Project-Based Teaching in Control Theory Education Based on V-REP: A Cart Inverted Pendulum Case

This paper provides a teaching concept for control theory education based on Virtual Robot Experimentation Platform(V-REP).A cart inverted pendulum virtual physical model is developed on V-REP.Students must analyze,design,and implement a suitable controller for the cart inverted pendulum system using their knowledge of the control theory.Different from traditional experiment and numerical simulation,virtual experiment is safe and less constrained.Moreover,the experiment results are more intuitive and obvious.This study can improve students’interest in learning the control theory and help students understand the relevant content better.

基于V-REP的机器人仿真实验系统及教学

机器人设计需要采用"设计—仿真—优化"的过程,因此仿真技术是机器人工程专业本科生必须掌握的技能。该文基于V-REP仿真软件设计了一套6自由度通用工业机器人仿真实验系统。首先建立了机器人的V-REP模型,进行系统动力学参数设置,然后与MATLAB的轨迹规划算法进行联合仿真和验证。开展了学生线上实验教学和探索,可替补实验室的现场实验。仿真实验系统可以进行机器人的运动学、动力学和轨迹规划算法的仿真实验,能够提高学生的机器人理论分析和设计能力。

基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台

设计并开发了基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台。该平台整体设计框架包括Web浏览器层(客户端)、服务器层、仿真环境层(机器人端)三个层次,采用JavaWeb和MVC设计模式开发Web应用,利用V-REP远程API和Python编程实现机器人控制服务器和图像服务器。操作者通过Web浏览器即可完成对V-REP中仿真机器人的控制,同时相应图像信息传输至Web浏览器,从而实现基于Web的机器人远程交互控制。该虚拟仿真平台对于机器人控制相关的实践教学有着重要意义。

V-REP机器人仿真远程控制方法研究

机器人建模仿真软件V-REP,本身只提供基于Lua的脚本编程能力,如需强大的控制功能,可通过外部程序的控制实现机器人与环境互动的仿真。首先介绍V-REP的通信机制和通信调用模式,然后介绍了V-REP支持的外部调用语言和调用方法,最后用一个仿真例子说明如何使用Python编写程序实现对V-REP内部机器人的通信。

基于V-REP的主动柔顺式机器人轴孔装配仿真

将机器人应用于轴孔装配作业中可大大提高生产效率,降低生产成本,但同时也带来了一定的风险,当装配过程遇到卡阻现象时会对装配工件甚至机器人造成损害。本文设计了一种主动柔顺装配系统,将六维力传感器安装于机械臂末端,可实时监测安装过程中的力矩大小,当装配过程中出现卡阻现象时,通过一种主动柔顺装配方案进行去卡阻,使轴孔装配作业可以平稳顺利地进行。论文对卡阻现象进行了力学分析,得出六维力传感器反馈值与轴孔接触状态之间的对应关系,并提出了基于工件旋转中心的去卡阻方案,并在V-REP平台下编写程序对该轴孔装配方案进行验证,设置工件以不同倾斜角进行入孔作业,并对实验数据进行了详细的分析。

基于V-REP的关节机器人运动仿真

提出了一种在V-REP平台下实现机器人虚拟运动控制及运动仿真方法。在V-REP中创建了机器人控制模型,并使用Lua编写了控制脚本及通信接口,使用Visual Studio 2010编写了外部控制程序。通过Socket通信实现机器人模型与外部控制程序的连接。以广泛应用的IRB4600六轴机器人模型为实验对象,通过外部控制程序实现机器人运动仿真的步骤。实验中机器人准确响应外部控制指令到达相应位置,验证了本方法的有效性。

基于Visual Studio与V-REP的货物拣选机器人联合仿真

在货物拣选机器人的建模与仿真研究中,常用的球棍机器人模型难以体现实际运动,且仿真运动过程可控性差,针对这一问题,提出了一种基于Visual Studio与V-REP的联合仿真方法。首先,运用D-H参数法建立了运动学模型,得到了运动学正逆解;然后,在V-REP中进行了碰撞检测与路径规划,以准确判断机器人是否与货架发生了碰撞或干涉;最后,编写了外部控制程序,通过API通信对机器人进行运动控制,可操控性能佳。仿真结果表明:机器人准确响应外部控制指令到达相应位置,能够生成正确的无碰撞拣选路径与机器人关节运动参数,验证了所建立的机器人运动学模型以及正逆解的准确性。

