遥操作工程机器人p-f力反馈控制方法

结合液压主、从遥操作工程机器人的特殊性,在分析已有控制方法的基础上,应用阀控液压马达和力传感器构成新型液压力伺服控制器,形成p-f结构主动力反馈双向伺服控制系统.代替以位置误差、位置误差的变化率或其组合形成的p-p型被动力反馈控制结构,在工程机器人双向伺服控制系统中应用主动力反馈结构.在空载和弹簧负载情况下,分别进行了力、位置跟随性能实验,实验结果表明.p-f型力反馈控制方法既能保证从手对主手的位置跟随精度,又能使主手准确连续地跟随从手受力情况,改进了遥操作工程机器人力反馈的性能.提高了力反馈透明度.     

基于立体视觉的遥操作工程机器人自主作业系统

建立了基于立体视觉技术的遥操作工程机器人自主作业控制系统.采用立体视觉技术实现对目标物体的形状自动识别与空间定位,进行了遥操作工程机器人运动学方程求解、运动轨迹规划与控制的研究.针对液压伺服控制系统具有非线性、参数不确定的特点,设计了模糊控制器.最后,在遥操作工程机器人实验台上进行了自主作业控制实验.实验结果表明,所构建的基于立体视觉技术的工程机器人自主作业控制系统,能够完成初步的自主作业任务,且作业过程比较流畅.     

面向柔软物体抓取的遥操作工程机器人位置反力控制

为改善工程机器人系统的操作性,并提高在抓取和搬运柔软物体过程中的安全性,对主从遥操作系统的控制进行了研究,提出了位置速度/位置反力混合控制的方法。工程机器人在自由移动时,采用位置速度控制,工程机器人与环境间产生反馈力时,切换到位置反力控制。利用反馈力作为反馈信号,实现对力的间接控制。设计并开展了抓取与搬运柔软物体的实验,并对抓取和搬运过程中的物体最大变形量以及活塞杆平均位移进行了统计分析及配对t检测。结果表明:相比传统的位置速度控制方法,位置反力控制方法能够改善主从遥操作系统的操作性,确保在抓取和搬运过程中柔软物体的安全性。     

遥操作机器人存在时延的位置控制研究

以电液伺服遥操作主从机器人为控制对象 ,在系统存在时延的条件下 ,实现机器人从动机械手位置和姿态行程跟随主手操纵柄位置的控制。通过建立电液比例阀控制不对称液压缸的数学模型 ,分析了 Smith数字控制器的原理和实现方法 ,并与传统的控制方法进行了对比研究。针对不同时延进行了仿真试验 ,仿真结果表明 ,该方法对电液伺服遥操作机器人的位置控制具有良好的效果和较强的鲁棒性 ,证明了方法的有效性     

基于立体视觉的遥操作机器人力感示教控制策略

为提高遥操作机器人的安全性和操作性能,利用人类对力觉信息更敏感的特点和视觉特有的“预测与导引”功能,将视觉对现场环境的认知结果以虚拟力(包括作业对象引力、障碍物斥力)的方式同操作者的操纵力信号融合,提出遥操作机器人的力感示教控制策略.力感示教控制策略将机器智能与人类高级决策的优点相结合,可有效提高遥操作机器人的作业效率与局部自主,降低对操作者熟练程度的要求,以及避免大时延系统中由图像时滞导致的机器人操控盲目性.对该控制系统的体系结构、作业环境空间信息的提取、控制方法等进行了阐述,并通过实验验证了控制方法在提高遥操作机器人作业效率和安全性等方面的优越性.     

