模拟实验,抽象化3种不同难度的机械臂任务,分别为"点对准"、"避障"、"线对准"任务,采集操作者的绩效指标、生理指标以及主观工作负荷值。结果在不同难度的机械臂遥操作任务之间,任务完成时间、操作失误次数、平移偏差、碰撞次数、扫视频率、绩效满意度和NASA-TLX量表的总负荷值存在显著性差异(P<0.05)。结论机械臂遥操作任务中,绩效指标中的任务完成时间、操作失误次数、平移偏差、碰撞次数和主观工作负荷指标能够敏感地反映工作负荷的变化,可用于综合评价模型的建立。

机械臂遥操作典型任务特征分析与仿真实现

目的提取机械臂遥操作典型任务执行过程中的关键特征,建立适合于实验研究层面鲁棒性好、抽象化的遥操作任务仿真实验系统。方法分析几种典型空间站机械臂遥操作任务认知过程,提取其共同特征,建立具有极强代表性的抽象化任务。结果构建了"点对准"、"线对准"与"面对准"三类单人操作任务,"团队合作"与"团队协调"两类团队任务,并基于V-REP平台实现机械臂遥操作仿真实验训练系统。结论机械臂遥操作任务的抽象化结果可应用于遥操作类任务人机交互基础研究,仿真实验系统也可推广到机器人遥操作训练方法研究。

基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统设计

为保证机械臂的抓取精度以及物体抓取的稳定性,设计基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统;在系统硬件部分,加设图像、位置和压力传感器,改装机械臂抓取控制器和运动驱动器,利用图像传感器设备,获取满足质量要求的机械臂抓取目标图像,为机械臂抓取控制功能提供硬件支持;软件部分利用卷积神经网络算法提取图像特征,确定机械臂抓取目标位置;结合机械臂当前位置的检测结果,规划机械臂抓取路线,预估机械臂抓取角度与抓取力;最终通过机械臂抓取参数控制量的计算,在控制器的支持下实现系统的机械臂抓取控制功能;实验结果表明,所设计系统应用下位置控制误差和速度控制误差的平均值分别为0.192 m和0.138 m/s,同时物体抓取掉落概率明显降低。

基于被动柔顺机理的电机遥操作更换机构设计和实验

核工业热室中智能装备的驱动电机受核辐射影响易损坏,采用电机遥操作更换技术是确保热室内智能装备正常运作的关键.针对这一问题,分析电机遥操作更换设计需求,提出基于被动柔顺机理的电机遥操作更换方法;分析轴孔装配3种接触状态,建立电机垂向插配力学模型,提出动力对接策略,设计五自由度(5-DOF)空间被动柔顺机构;基于热室中遥操作机械臂的特点,设计电机遥操作更换结构和工作流程.构建实验装置,测试统计电机更换成功率和耗时,并针对电机垂向插配力学模型所预测的插配力进行检测和理论计算比对,验证电机遥操作更换结构的可靠性和电机垂向插配力学模型的有效性.电机遥操作更换技术能为热室中智能装备的自动维护提供技术支撑,也为机器人执行其他自动化装配任务提供借鉴.

FUZZY ADAPTIVE CONTROL OF FLEXIBLE-LINK ROBOT MANIPULATOR

A fuzzy adaptive control method is proposed for a flexible robot manipulator. Due to the structure characteristics of the flexible manipulator, the vibration modes must be controlled to realize the high-precision tip position. The Lagrangian principle is utilized to model the dynamic function of the single-degree flexible manipulator incorporating the assumed modes method. Simulation results of the fuzzy adaptive control method in the location control and the trajectory tracking with different tip disturbances are presented and compared with the results of the classic PD control. It shows that the controller can obtain the stable and robust performance.

密封舱内漂浮小球运动规律的数值模拟研究

"天宫二号"空间实验室开展了首次人机协同在轨维修技术试验,机械臂操作终端抓取漂浮小球试验为在轨试验任务之一。为研究漂浮小球与机械臂操作终端运动特性之间的匹配性,文章建立了在轨微重力环境下小球运动的物理模型与数学模型,采用动网格方法对不同小球的运动特性进行数值模拟,得到小球的运动规律,由此确定小球的设计参数范围,作为机械臂操作终端系统方案设计的依据。最终,数值模拟结果与"天宫二号"空间实验室在轨试验数据的对比初步验证了该计算结果的正确性。

基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制器的双机械臂协同阻抗控制

多机械臂的精准协同控制已成为当前机器人领域的研究难点,为实现双机械臂精准控制,通过建立双机械臂动力学模型,采用时间延时估计简化机械臂动力学模型,在保证控制系统稳定性的前提下,引入自适应模糊滑模控制器实现对估计误差的修正和补偿,设计基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制的双机械臂协同阻抗控制器,实现双机械臂协同操作的末端轨迹控制以及接触力精准控制.最后,将该控制器应用于两台六自由度机械臂仿真平台,实现双臂夹取和搬运同一目标物体的操作,通过与其他控制器进行对比实验,表明所设计的控制器具有响应快、无抖震、精度高的特点.

一种基于多视角图像的目标物体定位方法

在遥操作机械臂时,为了能有一个更加友好的人机交互界面,往往需要在控制界面中构建一个虚拟的机械臂以及机械臂工作空间,所以,在虚拟工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置,给操作人员一个直观的提示,是虚拟工作空间重构的关键问题。针对机械臂遥操作,提出了一种基于不同视角图像的快速高效的定位方法,该方法根据目标物体在多个不同视角图像中的位置,计算出目标物体在实际工作空间中的位置,从而在虚拟机械臂工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置。最后,构建了机械臂遥操作实物系统,验证了该方法的正确性。

嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术

2013年12月14日,"嫦娥三号"成功地将月面着陆器和"玉兔号"巡视器送抵月球,这标志着我国已完成了探月工程中"落"月的重要阶段.嫦娥三号任务的一个关键组成部分是由地面遥操作中心控制"玉兔号"巡视器在月面非结构化环境中进行巡视和科学探测,而遥操作技术正是该组成部分成功实施的关键."玉兔号"巡视器遥操作技术主要包括巡视器的导航定位、月面地形重构、行驶路径规划和机械臂探测等关键步骤,这些步骤相互支撑与融合,保证了嫦娥三号任务的顺利实施.本文在对上述4个方面关键技术的发展和应用现状进行总结的基础上,阐述了相关的主要技术途径及其应用特点,分析了各种技术在"玉兔号"月面巡视与科学探测任务实施中的发挥的重要作用,并评述了它们的发展潜力和应用前景,对中国探月工程以及后续火星探测工程中的遥操作具有一定的指导意义.