基于V-REP和MATLAB的机器人建模及轨迹规划仿真验证

以6自由度串联结构机械臂为研究对象,通过DH参数法采用MATLAB工具箱建立机械臂的运动学模型,完成正逆运动学方程求解函数。使用三维设计软件UG对机械臂进行三维结构建模,通过接口导入到跨平台开源仿真软件V-REP中建立其机械臂的虚拟样机模型,运用MATLAB完成运动轨迹规划并通过远程API同步模式控制V-REP完成运动学仿真和碰撞检测。通过上述方法对机器人向压力机内部装卸工件过程进行了仿真,结果表明:该方法能够生成平稳无干涉的装卸工件轨迹,并通过后续的物理样机控制实验验证了该仿真方法的正确、有效。

基于Matlab和V-REP平台的AGV运动学分析

设计了一款用于智能焊接车间的自动导引运输车(AGV)。运用SolidWorks软件进行三维建模,建立了差速驱动AGV的运动学方程,并运用Simulink搭建了运动学模型。在V-REP(virtual robot experimentation platform)软件中建立了AGV虚拟样机,Matlab通过远程API,控制AGV在V-REP中进行仿真,通过AGV理论计算和仿真结果的对比,验证了运动学理论分析的正确性,对AGV的控制具有一定的参考价值,为AGV控制系统的设计提供了依据。

基于V-REP的井下铲运机自主作业仿真试验软件平台研究

虽然增强学习方法能够为井下铲运机自主铲装作业提供解决方案,但直接将其应用在真实环境中进行数据采集存在诸多问题。为满足自主铲装作业训练对数据的需求,借鉴某型号正转四杆结构的井下铲运机,在V-REP中建立铲运机、矿石爆堆及其工作环境的动力学模型,并通过编写控制脚本实现外接设备操纵铲运机作业,仿真和模拟矿石爆堆的生成,从而构建了仿真试验平台。结果证明在虚拟环境下可以实现对井下铲运机在溜井处铲装矿石,并经由运输巷道运输至溜井处卸载矿石这一完整作业流程的仿真。虚拟环境中模型的运动状态良好、模型间交互正常,可作为后续增强学习框架下自主铲装作业的训练环境,也可作为井下作业人员上岗前的培训平台。

一个多功能机器人仿真软件V-REP

随着机器人技术的快速发展和机器人系统的多样化,机器人的仿真变得越来越复杂。介绍了一个多功能的、可扩展的通用机器人仿真软件V-REP。首先描述V-REP的整体框架,介绍软件中的实体和计算模块;其次介绍V-REP中仿真的控制方法;最后通过V-REP与MATLAB使用多种关节控制方法实现HOAP3机器人的仿真。

基于MATLAB与V-REP的机器人加工轨迹生成与运动仿真

提出了联合MATLAB和V-REP进行机器人加工轨迹生成和运动仿真的方法.该方法首先在MATLAB中,计算机器人操作空间中刀具的轨迹,并通过逆运动学计算获得刀具轨迹对应的关节参数.然后在V-REP中,采用基于关节和连杆统一坐标系的建模方法,建立与刀轨文件一致的机器人及其加工环境的三维模型.最后通过MATLAB中的外部控制程序和V-REP中的控制脚本、MATLAB和V-REP之间的通信接口,使V-REP中的机器人模型响应外部控制程序进行运动仿真和碰撞检测.采用所提出的方法对密胺脂餐具盘的机器人铣边过程进行了仿真,仿真结果表明该方法能够生成无干涉加工轨迹和正确的机器人关节运动参数.

基于V-REP的双机器人协同运动仿真与实验研究

针对目前国内外机器人建模和仿真能力较差,软件功能扩展性和开放性较差,无法满足机器人协同控制要求的现状,提出了一种基于V-REP的双机器人协同运动控制方法。首先在仿真软件中建立机器人模型并生成运动路径,通过逆向运动学计算获取协同搬运路径对应的关节参数,然后在V-REP软件中建立双机器人模型,并通过Lua脚本语言控制双机器人进行协同运动仿真。采用所提出的方法对双机器人协同搬运过程进行仿真和实验,结果表明该方法有效可行,为以后的其他机器人运动仿真提供了参考。

新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真

在多关节步行机器人控制策略中,全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点;机器人的工作环境通常多变且复杂,对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求,故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题,在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合,对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法,用CPG完成机器人的基础步态,完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建,并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系;再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力,并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明:所提出的步态控制算法有效;新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力,这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。

