关键词： 工业机器人   主动安全   交互感知   柔顺控制   运动规划  

摘要： 在目前工业生产中,机器人越来越多地取代了人工作业,伴随生产效率提高而带来的是频繁发生的操作员安全事故。为解决此类问题,企业往往采用被动安全方式来保障操作人员的安全,但该类方式欠缺灵活性和安全实时性。因此,机器人主动安全问题的研究对提升操作人员安全性、从而促进制造业的发展具有重要的现实意义。本论文对工业机器人主动安全控制技术进行介绍,从工业机器人交互感知、柔顺控制及轨迹规划三方面对机器人主动安全控制技术研究现状进行综述,并对工业机器人主动安全的研究进行展望。

关键词： 车载机械臂   清洗作业   柔顺控制  

摘要： 长行程机械臂在清洗作业中要求末端与清洗表面之间的接触力受到约束,以防止被清洗表面受到损害。针对这一问题,提出了一种基于位置的柔顺控制策略,引入清洗机械臂末端力矩信息,构造了一种在离线轨迹规划基础上的实时阻抗修正方法,从而有效改善了清洗过程中的接触力控制效果。

关键词： 控制系统   汽车门框打磨   机器人   模糊PID   系统设计   对比实验  

摘要： 由于在利用原有系统进行汽车门框打磨机器人主动柔顺控制时,机器人负载为60%~90%的情况下存在重复定位精度较低的问题,因此设计一款基于模糊PID的汽车门框打磨机器人主动柔顺控制系统。系统的硬件构成包括控制器模块、外部设备模块以及机器人执行机构模块。其中,控制器模块由控制器与操作台触摸屏构成;外部设备模块由工件夹爪与打磨工具构成;机器人执行机构模块由机器人执行机构、六轴力传感器与I/O硬线构成。系统的软件构成包括编程模块、主动柔顺控制模块。其中,编程模块中包含三种用户程序,分别为中断程序、可调用子程序、主程序;主动柔顺控制模块由模糊PID控制器构成。通过硬件与软件相结合实现了汽车门框打磨机器人的主动柔顺控制。通过对比实验证明该系统的重复定位精度高于原有系统,实现了定位性能的提升。

关键词： 双足机器人   柔顺性   阻抗控制   滑模控制  

摘要： 为了实现双足机器人在不平整地面的稳定行走,提高双足机器人的柔顺性,在阻抗模型的基础上,将滑模控制和阻抗控制相结合应用到双足机器人的控制中,建立了双足机器人系统的数学模型;基于阻抗控制模型设计滑模阻抗控制器,建立了被控对象模型、阻抗模型以及控制算法;应用SIMULINK分别对阻抗控制和滑模阻抗控制进行仿真,分析了两种控制方法的轨迹跟踪图,仿真结果表明:采用所设计的滑模阻抗控制器具有较高的跟踪精度和良好的鲁棒性。

关键词： 协作机器人   钢轨   磨抛   力/位混合控制  

摘要： 线上无缝钢轨焊接形成的焊瘤经推瘤刀处理后仍会残留凸起瘤疤。为了解决人工磨抛焊瘤过程中存在加工时间长,劳动强度大,环境污染严重等问题,提出一种基于协作机器人的钢轨磨抛方案。首先建立磨抛力、钢轨打磨及UR5机器人运动学模型,讨论最佳磨抛方法。针对外力突变的情况提出了基于变参数PID的力/位混合控制方案,并从总体上进行设计控制系统。最后联合仿真提出的控制系统。仿真结果表明,相较于传统PID算法,基于变参数PID的力位混合控制算法能够实现较好的机器人末端打磨力控制与位置跟踪的效果。

关键词： 工业机器人   智能制造   智能化应用   智能感知   位姿估计   柔顺控制   运动规划  

摘要： "十三五"国家战略性新兴产业发展规划指出:推动基础理论研究和核心技术开发,实现类人神经计算芯片、智能机器人和智能应用系统的产业化,将人工智能新技术嵌入各领域。我国制造业正处于从数字制造向智能制造发展的阶段,工业机器人智能化应用是制造业转型升级的核心技术。首先,通过分析工业机器人在不同行业的应用情况,确定智能化升级的典型技术路线;其次,对涉及的智能感知、位姿估计、柔顺控制及运动规划等技术进行综述分析;最后,以本团队在喷涂、打磨、装配等领域取得的工业机器人智能化应用为案例,分析在人工智能技术与工业机器人应用融合过程中所取得的创新性技术成果,为我国不同行业的智能制造升级提供案例参考和技术指引。

