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关键词： 课程建设   机器人控制技术   实践教学  

摘要： 本文讨论了我校开设的"机器人控制"课程所存在的一些不足,主要是缺少适用于课程教学的多媒体教学课件和适用于实践教学的实验设备。笔者提出"机器人控制"课程教学手段还应包括物理概念动画演示和机器人运动仿真模拟,以及其它具体的解决方案,现正在逐步实施,所取得的成果也已应用于实际教学中。实践表明,该课程建设方案是合理的。

关键词： ARV   控制系统   运动模型   模糊PID控制  

摘要： 水下机器人作为水下探测和作业的重要工具，其应用领域正在不断扩大。本文的研究对象是中国船舶科学研究中心自主研制的“海筝”ARV，它属于混合型潜水器，具有ROV和AUV两种工作模式。ARV在经济性、灵活性和活动范围等方面要优于传统ROV，适用于大坝检测、江河湖泊的水质检测，也适用于作深海海底区域的勘察和监测，可与其他种类潜水器配合完成海洋调查和考察任务。 在论文中介绍了“海筝”ARV控制系统设计，控制系统是ARV的核心，直接关系到ARV的系统性能、作业能力和运行环境。它包括水面显控分系统、运动控制分系统、执行分系统、传感器分系统、电源分系统、微细光缆传输分系统等。 论文对“海筝”ARV进行受力分析，包括重力、浮力、推力、水动力等，建立了其在水下运动的数学模型。“海筝”ARV在水下工作时利用四个推进器完成潜浮、航行、转向运动，根据“海筝”ARV的结构特点和实际运动要求，建立了四自由度的运动方程。 论文在ARV运动模型的基础上，为其运动控制设计了一种模糊PID自适应控制器，并在定深控制和定向控制中得到了应用。模糊PID自适应控制器结合了模糊控制和PID控制的优点，它利用模糊控制规则，在线修改PID控制参数，从而达到较好的控制效果。对于模糊PID控制器，分别进行了仿真实验和水池试验，通过比较得到模糊PID控制器具有响应速度快、精度高的优点，改善了ARV的运动控制性能，在定深控制和定向控制中有很好的表现，满足“海筝”ARV的控制要求。

关键词： 弧焊机器人   运动学   轨迹规划   焊枪标定   工件标定   变位机   焊接电源  

摘要： 弧焊加工是工业机器人的重要应用领域之一。与传统手工焊及焊接机焊接相比，机器人焊接具生产效率高、焊接质量好及柔性化强的特点。随着汽车、工程机械等产业的发展，弧焊机器人的应用前景十分广阔。 本文研究了弧焊机器人运动学及轨迹规划算法，对算法进行了优化。引入了机器人关节属性，将机器人分为“前/后”、“上/下”、“俯仰”三种关节状态，解决了运动学多解的问题和奇异点规避的问题；将机器人的轨迹规划分为平动轨迹规划和转动轨迹规划，分别建立轨迹方程，并进行插补，以此为基础设计了机器人直角空间内的直线和圆弧轨迹规划方法。 提出了多点标定的弧焊机器人焊枪标定和工件标定算法。焊枪工具中心点（TCP）位置标定采用最小二乘法进行拟合，焊枪工具坐标系（TCF）姿态及工件坐标系标定采用坐标变换进行计算。该标定算法也适用于其它类型的工业机器人。 与一般工业机器人相比，弧焊机器人有自己的控制特点。本文针对弧焊机器人的控制的关键技术，研究了基于路径坐标系的机器人摆动功能算法，满足了机器人摆动焊的要求；研究了机器人与变位机协同运动功能的算法，保证了焊枪与焊缝始终处于良好的焊接位置；给出了弧焊机器人控制器与焊接电源的连接方法，并探讨了引弧、主焊接、收弧和回烧这四个焊接过程的焊接信号控制方法。 在此基础上，开发了基于HNC-08的弧焊机器人系统软件。该软件实现了机器人控制器与示教器的上下位机通讯，并集成了弧焊机器人控制指令和数据结构。

