基于3自由度并联机器人的船载炮6维运动模拟系统

本文系统基于3自由度并联机器人和3维图形仿真实现了空间6维运动的模拟，构造了一种3自由度并联机构来模拟船的3维转动，并给出了并联平台的运动学逆解，采用图形仿真虚拟作战环境，模拟船的3维移动，并分析了图形驱动原因。

基于加速度反馈的柔性关节机械臂接触力控制

针对柔性关节机械臂从自由空间运动控制过渡到约束空间力控制的过程中,存在冲击、震荡甚至不稳定等问题,利用加速度传感器反馈控制,为柔性关节机械臂的接触力控制在较宽的带宽内提供阻尼,克服了利用单纯速度反馈控制带宽窄的局限。对柔性关节机械臂的接触力控制进行建模和基于加速度反馈的控制策略分析,并在柔性关节机械臂上进行了接触力控制的试验研究。结果表明,这种方法有效。

三柔索吊床机构设计与运动学分析

研制了一种有重力约束的三索控制的柔索吊床机构来模拟船体海面上的运动。为了解三柔索吊床机构的运动特性 ,对其进行了运动学建模与仿真。仿真结果表明 ,台面倾角在 0°～ 30 0°变化时 ,台面不碰撞立柱 ,且柔索伸缩长度与台面倾斜角度接近于线性变化。本文所做的工作对吊床平台避免撞击立柱、缩小吊床立柱布置空间、提高空间利用率 ,以及为吊床的运动控制提供了理论依据

一种离散驱动蛇形柔性臂的工作空间及优化设计研究

以一种离散驱动蛇形柔性臂为研究对象 ,分析并提出了弯曲型离散驱动机器人工作空间的表达方法。考虑到离散驱动机器人工作空间的离散性 ,为了便于对其运动学参数进行调整 ,以使末端操作器达到新指定的工作位置 ,提出了参数调整“标定”的概念 ,并依据使运动学参数调整值尽量小的优化原则对运动学参数进行了优化设计 ,从而解决了运动学参数设计的冗余度问题。

基于超冗余度机械臂动力学的时间最优轨迹规划

基于超冗余度机械臂的动力学方程 ,提出了一种超冗余度机械臂同时受速度和力矩约束的时间最优轨迹规划方法 .它首先采用 B样条曲线拟合无碰撞离散路径 ,得到由伪位移参数 s表示的超冗余度机械臂连续、光滑运动路径 ,然后对动力学方程和约束方程进行数学变换 ,得到由 s表示的动力学方程和约束方程 ,最后以 s和伪速度 s· 分别作为动态规划的阶段变量和状态变量 ,对超冗余度机械臂进行时间最优轨迹规划 .仿真结果表明 ,所给出的时间最优轨迹规划算法是正确的 ,所采取的解决方法是可行的

一种新型四自由度并联机器人

提出一种用铅垂导轨上 4个滑块作为原动件的新型四自由度并联机器人 .该并联机器人的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动 .研究了该并联机器人的运动学建模方法 ,给出了运动学正、逆解 ,用 Grassmann几何法分析了该并联机器人在其工作空间内不会出现奇异形位 .基于该四自由度并联机器人可以非常方便地开发具有大工作空间的五轴联动数控机床

基于多Agent可重构机器人控制方法的研究

根据多 Agent理论中的协商、合作机制和可重构机器人结构的分布性 ,将集中式的机器人控制分配到一组关节 Agent中 ,每个 Agent控制机器人的一个关节 ,使用这种分布式方法 ,得到了一种新的通用机器人控制方法 ,即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制 ,该方法可应用于具有不同构型的机器人系统 ,特别适用于可重构模块化机器人的控制。利用微分运动理论提出了一种新的决策方法 ,便于 Agent之间的合作与协商。仿真实验结果表明该方法是一种可行的机器人控制方法

虚拟现实辅助机器人遥操作技术研究

本文以水下机器人的遥操作作业为应用背景 ,提出并实现了虚拟现实技术和视觉感知信息辅助机器人遥操作实验系统 .该系统使用了 CAD模型和立体视觉信息完成遥操作机器人及其作业环境的几何建模和运动学建模 ,实现了虚拟作业环境的生成和实时动态图形显示 .采用了基于立体视觉的虚拟环境与真实环境的一致性校正、图形图像叠加、作业体与环境位姿关系建立、基于网络的监控通讯等关键技术 .在这个实验系统中 ,操作人员可利用所生成的虚拟环境 ,在多视点、多窗口作业状态图形和图像显示帮助下 ,实时动态地进行作业观测与机器人遥操作与运动规划 ,为先进遥操作机器人系统的实现提供了经验和关键技术 .