基于临场感增强的果园机器人遥操作可视化系统研究

针对果园作业机器人使用单目相机进行遥操作时,仅用二维视频获取环境信息缺乏临场感的问题,设计了一套基于临场感增强的果园环境信息可视化系统,用于果园机器人遥操作。系统由计算服务器、云服务器、网络摄像头、激光雷达、嵌入式开发平台等组成。计算服务器采用T7920工作站,并在其上部署Tensorflow计算框架和Open3D点云算法库,计算服务器在接收到云服务器转发来的环境图像和点云数据后,分别对图像进行导航信息增强,对点云进行曲面重建;嵌入式开发平台可以收集来自于网络摄像头和激光雷达的原始数据,并上传至云服务器;在云服务器部署了以ZeroMQ为基础的消息中转程序和HTML5后台服务,提供跨互联网的消息通信服务和可移动的遥操作环境信息可视化服务。测试结果表明,部署在计算服务器的导航信息提取模型平均提取导航线时间86 ms,提取导航线平均精度16°,均优于对比模型结果。点云重建算法可以有效建立场景轮廓,平均精度4.9 cm,平均重建时间24 ms。压缩图像传输及增强处理时延不超过230 ms,点云的传输时延不超过400 ms。各项参数可以满足遥操作机器人进行果园作业的基本要求,相比仅有单目相机的遥...     

采摘机器人机械手虚拟现实和仿真技术研究

为了提高采摘机器人机械手群体作业的效率和精度,基于蚁群算法,将机器人虚拟仿真平台引入到了采摘机器人机械手的设计上,并利用C语言流程图编程,对采摘机械手、待采摘果实等进行了建模,在虚拟现实环境中对机械手的作业情况进行了仿真模拟。通过模拟结果对采用蚁群算法和不采用蚁群算法时机器人机械手的作业效率和采摘定位精度进行了对比,结果表明:采用蚁群算法可以明显提高机器人机械手的作业精度和作业效率。     

VR技术在采摘机器人仿真系统中的应用研究

采用VR虚拟现实技术,利用Novint Falcon控制器,以采摘机器人为研究对象,建立和搭建了采摘机器人的运动学模型和仿真平台,实现了采摘机器人的虚拟操作。仿真结果表明:采摘机械手精确地执行了圆形轨迹的运动模拟,实现了逆向运动学计算与仿真,为研究采摘机器人正、逆运动学提供了一定的理论参考。     

电液手控器型遥操作机器人力反馈控制策略

针对现有电动力反馈操纵装置存在刚度小、力效果不明显的问题,设计了电液伺服力反馈手控器。该手控器在水平方向上具有X、Y两个旋转自由度,每个自由度采用单独的伺服阀控液压马达驱动,空间运动互不干涉。综合传统的力反射伺服型和并列型双向伺服控制算法的优点,提出力/位置偏差复合型主从双向控制策略。以液压手控器为主手,四自由度工程机器人为从手,进行主从遥操作力反馈双向伺服试验研究。验证了力/位置偏差复合型控制算法能有效提高系统响应的快速性和稳定性。     

采摘机器人作业行为虚拟仿真与样机试验

为开展采摘机器人智能防碰损作业行为及规划算法的仿真试验与验证,设计了一种基于虚拟现实的采摘机器人仿真试验系统。以葡萄采摘机器人为对象,先构建虚拟现实环境下采摘机器人及其作业场景模型,用于模拟设施果园试验环境;然后对虚拟采摘机器人进行运动学建模,运用D-H参数法解算机械臂运动学正解和逆解;再依据葡萄串形状等特性设计一种夹-托-剪式的采摘机器人末端执行器及其采摘过程控制模型;建立机械臂末端连杆与执行器之间的空间位姿变换关系,并对机械臂运动进行轨迹规划;设计并定义仿真系统各模块间的数据接口,最终基于虚拟现实平台EON开发出采摘机器人虚拟仿真系统。基于该系统进行18次葡萄防碰损采摘路径规划及夹剪行为试验,成功率达88.89%;将相关算法移植到物理样机进行43次室内试验,成功率为86.05%。结果表明,开发的仿真系统可为采摘机器人智能行为算法的测试及改进提供虚拟试验平台。     

