足球机器人全局视觉系统的快速标定方法

足球机器人全局视觉系统为决策系统提供机器人位姿信息,决策系统进行机器人的路径和动作规划;竞赛规则要求视觉系统必须现场安装调试,因此标定过程必须快速有效,且具有较高的精度;针对足球机器人全局视觉系统的特殊应用场景,提出了一种基于两步法简化标定模型的快速有效标定算法;利用近似欧拉角旋转矩阵建立摄像机标定模型,确定需要求取的摄像机内外参数,根据标定模型,对内外参数的求解过程进行了推导;借助场地上现有的一些标志点作为靶标,对模型的内外参数进行分步求取初始值,并利用L-M优化算法对摄像机内外参数进行分步优化求取精确值;通过实验分别从标定误差和机器人动作实现效率两个方面与其他标定算法进行对比,验证了该算法具有较高的标定精度;实验表明,本算法的优点在于不用借助专门的标定靶标,即可快速有效完成相机标定,标定精度可达±1 mm,完全能够满足决策系统的控制精度要求,且标定过程简单易实现。

IMMUNE GENETIC ALGORITHM FOR THE PATH PLANNING OF TIGHTLY COORDINATED TWO-ROBOT MANIPULATORS

A novel algorithm, the immune genetic algorithm based on multi-agent, isproposed for the path planning of tightly coordinated two-robot manipulators, which constructsmainly immune operators accomplished by three steps: defining strategies and methods of multi-agent,calculating virtual forces acting on an agent, and constructing immune operators and performingimmunization during the evolutionary process. It is illustrated to be able to restrain thedegenerate phenomenon effectively and improve the searching ability with high converging speed.

路网约束下异构机器人系统路径规划方法

由无人机(Unmanned aerial vehicles,UAV)和地面移动机器人组成的异构机器人系统在协作执行任务时,可以充分发挥两类机器人各自的优势.无人机运动灵活,但通常续航能力有限;地面机器人载荷多,适合作为无人机的着陆平台和移动补给站,但运动受路网约束.本文研究这类异构机器人系统协作路径规划问题.为了降低完成任务的时间代价,提出一种由蚁群算法(Ant colony optimization,ACO)和遗传算法(Genetic algorithm,GA)相结合的两步法对地面机器人和无人机的路线进行解耦,同时规划地面机器人和无人机的路线.第1步使用蚁群算法为地面机器人搜索可行路线.第2步对无人机的最优路径建模,采用遗传算法求解并将无人机路径长度返回至第1步中,用于更新路网的信息素参数,从而实现异构协作系统路径的整体优化.另外,为了进一步降低无人机的飞行时间代价,研究了无人机在其续航能力内连续完成多任务的协作路径规划问题.最后,通过大量仿真实验验证了所提方法的有效性.

火箭箱底数字射线检测系统设计

运载火箭贮箱箱底/筒段焊缝数字射线检测目前主要通过传统基于人工的射线照相,存在检测效率低、主观经验依赖性强、质量稳定性差等问题。为了实现运载火箭贮箱箱底/筒段焊缝数字射线高效检测,满足常态化高强密度发射形势下其快速、批量研制需求,研发一种基于双机器人协同的运载火箭贮箱箱底/筒段焊缝数字射线检测控制系统。该控制系统主要完成双机器人的协同运动、远程控制启动、伺服电机驱动、自动定位,并在上位机实现数据通信等功能。实验结果表明:所开发的数字检测控制系统可兼容多种型号箱底与筒段检测,检测效率高、精度高。

基于二维码修正机器人系统的位姿估计方法

为了解决机器人系统工具端定位精度不高的问题,提出一种基于二维码修正机器人系统的位姿估计方法。通过机器人系统获取的地面定位修正二维码图像信息,计算出机器人系统实际位置与机器人示教位置的转换矩阵,并利用转换矩阵生成新的工件坐标系,按照新的工件坐标系移动机器人系统,到达修正后的目标位置。该方法使机器人工具端达到了高精度定位,修正了机器人系统的位姿偏差,精度可达到0.5mm。