凿岩机械臂轨迹规划及电液跟踪控制研究

针对液压凿岩机械臂运动控制的平稳性及跟踪精度问题,提出一种关节空间轨迹规划和电液系统模糊PID跟踪控制方法。首先,基于关节空间五次多项式插值方法对关节的位置、角速度及角加速度进行约束,生成含有时间序列的关节角度变量,通过直接控制关节角度完成轨迹规划。采用智能算法模糊PID对液压缸位移进行跟踪控制,将传感器反馈并计算得到的位移偏差值及其变化率作为模糊控制器的输入,经模糊处理后,把输出的3个参数ΔK_(P)、ΔK_(I)、ΔK_(D)加到PID控制器中以此实现动态调参。在V-REP(Virtual-Robot Experimentation Platform)中建立三维SolidWorks的虚拟样机模型,使用MATLAB软件远程API同步模式控制V-REP验证所提轨迹规划方法对工程实际机械臂的有效性。同时,通过模糊工具箱设计模糊控制器并运用Simulink模块对电液跟踪控制系统进行仿真。V-REP及Simulink仿真结果表明:五次多项式轨迹规划可避免机械臂运动过程中速度及加速度的突变,V-REP中机械臂模型运行平稳;模糊PID能有效提高电液系统的跟踪控制精度,系统响应快速,上升时间不到2 s,最大跟踪误差不超过3.3 mm,该结果可满足凿岩机械臂实际施工作业时规定的误差要求。

蛇形机器人蜿蜒运动性能的仿真研究

基于用V-REP仿真软件建立的蛇形机器人动力学模型,对蛇形机器人的蜿蜒运动性能进行了研究。首先通过蛇形曲线控制蛇形机器人实现蜿蜒运动,对关节角度和力矩情况进行了分析,其次通过变化蛇形曲线公式中的起始弯角、体内形成波个数、弧长变化率来观察分析这些参数对蛇形机器人蜿蜒运动性能的影响,最后研究分析了蛇形机器人蜿蜒运动的爬坡、转弯性能,得出了对实现蛇形机器人的实用化有理论、技术意义的结论。

基于Canfield型关节的蛇形机器人运动仿真研究

应用虚拟机器人实验平台(V-REP)构建了一种基于Canfield关节型的运动机构,通过动力学仿真添加关节角度约束对其运动空间轨迹进行了观察与分析。利用该Canfield型机构作为关节模块组建成了蛇形机器人,并对该类蛇形机器人关节运动生成的蜿蜒、转弯和伸缩步态进行了实验研究和分析,为该类蛇形机器人设计提供了可行性。

蛇形机器人水中上浮下潜运动仿真研究

根据水下环境特征,研究蛇形机器人在水中三维空间的运动步态。基于虚拟机器人实验平台(V-REP)动力学仿真软件搭建了具有垂直和水平关节的蛇形机器人模型,在蛇形曲线生成蜿蜒运动的基础上,采用逐节升降法实现了水中的上浮下潜运动步态。分析了蛇形机器人在水中运动过程中的位态、受力、关节力矩及运动效率的状况,为蛇形机器人水中运动的实用化提供数据参考,同时验证了逐节升降法实现蜿蜒下潜上浮的有效性。

改进模糊算法的六足机器人自主导航研究

六足机器人具备良好的地形适应能力来应对复杂的不平展路面,在遇到可跨越障碍物时可选择越障,而遇到不可跨越的障碍物则选择避障。将基于腿部运动学分析和足端轨迹规划得出的六足机器人越障最大高度作为是否越障的重要参考。针对六足机器人在复杂情况下的自主导航问题,设计出基于改进模糊算法的控制系统。该控制系统使用单个超声波传感器转动测距获取距离信息,双目摄像头获取航向环境高度信息,GPS传感器和电子罗盘获取位置信息,并结合六足机器人较强的越障能力,通过预设的模糊控制器,实现自主导航。六足机器人通过V-REP平台实现运动仿真,仿真结果证明,相较于传统模糊控制算法,结合六足机器人越障能力的改进模糊控制算法,在仿真环境中行进时间缩短11,457s,能够有效的缩短行走路径并准确地到达目标点,验证了此改进模糊算法的可行性和实用性。

脉搏诊断机器人力反馈式位置跟随控制与仿真

脉搏诊断过程中手臂的轻微晃动会造成脉搏位置点发生变化,影响脉搏信息获取的准确性。控制机器人带动脉搏传感器跟随脉搏点运动,并保持传感器中心与脉搏点接触,这对获取准确的脉搏信息至关重要。因此,提出一种基于压力反馈的跟随控制策略,采用安全性较高的协作式臂型机器人对人体脉搏进行诊断,并在V-REP仿真软件中进行实验。实验结果表明,基于该控制策略的机器人可在2s内调整传感器中心接触到脉搏点,控制策略可行,为下一步搭建实物建立了理论基础。