关键词： 机器人   Internet   遥操作   离线编程   B/S模式   虚拟现实   柔顺控制   网络时延  

摘要： 本文以基于WEB的机器人遥操作系统为研究对象,对基于WEB的机器人遥操作系统的体系框架模型、离线编程技术、虚拟现实技术、柔顺运动控制及网络操作时延等问题进行了较为深入系统的研究。 基于TCP/IP网络协议,采用B/S模式,建立了基于WEB的机器人遥操作系统的体系框架模型,并对各部分的功能进行了设计;利用Delphi6的网络组件建立了网络连接,实现了数据的封装和传输;建立了基于WEB的遥操作机器人离线编程系统,研究了离线编程系统中的运动学、轨迹规划、人机界面、网络操作实现等关键技术;利用虚拟现实建模语言(VRML)对基于WEB的遥操作机器人系统的工作场景进行了虚拟现实的仿真,建立了网络操作用户的虚拟现实界面,实现了机器人操作结果的动画仿真,进而实现了操作用户通过网络浏览机器人远程操作结果;利用JAVA语言实现了操作者与虚拟场景的交互,通过将机器人运动学分析与VRML的集成,实现了机器人远程操作结果的动画仿真;提出了基于网络的机器人遥操作系统的力—位置混合控制方案,采用MatLab进行了控制系统仿真,仿真结果验证了控制系统的稳定性和鲁棒性;结合网络特性和机器人自身特点,提出了网络系统时间延迟模型,对造成网络时延的各个环节进行了分析,给出了解决方案。

关键词： 机器人   自由曲面   柔顺控制   轨迹规划   时间序列分析  

摘要： 进入21世纪以来，世界上各发达工业国家经济上的竞争，主要是制造技术上的竞争。由于模具在机械、电子、汽车、航空、航天等工业领域里承担了60%～90%产品的加工生产，因此，先进工业国家无不把发展模具工业放在优先地位。在模具制造过程中,由于模具手工研磨费力费时，且很难保证加工质量的一致性，而研磨过程的自动化不仅能大幅降低加工成本，还能显著提高模具的表面质量，同时机器人的构造和性能充分体现了自动化装置的优点，因此，将机器人应用于模具自由曲面精加工替代手工操作前景广阔。 在自由曲面精加工过程中，不但要求技术装备所提供的进给运动能够保证研磨工具按预定路径或工艺要求完成加工过程，还要求该装备保证研磨工具与工件表面之间的作用力对于自由曲面曲率半径的变化具有良好的柔顺性。因此研究不确定性机器人的柔顺控制问题具有十分重要的理论和实践意义。 本文所做的研磨实验是在如图1所示的机器人研磨装置上进行的，在这个超声电火花复合研磨精加工系统中，由微机控制多关节机器人的位移和姿态，机器人使研磨工具沿着给定工件表面进行研磨加工。弹性研磨工具在一定程度上补偿了位移误差，使机器人可以模仿熟练工人的动作平稳有效地完成自由曲面的研磨精加工,一台RV-M1型工业机器人、一个三自由度的力传感器和其他设备集成了机器人研磨装置。其中力传感器和IBM PC/586 微机与机器人RV-M1的控制器通过接口装置进行通讯与控制。 在具体加工前先对研磨压力采集系统进行y向力与z向力的标定，传感器的标定曲线如图2所示。由图2可知：测力仪的线性度非常好，在此工作台上可以进行研磨精加工实验。这样,对于任意二维曲面,只要用测力仪测出y向输出电压和z向输出电压的具体数值,通过标定曲线可将y向和z向的输出电压值分别换算成两向的研磨压力值，从而为机器人超声振动弹性研磨加工 中力的控制提供了基础。 图2 测力系统力值标定曲线 基于自由曲面研磨精加工作业的描述，论文研究了机器人研磨精加工中的工具轨迹规划方法，系统地阐述了等距法轨迹规划和分层法轨迹规划的原理和特点，指出：由于研磨加工中工具位姿的实时变化，分层法轨迹优化使研磨工具的运动表现为两个直线运动和两个转动的三维空间组合，而等距法轨迹优化使研磨工具的运动表现为两个直线运动和一个转动的二维空间组合，基本走刀轨迹被限制在二维平面中，它所要求的运动关节组合最少，能 够方便地回避干涉和避免机构奇异点。因此，在自由曲面研磨精加工的轨迹优化中，等距法的整体效果要优于分层法。 在模具自由曲面这一特殊对象的研磨加工过程中，既要求研磨工具按预定的轨迹精确运动，同时又必须保持特定的姿态和稳定的压力。然而，机器人是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统,它具有时变、强耦合和非线性的动力学特征,其控制是十分复杂的。用现有的力学理论彻底解决力控制问题有一定的难度。 保证零件加工尺寸精度的途径主要有2条:①提高设备的精度和自动化程度;②在加工过程中对加工尺寸进行检测和控制。前者成本较高,且不能完全消除导致不合格品的因素。因此,建立模型对加工尺寸的变化情况进行准确的描述和预测是经济和有效的。时间序列分析是从具有先后顺序的信号中提取有用信息的一门学科，是目前处理动态数据的一种有效方法。它不要求考虑影响机器人输出力观测值的各种复杂因素，而只需通过分析这些观测数据的统计规律性，构造拟合出这些规律的最佳数学模型，并预报时间序列未来的可能数值。这种方法为机器人力控制提供了一条便捷的途径。 现以z向的电阻应变式力传感器输出电压（力值）为例来研究时间序列分析这种方法在自由曲面研磨精加工系统力值预测方面的具体应用情况。在具体实际研磨曲面工件的实验中:采用的试件为45#钢，加工作用角λ取30°，研磨压力为Fn=1N，超声振幅A=5μm，超声振动频率f=27kHz，超声研磨工具加工进给速度Vf=110mm/min。在上述的实验条件下，采集系统的z向输出信号，得到观测时间序列{xt},对其进行检验和预处理，建立AR预测模型并用BIC准则进行检验，通过计算AR(4)为最佳模型,将一步预测数据与实测数据