全局路径约束的两轮差速机器人改进导航算法

定位和路径规划是机器人导航的核心问题,准确地定位和合适的路径规划是保证机器人正常导航的重要环节。以两轮差速机器人为研究对象,提出一种基于全局路径的定位和路径规划改进算法,并添加遇到障碍物时的恢复机制。开始导航后,机器人原地自转到路径的方向,中间过程使用路径跟随算法跟踪经过平滑后的全局路径,到达目标点后原地自转到目标方向,机器人在操作系统ROS仿真环境下完成综合创新性教学实践训练。实验结果表明,无论机器人处于狭窄环境还是存在大幅度转弯极端路径等复杂情况,该算法均能实现良好的导航避障和运动控制效果,可为机器人平台的部署提供有力支持。该实验有效培养学生理论结合实践的工程能力。

双组分清漆涂装线改造设计方案的探讨

对双组分清漆与单组分清漆的差异性进行分析,展现双组分清漆的优势。对于输调漆系统方案设计、喷涂机器人改造设计方案、施工工艺,以及实现自动切换的施工运用方案进行探讨,最后结合改造的预期目标进行方案设计,选取符合需求的设计方案。

双机器人主从协调焊接的路径规划算法

针对空间复杂曲线焊接问题进行了双机器人协调焊接路径规划方法的研究,在保证焊接过程焊缝点熔池处于水平或稍微下坡状态前提下,提出了一种主从协调跟踪的路径规划算法,以实现一台机器人夹持工件不断调整位姿满足船形焊的要求,另外一台机器人跟踪焊缝曲线实施焊接.建立了协调系统数学模型,时间约束和空间约束,在此基础上规划了焊枪坐标系和工件机器人的位姿;并以马鞍形焊缝的焊接为研究对象进行了两个机器人的协调路径规划.并对该算法所规划的结果进行试验验证.结果表明,该算法可实现空间复杂曲线焊缝的连续焊接工作.

两轮自平衡机器人的控制方法研究

由于两轮自平衡机器人在工业和社会的应用日益广泛,结合传统的机器人控制理念,提出了两种思路新颖、效果更优的控制方法.在数学建模基础上对自平衡机器人的运动进行分析,把非线性模型线性化.并针对两轮自平衡机器人平衡点线性化模型,采用现代控制理论经典的极点配置方法设计状态反馈控制器,对初始倾角及初始位移控制进行了仿真分析,同时也运用了LQR方法,对现代控制理论中的状态空间方程给出的线性系统进行研究,对倾角控制和位移控制进行仿真.

基于最大反馈线性化的两轮机器人平衡控制

为了对两轮直立式机器人进行平衡控制研究,首先应用一种拉格朗日方法对两轮直立式机器人系统进行动力学建模,以力矩作为模型控制输入并且考虑到了系统无滑动的非完整约束方程。求出了系统的最大相对阶并对非线性系统进行了部分反馈线性化,经过坐标变换和输出反馈得到了2个由两链积分器构成的子系统,外加3个代表系统内动态的非线性方程。根据以上所得的结果,对两轮直立式机器人进行了平衡控制,并在保持平衡时跟上期望的偏航角。所使用的方法为简单的PID控制,由仿真结果可以看出机器人可以在短时间内达到平衡状态,验证了这种控制方法的有效性。

双机械臂协调系统的一类最优轨迹规划方法

针对双机械臂搬运单一物体的协调操作系统，提出了一类有效的最优关节轨迹规划方法。该法在机械臂的关节空间内采用分段归一化的无因次量，将其运动轨迹与运动时间解耦，运用非线性规划法优化无因次量运动轨迹。将所规划的无因次轨迹方程作为机械臂产生实际运动轨迹的发生器，由双臂的运动学约束条件和爪端所允许的不协调误差及各手臂的取道点，即可快速生成所期望的系统运动轨迹。为保证双臂能充分协调运动，提出了调整因子的概念。

