为了使机器人的工作适应人的特性,必须建立机器人的控制系统。作为在双臂机器人系统中的广泛应用的重要问题之一,阻抗控制重要的受限条件是缺乏一个广泛接受的框架来综合阻抗控制参数,以确保稳定的接触过渡和相互作用过程,并确保期望的接触性能。以此为出发点,这里提出一种新设计、规划和编程框架为双臂人形机器人的阻抗一致性控制提供高效和灵活的算法和工具,促进未来双臂机器人在复杂装配任务中的应用。通过对新型工位机器人双臂系统的初步测试,验证了该框架的适用性和可行性。

针对典型检修任务和作业灵活性的需求,设计了一套移动式双臂协同检修机器人平台。文中对机器人的系统组成、机械臂构型和关节设计、总控平台控制功能设计进行了介绍,同时针对机械臂的耐辐照需求,对机械臂关节进行了器件筛选、辐照测试和抗辐射加固设计。基于轨迹规划和运动学建模,通过虚拟环境的动力学仿真分析了机械臂在运动过程中对于整个机器人系统稳定性的影响。最后,对双摆臂式履带移动平台进行了越障规划,并通过障碍物越障的实验测试验证了双摆臂式履带机器人的越障能力。

在核电站等具有强核辐射的高危环境中,遥控机器人拆除核退役设施具有非常重要的意义。在自行研制的核退役设施拆除机器人基础上,文中设计并实现了遥操作主端,为操作者提供手柄控制、编程控制和示教控制等多种控制方式。由于操作者与机器人在空间上是隔绝的,操作者无法实时观察机器人空间构型。为了避免机器人遥操作过程中的自碰撞问题,设计了机器人虚拟仿真软件。通过导入机器人几何模型,增加碰撞检测功能,为操作者实时反馈现场机器人作业时的构型,提升机器人作业操作的安全性。

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明:在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合...

针对关节一体化双臂机器人手臂高速运动下稳定抓取和电机控制问题,文章研究了其动力学建模与伺服系统控制算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响;简化后的动力学方程更利于实现,有效加快计算速度。其次针对简化后的模型参数采用最小二乘法辨识,最后通过仿真和系统实验,验证动力学计算结果的正确性。再次由机器人动力学和电机动力学建立关节转矩模型进行关节转矩力控制;最后讨论了交流永磁同步电机的建模和控制问题。经过验证简化后的模型一方面等效于直流电机便于设计控制器,另一方面可用于机器人关节转矩控制。

在对机器人进行位形优化和轨迹规划时,往往需要考虑机器人的各向同性,而经典的条件数指标不能表示成关节转角的解析式,这限制了其在轨迹规划上的应用。为了改善双臂机器人协调操作物体在运动过程中的各向同性,提出了双臂机器人各向同性指标,该指标在功能上类似于条件数,但可以解析表达,所以基于该指标的轨迹可使双臂机器人在运动过程中具有较好的各向同性。经过对该指标的表达式分析和轨迹规划仿真实验研究,结果表明该指标还具有使机器人远离奇异位形并适当增加任务方向的可操作度值的功能。

为了提高双臂机器人运动轨迹追踪精度,降低运动过程中的抖动幅度,引入混合粒子群算法优化双臂机器人模糊逻辑控制,并对误差和力矩进行仿真。创建双臂机器人平面运动模型简图,建立机械臂运动方程式。分析了模糊逻辑控制规则,引用模糊逻辑控制不同成本函数定义机械臂运动轨迹的平方误差均值、误差的绝对值及控制力参考误差,采用遗传算法耦合粒子群算法优化模糊逻辑控制的成本函数。通过MATLAB对优化模糊逻辑控制的双臂机器人运动轨迹控制力矩进行仿真,并且与模糊逻辑控制仿真结果形成对比。仿真结果显示受外界环境干扰时,双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,不仅运动轨迹追踪误差较小,而且输入力矩值也较小。双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,能够提高机器人运动轨迹追踪精度和降...

为了能够在不修改工业机器人控制器的逆解算法的前提下对双机械臂系统进行位姿优化,同时要求以双臂各向同性指标为强化目标,设计出基于扩展任务的双臂姿态优化方法。首先对双臂机器人的协作任务进行了运动学分析与建模,然后基于最近被提出的一种新型的通用冗余机械臂位姿优化方法对双臂位姿优化进行数学描述,并表明了优化指标-双臂各向同性指标的几何和物理意义。再利用蒙特卡洛采样方法和非线性回归拟合出了主机械臂在操作空间的位姿与协作任务的位姿之间的数学关系,即扩展任务的数学模型。最后在ABB Robot Studio机器人仿真软件中对双臂系统进行主从协作运动任务的仿真,结果表明：利用扩展任务的优化方法可以实现以各向同性指标强化为目标的双臂系统的位姿优化,可以使两只机械臂都远离肘关节奇点和肩关节奇点,并且表明本质上还...

针对冗余自由度双臂机器人避碰的运动学规划问题,提出了一种基于冗余特性的避碰算法。在冗余度机器人运动学逆解的基础上,引入了两个转换变量,可以根据实时得到的两臂之间最小距离的变化,实现机器人末端的轨迹跟踪运动和避碰运动之间的主从任务优先级转换。该方法可以用来防止由于机器人末端偏离期望轨迹而引发的碰撞问题,在实现双臂避碰的同时,两臂末端可以准确地到达目标位置。最后,通过对一个三自由度平面双臂机器人的仿真实验,对提出的冗余自由度双臂机器人避碰算法的正确性进行了验证,结果显示该算法简单有效,且关节运动连续、平稳。

以双臂机器人为研究对象,进行工作空间分析。首先,使用D-H法对双臂机器人建立连杆坐标系并求解正运动学方程;然后,基于蒙特卡罗法求解了三维工作空间,沿Z轴方向分层;其次,按角度划分法和极值理论提取了工作空间边界点;最后,采用最小二乘法对边界点进行了曲线拟合。结果表明,使用MATLAB仿真,工作空间边界点提取效果较好,拟合曲线误差较小,双臂协作空间较大,为进一步的动力学分析、轨迹规划和运动控制提供了参考。