一种四滑块驱动的并联机构及其运动学建模

提出了一种用水平导轨上 4个滑块作为原动件的 4自由度并联平台机构 ,该机构的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动 ,同时研究了该机构的运动学建模方法 ,给出了运动学正、逆解 ,并阐述了其应用前景。

装配机器人系统快速碰撞检测算法

提出一种面向操作手装配系统的快速碰撞检测算法。该算法以机器人运动学和空间解析几何为基础 ,将判断机械手手臂与障碍物是否发生碰撞问题转化为直线段与有界平面是否存在公共点的简单解析几何问题 ,并以 PU MA5 6 0操作手为例对算法加以说明。该算法不仅适用于静态的障碍物已知的环境 ,而且适用于障碍物运动规律已知的动态环境 ,减少了碰撞检测占用的时间 ,提高了路径规划的效率

基于四自由度并联机构的数控机床研究

介绍一种基于混合型四自由度并联平台机构开发的五坐标并联机床 .由于其独特的机构设计 ,与基于 Stewart平台的并联机床相比 ,X方向的进给运动与运动平台分离 ,改由工作台单独进给 ,因而其工作空间成倍增大 .采用龙门框架结构和滚珠丝杠支承方案使机床获得更高的刚度 .给出了该机床运动学逆解 ,控制系统采用基于 PC的数控系统进行五轴联动控制

微操作机器人系统及其关键技术研究

微制作机器人技术是MEMS技术的一个重要分支，也是当前机器人研究领域的一个热点。本文分析了微操作机器人集成系统的特点，并针对微制作机器人系统研制中涉及的一些关键技术，如驱动、定位、检测和控制等技术进行了论述。

机器人多传感器实验平台中的图像传感器在线标定研究

本文结合智能机器人多传感器实验平台的研制工作,系统地介绍了图像传感器在线标定的原理和方法,并对标定系统的构成做了概述,同时结合实验对相关问题进行进一步的探讨。

机器人化纳米操作中任务空间的实时反馈方法研究

纳米科技的最终目标是在原子、分子尺度上，制造具有新颖物理、化学和生物特性的器件和系统，而实现这个目标最为关键的使能技术便是纳米尺度下进行观测、操作和装配的科学方法与相关技术手段。原子力显微镜（AFM：Atomic Force Microscopy）的发明为实现这一目标提供了可行途径，AFM除了能够在常态下实现对原子、分子尺度大小物体的观测，并且由于其超高的分辨率和运动精度，可控、可重复的运动方式，独特的机械力作用机理，任意环境的可适应性而广泛应用于纳米操作。然而AFM的主要功能是进行纳米观测，应用于纳米操作时面临着许多挑战性的难题，尽管随着近十年的深入研究，一些问题已经得到了部分解决，但是缺乏高可信度的实时视觉反馈、无法实现任务空间内探针的精确定位依然阻碍着AFM纳米操作的效率。以目前最为先进的AFM纳米操作方法—增强现实技术为例，尽管该技术可以为操作者提供实时的视觉反馈，但是这种视觉反馈并不代表纳米操作场景的真实变化，而是根据离线模型计算得到的一种图形仿真，因而视觉反馈是否可信取决于模型的准确程度，然而受纳米尺度下各种非线性力的影响，如毛细力、范德华力、静电力等等，很难建立完全精确的物理模型，模型误差将导致错误的视觉反馈并引起纳米操作的失败。此外，受PZT非线性和温漂的影响，基于AFM的纳米操作还缺乏在任务空间内对探针进行精确定位的能力，导致操作过程中AFM探针无法有效接触到纳米物体，使得机器人学中“从A点运动到B点”最为基本的任务难以实现，这些缺点都严重阻碍着AFM纳米操作的效率和效果。本论文针对上述问题，以机器人学中的感知、决策、行为理论和监控方法为基础，具体开展了以下几方面的工作： 1、视觉反馈缺乏可信度是基于增强现实AFM纳米操作面临的主要问题，由于操作者无法对视觉反馈可信度作出评断，经常会在错误视觉反馈的指引下进行无效的纳米操作，从而浪费大量的时间，降低了AFM纳米操作的效率。为了克服上述问题，本文在研究信息诊断与反馈理论基础上，提出了基于Kalman滤波的视觉反馈可信度在线监控方法，实现了视觉反馈错误的实时检测，避免了无效纳米操作的发生，提高了AFM纳米操作的效率。 2、错误视觉反馈被检测出后，需要对其修正以保证纳米操作任务的成功完成。然而传统修正方法需要中断纳米操作进行重新扫描成像，这往往需要耗费几分钟的时间，严重降低了AFM纳米操作的效率。针对该问题，本文提出一种基于局部扫描的在线修正方法，通过扫描轨迹的优化，该方法能够对真实纳米操作结果进行实时感知，从而不需要中断纳米操作就能实现错误视觉反馈的修正，并使得整个修正过程对于操作者透明。这保证了实时可视监控信息的真实性，显著提升了AFM纳米操作的效率。 3、PZT非线性和随机漂移是影响AFM探针精确定位的主要因素，针对该问题本文提出了一种基于路标的探针定位方法，其核心思想是不再采用距离为测度方式进行探针位置描述，而是将作业区域的特定形貌特征定义为参考路标，通过探针对特征形貌的主动感知实现基于路标地图的探针定位，有效消除PZT非线性和随机漂移引起的定位误差，提高探针在任务空间内的定位精度。 4、研究了机器人化纳米操作系统任务空间实时反馈的构建技术，具体包括高灵敏度纳米操作力的感知方法，系统结构误差的产生原因和补偿策略，面向探针实时运动控制的系统结构设计，系统的软硬件实现方案等内容，并利用该实验平台开展了大量实验研究，验证了本论文所提出理论方法的正确性，同时演示性地组建了基于单根CNT和DNA的纳电子器件，实验结果表明AFM纳米操作的效率和效果得到了极大提升。本文的研究工作丰富了基于AFM的机器人化纳米操作理论，为基于AFM的纳米制造技术发展提供了具有一定指导意义的理论方法和研究途径。

