Theoretical and experimental research on time-optimal trajectory planning and control of industrial robots

提出了一种用于工业机器人时间最优轨迹规划及轨迹控制的新方法，它可以确保在关节位移、速度、加速度以及二阶加速度边界值的约束下，机器人手部沿笛卡尔空间中规定路径运动的时间阳短。在这种方法中，所规划的关节轨迹都采用二次多项式加余弦函数的形式，不仅可以保证各关节运动的位移、速度 、加速度连续而且还可以保证各关节运动的二阶加速度连续。采用这种方法，既可以提高机器人的工作效率又可以延长机器人的工作寿命以PUMA560机器人为对象进行了计算机仿真和机器人实验，结果表明这种方法是正确的有效的。它为工业机器人在非线性运动学约束条件下的时间最优轨迹规划及控制问题提供了一种较好的解决方案。

Stabilization of Dynamic Systems for Multiple Omni-Directional Mobile Robots

本文考虑了由2个全方位移动机器人组成的混合动力学系统的协调拟镇定问题.利用机器人位置之间的向量与机器人目标之间向量的内积,设计了多步拟镇定律,该控制律能够在避碰后按指数速率运动到目标点,且在整个过程中两机器人之间的距离不小于避碰的安全距离.最后对2个全方位移动机器人进行了仿真,验证了所给方法的有效性。

静态不确定性环境中非完整轮式移动机器人路径规划研究

本文研究了静态不确定性环境下非完整轮式移动机器人路径规划问题,提出了一种实时路径规划方法--动态随机路径规划方法.此规划方法以随机路径规划方法为基础,通过对搜索图进行局部实时重构,引导机器人到达全局目标点.这种方法不仅使规划和执行很好地结合起来,而且对随机路图只做局部修改.仿真结果验证方法的有效性.

五轴磨抛机器人补偿算法研究与实现

通过分析基于模型的补偿方法和非模型补偿方法的优缺点,结合一个五轴磨抛机器人的结构特点,提出了两种补偿方法相结合的混合补偿算法.针对平移关节误差的主要来源难于建模的特点,采用非模型的方法进行补偿;针对转动关节误差主要来源为几何参数误差,能够建模,但有些参数随机器人末端位置不同而变化的特点,采用二者相结合的混合方法进行补偿.通过对该机器人系统的实验,验证了方法的有效性和可行性.

基于势场法的移动机器人路径规划仿真研究

针对势场法的障碍物附近目标不可达(GNRON)问题,采用改进斥力势场函数,把机器人和目标的相对距离考虑进去,从而确保目标点为整个势场的全局最小点,使得机器人能够顺利到达目标。针对局部极小引起的陷阱区域问题,提出了增加引导点的方法,使得机器人能够快速走出陷阱区域,向目标点移动。通过仿真实验,还实现了机器人在限定区域内漫游。改进后的势场法适用于复杂环境下的移动机器人路径规划。仿真结果证明了此方法的有效性。

研磨抛光机器人运动控制器设计与研究

本文设计了研磨抛光机器人运动控制器的核心硬件结构和软件模块,采用了参数模糊自整定PID机器人关节位置控制策略,通过实验表明该运动控制器可以大大降低研磨抛光机器人的位置跟踪误差。建立的模块化的软件体系,便于运动控制器的维护和扩展,并可将其应用到其它工业机器人上。

基于对称极多项式曲线的移动机器人平滑路径生成

详细分析了对称极多项式曲线作为移动机器人跟踪路径所具有的各种优异的几何特性,并将对称极多项式曲线应用于移动机器人的平滑路径生成,提高了移动机器人的灵活性,同时将有助于改善移动机器人的路径跟踪精度,扩展移动机器人的应用领域.

基于现场总线的工业机器人联网

本文根据国内工业机器人技术开发和应用现状及其技术发展趋势 ,进行了基于现场总线的工业机器人联网技术的研究和开发 ,并将机器人作为生产线底层设备 ,实现了工业机器人网络的互联 .本文介绍了这个系统的硬件结构、上位监控机软件实现、控制器软件实现以及系统完成的功能 .

