摩擦补偿下基于关节力矩的笛卡尔阻抗控制

为了研究基于关节力矩信息的笛卡尔阻抗控制策略及摩擦补偿的影响,利用关节本身具有的传感器,进行了辨识谐波驱动摩擦参数、摩擦补偿和笛卡尔阻抗控制的实验研究．与传统的基于机器人末端力／力矩信息的笛卡尔阻抗控制方案不同,考虑了5种基于关节力矩的笛卡尔阻抗控制方案,包括笛卡尔空间／关节空间基于力的、笛卡尔空间／关节空间基于位置的方案和刚度控制．其中,前4种方案分别在有／无摩擦补偿的条件下进行了相应的实验验证．实验比较结果表明：对于基于关节力矩信息来实现笛卡尔阻抗控制的机器人,基于力的阻抗控制策略比基于位置的策略更适合,并且摩擦对这类笛卡尔阻抗控制的稳定性有积极影响．     

自由漂浮双臂空间机器人基于遗传算法的最优运动规划

以多刚体动力学理论为基础,推导了自由漂浮状态双臂空间机器人系统的动量矩守恒关系,转化为系统状态方程;结合基于实数编码的遗传算法实现了双臂空间机器人姿态、关节协调运动的近似最优控制算法.通过控制双臂空间机器人的关节运动,可以同时获得载体姿态及机械臂关节期望的终了位置.仿真算例验证了算法的有效性.     

基于位置的机器人视觉伺服控制

大多数视觉伺服研究中,不考虑机器人的动力学特性,把机器人当作一个理想定位设备.结合机器人的运动学特性和动力学特性,采用基于位置的视觉伺服控制器和常规PD控制器相结合的方法,实现了机器人对目标运动的跟踪.并对一个二连杆视觉伺服系统进行了仿真,仿真结果说明了算法的有效性.     

水陆空三栖机器人设计与研究北大核心

为适应在多栖环境中的运动,设计了一款三栖机器人。机器人以螺旋机构为主要动力源,以被动轮为陆地行走机构实现三栖运动;基于NSGA-II多目标优化算法,量化机器人整体结构设计指标,完成参数优化模型构建,求解结构参数最优解空间;设计双回路PID控制器和自适应Backsteeping控制器,基于机器人动力学模型完成机器人位置与姿态控制;机器人姿态数据由多传感器姿态融合得到,通过卡尔曼滤波求解最优姿态角。通过实验验证了控制方法和控制器的有效性,实验结果也验证了本文机器人动力学模型的有效性。     

水陆空三栖机器人设计与研究

为适应在多栖环境中的运动,设计了一款三栖机器人。机器人以螺旋机构为主要动力源,以被动轮为陆地行走机构实现三栖运动;基于NSGA-II多目标优化算法,量化机器人整体结构设计指标,完成参数优化模型构建,求解结构参数最优解空间;设计双回路PID控制器和自适应Backsteeping控制器,基于机器人动力学模型完成机器人位置与姿态控制;机器人姿态数据由多传感器姿态融合得到,通过卡尔曼滤波求解最优姿态角。通过实验验证了控制方法和控制器的有效性,实验结果也验证了本文机器人动力学模型的有效性。     

足球机器人动作算法分析和实现

机器人的运动规划最终要靠机器人的基本动作实现。动作算法成为足球机器人的策略执行好坏的关键。通过动力学分析,考虑惯性、摩擦力、通讯延时等因素,制定相应的理论模型。进行算法分析,较好地实现了足球机器人动作的基本动作处理,并成功应用于大场地足球机器人。     

二杆柔性臂动力学建模与控制

用Lagrange方程对二杆柔性臂进行了动力学建模，并且研究了压电智能结构的柔性机械臂的控制，以二杆柔性臂为例讨论了压电传感器/作动器的位置、数量、尺寸以及控制增益对智能柔性臂振动控制效果的影响，可以实时、有效地控制系统的弹性振动。     

通用组合式教育机器人动力学模型及其快速仿真算法(英文)

为实现具有开放结构的组合式教育机器人自动建模与动态仿真,建立了教育机器人的动力学模型及其仿真算法.首先,将教育机器人抽象为多体系统,利用牛顿一欧拉法建立其通用的动力学模型,并结合教育机器人的结构特点,以构件绑定方法对机器人模型进行了简化.其次,基于稀疏矩阵计算技术,对计算机仿真中常用的增广动力学求解算法和直接投影修正算法进行改进,以此作为教育机器人的仿真算法,提高仿真速度和精度.最后,通过一个算例验证了模型和改进算法的有效性.该研究为实现教育机器人仿真平台奠定了动力学基础.     

