蒸汽发生器检测机器人运动分析与控制实现

在核电站蒸汽发生器复杂环境下,为准确控制机器人完成管板检测任务,提出了一种基于STM8处理器的爬壁机器人运动控制方法。针对机器人两个不同轴线驱动轮的结构特点,运用运动学理论建立了机器人运动方程,分析了机器人的运动特性。设计了爬壁机器人硬件控制电路,为提高机器人的控制精度,采用了位置环,速度环和电流环三环PID软件控制策略。最后,对此控制方法进行了相关实验验证。实验结果表明,爬壁机器人控制电路设计合理可靠,三环PID算法实现了较好的运动效果,满足设计要求。     

洁净机器人反应转矩观测与碰撞保护研究

提出一种基于反应转矩观测器的机器人碰撞保护方法。机器人的反应转矩由基于模型的干扰观测器估值得到,模型的建立包括电机系统转矩模型与机器人系统动力学模型两部分。由于洁净机器人特殊的构型及关节耦合关系,机器人的动力学建模被大大简化,同时对简化后的模型采用最小二乘法对惯性参数和摩擦参数进行辨识,提高了模型的精度。根据永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型,可以得到基于电机电流的机器人关节转矩。机器人与外界环境接触时,关节转矩的增加量即为反应转矩。通过设计反应转矩观测器并采用力/位混合控制结构,实现基于电流的机器人主动柔顺控制功能,并在洁净机器人进行碰撞保护实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。     

基于激光测距仪全局匹配扫描的SLAM算法研究

针对传统的SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)算法构建地图时容易受环境因素和外界条件的的影响,在非线性系统状态下误差修正能力不足,且当机器人位姿都处于未知状态时,移动机器人位姿获取不精确,地图构建SLAM技术特征量的获取比较繁琐、不准确等问题。以电力巡检机器人为平台,研究了基于全局匹配的扫描算法,摒弃传统的栅格地图模型的插值方法,采用双线性滤波的插值方法,保证子栅格单元的精确性,估算栅格占用函数的概率和导数。最后采用此算法解决了SLAM地图构建的问题,并分别在室内室外环境进行实验。实验结果表明：基于激光测距仪的全局匹配扫描的SALM算法,在室内室外两种不同环境下,不受复杂背景的影响,准确地进行机器人位姿定位,以及环境地图的构建     

A novel TCF calibration method for robotic visual measurement system

An accurate TCF (tool control frame) model is essential for high-accuracy robot off-line programming. Meanwhile, TCF calibration is an important procedure for production recovery after robot collides in industrial field. This article proposes a novel TCF calibration method in robotic visual measurement system in which the robot TCF is defined based on the model of visual sensor and a standard sphere with known diameter is utilized as the calibration target. With the translational and rotational movements of the industrial robot, the visual senor measures the center of standard sphere from multiple different robot postures, TCF orientation and TCP position are determined in two steps. Robot off-line programming is performed based on the TCF calibration result, and robot collision is simulated on an ABB IRB2400 industrial robot. Experimental results have validated the effectiveness and efficiency of the standard sphere-based TCF calibration method, which could control the deviation of an identical featured point within 0.5 mm measured before and after collision recovery.     

自适应环境的机器人视觉伺服控制方法

机器人和机器视觉的迅速发展,使得基于视觉的智能机器人得到更加广泛的应用。机器视觉提高了机器人控制系统对环境的适应程度,但其适应程度也受到周围环境对机器视觉算法的影响。针对这一情况,本文对机器人视觉伺服控制系统中的机器视觉算法进行了改进,提出了一种基于帧间差分法的自适应环境的机器人视觉伺服控制方法,从而提高了控制系统对环境的自适应程度,提高了对机器人控制的精确度,实验和理论分析证明,该方法具有较大的应用前景和实用价值。     

基于机器视觉的锯条自动化装盒系统设计

以VS2010为软件平台,以Staubli TP80机器人,康耐视摄像机和传送带为硬件基础,对锯条进行识别,定位和动态抓取,搭建了一个基于机器视觉的工业机器人智能抓取系统,其中Staubli-TP80机器人为操作手臂,利用康耐视摄像机和工控机搭建视觉检测平台,通过抓取系统的参数化建模实现图像坐标到机器人坐标的转换,利用OpenCV函数库实现锯条的图像处理和模式匹配,最后控制机器人对动态目标进行抓取。     

机器人气囊抛光去除函数稳定性分析

基于气囊抛光技术和工业机器人平台开发光学元件精密抛光系统,既能满足光学元件快速抛光环节的高效率和高精度的要求,又可以降低开发成本,是极具潜力的抛光设备开发方案。气囊抛光具有稳定的且确定的材料去除特性,通常要求抛光斑稳定性在90%左右。针对机器人气囊抛光系统在多步离散进动抛光过程中机器人末端刚度对气囊抛光稳定性的影响展开研究,通过建立机器人末端刚度矩阵,获得机器人末端变形;基于Preston理论,建立含变形误差的气囊抛光去除函数。最后设计4步离散定点抛光实验验证机器人气囊抛光系统稳定性。根据结果可知抛光斑在XY截面轮廓线上皆呈类高斯形状,且XY截面轮廓线基本一致,具有比较好的重合度;对比不同抛光位置的截面轮廓线,其相对误差小于5%,由此可验证机器人气囊抛光系统在离散进动抛光时具有较好的稳定性。     