关键词： 显微视觉系统   微力觉柔顺控制系统   微操作机器人   视觉传感器  

摘要： 简单介绍了一种基于显微视觉和微力觉柔顺混合控制的微操作机器人的系统构成 ,并重点介绍了显微视觉系统和微力控制系统的组成及工作原理。阐述了显微视觉伺服系统和力觉柔顺控制在微操作机器人中的作用。同时 ,基于视觉与力觉混合控制技术 ,以微小轴孔零件装配任务为研究目标 ,进行了微装配试验 ,并取得较好效果。

关键词： 直线驱动器   机器人灵巧手   柔顺控制   阻抗控制  

摘要： 该文结合国家\"863\"课题\"具有多种感知功能的多手指仿人机器人灵巧手及其远程遥控作业的研究\",重点研究了HIT-1机器人灵巧手手指的控制问题.研制了一种新型的直线驱动器和建立了它的数学模型,并且设计了驱动器的神经元自适应PID位置控制器;建立了手指的运动学和动力学模型;设计和实现了手指的位置控制和阻抗控制;探讨了阻抗控制中的力跟踪问题.驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部分.为了减小机器人灵巧手的体积,同时实现驱动系统和机械本体的集成,该文研制了一种体积小、输出力大的新型直线驱动器,又称\"人工肌肉\".该直线驱动器将微型无刷直流电动机、旋转一直线转换机构和位置感知功能融为一体.使用直线式电位计检测驱动器的直线位置,基于线性霍尔传感器测量电机的位置和速度,基于光电开关实现极限位置的检测和保护.良好的位置反馈信号是实现精确位置控制的前提条件,该文采用低通滤波和前馈的方法将电机线性霍尔信号和直线电位计信号进行有机的融合;并在此基础上,结合PID控制简单易行和神经元控制鲁棒性强的特点设计了基于单神经元的自适应PID直线驱动器位置控制器;实验结果证明这种控制器适合于HIT-1机器人灵巧手这一耦合、时变的非线性系统.该文还利用手指运动学和关节运动学结论,通过直线驱动器层的位置跟踪控制实现了HIT-1机器人灵巧手手指关节层位置跟踪控制和指尖层笛卡尔位置跟踪控制.该文设计和实现了基于指尖力和指尖位置的两种阻抗控制方法.在基于指尖力的阻抗控制中,定性分析了摩擦力对自由空间中的位置跟踪和约束空间中的力控制的影响,并结合HIT-1机器人灵巧手摩擦力的具体特点,提出了前馈加模糊的摩擦力补偿方法.机器人灵巧手在完成某些特定任务时,要求手指与被操作对象保持一定的接触力.该文在分析阻抗控制力跟踪难点的基础上,对比研究了离线环境参数估计法、在线环境参数估计法和自适应力跟踪法三种阻抗控制的力跟踪方法,并且从实际应用的角度出发提出了适合于HIT-l机器人灵巧手阻抗控制的自适应力跟踪方法.

