基于Socket通信的工业机器人监控系统研究

针对Epson-G6和Staubli-TX90工业机器人,研究一种基于Socket通信的工业机器人监控系统。系统分为本地监控端和Web远程监控端。基于TCP协议和Socket通信技术,编写了机器人控制器服务端程序和MFC类库开发的客户端程序,客户端分为通讯功能模块,末端坐标轨迹存储模块和基于OpenGL类库的运动姿态展现模块。在此基础上, 基于J2EE架构和WebSocket通信协议编写了Web远程监控端程序,分为用户管理模块和实时监控模块。系统实现了机器人末端坐标轨迹的采集并远程存储至PostgreSQL数据库,同时通过逆运动学计算展现了机器人三维运动姿态,并在Web页面以动态曲线方式监控机器人的末端坐标轨迹。     

机器人动力学与控制专题序

机器人动力学的研究是所有类型机器人发展过程中不可逾越的环节,也是形成机器人终极产品性能评价指标重要的科学依据,以往机器人的发展已经表明,多体系统动力学是机器人研发中不可或缺的基础力学理论。随着新型传动与驱动机构以及智能与软物质材料的出现,可以预计柔性化、软性化、可变化、微型化和控制智能化将成为未来机器人发展的重要方向,使机器人的各种作动更接近生物体的仿生体,因此,以仿生为主要特征的刚柔耦合、柔软体和变形机器人对任务和环境的适应性强,其快速发展在一定程度上将促进机器人研究的步伐,同时,这种趋势和需求也将会使得机器人动力学和控制研究面临重大挑战。本刊组织了“机器人动力学与控制研究专题”,主要介绍以下两个方面的研究进展。     

触觉如人类皮肤的纳米丝晶体管阵列

<正>一个美国工程师团队制成了敏感如皮肤的纳米晶体管阵列,可以将机械运动转换成电子信号,其灵敏程度可以与手指尖相比。对于研究机器人的专家来说,用电子学来重现人类的触觉是很困难的。现有的触觉传感器是利用在被触到时电阻值会改变的材料制成的,这种装置的分辨率低,其像素在1 mm左右。由美国佐治亚技术研究所(Georgia Institute of Technology)的Zhong Lin Wang所领导的团队利用压电效应这种独特的物理现象,将像素的尺寸减小到20—50μm,使灵敏度提高了至少30倍。     

基于遗传算法的多车体机器人路径规划方法

带拖车的移动机器人系统是一种复杂的多车体系统,在不同的转弯角度下所需的路径宽度也不同,其路径规划是个难题;在给出带拖车轮式移动机器人稳态和暂态过程运动学方程的基础上,推导得出了多车体移动机器人在最大转弯情况下所需的最大路径宽度,并将之定义为等效尺寸;应用遗传算法,提出了基于等效尺寸的多车体移动机器人的路径规划方法;首先通过等效尺寸的多步障碍扩张,对障碍物的临近区域和狭窄通道进行可行性约束的分析;然后应用遗传算法进行全局的路径规划,将路径的长度和宽度综合在适应度函数之中;在一定程度上,多车体移动机器人的路径规划问题得到解决;文章通过建立三维网格化地图,对障碍物的临近区域和狭窄的瓶颈通道区域进行了可行性约束的描述,遗传算法在较复杂的环境中实现了良好的避障,并得到了相对较短的有效路径。     

Stability and oscillations in a slow-fast flexible joint system with transformation delay

Flexible joints are usually used to transfer velocities in robot systems and may lead to delays in motion transformation due to joint flexibility. In this paper, a linkrotor structure connected by a flexible joint or shaft is firstly modeled to be a slow-fast delayed system when moment of inertia of the lightweight link is far less than that of the heavy rotor. To analyze the stability and oscillations of the slowfast system, the geometric singular perturbation method is extended, with both slow and fast manifolds expressed analytically. The stability of the slow manifold is investigated and critical boundaries are obtained to divide the stable and the unstable regions. To study effects of the transformation delay on the stability and oscillations of the link, two quantitatively different driving forces derived from the negative feedback of the link are considered. The results show that one of these two typical driving forces may drive the link to exhibit a stable state and the other kind of driving force may induce a relaxation oscillation for a very small delay. However, the link loses stability and undergoes regular periodic and bursting oscillation when the transformation delay is large. Basically, a very small delay does not affect the stability of the slow manifold but a large delay affects substantially.     