基于Pro/E二自由度并联机器人的结构设计

为了提高研发效率,需要将机器人的设计过程和分析过程集成起来。针对这一集成要求,提出了基于Pro/E二自由度的机器人仿真平台,并建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型。验证了机构的实际工作空间和运动情况。最后指出了本机构的在实际中的应用。最后通过仿真了机器人的位置轨迹,速度轨迹以及加速度轨迹来验证,本文所设计的二自由度机器人性能良好、工作灵活,很好地满足了设计指标要求,具有一定的实用性。     

士兵可穿戴下肢外骨骼机器人多元感知方法研究

下肢外骨骼机器人是一种可穿戴且融合了多种机器人技术的复杂人-机系统。它将人类的智慧与机器人强壮的能力有效地结合起来,最大限度地提高人体的机动力和耐力,这为提升单兵作战系统的能力创造了条件。鉴于下肢外骨骼机器人在作战、后勤保障时可能遇到的复杂地形、多变随机的任务等,仅通过基于既定的典型步态规划程序驱动执行已知的特定动作,难以保证人机间的耦合性和动作的高随意性切换。为此,模拟并提炼出士兵常见的六种下肢动作作为后续研究,然后分析了下肢外骨骼机器人的感知控制原理,并提出了基于脑电预判感知、肌电精确感知和光纤实时校正的多信息融合的感知方法,强调将人的智能参与到机器人控制中,以期推进士兵可穿戴下肢外骨骼机器人的实用化。     

基于嵌入式系统的搬运机器人设计与路径规划研究

为了解决目前工业搬运机器人发展的需求问题,设计了一款基于嵌入式系统的搬运机器人。该型搬运机器人的循线采用的是一种七路灰度传感器,并通过设计的一种蓝牙模块将灰度信息发送到手机端,从而简化了循线时的调试,具有创新性。搬运机器人前端安装有颜色传感器用以区分不同种类的物料。电机控制部分设计了一个PID闭环控制系统,通过PWM脉冲宽度调节来控制电机的转速。然后,针对模拟场地提出了一种路径规划算法,并通过设计的搬运机器人进行了实验测试与分析,验证了该方法的准确性和有效性。     

基于视觉跟踪的机器人测量方法与实现

为了对自主研发的工业机器人进行校准从而提高其运动精度,提出一种采用双目视觉动态跟踪球面编号靶点的机器人标定方法,利用安装在机器人末端靶球上特征分布的编号标志点进行工作空间内任意位姿的测量,由最小二乘迭代准确辨识出机器人的几何结构参数对控制器进行补偿。利用MFC由开放式、模块化思想编制标定软件,设计视觉测量、数据处理、机器人控制等功能模块,最后通过测量实例和对比实验,验证其可靠性和准确性。实验表明,该软件测量得到的位姿数据具有较高的精度,扩大了传统视觉跟踪的视野范围;同时将识别得到的机器人模型实际几何参数进行反馈补偿,成功地将机器人绝对位置精度由3.785 mm提高到1.618 mm,姿态精度由0.235 提高到0.139。     

基于预测控制的非连续路段下移动机器人的轨迹跟踪

针对非连续路段下的轨迹跟踪问题,设计了基于观测型的预测控制器。首先建立了移动机器人的运动学模型,根据机器人的运动学模型得出了其位姿误差微分方程;然后在轨迹跟踪问题的基础上,设计了系统的观测模型,通过将预测控制器与系统的观测模型结合,设计了观测型预测控制器;最后再MATLAB环境下,利用本文所设计的控制器对移动机器人在非连续路段下的轨迹跟踪问题进行仿真,并将仿真结果与PID控制器控制的仿真结果进行对比,由仿真结果可以看出,本文所设计的控制器具有很好的鲁棒性、快速性及稳定性,可适用于移动机器人的轨迹跟踪的研究。     

基于原子干涉仪的微观粒子弱等效原理检验

等效原理是广义相对论的两个基本假设之一,也是爱因斯坦对弱等效原理的推广.目前,大量实验证明弱等效原理在一定的实验精度内是成立的.将引力与标准模型统一起来的新理论都要求弱等效原理破缺,因此更高精度的弱等效原理检验具有重要的科学意义.本文介绍了原子干涉仪的原理,回顾了利用原子干涉仪开展微观粒子弱等效原理检验实验研究的历史和现状,介绍了双组分原子干涉仪检验弱等效原理实验涉及的振动噪声抑制、拉曼光移频与相位噪声抑制、四波双衍射拉曼跃迁原子干涉、信号探测与数据处理等关键问题及研究进展,分析了高精度微观粒子弱等效原理检验研究的发展趋势,介绍了长基线原子干涉仪、空间原子干涉仪、超冷原子源以及纠缠原子源制备等方面的研究动态,展望了微观粒子弱等效原理检验研究的发展前景.     

