真空机器人传输模组软件控制平台的构建

论文来源于新松公司的科技部超大规模集成电路制造装备重大专项：300mm智能真空机械手关键技术及样机研制。在查阅了大量资料的基础上，进一步研究了集束型设备传输模组控制软件的功能分区、作动机制及实现方法，最终完成了真空机械手上位机控制程序和集束型设备图形仿真程序的设计。 在本论文中，笔者首先提出了集束型设备控制软件以及仿真软件的架构方案，其次，规划了真空机械手的指令集合、串口通信协议与命令应答格式，编写了基于串口通信的控制界面程序，并给出了传输模组控制软件系统层的整合方案。在此基础上，建立真空机械手的运动学模型，利用CAD建模工具及OpenGL图形库编写了能够完全再现集束型设备运转情形的图形仿真程序，并使图形能够与机械手本体实时联动。此外，研究了不同晶圆流程模式下的集束型设备时间调度算法，为实现可编程化控制奠定了基础。

基于USB接口的无线温湿度监测系统

针对环境温湿度检测的需求,设计了一种点对多点的星型无线温湿度监控网络。以无线通信模块nRF401为基础,配合AT89C2051和数字温湿度传感器SHT11构建了从机,以P89C51RD2BN单片机和USB接口芯片PDIUSBD12构建了主机。对系统的硬件原理及温湿度采集方法进行了介绍,对无线通信协议及USB固件设计方法进行了较详细分析。经上位机软件测试,系统运行稳定,具有较好实用性,可应用于多种场合的无线温湿度监测。

一种可变形移动机器人协同构形变换方法

提出了一种可变形移动机器人AMOEBA-I的协同构形变换方法,建立了机器人系统的数学模型,对各个模块之间的协同变换及运动特性进行了分析.研究了机器人3个模块在协同变换过程中的电流变化情况,实现了3种特殊构形之间的变换.通过理论分析和实验比较了协同构形变换方法的特点,实验验证了在多种地面条件下机器人协同构形变换方法的有效性.

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。

基于主动视觉和超声的机器人目标跟踪系统

运动目标跟踪技术是未知环境下移动机器人研究领域的一个重要研究方向。该文提出了一种基于主动视觉和超声信息的移动机器人运动目标跟踪设计方法,利用一台SONY EV-D31彩色摄像机、自主研制的摄像机控制模块、图像采集与处理单元等构建了主动视觉系统。移动机器人采用了基于行为的分布式控制体系结构,利用主动视觉锁定运动目标,通过超声系统感知外部环境信息,能在未知的、动态的、非结构化复杂环境中可靠地跟踪运动目标。实验表明机器人具有较高的鲁棒性,运动目标跟踪系统运行可靠。

小型爬壁机器人系统设计与应用

针对一种小型的双足爬壁机器人,设计开发了基于DSP2812处理芯片的控制系统.该机器人系统采用双足真空吸盘式结构和用3个电机驱动5个关节的欠驱动结构.双足真空吸盘式结构使其可以在光滑的墙面和天棚行走,又能够在交接面之间完成跨步行走.而欠驱动结构减少了电机的数目,从而减小了机器人的尺寸和降低了机器人的质量和能量消耗,但它也给机器人的控制和运动规划带来了新的挑战.已完成的系统设计包括运动模式设计、关节控制、通信模块设计和吸盘足控制等.实验结果证明了所提出方案的可行性.

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。

移动机器人运动目标跟踪系统设计

利用SONYEV-D31摄像机和自主研发的摄像机控制模块,构建了一套主动视觉子系统,并将该子系统应用于RIRA-II型移动机器人上,实现了移动机器人运动目标自动跟踪功能。RIRA-II移动机器人采用了由一组分布式行为模块和集中命令仲裁器组成的基于行为的分布式控制体系结构。各行为模块基于领域知识通过反应方式产生投票,由仲裁器产生动作指令,机器人完成相应的动作。在设置了障碍、窄通道以及模拟墙体的复杂环境下进行运动目标跟踪实验,实验表明运动目标跟踪系统运行可靠,具有较高的鲁棒性。

移动机器人分布式超声探测系统设计

设计制作了一种基于多处理器的移动机器人分布式超声环境探测系统.该系统由上位工作模式控制模块和下位智能超声传感器阵列组成.下位智能超声传感器选用收发一体式超声传感器,每个传感器均由独立的微处理器控制,完成实时数据处理、抗干扰处理、故障报警以及并行数据通信等功能.上位工作模式控制模块可以根据不同的控制策略,使下位传感器阵列采用“阈值比较法”和“改进型递推均值滤波”算法及EERUF方法并行循环工作模式,实现不同方向传感器分组并行工作,提高了探测的实时性和准确性,以及对移动机器人控制的鲁棒性.仿真和实验的结果都验证了该系统的可靠性和有效性.

