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关键词： 非开挖技术   微型钻孔机器人   可拓自适应控制   仿真实验  

摘要： 随着国家经济和城市建设的迅速发展,基础设施建设的力度加大,城市管线,如自来水、煤气、下水道、电力、光缆等各类管线的铺设、更换和修复工程量急剧增加。如果还继续沿用传统的“挖槽埋管法”不但破坏原路面质量,同时将对地上交通造成很大的影响,给市民的工作和生活带来诸多不便。为了解决这个问题,近年来非开挖道路施工技术迅速发展。 我国的一些重大工程需要向国外进口非开挖管道施工设备,其价格昂贵(通常不低于100万元),并且不适合我国窄小的城市道路上施工的要求。因此,研究结构简单、价格低廉、性能可靠、环保、适合我国国情的市政道路非开挖钻孔技术,是我国城市市政文明建设的需要。 本课题以苏州市攻关项目“非开挖市政道路施工钻孔机器人”(简称钻孔机器人)为研究背景,进行钻孔机器人系统工艺过程智能控制方法的研究,力求控制系统结构简易、经济、高效。本文共分六章,主要研究内容如下: 第一章首先阐明了本课题的来源及研究意义,并通过对目前国内外非开挖钻机导向、定位等控制方法现状的调查研究,确立了本课题主要研究内容及关键技术。 第二章通过对微型钻孔机器人基本原理,以及机器人运动学原理的学习研究,构建了微型钻孔机器人位姿模型和直流驱动系统伺服控制模型。 第三章在分析研究传统智能控制方法的基础上,以及对自适应控制原理与可拓控制比较分析,最后确立了本课题采用自适应与可拓控制相结合的方法,对微型钻孔机器人进行控制,并建立了微型钻孔机器人可拓自适应控制器。最后,对直流传动系统调速算法进行了研究。 第四章根据微型钻孔机器人对水平与方位控制的要求,并通过研究,提出了一种结构简单、性能可靠的水平与方位控制方法。 第五章利用PROTEUS软件,对微型钻孔机器人智能控制系统进行仿真。仿真结果验实了本课题研究的钻孔机器人控制系统的可行性、先进性与实用性。 第六章对本文所做的主要研究内容进行了总结和概括,并对仿真研究优化的结果进行分析,提出了不足和展望。

关键词： 护士助手机器人   结构设计   控制系统   路径规划  

摘要： 护士助手机器人是一种移动服务机器人。它在医院环境中工作,自主导航,能给病人送各种物品,提高病房的自动化水平;另外,护士助手机器人能替代医护人员进入传染病病房,执行运送药品、喷雾消毒等医护任务,从而保护医护人员和避免交叉感染。本课题结合黑龙江省自然科学基金项目“护士助手机器人基础技术研究”,对涉及的关键技术进行研究。 论文首先介绍了护士助手机器人在美国、日本和中国的研究和发展现状。针对护士助手机器人的具体功能,设计了机器人的总体结构、机器人底盘、物品摆放空间的结构和机械手、触摸屏的安装结构,建立了机器人运动学模型和差速驱动数学模型。 基于分级递阶控制系统结构,设计了护士助手机器人控制系统。设计了控制系统硬件结构方案,其中主要包括以TMS320F2812为核心的主控制器最小系统设计、总线接口设计、驱动电路设计等。设计开发了基于AVR单片机的电机驱动系统。首先论述了电机选择,然后介绍了电机驱动系统结构,其中主要包括控制器系统设计、直流电机功率驱动模块设计。最后介绍了磁传感器系统、触摸屏人机界面的控制系统设计。 针对护士助手机器人导航,提出了基于遗传模拟退火算法的路径规划方法。研究了模拟退火算法在护士助手机器人路径规划中的应用,并对算法中各个参数进行了研究和设置。然后在不同的参数设置情况下,利用MATLAB软件对算法进行了模拟仿真,并对结果进行了比较分析。

关键词： 自动化航材库   多线程   3R机器人   闭环控制   步进电机  

摘要： 介绍了多线程技术在自动化航材库三自由度拾取机器人控制系统中的应用。机器人为3R开链连杆式结构,控制系统采用闭环控制,应用多线程技术,一方面,避免了实时控制造成主线程阻塞,为用户提供了友好的操作界面;另一方面,实现了机器人的实时闭环控制,满足了运动速度和定位精度的要求。

关键词： 光电传感器   多传感器信息融合   蟑螂机器人控制  

摘要： 多传感信息融合对于蟑螂的运动灵活性具有重要作用,为了模拟蟑螂腿毛的功能,提出采用多传感器信息融合技术开发了一种信息实时采集系统;该系统利用廉价鼠标作为传感器,在蟑螂机器人的腿上安装若干光电传感器来模拟蟑螂运动过程中腿毛的触觉,从而解决机器人位姿识别和避障的问题,为实现实时控制和智能控制提供保障;为了简化鼠标的安装,通过在蟑螂身体上安装鼠标传感器来检测位姿的方法,验证了算法的正确性,说明了模拟腿毛的功能;应用结果表明,该系统稳定性好,价格低廉,有一定的实用性与推广价值。

关键词： 机器人   SPCE061A单片机   传感器  

摘要： 根据机器人控制要求和设计思想,对基于16位单片机最小系统的机器人控制技术进行了研究,分析了行走机构的动力学模型以及电机功率有限和摩擦系数有限对机器人运动的影响,介绍了行走机构的三种控制方法,设计了控制主板的接口电路,结果表明该系统稳定可靠,基本达到预定要求。

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   现场可编程门阵列   硬件设计   SOPC技术  

摘要： SOPC不仅是一种新兴的技术，更代表了一种先进的开发思想，而开发思想对生产力发展的促进作用，往往远大于技术本身。SOPC思想的精髓就在于它把软件编程的高度灵活性转移到硬件上，从而具备了控制系统在可移植性、可扩展性、短开发周期等方面的巨大优势。\n SOPC就是用通用性的方法构建专用的嵌入式系统。\n 本课题结合SOPC思想，摒弃了一般嵌入式系统的一个对象设计一个系统的开发方法，把“可编程”带给我们的极大的灵活性和可拓展性通过合理的利用，实现硬件平台的一种最大程度的“通用性”，让SOPC技术成为搭建具有“柔性”机制的开放性机器人控制系统的可行方法。论文首先介绍了SOPC技术产生的背景，分析了其优良特性和产生的必然性。\n 其次，以SOPC在机器人控制系统中的应用作为研究目标和理论准备，分析了SOPC应用在开放性控制系统的适用性和巨大优势。\n 随后，论文介绍了Altera公司的Nios Ⅱ处理器及其结构、性能及总线规范。在此基础上完成了SOPC硬件平台电路的设计制作，并提出了SOPC技术实现机器人控制系统的两种方案，分析了两种方案的优劣，完成了基于第二种方案的伺服系统硬件设计。\n 接着，以自动化生产线智能控制系统为例，详细介绍了该系统在现实对象中的应用移植过程，并分析了通过SOPC方法进一步改造的空间和设想。\n 最后，对论文进行了总结，并提出了后续研究的展望。

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： 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。