双臂机器人协调动力学及其优化

通过引入“虚铰”概念，将双臂机器人协调动力学问题统一归结为约束多体系统的动力学问题。利用子系统牛顿－欧拉递推法获得的单臂机器人的动力学方程以及静力传递与速度传递间的对偶关系，很方便地导出了双臂机器人的动力学方程与回路约束方程，回路约束方程的建立无需增加额外的计算。此外，文中还对双臂机器人协调动力学的求解及其优化问题进行了讨论，最后以一搬运双臂机器人为例进行了动力学的计算机辅助优化，获得了令人满意的结果。文中所得结论对双臂机器人的设计与控制均具有一定的参考价值。

两轮自平衡机器人控制系统的设计

针对自行设计的两轮自平衡机器人Opyanbot建立了动力学模型,应用最优控制和两轮差动等控制方法设计了控制器,提出了针对两轮自平衡机器人平衡和行进的新策略。为了提高两轮自平衡机器人的控制效果,利用基于DSP数字电路的全数字智能伺服驱动单元IPM100分别精确控制左右轮电机,并利用上位机实时控制机器人的运动状态,提高了控制精度、可靠度和集成度,得到了很好的控制效果。

双组分(2K)清漆喷涂机器人升级改造探讨

为提高漆膜的外观、性能、施工性和环保性,将1K清漆喷涂系统升级为2K清漆喷涂系统。介绍了这2种喷涂系统的差异,不同双组分混合设计方案。探讨了雾化器内部混合系统的控制及其使用注意事项。总结了2K清漆升级改造过程中遇到的问题及其解决方案。

基于位置约束的两轮驱动机器人路径跟踪控制方法

两轮驱动机器人的应用越来越广泛,但由于两轮驱动机器人属于欠驱动系统,输入量不能使机器人按任意轨迹运动,因此较难控制。针对两轮驱动机器人的路径跟踪控制问题,分析了两轮驱动机器人运动模型,提出了一种新的路径跟踪控制方法。通过左右轮的双闭环PID控制来约束两轮机器人的速度和位姿,同时,在期望路径附近建立矢量场,引入位置约束,促使两轮机器人在偏离期望路径时能够快速回归,完成路径跟踪任务。搭建了两轮驱动机器人硬件实验平台,实现了两轮驱动机器人的路径跟踪控制。实验结果表明,两轮驱动机器人能够准确跟踪期望路径,对于设置的一种较复杂路径跟踪实验,得出的各跟踪点的相对误差的均方差为0.86%,最大相对误差为3.64%。

带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真

在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统。根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块。这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统。以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统、带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比。实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计。

基于双机器人装配系统的多功能末端执行器设计

根据翼面类部件装配的特殊需求,设计了一种用于双机器人装配系统的多功能末端执行器。阐述了其结构设计及工作原理,并运用DELMIA软件对末端执行器的应用环境进行了仿真,提出了手工装配工装的改进意见。分析表明该末端执行器能够保证双机器人柔性装配系统无干涉地完成翼面类部件的制孔、送钉及电磁铆接等装配任务,可增加飞机装配的效率及质量,具有显著的工程应用价值。

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.

受非完整性约束的移动机器人路径跟踪算法

文章讨论了受非完整约束限制的两轮差动驱动机器人的路径跟踪问题,研究移动机器人在一个运动周期内的轨迹,找出该周期内机器人起点坐标和终点坐标之间的联系,推导出一种新模型;针对机器人跟踪任意期望几何路径,提出了斜率算法;对于期望路径是圆弧的特例,提出曲率半径算法,进一步提高跟踪速度平稳性和跟踪精度。

双驱双向AGV控制系统设计

以工业平板电脑+可编程多轴控制器(PMAC)构成开放式控制器硬件系统,采用面向对象的C++程序设计语言进行上位机控制系统软件开发。根据技术要求进行系统功能需求分析,采用模块化的思想,设计系统软件总体结构;介绍了导航模块纠偏算法的实现。最后以双驱动双向AGV为机械本体进行停车定位测试。结果表明:该AGV的平均定位精度为5.144 mm,最大的定位精度为9.232 mm,其精度满足要求,该控制系统软件较好地完成了导航定位任务。