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关键词： 机器人   示教   轨迹编程   焊接  

摘要： 研究了基于PC+运动控制卡控制模式的焊接机器人控制系统,介绍了系统的体系结构。根据焊接机器人自身特点和焊接工艺要求,提出了基于轨迹编程的示教式编程方法,详细地介绍了轨迹规划过程中所涉及到的空间圆弧插补算法,阐述了示教再现的实现过程。最后运用了模块化编程思想,用C++ Builder6.0高级语言编写了示教编程软件,并解释了各功能模块的主要作用。该技术增进了机器人编程的可操作性和直观性,从而有利于焊接机器人在实际生产中的应用与推广。

关键词： 机器人控制   运动控制   伺服参数整定   卫生陶瓷   施釉  

摘要： 施釉是卫生陶瓷生产过程中的一个重要工序，它利用压缩空气将釉浆雾化喷涂于坯体表面。长期以来，我国施釉工序主要靠手工完成，其作业环境恶劣，劳动强度大，质量差，生产效率低。随着人们物质文化生活需求的日益增长，对卫生陶瓷生产提出了更高要求。用机器人代替人工施釉已成为卫生陶瓷生产的发展方向。\n 以唐山惠达陶瓷集团和河北理工大学联合开发的卫生陶瓷施釉专用机器人样机为研究背景，针对卫生陶瓷生产的高湿、高温、多尘的恶劣作业环境，构建了基于PLC的机器人控制系统，对其硬件组态、软件实现及伺服参数优化等关键技术进行研究，实现了对施釉机器人的控制。\n 在施釉机器人机构创新设计的基础上，对机构运动学进行解析，针对五自由度关节机器人末端存在派生自由度的问题，提出一种少自由度关节机器人分步求逆的方法，得出了机器人运动学正解、逆解，为施釉机器人示教轨迹运动控制提供数学工具；搭建了以PLC CPIJ、多轴运控模块、工业触摸屏为核心，以交流伺服电机为驱动元件的机器人控制系统，并总结出一些硬件抗干扰技术措施，使得其性能稳定可靠，摔制灵活方便，抗干扰能力强；结合PLC梯形图和运动控制SFC两种编程模式，基于模块化思想，着重研究了示教轨迹数据的更新、存储、共享和传输，以及两个CPU对喷釉过程的多轴同步控制等软件实现关键技术，完成了机器人控制软件开发；建立了具有位置环、速度环、电流环三环的单关节位置伺服控制仿真模型，采用LabVIEW和MATAB混合编程，对单关节伺服控制进行仿真计算，得出系统伺服参数诸如位置控制增益Kp(rad/s)、速度控制增益Ksp(rad/s)、速度积分补偿Ti(ms)、速度微分补偿Td(ms)以及前馈增益α的取值范围，从中总结出实际参数调整准则和方法，并经过试验验证了仿真结果的有效性。通过这种仿真和试验相结合的方法，完成了伺服参数整定与优化，使机器人施釉动作更加平稳。\n 基于上述控制理论和方法研制的施釉机器人样机已成功地用于卫生陶瓷生产线。