关键词： 相机标定   工业机器人   图像特征   视觉伺服   跟踪定位  

摘要： 在工业机器人的控制系统中嵌入机器视觉，可以提高工业机器人作业的智能化，拓宽工业机器人的应用领域。本文以MOTOMAN UP6机器人为基础，利用工业相机、图像采集卡、计算机、变位机等设备，构建了工业机器人视觉伺服控制系统。通过对场景图像的处理与分析，建立了基于图像的视觉伺服控制器，实现了UP6机器人对作业场景下的静态目标和圆周运动目标实时定位与跟踪拾取。 本文首先对相机标定的算法进行研究，使用MATLAB工具实现了相机参数的求取，依据标定结果得出图像坐标系与机器人坐标系的映射关系。然后对相机拍摄的场景图像进行分析，通过实验建立起期望图像的特征矩阵。对场景中的目标进行边缘检测、模板匹配等算法处理，得出实时图像特征矩阵。利用图像间的特征信息建立起图像反馈控制模块，设计了静态场景和动态场景两种情况下的视觉伺服控制器。在运动目标跟踪方面，研究了目标作圆周运动的特征，建立了“两心一度”模型，通过实验验证了该算法的正确性。结合卡尔曼滤波算法和全局最近邻预测算法，对视觉伺服控制器的设计进行改进，使得机器人末端执行器实时跟踪定位、拾取作业场景中的目标。 通过多次实验和程序调试，完成了一个初级的机器人视觉伺服控制系统的构建。联机实验证明了本文的研究成果。在研究的过程中发现UP6机器人运动控制过程中的不足之处，并提出了解决方法。该系统作为工业自动化的一个环节，在生产应用上有较好的实用意义和参考价值。

关键词： 遥操纵   电液伺服控制   力反馈   二次型控制器   模型参考自适应控制器  

摘要： 由于目前技术水平有限，想要研制出全自主工作的智能机器人非常困难，而借助于遥操纵技术，人们就可以在难以靠近、高温、高压、高辐射等极限和未知环境下进行复杂精密的作业。具有力觉和视觉临场感的遥操纵技术能够提供给操作者身临其境的感受，使得操作者能够非常真实地感知到从动侧作用信息，进而提高在极限环境下进行复杂遥操纵作业的效率和准确度，因此对临场感遥操纵系统的伺服控制技术进行研究，具有十分重要的现实意义。 本文结合国家自然基金项目“遥操纵多自由度电液伺服并联机械手力反馈控制策略”（项目编号：50975118），以吉林大学工程机器人实验室研制的电液伺服遥操纵六自由度力反馈机械手为研究对象，主要研究工作有： （1）首先研究六自由度并联机械手的运动学与动力学特性，包括位置正反解和动力学模型的推导；其次分析遥操纵系统的组成部分及其子系统的工作原理，推导出各组成部分的传递函数，进而建立电液伺服系统的数学模型。 （2）为了使得系统具有较好的静态和动态性能，为电液伺服系统设计出二次型状态反馈控制器，并通过状态观测器实现状态量的完全反馈；为了提高系统对参数变化的适应能力，设计出两种分别基于误差多项式理论以及超稳定理论的模型参考自适应控制器，仿真结果表明控制器的性能较好。 （3）为了降低干扰对电液伺服系统造成的影响，研究电液伺服系统抗干扰的两种方法：状态观测器跟踪法和动态鲁棒补偿法。本文使用状态观测器跟踪抗扰方法消除六个液压缸动态特性的差异，又设计出对多种类型的干扰均有较强抑制作用的动态鲁棒补偿器，取得了比较理想的效果。 （4）综合分析现有比较常见的双向伺服控制策略的优缺点，并在此基础上引入一种新型多自由度力反馈控制策略，以解决现有控制方法存在的“仅考虑力反馈大小而忽视力反馈方向”以及“多自由度耦合力和位移反馈效果差”问题。为了验证该种新型控制策略的实用性和有效性，对该种新型多自由度力反馈控制策略进行试验研究，实验结果表明该种控制策略性能较好，主-从端机械手的位置跟随精度较高，同时操作者能够获得比较理想的力觉临场感效果。 本文详细地研究了电液伺服遥操纵控制技术，进行了并联机械手运动学和动力学分析，设计出了性能较好的控制器，并对新型多自由度力反馈控制策略进行了试验研究，为以后进一步研究遥操纵系统控制技术提供了参考依据。

关键词： 惯量前馈   欧拉-拉格朗日方程   惯量匹配  

摘要： 机器人惯量前馈技术是贝加莱公司的一项非常重要的技术,即使在整个业界也是一项前沿的技术,它能解决机器人在运动过程中抖动的问题,提升机器人系统的精度和效率。目前该项技术仅为业内少数公司拥有。

关键词： 惯量前馈   欧拉-拉格朗日方程   惯量匹配  

摘要： 0前言 机器人惯量前馈技术是贝加莱公司的一项非常重要的技术，即便在整个业界也是一项前沿的技术，它能解决机器人在运动过程中抖动的问题，提升机器人系统的精度和效率，目前该项技术仅为业内少数公司拥有。

关键词： 机器视觉   控制技术   机器人   包装业   应用   机械控制系统   视觉传感器   力/力矩传感器  

摘要： 未来的机器人包装系统将会是什么样的呢？机械设备制造商和自动化解决方案供应商正在帮助包装业提高机器人的工作能力，将其多种功能融入到机械控制系统之中。同时，一波新的传感器可能会应用到机器人身上——视觉传感器、飞行时间传感器、力／力矩传感器和触觉传感器。未来的机器人包装系统将是一个更加简化、更加集成化和更加经济的控制机构，再加上采用更为复杂的传感技术。

