Motor Imagery and Error Related Potential Induced Position Control of a Robotic Arm

The paper introduces an electroencephalography(EEG) driven online position control scheme for a robot arm by utilizing motor imagery to activate and error related potential(ErrP) to stop the movement of the individual links, following a fixed(pre-defined) order of link selection. The right(left)hand motor imagery is used to turn a link clockwise(counterclockwise) and foot imagery is used to move a link forward. The occurrence of ErrP here indicates that the link under motion crosses the visually fixed target position, which usually is a plane/line/point depending on the desired transition of the link across 3D planes/around 2D lines/along 2D lines respectively. The imagined task about individual link's movement is decoded by a classifier into three possible class labels: clockwise, counterclockwise and no movement in case of rotational movements and forward, backward and no movement in case of translational movements. One additional classifier is required to detect the occurrence of the ErrP signal, elicited due to visually inspired positional link error with reference to a geometrically selected target position. Wavelet coefficients and adaptive autoregressive parameters are extracted as features for motor imagery and ErrP signals respectively. Support vector machine classifiers are used to decode motor imagination and ErrP with high classification accuracy above 80%. The average time taken by the proposed scheme to decode and execute control intentions for the complete movement of three links of a robot is approximately33 seconds. The steady-state error and peak overshoot of the proposed controller are experimentally obtained as 1.1% and4.6% respectively.

Anti-Windup Control Strategy of Drive System for Humanoid Robot Arm Joint

To address the problems of torque limit and controller saturation in the control of robot arm joint,an anti-windup control strategy is proposed for a humanoid robot arm,which is based on the integral state prediction under the direct torque control system of brushless DC motor. First,the arm joint of the humanoid robot is modelled. Then the speed controller model and the influence of the initial value of the integral element on the system are analyzed. On the basis of the traditional antiwindup controller,an integral state estimator is set up. Under the condition of different load torques and the given speed,the integral steady-state value is estimated. Therefore the accumulation of the speed error terminates when the integrator reaches saturation. Then the predicted integral steady-state value is used as the initial value of the regulator to enter the linear region to make the system achieve the purpose of anti-windup. The simulation results demonstrate that the control strategy for the humanoid robot arm joint based on integral state prediction can play the role of anti-windup and suppress the overshoot of the system effectively. The system has a good dynamic performance.

A DoS Attacks Detection Aglorithm Based on Snort-BASE for Robotic Arm Control Systems

In response to the frequent safety accidents of industrial robots, this paper designs and implements a safety detection system for robot control. It can perform real-time security detection of robot operations on industrial production lines to improve the security and reliability of robot control systems. This paper designs and implements a robot control system based Snort-BASE for real-time online detection of DoS attacks. The system uses a six-degree-of-freedom robotic arm as an example, uses Snort to record the network communication data of the robot arm control system in real time, and filters the network traffic through self-defined rules, and then uses the BASE analysis platform to achieve security analysis of the network traffic. The solution verifies the effectiveness of online real-time detection of attacks and visualisation of attack records by designing simulated robotic arm and real robotic arm attack experiments respectively, thus achieving the security of network communication of the robot remote control system.

Modeling a Controller for an Articulated Robotic Arm

The precise control upon each degree of freedom of a robotic arm is a great challenge in implementing industrial work. This paper aims to design a novel controller for an automated robotic arm. A discrete Proportional Integral Derivative (PID) control technique is being used to replace the complex electronic circuitry, which would greatly reduce the cost and size of the controller. DC motors will be controlled on the basis of Closed-loop System using an avr (Atmega 16/32) microcontroller. Transfer functions have been derived for mathematical modeling of the system through which the stability of the system can be evaluated prior to fabrication.

Singular perturbation composite control of a free-floating flexible dual-arm space robot

The Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot is a highly nonlinear and coupled dynamics system. In this paper, the dynamic model is derived of a Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot holding a rigid payload. Furthermore, according to the singular perturbation method, the system is separated into a slow subsystem representing rigid body motion of the robot and a fast subsystem representing the flexible link dynamics. For the slow subsystem, based on the second method of Lyapunov, using simple quantitative bounds on the model uncertainties, a robust tracking controller design is used during the trajectory tracking phase. The optimal control method is designed in the fast subsystem to guarantee the exponential stability. With the combination of the two above, the system can track the expected trajectory accurately, even though with uncertainty in model parameters, and its flexible vibration gets suppressed, too. Finally, some simulation tests have been conducted to verify the effectiveness of the proposed methods.