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人。通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力。机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务。在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率。为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进。试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力。

三维蛇形机器人巡视者Ⅱ的开发

蛇形机器人具有比传统移动机器人更强的运动能力,为实现机器人的三维运动而开发的蛇形机器人巡视者II是一个具有强驱动力和高机动性的三维蛇形机器人。它由具有3自由度的模块化单元组成,该单元具有俯仰、偏航和回转3自由度,单元的俯仰和偏航运动是通过由3个伞齿轮组成的差速机构耦合驱动。该单元的圆柱形外壳周围安装有一系列的被动轮来增加机器人运动灵活性。对蛇形机器人模块单元的自由度作了详细分析,并基于机器人的运动机动性设计三维蛇形机器人的单元结构。给出蛇形机器人的控制系统结构,并对耦合变量进行解耦。将蛇形机器人的蜿蜒运动和扭转运动两种基本步伐应用到巡视者II上,试验结果证明了该三维蛇形机器人具有很强的机动性和运动能力。

星球探测系统的多机器人组内协作研究

建立了子机器人的控制模型,提出了分散式控制与集中式控制相结合的复合控制体系。采用动态分配ID号和由ID号确定机器人组中领导者的机制,建立了有领导者的机器人组的协作方法。其中,领导者与监控平台之间采用无线通讯,机器人组内采用CAN(control area network)总线传递控制信号。同时采用组内基于状态表匹配的控制方式。两个机器人组合利用以上机制,通过相互协调完成差速转弯的实验验证了该控制方法的可行性。

智能机器人技术在南极科学考察事业中的试验应用

智能机器人技术在极地科学考察事业中有着广阔的应用前景。2007/2008年度第24次南极科学考察中,我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人在南极成功实现了首次应用。扼要介绍国外开发的应用于南极的智能机器人技术,重点介绍我国开发的冰雪面移动和低空飞行机器人及其在南极现场的试验应用情况。此外,作者思考了我国南极考察事业对智能机器人技术的一些潜在需求,以期能对未来的机器人技术开发提供参考。

可重构模块化机器人系统的翻越台阶能力研究

从分析系统的工作原理和子机器人运行机理入手,对可重构模块化星球探测机器人系统的翻越台阶能力进行了研究。对于单体子机器人,提出了通过加反向速度和规划手臂姿态的方法,使其能够顺利翻越台阶型障碍物,增强了单体子机器人的翻越台阶能力。由几个子机器人组成的新系统极大地扩展了单体子机器人的环境适应能力,分析了有利于子机器人组合翻越台阶型障碍物的组合形式,提出了首尾相连成环形连接的构型是翻越台阶的最佳组合,并提出了根据环境条件采取不同策略的决策方法,即对于较低的台阶,采取子机器人组合一起翻越,对于高台阶,采取将一个子机器人送上台阶的策略。最后,通过静力学分析,得出了单体子机器人和子机器人组合所能翻越台阶型障碍物的极限尺寸,实际实验很好地验证了分析结果。

可重构模块化机器人系统的爬坡能力研究

介绍了一种新型的可重构模块化星球探测机器人系统,详细分析了子机器人组合的三种基本构型:手臂在前,首尾相连成串状;手臂在后,首尾相连成串状;两个子机器人首尾相连成环状。以两个子机器人为例,对爬坡过程中子机器人系统的各种组合形式进行了静力学分析,在此基础上,对机器人组合的爬坡能力进行了仿真研究,结果表明子机器人组合的爬坡能力与其连接构型紧密相关。实际试验很好地验证了仿真结果,同时,以实际试验为基础,得出了如下结论:在爬坡过程中,手臂在前的串状连接的机器人组合的运动稳定性较差,首尾相连的环状连接的机器人组合是子机器人组合爬坡的首选构型。

全地形轮式移动机器人运动学建模与分析

提出全地形轮式移动机器人的正逆运动学问题。将机器人看成一个混合串-并联多刚体系统,从每个轮-地接触点到机器人车体分别构成一个串联子系统,抛弃车轮纯滚动假设,在轮-地接触点处建立瞬时坐标系,考虑车轮的平面滑移,从而对每个串联子系统形成一个封闭的速度链。对于每个速度闭链,可直接在驱动轮轮心处写出从机器人各驱动轮到机器人本体之间的运动方程,将每个速度闭链的运动方程合并即可得到机器人的整体运动学模型。以一个具有被动柔顺机构的六轮全地形移动机器人为对象进行推导,该方法既考虑了地形不平的影响,又考虑了车轮的前向、侧向及转向滑移,已知机构参数后就可以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解。该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点。