达点臂姿预测指标与机械臂仿人运动

从弹性系数的影响因素出发,完善最小势能指标。基于大量试验,得到影响扭簧系数的因素为主观因素和客观因素。标准化客观因素,用聚类分析方法对主观因素分类,利用多元线性回归方法得到弹性系数与目标点之间的具体数学表达通式。用最小势能指标预测人臂达点臂姿,验证弹性系数,并与其他指标的预测结果对比。结果显示基于提出的弹性系数的最小势能指标能够准确预测更多人的臂姿。对机械臂进行仿人运动规划试验,证明最小势能指标的实用性。

考虑弹性变形的机械臂末端位姿误差补偿技术研究

常规的机械臂末端位姿误差补偿技术主要采用求解位置参数实现位姿误差补偿,忽略了机械臂自身弹性变形对误差补偿的影响,导致补偿结果精度较低.因此,提出考虑弹性变形的机械臂末端位姿误差补偿技术研究.构建以四参数定义为基础的机械臂末端运动学建模,在此基础上,基于抗拉强度等参数分析机械臂连杆、关节以及末端三个部位的弹性变形误差量,建立机械臂原点坐标系对位姿参数进行辨识,综合弹性变形情况计算位姿误差补偿值.实验结果表明:所提技术应用后得出的误差补偿结果表现出的标定轨迹重复度较高,补偿结果精度较高,满足了机械臂的实际应用精度需求.

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。

基于任务优先级的仿人机械臂拟人运动规划

针对液体搬运是日常生活中最常见的动作之一,人臂可非常轻松地完成这一动作,但是对于仿人机械臂而言,如何使其如人臂般灵活地完成这一动作,却并不容易,以仿人机械臂运送水杯作为研究对象,对其进行任务描述.针对完成任务过程中需要同时考虑多个约束的情况,提出采用任务优先级或梯度投影法对其进行处理,并对这2种求解方法进行了比较.同时,对仿人机械臂的拟人化运动控制问题进行了研究,提出利用人臂臂姿指标来对仿人机械臂进行运动规划.最后在Inventor中建立虚拟仿真,并与人臂运动实验结果进行对比,从而验证该方法的可行性以及自主拟人运动的有效性.

基于分级规划策略的拟人机械臂仿人运动规划算法研究

为使拟人机械臂具有高精度的仿人运动,提出一种通过触发条件和分级规划策略的仿人运动新方法。将人臂运动过程离散为不同运动阶段,在每一个运动阶段都有与之对应的规划层,在不同的规划层中,拟人机械臂的运动特点不同。利用各自的特点建立不同规划层下的运动模型及臂姿预测指标,对拟人机械臂臂姿进行预测。最后,以NAO机器人为实验平台,比较所提方法与最小势能法(MTPE)的静态臂姿与动态臂姿预测,并与运动捕捉系统(Opti Track)采集的真实人臂运动数据进行比较。实验表明,该方法具有较小的静态臂姿和动态臂姿预测误差,能使拟人机械臂产生高度逼真的仿人运动。

多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“掘快支慢”难题,总结分析了国内外快速掘进钻锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状,指出研发具有多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。提出了多机械臂多钻机协作的钻锚机器人基本方案,凝练了影响钻锚机器人性能的“有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制”四大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题,构建了钻锚机器人配置优化模型,提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案,旨在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题,提出了基于机器视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法,旨在提高机械臂末端位姿控制精度,实现精准装卸物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题,建立了机械臂多目标轨迹优化模型,提出了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法,旨在保证机械臂在搬运过程中安全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题,构建了以工序时长最短为目标的时间协同任务分配模型,通过求解得到最优任务指派矩阵和多机械臂相交任务轨迹的优先级,并提出了在所有机械臂无碰撞运动的同时收敛于期望轨迹的分布式协同控制策略,旨在实现钻锚机器人多机械臂多钻机系统的智能协同控制和并行作业。多机械臂多钻机的钻锚机器人及其关键技术研究,对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿巷道钻锚机器人,确保煤矿巷道安全、高效、绿色智能掘进具有十分重要的意义。

基于动作基元的拟人机械臂仿人运动规划

拟人机械臂的仿人运动作为仿人机器人的运动基础,一直都是研究的热点及难点。针对拟人机械臂仿人运动的模型多样化及运动相似性特点,提出了一种基于动作基元的拟人臂仿人运动规划算法,使拟人臂在满足仿人运动特点的基础上进一步提高运动的精度。首先,对手臂结构进行解耦,建立手臂模型,满足运动多样化要求。提出动作基元的提取法则,确定不同动作基元之间的连接方式,建立动作基元与拟人臂反解算法之间的映射关系。同时,提出了一种基于动作基元的运动框架,以满足不同拟人臂平台的仿人运动任务,实现方法的通用性。其次,针对多模型状态下的逆运动学求解问题,根据动作基元的运动特点,建立了不同动作基元模型下的拟人臂臂姿预测指标,实现拟人臂逆运动学的求解。最后,在仿人机器人NAO平台上分别进行了相似性实验验证和仿人运动实验验证。在相似性实验中,采用该方法使NAO产生仿人运动,并与实际人臂运动进行对比,运动过程中的肘部误差能够控制在1 cm以内,满足仿人运动的精度要求。在仿人运动实验中,该方法分别与最小势能法和最小二乘法进行了一组仿人运动对比,在相似度上分别提高了7%和58%。该方法的提出在保证拟人臂仿人运动精度的基础上,使复杂的仿人运动模块化、简单化、精确化。

锚杆钻车机械臂分数阶PI~λ控制器设计及仿真研究

以矿用锚杆钻车机械臂为研究对象,设计了基于分数阶PI~λ算法的空间位姿控制器。首先建立了机械臂每个关节处的阀控油缸的二次传递函数;其次推导出了PI~λ控制器的设表达式;然后对分数阶PI~λ控制器的参数K_i、λ对系统稳定性能的影响作了分析。最后将分数阶控制器和整数阶控制器进行比较,结果表明分数阶控制器在响应速度、调节时间、稳态精度方面都比整数阶控制器的控制效果更好。

基于新工科的移动机器人控制实验设计和教学实践

针对机器人工程专业四年级学生开设的移动机器人控制实验,循序渐进地设计了基于深度学习的移动机械手抓取实验项目。从激光雷达同时定位与建图、自主导航与实时避障,到借助ROS的通信机制完成语音控制导航以及物体识别与检测,构建深度学习网络生成最优抓取位姿,并利用MoveIt功能包控制机械臂完成抓取动作。实践教学表明,基于项目式实验教学模式有利于把大学阶段多门课程知识有机交叉融合,本教学方式可提高学生解决复杂工程问题的能力。

微创手术机器人机械臂位姿自动控制系统

微创手术机器人逐渐成为外科手术中的主要设备,考虑到当前微创手术机器人机械臂位姿自动控制系统在控制结果输出后无法对其进行优化,导致机器人机械臂的运动控制能力与动作跟踪能力较差的问题,设计新型微创手术机器人机械臂位姿自动控制系统。使用数据采集卡与运动控制卡对控制终端展开优化,同时对运动控制卡和伺服电机进行参数优化,提升系统运行稳定性。根据机械臂运动学分析结果,完善机械臂位姿控制模块。增设机械臂位姿优化模块,对位姿控制过程与结果进行调整。将软件模块安装到硬件框架中,至此,新型微创手术机器人机械臂位姿自动控制系统设计完成。构建系统测试环节,经过两轮测试确定此系统可提升机器人机械臂的运动控制能力与动作跟踪能力,提升机器人在手术中的应用效果。