基于ARM-STM32的智能消杀作业机器人平台及终端

本文介绍了一种基于STM32的智能消杀作业机器人,其核心部件包括智能无人车载底盘、消杀喷雾模块、红外体温监测模块、装载模块、无人机追踪模块和STM32单片机,可接收来自移动平台、专业控制设备等多种平台的控制指令。该机器人实现了对公共区域的远程监控及无人化自动作业,具有自主、智能、便捷、高效的优点,有效地解放了人力,提高了工作效率,降低了工作人员的感染风险,具有良好的使用前景。

采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取研究——基于嵌入式和机器视觉技术

首先,从整体方案、视觉定位系统和运动控制系统完成了对采摘机器人机械臂控制系统的设计;然后,基于图像处理技术设计了目标物体识别与抓取策略;最后,基于RRT算法研究了对采摘机器臂运动轨迹的控制方法,实现了对采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取系统。采摘试验结果表明:系统对苹果的识别和定位准确度比较高,采摘成功率达到了100%,对采摘机器人自主采摘的实现具有一定的现实意义。

基于嵌入式ARM结构的仓储物流机器人控制算法设计

现阶段,很多物流仓储机器人都存在空间控制算法优化路径不合理、偏差较大等问题,影响生产和工作,为此可通过嵌入式ARM微型处理器对机器人进行实时控制,通过兼容性较高的内置通信模块为机器人重新编码,减小工作误差。文章从嵌入式ARM结构的微处理器结构设计出发,分别探讨了系统软件设计与硬件设计,分析了仓储物流机器人的控制算法设计方式,并提出了控制算法验证措施,旨在为有关部门提供参考。

考虑控制器饱和约束的单杆柔性机械臂鲁棒H∞保性能控制方法

针对单杆柔性机械臂建模误差,控制器饱和及外界扰动的不确定性因素,提出了单杆柔性机械臂的鲁棒H∞保性能控制方法。现有单杆柔性机械臂控制方法多是忽略了其质量对系统性能的干扰,未考虑控制器输入饱和对电机寿命的影响。因此,文章将柔性机械臂的质量作为建模不确定性,然后基于李亚普诺夫函数推导出不确定线性系统鲁棒H∞保性能控制器存在的充分必要条件,将控制问题转换为一个线性矩阵不等式的优化问题。最终使二次性能指标上界或H∞变化范围最小。仿真结果表明,所设计的控制器对于柔性机械臂的振动有很好的抑制效果。

基于ARM和FPGA的机器人运动控制器的实现

介绍了一种基于ARM(Advanced RISC Microprocessor)和FPGA(Field Programmable Gate Array)的嵌入式机器人运动控制器的可重构设计方法,给出了控制器的结构设计、功能设计和硬件设计,提出了由ARM微控制器通过JTAG配置FPGA的方法,以及介绍了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ在控制器中的应用;充分利用ARM微处理器高速运算能力和FPGA的快速配置能力,大大减少了系统的外围接口器件,有效地降低了成本,提高了系统的集成度和灵活性,便于用户实现较为复杂的算法;实验表明,控制器性能可靠,能同时满足多轴电机运动控制的需要。

机器人化复合材料自动铺层技术综述

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced composite,CFRC)因具有轻质高强、耐腐蚀、耐冲击等优越性能,在生产生活中的应用已越来越广泛,然而复材产品的生产制造仍是劳动密集性产业,主要依靠人工.机械臂自上世纪50年代进入工业生产中以来,极大提高了生产效率和质量,然而目前机械臂在复材产品制造中的应用是少见的,主要集中在机械臂形式的自动铺丝(Automated fiber placement,AFP)中.复材产品制造工艺繁琐,将复合材料铺放在模具上是复材产品制造过程中的一个重要环节,本文称之为“铺层”,使用机械臂完成复合材料自动铺层将是未来复材产品制造自动化、智能化发展的一个关键方向.本文将机械臂进行复合材料自动铺层操作分为两种主要形式:铺片和铺带(丝),通过案例调研和分析,归纳总结现有的设计理念和技术方法,提出未来发展趋势,以期对机械臂的应用和研究、复材产品的智能化制造和工业4.0的发展形成参考.

基于ARM的嵌入式服务机器人控制器的研究

服务机器人控制系统是机器人的神经中枢,它决定机器人能否按照用户要求顺利完成相应工作任务。这里提出一种基于ARM和μC/OS-II的服务机器人控制系统,给出嵌入式服务机器人控制器的整体结构设计、功能设计和主控制器模块。在此基础上采用结构化设计方法,设计基于μC/OS-II的服务机器人控制软件结构。该控制系统除具有模块化、体积小、功耗低、实时性强、可靠性高等优点外,经简单硬件调整和软件定制,能适用于不同类型的服务机器人,是服务机器人智能化发展的基础性研究。

基于ARM的自主移动机器人控制系统设计

自主移动机器人是近年来研究热点,基于三节履带式机器人机械结构,提出了以ARM架构微处理器s3c2410为核心、多传感器的自主移动机器人控制系统,采用了Linux嵌入式操作系统作为S3c2410软件开发平台。微处理器外部扩展数字电路采用了CPLD来实现,减少了外围分立元件的使用及PCB面积,可靠性高、抗干扰能力强;基于Verilog语言对CPLD进行了设计与实现。ARM与CPLD采用ISA总线方式通信,整个控制系统具有良好的可扩展性、硬件可裁剪性。通过爬楼梯、避障等实验,验证了机器人具有良好的自主移动性能。