关键词： 机器人   控制系统   视频传输  

摘要： 本文围绕基于网络的远程机器人控制技术的关键问题，如控制器的实时性、多机器人仿真及协同搬运控制、机器人碰撞检测、基于动态手势识别的人机交互和立体视频监控等进行了深入的研究，在此基础上，针对传统机器人控制系统的不足，提出了一种新型的机器人控制系统，建立了一个基于开放式软硬件结构的远程机器人控制系统平台。在所建立的平台上开展了卓有成效的实验研究。\n 主要研究内容和成果如下：\n 本文针对传统机器人控制系统价格高、实时性差的问题，提出了一套高效低成本的在操作系统级改善工业机器人控制系统实时性的方法，研发了相关系统。论文首先分析了机器人控制器的软、硬体系结构以及需要操作系统支持的实时性能，然后阐述了Linux在实时性支持上的弱点，分析了当前基于Linux的内核实时支持的相关主流技术，提出了实时性改造方案，并在Linux操作系统中予以了实现。为了验证改造的有效性，提出了相应的测试方案，测试表明修改后的内核无论在平均延时还是在最坏情况下都使任务响应时间得到了很大的提高，为机器人实时控制系统提供了操作系统级的实时性支持。除此之外，论文还提出一种实时任务的层次调度算法，在一级调度上用EDF(Earliest Deadline First)算法保证实时任务的底限不丢失，在二级调度上采用动态规划和贪婪算法相结合的策略，调度实时任务的可选部分，保证了带宽的利用，克服了原系统中调度算法利用率受限制、系统开销较大和非周期部分响应时间长的问题，进一步提高了系统的实时性。\n 本文对Open Inventor体系结构、机器人几何建模和场景优化方法进行了研究，分析了虚拟多机器人协同仿真的过程，提出了从搬运物体出发，根据搬运物体运动路径反求多机器人手臂运动路径的方法，设计并实现多机器人协同搬运仿真。此外，本文还就虚拟多机器人协同仿真控制系统中的实时碰撞检测技术进行了研究，通过整合、改进现有的碰撞检测程序库，设计了碰撞检测模块，实现多机器人协同仿真控制中的避碰撞。\n 本文还研究了基于视觉的动态手势识别技术，采用基于肤色的高斯模型与改进的光流场跟踪算法结合的方法，实现了复杂背景下实时快速的手势跟踪。该方法具有快速和准确的特点，且具有较好的鲁棒性。对于动态手势识别器，采用了隐马尔可夫模型(HMM，Hidden Markov：Model)作为训练识别算法，推导了最佳状态链的确定算法、HMM参数优化算法。考虑到动态手势特征本身的一些特点，对HMM参数优化算法重估式加以修正，调整了算法比例因子，并将之成功地应用到基于网络的远程机器人控制系统中。\n 本文最后对立体视频的显示、储存、传输与回放技术进行了深入的研究，将二路实时视频信息经捕捉、压缩和传输，提供给机器人控制系统，实现了图形仿真和视频监控的立体显示，从而完成了远程多机器人立体视频监控。本文根据远程机器人控制系统的特殊要求对网络传输视频图像数据情况进行分析，对远程操作有直接影响的网络延迟、远程机器人控制中数据传输的特殊性以及视频传输中网络延时产生的问题等诸多方面进行了研究。设计了速率控制算法，提出在发送数据包的时候，根据网络状态动态地选择增量因子或减量因子，对发送速率进行自适应的调整以适应网络传输状态。在远程机器人控制系统中成功地实现了基于速率的视频传输拥塞控制。测试结果表明，系统运行良好，有效地提高了视频传输的实时性。

关键词： 移动机器人   运动控制   模型参考自适应控制   数字信号处理器  

摘要： 随着科学技术的发展，移动机器人正朝着高速、高精度、开放化、智能化、网络化发展，对运动控制系统也提出了更高的要求。移动机器人要实现高速、高精度的位置控制和轨迹跟踪，必须依赖先进的控制策略和优良的运动控制系统。 本文以DSP(数字信号处理)控制器为核心芯片进行运动控制系统的设计，研究了基于DSP的移动机器人运动控制系统的具体实现方案，对系统的硬件结构、控制软件及速度算法进行了分析与设计。 第一，对移动机器人的发展现状和运动控制技术进行了综述，同时介绍了本文的选题背景、主要研究内容和研究意义。 第二，介绍了移动机器人控制系统的组成与行驶机构，详细叙述了实验平台上位机的总体设计，并在此基础上对移动机器人的运动学和动力学进行了理论分析和实验研究。 第三，设计实现了下位机运动控制系统的结构、硬件电路及控制软件。论文中详述了下位机控制器和驱动器的设计，其中包括复位和时钟电路、串行通信接口、ADC电路、电机驱动、信号隔离与反馈检测等模块。此外，还介绍了软件控制的总体结构与功能模块，包括QEP脉冲计数、主程序、中断程序，并介绍了相应的程序流程图。 第四，针对常规PID算法难以适应移动机器人运动控制系统非线性等特性的不足，引入了一种基于模型参考的模糊自适应控制方法，并在研制的机器人上进行了与常规PID控制系统的对比实验，实验结果表明，基于模型参考的模糊自适应速度控制的指标都得到大幅度改善。进行的抗干扰实验验证了基于模型参考的模糊自适应速度控制控制系统具有较好的抗干扰能力。 对研究过程中发现的问题及尚需完善之处，作者提出了进一步研究的设想和建议。