关键词： 特征参数   语音识别   TSMS   DTW高效算法   机器人控制  

摘要： 语音,作为人类最自然的交流工具,是人类获取资源与信息的重要来源。在信息技术高速发展的今天,让计算机能“听懂”人类的语音,是人—机进行沟通的最便捷的形式之一,语音识别就是这样的一门技术。近些年来,语音识别技术一直是计算机应用的热点。同样,机器人技术也逐渐成为现代自动化技术发展的标志之一。因此,将语音识别技术和机器人控制技术相结合,更是体现了当今最高技术上的自动化。 本课题利用博创科技的旅行家—Ⅱ号机器人,以实现对机器人的语音控制为目标,针对语音信号的特征参数提取问题、语音识别算法的性能优化问题及机器人运动测试进行探讨研究,具体工作如下: 提出了一种新的语音特征参数提取的方法。在传统的基于人耳听觉特性的MFCC特征参数基础上,将其与基于人的发声机理的共振峰参数结合,构成新的语音特征参数(MFCC+共振峰)。该方法从语音的发声机理和人耳听觉两方面出发,提取语音参数,此算法较传统方法包含信息量多,准确性高,且抗噪声能力强。 针对传统的隐马尔科夫模型训练过程中对初值依赖性强、容易陷入局部最优的缺陷和DTW算法实时性的要求,分别提出了三步混合算法(TSMS)和DTW高效算法。经过仿真实验表明,TSMS算法的适应性更强,收敛速度更快,识别的准确率更高。DTW高效算法能够在满足实时性的前提下,减小计算量。给出两个改进算法的实验测试结果,验证了两者的优势。 最后,设计机器人语音控制系统。创建Microsoft Speech SDK程序文件,编写DTW高效算法的端口程序和机器人运动测试程序,并对运动测试结果作了分析和说明。

关键词： 机器人控制   视频图像采集   单片机系统   远程控制  

摘要： 建国以来,我国城市的发展迅速崛起,工业化城市、旅游城市、经济开发区等异军突起,国家一片昌盛繁荣的景象。虽然国家很大一部分市政公用设施都在不停的发展改造,但地下管线的新旧层次突出,部分城市甚至仍在使用明清时期的排水设施。地下管道设施由于其掩埋于地下的特殊性,导致各方而工作开展都很困难,这给城市地下管道内部检测和定位带来了困难。要完成全国各城市地下管道探测普查任务,其工作是很艰巨的。采用过去传统的开膛破肚和人工下井探测技术手段是难以完成,甚至是无法做到的。由于长期以来管道养护手段局限性,现有管道大多存在不同程度渗漏、腐蚀、淤泥堵塞甚至坍塌等管道病害。管道病害影响了城市的排水能力,阻碍城市经济工业的持续正常的发展,不仅如此,管道病害还会引发水管爆裂、气体泄漏等状况破坏了城市正常生活次序,并可能危害到人们的人身安全。 随着科学技术的飞速发展,特别是电子计算机技术、机器人控制技术等新技术发展与应用,以及测绘、探查技术本身的进步,为城市地下管线探测提供新的方法和手段,对推动和加速城市地下管线探测普查工作具积极的意义。目前国外研制的采用机器人控制技术的地下管道内部检测设备,可以探测到管道或钻井的内部情况,并能够提供准确的量化数据,从而检测和鉴定管道的破损情况。该设备是近年来国外市政管网维护和检测的主要探测技术,特别是检测维护管道或钻井的管道内部损坏情况。我国非开挖地下管道内部机器人检测起步较晚,以引进国外设备为主,由于引进设备价格昂贵,在实际使用的普及率不高。 本文结合了国外采用机器人控制技术的地下管道内部检测设备性能和特点,并根据国内用户的切实需求,提出了一种新的地下管道检测机器人方案,该方案在分析了地下管道机器人远程检测的需求后,对系统的整体进行了设计和规划,并搭建了系统的软硬件平台。为保证系统具有较好的实时性和稳定性,机器人的控制主要采用单片机控制系统,单片机控制机器人运动软硬件实现方式和远距离管道内部视频图像采集,为机器人控制系统开发提供优越的平台。 新的地下管道检测机器人系统结合了机器人控制技术特点,整合了国内地下管道检测工程实现的关键技术,实现了管道内部图像采集的精确化和机器人控制的远程控制,并且成功应用到国内多个大中型城市的市政养护单位,取得了很好的经济效益和社会效应,具有广阔的市场前景。