基于FPGA和机器视觉的多元特征模式水果分拣系统

水果自动分拣系统可以解放重复性人力劳动,提高工作效率,消除主观因素,提高工作科学化客观化。然而,目前水果分拣系统成本较高,尚无法大规模应用。因此,在FPGA平台上设计了基于多元特征机器视觉的低成本边缘式水果分拣系统。根据多元特征识别模式ZWM,定义了多元特征向量集和识别模式向量集等概念,进而建立了水果多元特征识别体系,可实现水果分类和水果分级识别。之后,通过将识别参数转化为舵机控制信息,机械臂可将识别出的水果搬运到指定位置,达到自动智能分拣效果。进而该系统可结合云端平台,通过手机实现分拣的远程控制。所提出的基于多元特征的低成本水果分拣系统,能够实现完成物品分类和分级融合分拣,可推动水果智能分拣系统的发展。

时变不确定环境下力跟踪的机械臂变导纳控制

空间机械臂操作环境是时变且不确定的,存在接触力过大造成损坏的风险,对机械臂操作柔顺性提出挑战.本文以六自由度机械臂为研究对象,针对定导纳控制在时变不确定接触环境依赖精确估计实现力跟踪的问题,研究了自适应变导纳控制.针对自适应变导纳控制超调过大的问题,设计了用于补偿自适应策略参数的模糊系统,提出一种自适应模糊变导纳控制方法.基于三类时变环境进行了Matlab/Simulink仿真,验证了自适应模糊变导纳控制算法的有效性.仿真结果表明提出的自适应模糊变导纳控制在时变接触环境下具有更优的力跟踪和超调抑制综合效果.

基于ARM的嵌入式系统在机器人控制系统中应用

依据现代机器人技术的发展特点,提出了一种基于ARM(AdvancedRISCMicroprocessor)、DSP和arm-linux的嵌入式机器人控制系统的设计方法,介绍了嵌入式系统,给出了功能设计、结构设计、硬件设计、软件设计的控制系统的设计过程,并分别从上述各方面对控制系统的通用性进行了探讨。层次化的体系结构、模块化的硬件、结构化的软件使得设计出的机器人控制系统经过简单的硬件调整和软件定制,就能适用于多种机器人。通过七自由度串联机器人抓取工件的实例验证,该机器人控制系统性能稳定、具有一定的通用性。

基于ARM+DSP+FPGA的机器人运动控制器研究

为了满足机器人运动控制器实时性的要求,研究一种基于ARM+DSP+FPGA的机器人运动控制器,分析该机器人运动控制器的体系结构特点、硬件电路设计和各主要模块。所研究的控制器能够实现机器人可靠的运动控制。

基于ARM的研磨抛光机器人运动控制器的设计

本文设计了研磨抛光机器人分布式控制系统中的一种运动控制器,并对运动控制器基于AT91M40800微控制器的硬件结构、基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统的软件模块和采用的参数模糊自整定PID机器人关节位置控制策略进行了详细介绍。实验表明该控制器可以大大降低研磨抛光机器人的位置跟踪误差。提高了关节控制的计算及处理能力,易于扩展和维护。

基于机器视觉与力控的发动机弯管焊缝自动化打磨系统研究

某系列尺寸不一的弯管由2部分在中间对焊而成,目前多采用人工方式进行弯管内壁焊缝的打磨,存在打磨质量与标准不一、效率低和劳动强度大等问题。为此,设计并实现了一种基于机器视觉技术和力控的发动机弯管焊缝自动化打磨系统。利用工业相机模组正对弯管两侧端面并拍摄图像,经图像处理算法处理计算得到弯管两侧端面焊缝起始位置坐标。机械臂根据该坐标调整打磨轨迹并搭载浮动主轴,保持打磨力的恒定并对焊缝不规则区域进行补偿,实现基于位置控制和力控的打磨自适应调整。试验结果表明,系统整体打磨合格率为96.03%,相比人工打磨效率提升95.90%。系统可以在较少人工的参与和干预下完成弯管焊缝的自动化打磨,具有良好的稳定性和使用柔性,并且允许弯管存在一定的变形。

基于PC与ARM的四足机器人分布式控制系统设计

针对足式机器人控制系统的问题,设计了一种用于四足机器人的分布式控制系统。研究了针对四足机器人的复杂控制系统,该系统采用了PC机作为监控机,以ARM9内核的32位微控制系统作为控制单元;整个控制系统采用CAN总线通信。研究了主控制器如何进行系统整体协调控制、步态规划运算,向各子控制器发出运动指令,并和监控机进行通信;子控制器如何实现相应各条腿的3个关节运动控制,向主控制器传送各条腿的运动状态数据。该控制系统已运行于JQRI00四足机器人,实验证明系统具有良好的可靠性,能较好地实现对机器人移动平台的实时控制。