基于网络的机器人遥操作系统：运动描述语言方法

基于网络的机器人遥操作系统是互联网技术与机器人技术相结合的产物，其基本特点是操作者的决策能力与远端机器人系统精确、快速运动能力的有机结合，这种结合通过互联网这种廉价的通讯媒介得以实现。这类系统较之于传统机器人系统的优点主要体现在两个方面：一方面延伸了操作者的感知和操作能力，使操作者可以置身于安全的环境中而完成危险环境中的作业任务；另一方面提高了机器人对工作环境的适应能力，辅之以操作者的决策，机器人可以工作于非结构化的工作环境中。随着互联网技术的飞速发展，基于网络的机器人遥操作技术在远程医疗、远程服务、远程制造等领域得到了广泛的应用。 互联网技术为机器人遥操作技术的应用开辟了广阔的应用前景，但同时也带来了新的挑战，互联网数据传输的特征——有限带宽、随机时延、丢包和乱序等——降低了遥操作系统的性能，甚至造成系统的不稳定。传统的主从式控制策略增加了操作者的工作负担，而且需要占用大量网络带宽，造成网络资源的浪费；而协作式控制策略虽然可以减少通信量，但操作者对机器人系统的影响降低，而且只能依据经验设计。另外，传统的控制策略并没有考虑机器人遥操作系统的混杂本质特征。一个理想的机器人网络遥操作系统应该能够实现系统计算、通信等功能的合理划分。合理划分的原则是：把操作者从控制闭环中解放出来，适当减轻操作者的工作压力；充分利用机器人系统的计算能力和运动能力，降低系统对网络带宽的需求；适当保留操作者对机器人系统的决策能力，从端机器人系统要有一定的自主能力。基于以上基本原则，本文提出了基于运动描述语言（Motion Description Language, MDL）的机器人网络遥操作系统设计方法，针对该方法在以下几个方面进行了深入研究： 1. 针对现有的机器人网络遥操作系统结构存在的问题，提出了基于运动描述语言的机器人网络遥操作系统控制结构。该控制结构充分考虑了机器人网络遥操作系统的构成特点，实现了系统计算、通信等功能的合理划分，为系统设计奠定了基础。 2. 结合基于事件的规划与控制理论，提出了新的运动描述语言模型，并以轮式移动机器人的镇定问题为例说明了基于运动描述语言的机器人系统控制方法。为了分析运动描述语言的网络环境特征，我们对基于运动描述语言的机器人网络遥操作系统进行了仿真研究，并与传统的遥操作方法进行了对比分析，仿真结果表明，基于运动描述语言的控制方法对网络随机延迟具有鲁棒性。 3. 在基于网络的机器人遥操作系统中，操作者依据系统运行过程中特定的事件进行决策，据此提出了遥操作系统中的信息变换和运动描述语言框架中的增强信息反馈方法。在信息变换方法中，针对各种媒体信息的特点以及操作者的感知特征，把视频信息转换为力信息，引导操作者提供和系统状态对应的控制命令。运动描述语言框架中的增强信息反馈方法反映了操作者感知离散事件的本质特征，对操作者感兴趣的离散事件进行了凸显，增强了操作者的感知能力。实验结果验证了两种方法的有效性。 4. 针对具体的遥操作目标抓取任务，建立了基于运动描述语言的机器人网络遥操作原型系统，定义了一致可操作性的概念，并探讨了运动描述语言框架中的优化问题。通过实验对传统的控制方法与基于运动描述语言的控制方法进行了对比分析，实验结果说明，基于运动描述语言的机器人网络遥操作系统在降低操作者工作负担以及减少对通信网络带宽需求方面具有很大的优势。 基于运动描述语言的机器人网络遥操作系统克服了传统控制方法的缺点，通过抽象实现了数据的压缩，这种特点较之于传统的控制方法在降低通信量以及操作者的工作负担方面具有很大的优势，对于提高机器人网络遥操作系统的性能具有现实意义。