刺激响应型AIE水凝胶研究进展

刺激响应水凝胶可以对环境的微小变化产生较大的物理化学变化,在药物传递、生物分离、生物传感器和组织工程等领域具有广泛的应用。但受聚集导致荧光猝灭(ACQ)效应的影响,其在发光相关领域的应用受到限制,聚集诱导发光(AIE)概念的提出解决了这一难题。将AIE分子引入水凝胶体系,获得刺激响应型AIE水凝胶,在生物医学、信息防伪、3D水凝胶驱动器以及软体机器人的开发等多个高科技领域崭露头角。本文将近年来报道的刺激响应型AIE水凝胶按刺激因素分为物理因素(温度和光)、化学因素(pH、溶剂和离子)和生物因素(酶)三大类,分别阐述了水凝胶的制备、响应机理及潜在应用,并针对刺激响应型AIE水凝胶面临的问题和挑战进行了展望。     

利用三角形及其九点圆的摄像机标定

提出基于三角形及其九点圆的摄像机标定方法.利用了三角形九点圆中其九个点的特殊性,并且利用透视投影变换保二次曲线不变性,得到其像点在像平面共椭圆,从而可以通过九点的映射关系将透视投影变换的非线性问题线性化.图像分割和角点提取的误差会直接影响标定的精度,在此三角形及其九点圆中的点特别是算法中的关键点三角形顶点和垂心都是三条直线的交点,减小图像分割与提取时造成的误差.DLT方法的不精确就源于图像分割和角点提取的误差,方法克服了DLT方法的不足.张的方法无法保证单应性矩阵的正交性,因此为了保证正交性和提高精度需要优化.与传统方法相比操作简单,应用九点圆定理,仿射变换的引入将透视投影非线性问题线性化,避免了参数之间的非线性方程求解,降低了参数求解的复杂性,因此其定标过程快捷,准确.模板的构造,减少了图像分割和交点提取误差,算法实现保证旋转矩阵的正交性.综合上述分析,理论上表明方法的有效性.同时实验表明,标定方法操作简单,不需要计算机视觉的专业知识,快速,精度高,鲁棒性好.     

基于激光定位的变电站智能巡检机器人导航系统设计

导航和定位是变电站智能巡检机器人完全自主运行的关键,针对巡检机器人现有导航定位方式的不足,将激光定位技术应用于巡检机器人导航,设计了巡检机器人激光导航系统,详细介绍了系统的软硬件结构及实现方法,并在室外环境下对导航系统进行了实验测试;实验结果表明,巡检机器人运行平稳,具有较高的导航控制精度;实验中机器人的运行轨迹重合度较好,直线运行时运动轨迹与路径横向垂直偏差在±15mm以内,航向偏差可控制在±1.5°左右。     

基于模糊传感器的机器人动态障碍环境中的运动控制

对自主式机械手在动态和部分已知且存在运动障碍环境中的运动规划和控制进行了研究,解决了自由碰撞运动控制中具有普遍意义的问题。利用人工势能场的机器人导航控制技术由模糊控制实现,系统的稳定性由李雅普诺夫原理保证。模糊控制器为机器人伺服提供控制指令,使机器人在不可预知的环境中能实时地、自主地选择到达目标的路径和方向。在动态环境的实时控制中,基于传感器的运动控制是处理未知模型和障碍物的重要控制方式。     

同伦算法在并联机器人运动学中的应用

讨论同伦算法求解并联机器人运动学正问题.通过参系数同伦法大大减少了跟踪路径的数目,从而提高了同伦算法的效率使之对求解一般非线性代数方程组更为可行.采用这一算法,求出了中科院沈阳自动化研究所机器人开放研究实验室的新型并联机器人模型的全部正解.为新模型的机构分析和实时控制提供了理论依据.