关键词： 弹簧类柔顺装置   空间机器人   捕获航天器操作   避撞柔顺控制   复合误差自抗扰控制  

摘要： 讨论空间机器人在轨捕获非合作航天器过程避免关节受冲击力矩破坏的避撞柔顺控制问题.在机械臂与关节电机之间配置一种弹簧类柔顺装置——旋转型串联弹性执行器(RSEA),其作用在于:1)在捕获碰撞阶段,可通过其内置弹簧的变形吸收碰撞产生的能量;2)在镇定运动阶段,结合避撞柔顺策略适时开、关电机,以保证关节所受冲击力矩受限在安全范围.首先,应用拉格朗日方法和牛顿-欧拉法分别得到捕获前空间机器人及目标航天器系统动力学方程;然后,结合整个系统动量守恒关系,捕获操作后速度约束关系及力的传递规律,建立捕获后两者形成联合体系统的动力学方程;最后,针对失稳的联合体系统提出一种基于复合误差的避撞柔顺自抗扰控制方案以实现其镇定控制.系统数值仿真结果表明了上述避撞柔顺策略的有效性.

关键词： 视觉引导   自动套杯   力控反馈   柔顺控制  

摘要： 目的:基于力控引导的机器人套杯控制技术研究。方法:基于力控反馈并结合实时视觉识别轨迹技术,利用力控反馈位姿变化值来引导协作机器人进行挤奶套杯,实现牧场奶牛乳头动态识别与自动套杯应用任务。结果:改善牧场智能化套杯的生产作业,在保证奶牛稳定出奶率的情况下,套杯速度可在8 s时间内完成,其重复定位精度保证在0.5 mm左右,奶牛乳头姿态角度误差在0.76°以内。结论:本技术可在对奶牛不造成任何伤害的情况下高效的完成自动化柔性控制下的套杯要求。

关键词： 混联机器人   轨迹规划   气动伺服   阻抗控制   自适应  

摘要： 随着全球新一轮的科技革命和产业变革,现代光学系统正朝着大口径、高精度、高分辨率及高功率的方向快速发展。因此对制造加工光学镜面的机器人设备提出了更高的要求。对于一块待加工的光学元件,需要使机器人按照预定的加工轨迹进行研抛加工,在此过程中还需要保持相对恒定的研磨接触力,这样才能够保证较高的加工精度。本文以光学镜面加工机器人为研究对象,对机器人研抛精加工的走刀模式、笛卡尔空间轨迹规划方法、混联机器人正逆运动学,气动伺服抛光控制系统数学模型以及机器人抛光柔顺控制策略中的阻抗控制策略进行研究,最后搭建样机验证上述理论。主要研究内容可以概括为:(1)对机器人轨迹规划方法及运动学进行研究:首先,介绍了机器人研抛精加工的走刀模式,对行切法和环切法的轨迹生成原理进行分析;其次,研究笛卡尔空间轨迹规划方法(直线轨迹插补法和圆弧轨迹插补法)的插补原理;然后,在安放工件的底部支撑上建立世界坐标系,求解世界坐标系到机器人定坐标系的旋转矩阵,把笛卡尔空间与机器人所在的定坐标系空间联系到一起;利用闭环矢量法和RPY坐标变换法对整个机器人包括并联模块和串联模块的正逆运动学进行分析;最后,根据理论分析得出的数学模型,在Matlab软件编写相对应的控制程序,验证光学镜面加工机器人正逆运动学的正确性,把笛卡尔空间中机器人末端刀具研磨点的运动轨迹转化为各关节支链的运动轨迹。(2)对气动伺服抛光控制系统进行建模分析:首先,介绍了气动伺服抛光控制系统的工作原理,简要分析了各个组成部分的作用;其次,介绍电气比例阀的工作原理,依次建立比例阀流量连续性方程、比例阀阀口流量方程、比例阀连接气管模型;然后,建立气缸受力平衡方程,推导出气动伺服抛光控制系统的传递函数总模型;最后,根据气动伺服抛光控制系统中各元件具体的参数对传递函数进行求解,并在Matlab软件中进行分析,仿真结果验证了系统是稳定的。(3)对机器人抛光柔顺控制策略进行研究:首先,介绍柔顺控制中的阻抗控制策略,分析阻抗控制原理并建立基于位置的阻抗控制模型;其次,采用控制变量法研究阻抗控制系统中各目标阻抗系数的影响,并进行仿真;然后,从理论上对阻抗控制稳态误差产生的原因进行分析,推导阻抗控制稳态误差的计算公式;针对普通阻抗控制的不足进行自适应阻抗控制方法的研究,基于李雅普诺夫稳定性原理设计出一个间接自适应阻抗控制器,并推导出该控制器的表达式;最后,在Matlab/Simulink仿真环境中搭建自适应阻抗控制模型,仿真结果验证了自适应阻抗控制方法的鲁棒性。(4)对上述理论进行实验研究与分析:首先,搭建光学镜面加工机器人抛光实验平台,分别介绍机器人运动控制系统和气动伺服抛光控制系统的硬件组成;其次,对相关电气元器件进行标定;然后,介绍机器人恒力抛光控制流程;最后,进行机器人接触力控制实验以及恒力抛光铝板实验,实验结果验证了光学镜面加工机器人笛卡尔空间轨迹规划的有效性以及自适应阻抗控制算法良好的适应性和鲁棒性,能够实现机器人柔顺恒力抛光工件的控制目标。本文共有图56幅,表2个,参考文献93篇。