模块化变形机器人非同构构形表达与计数

提出一种新型链式可重构模块机器人平台,该机器人平台具有手动可重构和自动变形的特点,介绍一种三模块变形机器人样机。组成机器人的单个模块可以简化为由模块本体、连接臂和偏置关节组成。模块的数量可以根据实际工作的需要进行选择,模块间的连接具有规则连接和非规则连接两种方式;同时,由连接模块的偏置关节的运动,模块间的相对位置可以改变。由于模块连接方式的不同和模块间相对位置的变化,变形机器人具有多种非同构构形;为此,根据模块的物理结构和邻接关系提出了用构形矩阵来表达机器人结构的拓扑信息,并在仿真环境下进行等效描述;提出基于组合计数原理的递归算法,用于多模块变形机器人的非同构构形的计数,并根据构形矩阵的拓扑信息对构形进行评价。最后根据仿真结果给出了一种三模块变形机器人样机对称构形的设计示例,验证了算法的可行性。

模块化嵌入式机器人控制单元设计

针对当前机器人控制器设计开发过程中存在的问题,提出了以DSP为核心的模块化控制单元设计方法。采用DSP为微控制器,提高了运算速度,增强了控制性能。控制单元由CPU、驱动、通讯、I／O等模块组合而成,可以通过增减模块实现功能的重组,使系统具有一定的开放性,实现了功能的可配置。

一种五自由度机电测控系统的设计与实现

文章提出了一种基于五自由度机电系统的测控系统设计方法,并从机械系统构成、测控系统结构及软硬件设计方面论述了系统实现技术。针对系统特定的功能要求,文章详细介绍了位姿组合测量和各位姿自由度控制的测控方法,并应用模块化设计和数据流分析方法进行软硬件设计。通过实验进行系统特性分析,得到运行参数指标。实验证明这种设计方法和实现技术合理可行。

可重构模块机器人倾翻稳定性研究

介绍了一种可重构模块机器人,它可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力.该机器人由3个模块组成,采用履带驱动,具有直线、三角、并排3种对称构形.在对移动机器人的倾翻因素和倾翻对策等问题进行分析的基础上,提出稳定锥方法,用倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定.讨论了变形机器人3种对称构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能指数和综合稳定性,并进行了仿真实验和非结构环境实验.

链式可重构机器人单模块结构设计与运动实验

提出了一种新型模块化链式移动机器人机构,它具有可重构、自动变形的特点。单个标准模块主要由中间通孔式连接手臂、履带驱动链传动装置、模块偏转锥齿轮传动装置、模块俯仰链传动装置、连接柄等组成。模块间由偏转关节、连接柄、连接臂和仰俯关节进行连接组合。为提高单个模块的机动性和实现运动自主功能,对标准模块进行了适当改进,单模块机器人采用了履带、轮、臂、腿组合的移动机构,具有三维空间的运动能力。最后对单模块机器人样机在垂直壁障碍、平地支腿、平地转弯、斜坡、楼梯等情况下的运动能力进行了实验,为进一步实现多模块机器人的自重构和环境应用打下了基础。

可重构模块化机器人模块及构形设计

对可重构模块化机器人模块的结构进行了研究,并归纳设计出7种功能模块,其中包括3种1自由度的关节模块,2种连杆模块和2种辅助模块·所有模块的功能都是独立的,并且每个模块的连接界面都设计成了圆筒形以便重组和提高其刚度·每一种模块都可设计成不同尺寸系列,这些不同类型和尺寸系列的模块便可构成一个模块库·作者对3个自由度串联机器人的构形进行了系统的研究,并应用制作的实验模块对研究结果的可行性进行了验证·