关键词： 机器人装配   模糊控制   柔顺控制   柔性制造系统   装配过程   机械臂  

摘要： 提出了一种模糊柔顺的控制方法来控制机器人的装配作业.本方法不需要装配作 业的模型参数,省去了大量的计算.并且在控制过程中不需要引入受力信息的变化量.实验 证明,这种方法实用性强,实时性好.

关键词： 柔性多体系统   Kane 方程   未确知环境   刚－柔机械臂   主动柔顺   线性化补偿   变结构控制   在线预测补偿  

摘要： 本文围绕未确知环境下刚－柔机械臂主动柔顺控制理论与实验研究这个专题，对计及环境特征的刚－柔机械臂系统从动力学建模、动力学特性分析、控制器设计与仿真以及实验进行了全面、系统的分析与研究，取得了一定的研究成果，具有重要的理论价值和实际意义。 本论文基于Kane方程建立了任意形状柔性体动力学模型，并且在此基础上将一般柔性体动力分析方法推广到一般柔性多体系统，且系统可以具有任意的拓扑结构。采用Huston的低序体阵列描述多体系统的拓扑结构，以此为基础进行系统的运动学分析，同时，依据Kane 方程建立了一般柔性多体系统的动力学方程。对计及环境特征的柔性多体系统，将环境特征作为外部约束引入柔性多体系统，并将环境特征简化为接触力约束，建立了带有接触力约束的一般柔性多体系统动力学方程。 对计及环境特征的刚－柔机械臂系统基于Kane方程建立了非线性动力学模型，将未确知环境约束简化为接触力约束引入非线性动力学方程。分析了柔性机械臂非线性动力学模型中的非线性项对系统模型精度的影响，并提出了对线性化模型进行补偿的方法来提高线性化模型的精度。分析了模态截断技术以及柔性机械臂几何物理参数变化对柔性机械臂动力学特性的影响。本文对在有控制条件下的柔性机械臂的关节特性进行了研究，得出了并置式和非并置式控制系统对柔性机械臂边界条件的不同的影响关系。 从控制角度讲，未确知环境下刚－柔机械臂主动柔顺运动主要包括三个阶段：快速定位运动、慢速趋近目标物体运动以及主动柔顺跟随运动。快速定位与慢速趋近阶段采用的是基于视觉反馈的位置控制系统，而主动柔顺跟随未确知环境阶段采用的是基于力反馈的力控制系统。针对三个不同的运动阶段，建立了包含交流伺服电机速度环的被控系统的完整的数学模型。 为了验证理论方法的正确性和有效性，本文进行了刚－柔机械臂主动柔顺控制的实验研究。刚－柔机械臂进行总体柔顺控制时，我们提出采用多传感融合的方式，采用基于视觉反馈的位置控制和基于应变反馈的力控制相结合的开关变结构控制策略，以实现快速定位?慢速趋近?接触物体?主动柔顺跟踪整个运动控制过程。在实现基于视觉反馈的位置控制时，采用了全视场和局部视场两 种视觉反馈条件，并分别进行了分析比较。在对柔性机械臂进行主动柔顺跟随运动控制时，我们引入了在线预测误差补偿的方法，以提高柔性机械臂主动柔顺跟随运动的跟随精度。