关键词： 四足机器人   运动控制   柔顺控制   平衡  

摘要： 近年来,移动机器人得到了广泛的应用,尤其是轮式机器人。然而,特殊地形大大限制了轮式机器人的活动范围。相反,四足机器人运动更加灵活,可以通过各种各样的地形,例如台阶,废墟,障碍物等。因此四足机器人更适合救灾、山地运输、勘探等应用场景。由于更多的运动自由度,四足机器人的运动控制比轮式机器人更复杂。四足机器人的运动控制已经成为了最热门的研究课题之一。目前大多数四足机器人采用电机驱动,电机的位置伺服能够保证机器人很好的位置精度。然而,四足机器人在行走或跳跃运动过程中,由于足端着地时的速度不为零,会受到来自地面的冲击力。由于位置伺服控制的高刚度特性,这种冲击力传导到机身会破坏机身的平衡,并且会引起较大的腿部关节力矩响应。这种力矩响应表现为电机的异常电流脉冲,会消耗更多的能量,甚至使电气系统瞬时电流过大进而触发断电保护。因此,位置控制的四足机器人难以满足稳定的运动控制需求。针对这一问题提出了力位混合控制的运动缓冲方法。在腿部与地面互相冲击时,关节电机使用力矩控制模式,利用柔顺控制的方法降低腿部刚度使得机器人腿部能够吸收冲击力,减小着地时的关节力矩响应。考虑腿部的惯性消耗,推导单腿的动力学模型,并基于模型应用了模型预测控制算法实现了力矩控制下较好的位置精度。对角步态是四足机器人最常见的步态。对角步态运动过程中,四足机器人斜对角的两条腿交替支撑。当只有两条腿支撑时,机器人的支撑多边形为一条直线。此时机器人很难保持平衡。针对这一问题设计了四足机器人平衡控制器。该控制器对机身的姿态和位置应用PID控制器计算出机身的期望受力,并通过基于二次规划的优化算法将机身的期望受力分配至各个腿,使机器人具有姿态调节的能力。在该平衡控制器作用下,机器人能够通过机身的姿态误差不断调节机身姿态保持平衡。在四足机器人样机上搭建了基于EtherCAT总线的电机驱动系统,实现了电机快速力位控制模式切换。在二自由度单腿实验平台上完成了跳跃运动缓冲实验,验证了机器人运动缓冲能力和较好的位置跟随能力。在仿真环境中实现了单腿的模型预测控制,并通过实验验证了模型预测控制的位置跟随性。在四足样机上完成了对角步态实验,验证了机器人的平衡能力。