A Soar-Based Space Exploration Algorithm for Mobile Robots

Space exploration is a hot topic in the application field of mobile robots. Proposed solutions have included the frontier exploration algorithm, heuristic algorithms, and deep reinforcement learning. However, these methods cannot solve space exploration in time in a dynamic environment. This paper models the space exploration problem of mobile robots based on the decision-making process of the cognitive architecture of Soar, and three space exploration heuristic algorithms (HAs) are further proposed based on the model to improve the exploration speed of the robot. Experiments are carried out based on the Easter environment, and the results show that HAs have improved the exploration speed of the Easter robot at least 2.04 times of the original algorithm in Easter, verifying the effectiveness of the proposed robot space exploration strategy and the corresponding HAs.     

模糊PID控制下移动机器人定位方法研究

机器人定位研究一直是机器人学研究的重点,但目前机器人定位方法都存在缺点,抗干扰能力差,不能做到准确定位,主要是由于环境等多方面因素的干扰,定位误差会逐渐加大。由于上述原因,提出了一种基于设定值加权模糊PID控制的移动机器人自定位方法。给出了定位过程的参数,为机器人移动建立模型,设计一种模糊 PID 控制器,根据误差及变化率大小,选择模糊定位或PID定位,实现移动机器人的智能定位,提高机器人定位准确的准确性。通过仿真实验结果证明：模糊PID控制的机器人自定位方法对移动机器人的定位过程有较好的改善作用,实用效果较好。     

基于遗传算法的变电站巡检机器人任务路径规划方法研究

近年来,随着变电站巡检机器人在变电站中的广泛使用,巡检机器人路径规划问题越来越成为亟待解决的问题。巡检机器人在已知的拓扑地图中标记了待执行巡检任务的停靠点,不同任务需要从初始点出发经过不同的一系列停靠点再返回初始点,如何规划路径是机器人面临的问题。首先分析了路径规划面临的问题,然后通过分析拓扑地图的特征,对地图进行等价简化,再对问题进行建模使用遗传算法求解巡检任务路径规划的近似最优解。通过仿真实验证明,提出的基于遗传算法的路径规划方法是可行有效的,为变电站巡检机器人任务路径规划提供了一种有效方法。     

复杂成分内混合体光散射等效性分析的判据选取

使用离散偶极子近似算法DDSCAT7.1与米散射理论算法MIEV0研究复杂成分混合体等效性时, 由于两者为不同的原理和实现算法, 考察DDSCAT7.1和MIEV0所计算出的相同光学量的相对偏差将非常必要。通过比较两种算法所计算出的球形散射型粒子海盐和吸收型粒子含碳气溶胶的光学量的相对偏差, 结果表明: 两种算法所计算的非散射角函数光学量的相对偏差较小; 在瑞利散射区, 散射相矩阵分量M1和S21的相对偏差较小, 而M2和D21只在一定的散射角范围内相对偏差较小; 在米散射区, M1、M2、S21在有限的散射角范围内相对偏差较小, 而D21的相对偏差则普遍较大。在光散射等效性判据选取时, 非散射角函数光学量适合用来研究内混合体的等效性, 而散射相函数则不太适合用来研究内混合体等效性, 除非综合考虑粒子尺度参数以及选择合适的散射角等因素。在光散射技术中对粒子谱分布和折射率相当敏感的D21, 比较难以用在以两种方法为基础的内混合体等效性研究中。     

Quantum equivalence principle without mass superselection

The standard argument for the validity of Einstein?s equivalence principle in a non-relativistic quantum context involves the application of a mass superselection rule. The objective of this work is to show that, contrary to widespread opinion, the compatibility between the equivalence principle and quantum mechanics does not depend on the introduction of such a restriction. For this purpose, we develop a formalism based on the extended Galileo group, which allows for a consistent handling of superpositions of different masses, and show that, within such scheme, mass superpositions behave as they should in order to obey the equivalence principle.     

移动机器人远程人机交互软件平台设计与实现

基于移动机器人代替人去危险场合执行探测和救援任务的应用背景,设计了一个人机交互的软件平台。采用UML对设计过程进行建模,基于组件对系统进行模块化设计;各组件并行运行,通过消息队列与消息响应的机制实现组件之间的并发式通信。软件平台基于LabVIEW的Actor框架实现,核心Actor组件基于状态机设计,协调其它组件之间的通信;设计了一个远程Actor代理,实现与基于ROS的远程机器人的本地控制系统通信,将人的指令传输给机器人并将机器人的传感信息传回给人机界面。实验系统部署在两台计算机上,一台运行基于LabVIEW的人机界面,一台运行基于ROS的P3AT控制仿真系统。实验表明,设计的软件平台各部分能够协同工作,人机交互自然顺畅,满足预期要求。