关键词： 小脑模型神经网络   控制系统   机器人   柔顺装配夹具   小脑模型关联控制器   CMAC  

摘要： 介绍了一种新型的机器人柔顺装配夹具及其装配系统。设计了由装配力信号为输入的小脑模型神经网络CMAC1和以浮动平台位移信号为输入的小脑模型神经网络CMAC2并行叠加构成的双CMAC神经网络控制器 ,前者作为前馈控制 ,后者当夹具刚启动时为前馈控制 ,装配开始后转为反馈控制。双CMAC神经网络控制器具有存储容量少、系统较稳定、能减少系统误差影响、装配力小等优点。

关键词： 仿人步行机器人   多轴运动控制器   柔顺控制  

摘要： 论文主要对机器人的控制算法及控制系统的软件实现进行了研究.首先,分析了新型机器人的机构设计和采用的相应的控制系统结构.为控制机器人下肢12个关节在行走时协调运动,决定控制器选用多轴运动控制卡,并介绍和总结了它的使用方法和编程思想;其次,为了实时调整机器人步态,在多轴运动控制卡上安装了双口可读写寄存器来存放实际行走数据供主机读取,文中说明了如何利用所给的通信驱动函数库实现主机、控制卡以及寄存器之间的通信.再次,为新型机器人各关节建立了关节坐标系,确定关节变量,并推导出了它的运动学和动力学模型;接着,针对机器人模型多连杆,强耦合,非线性的特点以及地面反力对机器人行走稳定性的影响,着重研究了如何使用分级递解控制、地面反力的柔顺控制及踝关节的力矩控制三种方法控制机器人运动.随后,将控制系统软件实现的总任务规划成两部分,包括步态数据读入PMAC程序和机器人运动程序编程,前者实现了将大量的数据从主机转移到PMAC里,后者实现了从主机给出控制命令控制机器人作起步、行走、转身和停步的运动.最后,对关节采用了PID控制算法,将所编写的程序在HIT-Ⅲ型机器人上进行了调试,给出了PID参数的选择规律和四个踝关节的实际的运动曲线.

关键词： 机器人   自由曲面   研磨加工   环境建模   运动规划   柔顺控制  

摘要： 针对自由曲面研磨精加工过程,研究了机器人柔顺控制及其作业环境建模的问题,研究内容涉及了机器人作业环境辨识和机器人本体柔顺控制等热点主题。论文取得的主要创新性成果有:应用弹性波的衍射与动应力集中理论,揭示了研磨工具与工件之间的超声弹性接触非连续的物理特性,探明了超声弹性斜角研磨和超声电火花加工的加工机理,通过实验,研究了由机器人控制的研磨过程对加工质量的影响规律,完成了对自由曲面精加工作业的机器人任务描述。 论文首次研究了自由曲面研磨精加工的机器人空间轨迹规划方法,利用等距轨迹优化法,推导了机器人关节位移、关节角速度和关节角加速度的求逆公式,构建了基于关节转速控制的研磨机器人运动控制系统。在不改变位置控制器的基础上,提出了研磨机器人的被动结构,以及由此而形成的主-被动结构机器人力外环柔顺控制策略,并由实验证明了该策略的可行性和有效性。推导了研磨机器人的动力学方程,建立了依赖主动力矩伺服电机角加速度和力矩输出控制的机器人主动柔顺控制系统框架,为自由曲面研磨精加工的机器人力/位姿混合控制,提供了新的解决方案。

关键词： 遥操作机器人   柔顺控制   共享控制   力反馈控制   地面实验系统   设计  

摘要： 主要对遥操作空间机器人地面实验系统的设计及基本结构进行了系统分析 .同时对柔顺控制、共享控制及力反馈控制等关键性技术进行了探讨 .