关键词： 遥机器人   人机交互   增强感知  

摘要： 随着遥操作控制技术的不断成熟，基于Internet的遥操作系统已成为当今机器人研究领域的一大热点，其应用前景越来越广阔。但人类发展空间在不断扩展，许多工作具有不可预测性。对于非结构和动态时变环境中的复杂作业，需要人类的不断介入，对遥控装置的作业进行适度的理解、计划和控制。由人来帮助机器人进行分析和判断是提高机器人智能的有效途径。当人借助于交互工具主动参与和控制机器人的行为时，机器人系统的运行比无人时更为有效、具有更强的容错性。因此，许多机器人学研究者一致认为，目前机器人的研究热点应从全自主方式转向交互方式，即人机交互技术。 本课题对遥机器人人机交互技术进行了研究并提出了基于多通道信息融合的增强感人机交互技术。以Internet网络为通讯手段，以KLD-400四自由度教学机器人为被控单元，搭建了基于Internet的增强感遥机器人操作系统。系统以TCP/IP为传输/控制协议、以Client/Server-Robot(客户机/服务器)体系结构为网络通讯平台，实现了遥机器人视觉和力觉的反馈控制。为了提高系统的智能，实现更好的人机交互，作者基于DSP和LM628开发了智能运动控制器。该运动控制器能同时控制2个伺服电机和3个步进电机，为增强感人机交互奠定了基础。针对所搭建的实验系统，采用模块化结构开发了遥机器人共享控制系统，并用Intelligent Command Buffer的方法来减小传输时延。该系统实现了操作模式的平稳转换，并将操作者从连续、无聊的直接控制中解放出来，弥补了传统遥机器人系统的缺点。 所开发的遥机器人人机交互技术既减少了对系统资源的占用，又减轻了操作者负担，让操作者集中于机器人的操作，又不丧失对本地状态的意识，真正实现人机“合作”完成任务的思想。论文成果将对今后进一步研究具有重要的参考意义。

关键词： 机器人   SPCE061A   控制系统   传感器   轨迹  

摘要： 机器人技术近40年来有了飞速的发展，已成为现代化高技术的重要发展方向之一。它涉及到精密机械、机构运动学、计算机科学、传感器技术、人工智能等多个学科。本文在充分研究各种控制对象的基础上，提出了基于凌阳16位单片机的总体设计方案，采用模块化思想，设计了各个硬件模块的接口电路。主要研究内容如下： 1．综述了机器人发展的三个阶段和国内外机器人发展状况，提出了研究机器人技术具有的重要意义。 2．机器人的机构设计包括移动、抓取和跨栏等机构的设计。 3．阐述了控制系统的总体结构和组成部分。控制电路的设计，包括电源、键盘、传感器检测和直流电机控制这4个模块，并对单片机开发可靠性技术进行了研究。 4．对自主机器人软件设计和手动机器人的控制软件分别进行了研究。自动机器人主要研究的是机器人的寻迹算法，手动机器人主要研究的是上下位机通讯的问题。 5．对直流无刷伺服电机的控制技术进行了深入研究，设计出直流电机的控制模块，对于自动机器人的精确定位和调速功能进行了详细的研究。

关键词： 移动机器人   未知环境   基于行为   模糊控制   多目标  

摘要： 随着机器人的应用范围的不断拓宽,机器人所面临的工作环境也越来越复杂,往往是未知的、动态的、非结构化的,所以,要在这种环境下实时地完成各种任务,就对机器人的控制提出了新的挑战。在中科院沈阳自动化所机器人重点开放实验室“基于视觉感知的机器人行为控制技术研究”(项目编号:RL2002002)的支持下,本文对移动机器人的行为控制、视觉系统、测距系统做了较为系统的研究,提出了基于视觉和超声波信息的机器人行为控制策略。本文的主要工作和创新点包括: 对移动机器人的硬件模块进行了分析。详细研究了移动机器人的感知系统,包括超声波传感器和视觉传感器两大模块。移动机器人采用了两款超声波传感器组合使用,用于探测到更为全面的障碍物信息。另外机器人采用了Sony EVI-D31 PTZ摄像头,成功地实现了计算机串口控制,大大的扩展了机器人的视觉功能,可以更多的获取外界信息。 通过对基于行为控制技术的论述,设计了一种用于移动机器人完成多目标任务的基于行为控制系统。本文提出的移动机器人导航策略,将视觉信息和超声波信息同时用于了机器人感知,并结合在实际环境中的情况,将基于行为控制融合进模糊控制的思想中,将移动机器人的多个行为实现在模糊决策和基于优先度的行为决策中,并且通过视觉信息使机器人能够完成面向目标的任务。 最后进行了仿真和试验,并对结果进行了分析。首先在移动机器人仿真平台MobotSim上进行了各种环境下的仿真试验,得到了良好结果。然后把控制策略在RIRA移动机器人上进行了试验,经过对系统的大量实验,结果表明本文提出的方法是一种简单有效的移动机器人在未知环境中进行目标寻找的方法。