柔性关节机器人有界自适应输出反馈控制（英文）

目的:考虑关节驱动力矩受限、结构参数不确定以及缺少部分传感器测量等情况,本文研究力矩输入有界的一般柔性关节机器人自适应输出反馈控制方法,以提高轨迹跟踪性能。创新点:1.提出一种基于校正控制的强柔性关节机器人控制方法;2.设计一类力矩控制输入有界的自适应输出反馈轨迹跟踪控制器。方法:1.引入校正控制,突破传统奇异摄动方法仅适用于弱柔性关节机器人的限制;2.通过一类光滑饱和函数和投影型自适应控制律,确保在参数不确定情况下力矩控制输入的有界性;3.利用近似微分滤波和高增益观测实现仅需电机侧和连杆侧位置测量的输出反馈控制。结论:1.提出的校正控制策略能够较好地适应不同程度的关节柔性;2.设计的有界自适应输出反馈控制方法可严格确保作业全程的控制输入值有界,且具有良好的轨迹跟踪性能。     

机器人柔性变形误差模型建模

对机器人柔性变形误差模型的建模进行了研究,分别建立了机器人运动学参数辨识模型、关节柔性参数辨识模型以及连杆柔性参数辨识模型,并在此基础上推导出运动学参数与柔性参数的耦合误差模型。结果显示,对于在进行运动学参数辨识时有必要考虑机器人柔性变形的影响,本研究可为进行柔性参数的辨识以及运动学参数的辨识提供参考。     

列车用送餐机器人路径规划研究及软件设计

研究列车环境下送餐机器人路径规划与软件控制方案,为更好地满足实际需求,提出一种改进的蚁群算法,以加快收敛速度、缩短路径长度及减少转弯次数。实验中根据当前环境构建栅格图,通过编写的路径规划程序计算起始位置到目标位置的路径,完成当前环境下的路径规划。上位机软件平台采用C#语言编写,主要包括运动控制、订单管理、通讯传输等功能。实验结果表明,与基本蚁群算法相比,改进蚁群算法具有更好的规划效果,上位机软件平台与下位机可以实现有效的数据交换,并实现对送餐机器人的运动控制及系统管理等功能。     

不确定环境中高职师资范式的柔性

快速变化及不确定的动态环境要求高职院校师资范式必须具有敏锐捕捉环境变化信号并迅速调整以适应环境变化的能力，即柔性；现行高职师资范式的刚性特征及衍生出的诸多问题，降低了高职院校的应变能力，构成了师资范式柔性研究的学校内部要求。柔性师资范式以其自适应和自组织的柔性机制，能灵活适应日趋动态化的新环境，产生积极效应，是对现行范式的一种超越。     

基于X3DOM的工业机器人虚拟样机设计

为提高实验教学效果,设计并实现了基于X3DOM的工业机器人虚拟样机,无插件的设计方案使得样机的连接和使用能够通过浏览器进行,降低了对操作环境的要求。其中用X3DOM实现三维模型显示,用HTML5实现控制界面和运动控制算法,二者相结合实现机器人运动学模型到三维模型的映射和虚拟样机的基本功能。此外虚拟样机通过TCP通讯实现了工业机器人的远程控制,能够进行实时的虚实结合实验。最后通过实验验证了机器人虚拟样机的准确性、同步性以及远程控制的实时性。     

漂浮基空间机械臂的自适应控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机器人系统的控制问题.结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程.以此为基础,设计了系统参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法,该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度.     

