一种3自由度并联柔索驱动机器人的变刚度特性研究

以一种3自由度并联驱动机器人为研究对象,研究这种机器人的变刚度特性。从操作臂的静力学出发,对并联柔索驱动机器人的刚度进行了分析得到刚度公式。从得到的公式可以看出,操作臂的刚度不仅与各分支的刚度有关,与操作臂位姿有关,还与张紧柔索的张紧力有关。在机器人各分支上串联刚度较低的弹簧后做刚度实验,试验结果验证了对刚度理论分析所得的结论。

机器人化月表采样器的研制

首先介绍了月表采样的新特点与存在的困难;根据月表环境、月表样品的特点以及嫦娥三期工程中对月表采样的要求,合理地选择了采样方式,研制出了一台六自由度机器人化月表采样器,并且对采样器的采样原理,机械系统和运动原理做了详细的分析;最后在石灰粉上做了采样实验,验证了多功能的机器人化月表采样器的基本功能与可行性。

除草机器人机械臂的逆向求解与控制

设计了一种基于机器视觉导航和杂草识别的除草机器人模型,该机器人能沿作物行间自主行走并能准确地识别和"清除"杂草。设计了除草机器人的机械臂除草执行系统,求取了机械臂运动学逆解,用VC++开发了控制程序。试验显示,图像处理算法所需时间少,能够适应户外自然光线在一定范围的变化,机械臂能够平稳动作并精确定位杂草目标。

双臂式空间机械臂捕捉目标问题

基于动量守恒关系,分析了空间机械臂抓取目标过程中的碰撞问题.针对单臂式系统提出了直臂抓取与广义直臂抓取构型,并将后者推广到双臂式空间机械臂系统.利用广义直臂抓取方法得到的空间机械臂构型,可有效减少碰撞作用对于空间机械臂系统角冲量、基座姿态的影响,保证了系统的稳定性,克服了控制算法中存在的构件转角和执行机构力矩限制问题.仿真证明了方法的有效性。

机器人化月表采样器控制系统研究

在未来的深空探测任务中迫切需要采样任务的机器人化。为突破这一关键的技术,我们研制了一台六自由度的机器人化月表采样器原理样机,为其选择合理的控制方式并搭建了一套基于CAN总线的分布式控制系统。本文将详细介绍该机器人化月表采样器的工作原理及其控制系统的基本结构,并将阐述在操作采样器执行采样任务时采用的控制方式。最后搭建试验平台进行采样试验,验证采样器和控制系统的基本功能及其有效性。

非结构环境下基于人机合作技术的抓取作业研究

介绍了一种利用人机合作技术在非结构环境引导机械手抓取静态目标的方法.分别介绍了将激光—CCD摄像机系统与操作者的经验相结合获得抓取目标位置的方法,及将虚拟现实技术与操作者的经验相结合获得抓取目标姿态的方法.继而利用基于模型的视觉引导技术,引导手臂完成抓取操作.

一种基于旋转体的摄像机定位方法

基于旋转体的摄像机定位是单目合作目标定位领域中的涉及较少并且较为困难的一个问题,传统的基于点基元、直线基元及曲线基元的定位方法在用于旋转体定位过程中都存在相应的问题.文中设计了一种由4个相切椭圆构成的几何模型,该模型环绕于圆柱体表面,利用二次曲线的投影仍然是二次曲线的特性和椭圆的相应性质能够得到唯一确定模型位置的3个坐标点,从而将旋转体定位问题转化为P3P问题.在对P3P的解模式区域进行分析后,推导了根据模型上可视曲线的弯曲情况来确定P3P问题解模式的判别方法,并给出证明过程.仿真实验表明了这种模型定位方法的有效性.最后利用这个模型引导机械手完成目标定位的实验.

轮-腿-履带复合移动机器人的研究

中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的灵豹复合移动机器人,采用轮-腿-履带复合移动机构,构建了嵌入式控制系统,设计了模糊控制器控制机器人行走,实现了机械臂的自主联动控制。机器人运动控制更加简便,系统具备良好的适应性和运动稳定性。

基于AFM的机器人化纳米操作中纳观力的初步研究

针对基于原子力显微镜(AFM)的机器人化纳米操作,对探针作用下探针—基片—微粒之间纳观力的作用规律进行了初步分析.指出起主要作用的纳观力为范德华力、接触斥力、纳米摩擦力、毛细作用力以及纳米静电力等五种,并初步推导了各种纳观力的表达形式.通过力—距离曲线仿真与实验验证了所进行分析的合理性;该分析有助于进行纳米操作的精确控制.