关键词： Internet   机器人   远程控制  

摘要： 文中采用Client/Serve(r客户机/服务器)模式,建立了基于Internet的机器人遥操作系统,该系统允许任何地方的使用者通过WEB浏览器对一台五自由度机器人进行控制。

关键词： 管道机器人   动力建模   管道坐标系   非线性曲线拟合   管道作业参数  

摘要： 城市排水管道的检修和疏通作业一直是困挠城市居民日常生活和工业生产的难题。主要是因为排水管道埋于地下，污水中杂质含量高，能见度低，排水管底部有大量淤泥，常规作业很难适应其要求，不便于人工和机械进行管道内的检测、疏通和穿缆作业。文中提供了一种方便可行的方法，并研制出了城市排水管道穿缆、检测机器人。本机器人将能带来良好的经济效益，具有广阔的应用前景。 文中，针对城市排水管道机器人的特殊作业环境，在制定了机器人本体设计指标和要求的基础上，对机器人的总体方案进行了确立和分析。通过对机器人总体结构和工作环境参数的分析，机器人本体结构采用了模块化的设计，并对机器人的各功能模块的工作原理进行了可靠性分析，进一步优化完善了机器人本体结构的设计。 分析了机器人动力系统的传动特性，建立了动力系统数学建模，在MatLab环境中进行仿真，得到了动力系统传动特性的仿真曲线图，结果表明该系统具有抗干扰能力强，稳态性能好的特点。建立了动力系统的PID控制模型，设计了具有良好控制性能的速度、位置双闭环控制器。 管道机器人的硬件结构采用了上、下位机系统和模块化设计。上位机硬件系统采用了ATmega16L单片机、LCD液晶显示器和键盘等;下位机硬件系统采用了ATmega8L单片机、倾角传感器、电机驱动模块和光电码盘等组成;并设计了上下位机系统的硬件电路。上位机和下位机之间采用了485异步串行通信，实现有缆遥控。 在软件控制上，建立了管道坐标系和机器人坐标系，在两个坐标系之间，定义了机器人的姿态角，给出了机器人可能的几种姿态，并对几种姿态给出了相应的软件控制策略。对于倾角传感器的输出和输入之间的非线性，合理的进行了曲线拟合，优化了检测系统;建立了手动和自动两套控制策略;提高了系统的可靠性。细化了上、下位机的执行任务，上位机主要负责机器人的上层控制策略和算法;下位机执行上位机的命令，上传机器人姿态。制定了RS—485异步串行通信协议，完善了通信系统。 通过管道机器人的行走速度测试、转弯半径测试、管道内壁滑动摩擦系数测试和越障能力等试验，结果表明，机器人能达到预期的设计目标。验证设计的合理性、可行性。机器人在壁面行走时，操作方便，性能稳定、可靠。

关键词： 移动机器人   电子罗盘   导航算法   模糊控制  

摘要： 机器人的研究涉及到自动控制、机械工程、电子技术、计算机技术等许多学科，是一门多学科的综合科学。这一领域的研究，大多集中在机器人结构设计、路径规划、控制方法、各种模型的建立、智能技术应用等方面。 移动机器人车体结构和运动控制系统决定了它的运动能力。本文中以ATmega16L为核心的运动控制部分，包括了避障传感器模块、电子罗盘模块、电源模块、语音系统模块、LED显示模块等。利用ATmega16L的定时器溢出功能产生的控制脉冲，方便地实现了步进电机的转速控制。并通过标准串口与导航系统进行通信，接收运动指令，提供给导航系统方位信息。 移动机器人的位置和姿态识别是移动机器人导航控制中的一个最基本的问题。本文根据差速驱动机器人的微运动方程，以电子罗盘模块提供的信息为基础，推导了一种简洁实用的导航推算方法。 作为智能控制技术中的一种，模糊控制技术可以对那些数学模型难以求取或无法求取的对象进行控制。用普通微控制器实现模糊控制，关键在于软件的编制和前期处理，因此必须充分考虑内存容量以及执行速度。本文中对模糊规则进行了有效的存储，并且优化了模糊推导过程，这样既节约了系统资源，又减少了模糊处理所消耗的时间。