基于点线特征的帧间匹配流视觉里程计研究

针对机器人快速运动时视觉里程计精度严重下降问题,提出基于点线特征的帧间匹配流视觉里程计（PL-FM）算法,以提高机器人在快速运动情形下的定位精度。PL-FM 算法通过对图像的预处理去噪,在特征点提取时引入灰度值权重,从而降低快速运动时光照的影响。将特征点匹配问题转化为向量计算,从而减少匹配时间,在帧间匹配流则采用衰减关键帧计算位姿,从而提高关键帧利用率。通过4 组实验对比,证明 PL-FM 算法误差精度提高 70%,时间效率提高 75%,保证了移动机器人的定位实时性,实现了低误匹配率及较高的定位精度。     

基于运动相似性的仿人机器人动作规划研究综述

阐述了基于运动相似性的仿人机器人动作规划研究进展：首先,分析了捕获人体运动轨迹,包括运动捕获设备类型与运动轨迹处理;其次,阐述了人机运动模型构建,包括运动重定向、分解与重构运动姿势;再次,阐述了不一致的目标环境控制,包括地面碰撞控制、不一致的形态控制、自适应学习、非线性连续运动轨迹设计等;最后进行了总结。     

曲面柔性制孔机器人末端执行器及其法向姿态调整的一种新算法(英文)

设计了一种曲面柔性制孔机器人末端执行器,并针对该末端执行器提出了一种法向姿态调整的新算法.空间不共面四点可以确定一个与之相切的球面,求出该球面的半径及球心位置,以该球面近似代表制孔点区域的曲面,联结制孔点与该球面球心的矢量即可近似代表制孔点曲面的法矢量.根据这一原理,该算法首先用4个位移传感器测量出曲面上制孔区域内4个点的坐标,并由此计算出制孔位置的法向矢量,然后计算出此法向矢量与末端执行器上电主轴的轴线矢量的误差.根据该误差,进一步计算出末端执行器上2个旋转轴的旋转角度及制孔机器人另外3个直线移动方向的移动距离,从而实现调整主轴在制孔点与曲面垂直的功能.针对2种类型曲面的仿真结果表明,根据该算法可以实现较高的调整精度和效率.     

基于网络远程控制的检测机器人系统

介绍一种基于网络远程控制的检测机器人系统取代人工检测方式完成焊缝检测,该系统由检测机器人与控制系统两部分组成。机器人的设计原理,特别是机器人的固定支座设计具有创新性,可在直径变化范围为椎100mm—椎400mm的管道上安装和保证合适的夹紧,实现精确的自动定心;采用剖分式结构能快速定位安装和连接。采用分布式控制方式保证了机器人关节间运动的同步性,避免机器人各关节在运动过程中不同步造成的运动不协调。     

Design and Experiments of Ultrasound Image-Guided Multi-DOF Robot System for Brachytherapy

To implant radioactive seeds through a needle precisely and safely, a novel multi-DOF surgical robotic system is presented in this paper for percutaneous prostate intervention through the patient's perineum under real-time ultrasound image guidance. The proposed robot, which is designed with 9-DOF, consists of a 3-DOF automatic location platform for position adjustment, 2-DOF for automatic ultrasonic probe adjustment mounted with electromagnetic trackers, and 4-DOF for manually adjusting the guided template. Meanwhile, a new registration method based on the quaternion algorithm and least square method is developed, and the needle insertion is performed under the realtime guidance of a navigation system. Furthermore, the robot system has undergone some preliminary experiments with a laser tracker to evaluate the repeatability and accuracy of the robot system. The location error of the puncture needle tip can be controlled under 0.7 mm in air for the whole robotic system. The acquired results endorse the precision of the robot system for prostate seed implantation brachytherapy.     

权值自适应的局部路径规划方法及应用

移动机器人在工业生产和社会生活中逐步得到应用。路径规划是移动机器人完成其任务的前提和基础,也是机器人导航的核心技术。针对移动机器人在现有局部路径规划中无法自适应复杂环境、规划路径不合理等问题,提出基于权值自适应的局部路径规划方法。利用传感器信息自动获取合理的目标函数权值,实现具有较高实时性、安全性和鲁棒性的局部路径规划。实验结果表明,改进的动态窗口法能有效自适应复杂环境,规划的路径安全、合理、平滑,算法效率明显提升,计算量和迭代次数明显减少,总运行时间缩短20%以上。