基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形水

可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成,单个模块可以独立运动和操作,多个模块可以重构组合成不同构形,模块采用非对称式轮手一体机构,具有姿态方位性和运动方向性,重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此,提出矢量构形概念,将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上,提出并构建状态构形矢量(State configuration vector,SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix,SCM),对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述,同时支持预定义的数学变换操作,可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法,通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

一种新的角加速度估计方法及其应用

首先提出了一种新的基于卡尔曼滤波及牛顿预测的角加速度估计方法,在已知电机驱动系统位置信息的情况下,利用卡尔曼滤波实时估计系统的角加速度;同时采用牛顿预测方法解决估计算法的滞后问题,进一步提高了估计加速度的响应频带．以此为基础,本文进一步分析了利用估计加速度进行反馈控制以增强系统对外扰动的鲁棒性问题,提出了加速度反馈控制策略的设计准则并分析了稳定性．在一个直接驱动机器人关节上针对上述加速度估计及控制方法进行了实验研究:将估计加速度的实验结果与实测加速度(利用加速度计)的实验结果进行了比较分析,从而定量地揭示出估计加速度及其反馈控制在实际系统中的可行性及有效性．

机器人化纳米操作系统驱动器驱动与探针定位研究

对基于AFM的机器人化纳米操作系统而言,一个关键问题是如何实现纳米操作时探针的高精度驱动与定位。对此,本文基于对压电陶瓷驱动器的迟滞/非线性特性及现有驱动方法的详细分析,提出"基于复现扫描轨迹的驱动方法"来对操作时的驱动器进行驱动;另外,还对管式驱动器弯曲运动所产生的运动学耦合误差、探针悬臂变形所引起的针尖偏移误差进行了定量分析与补偿。采用上述驱动方法及进行误差补偿后,可以大大提高探针的定位精度,从而使纳米操作与装配得以高精度进行。纳米刻画实验验证了该新型驱动方法及误差补偿的有效性。

3自由度并联柔索驱动变刚度操作臂的刚度控制

利用柔索的弹性及驱动冗余性构造了一种3自由度并联柔索驱动变刚度操作臂,在静力学与刚度分析的基础上,进行刚度控制研究。首先,将柔索驱动力映射到关节空间,并分析等效关节力与柔索张力和外力的关系, 提出该操作臂的三维力矢量闭合原理。根据微分变换原理进行刚度分析,得到关节刚度矩阵及操作手刚度矩阵, 并进行数值算例分析,结果表明:刚度与柔索的张力有关,调节柔索张力可以改变系统刚度。最后,采用位置与张力混合控制的策略,对该变刚度操作臂进行了刚度控制,并进行了仿真验证。

灾难救援机器人研究现状、关键性能及展望

对日本、美国和中国等国家灾难救援机器人的研究现状和研究计划进行综述。根据世界各国救援机器人技术的研究现状,结合救援机器人在实际应用中取得的经验和教训,归纳和总结出救援机器人的关键性能为：存活能力、运动能力、感知能力、通信能力和作业能力。研究结果表明,灾难救援机器人研究逐步从试验研究转入到实际应用,多种技术融合化、多智能体网络化是今后灾难救援机器人研究的发展方向。防灾、减灾和救灾事关人民生命和财产安全,是国家公共安全的重要组成部分。救援机器人技术是国家发展迫切需要的战略必争的核心技术之一,将在国民经济和安全中起着重要作用并具有重大的战略意义。

网络遥操作机器人的任务产生方法研究

为了解决网络遥操作中操作者误操作问题,给出了一种在非结构环境下遥操作机器人的模糊控制方法,介绍了一种网络遥操作机器人控制系统结构,对任务产生器进行了设计,并以网络遥操作机械手抓取物品为例,通过实验验证了所设计方法的合理性。