基于桌面虚拟现实系统车辆运动仿真的立体视觉实现

设计了一套桌面虚拟现实系统，在该系统下实现了立体视觉，并给出了车辆运动仿真的一个实例。虚拟现实技术为车辆运动仿真提供了一种新的方法。     

仿蝗虫机器人运动形态的三维动态仿真

研究了黄胫小车蝗的形态结构,采用高速摄影技术对黄胫小车蝗的跳跃特征进行了分析,得到了黄胫小车蝗的跳跃特征参数。利用虚拟样机技术,建立了仿蝗虫机器人的虚拟样机模型,通过三维动态仿真,分析了跳跃运动状态下位移、速度、加速度、作用力和力矩的变化,讨论了仿蝗虫机器人的跳跃特性,获得了仿蝗虫机器人虚拟样机模型的最优结构参数。     

基于虚拟样机技术的联合收获机切割机构的仿真

对联合收获机的割刀进行了运动分析,在理论分析的基础上利用ADAMS软件建立了联合收获机切割机构的模型,对割刀的运动进行了仿真.仿真分析表明,割刀的位移、速度和加速度均为简谐运动,在行程的中点,割刀的速度最大,加速度最小,割刀的速度与位移之间呈椭圆曲线变化,加速度与位移之间是线性关系.仿真结果与理论分析相一致,符合设计要求,同时也为确定合理的割刀运动参数打下了基础.     

基于蓝牙的果园机器人遥控系统研究

随着科技发展以及高新技术的不断涌现,农业机器人已逐步进入实际应用阶段。为了进一步提高农业机器人的可操作性,降低劳动强度,以果园机器人为研究对象,利用蓝牙技术传播距离远、受外界干扰小等优点,结合单片机技术设计并实现了对果园机器人运动的无线遥控。     

水果采摘机器人通用夹持机构设计

为提高采摘机器人的实用性和利用率,提出了一种通用型夹持机构,并构建了虚拟样机。为使机械夹持不损伤水果,研究了水果受力对夹持构型的影响,以柑橘为例进行变形、应力分析,为机构提出设计依据,进而对结构进行优化,确定了机构外壳及杆件的合理参数和对果实损伤最小的夹持量,单类型水果夹持量为直径方向小于2mm。     

喷雾机器人远程控制系统的设计与试验研究

结合喷雾机器人作业环境的要求,开发出基于客户端/服务器模式的远程控制平台.该平台实现了通过无线网络实时传输各类数据和控制命令,客户端再现了机器人的工作环境和状态.在此基础上进行了系统性能测试和轨迹测试.试验结果表明:为了保证良好的操控性,机器人所处区域信号强度必须大于30%,操作者根据反馈信息判断机器人是否偏离预定路径,并在偏离时给予有效的纠正,为解决喷雾机器人重喷、漏喷的问题提供了一种方法.     

基于ADAMS的拖拉机参数化实用模型的初步研究

提出研究拖拉机虚拟样机模型的重要性。通过应用ADAMS软件,建立拖拉机整车的虚拟样机模型,介绍前后桥系统、转向系统、车身和传动系统模型的创建过程,仿真分析给出了拖拉机行驶速度、运动轨迹和转弯半径的变化曲线,为拖拉机设计和性能分析提供了研究平台。     

小型甘蔗联合收获机虚拟样机的仿真

采用计算机可视化虚拟设计方法，对小型甘蔗联合收获机虚拟样机的关键部件进行了装配仿真和运动仿真研究。阐明了基于I－DEAS软件虚拟样机仿真的设计思路及其关键技术，求解出各运动部件的运动参数进行了动态干涉检查，得到最适合实际情况的设计参数。该方法可降低设计成本，缩短产品开发周期。     

基于SingalR和Web的采摘机器人远程编队控制研究

多移动机器人协调是当前机器人技术的一个重要发展方向,但是在农业上的应用并不多。为了提高采摘机器人的智能化程度及作业效率,实现多机器人的协同实时控制,提出了一种基于Web的多机器人远程编队控制系统。针对当前Web实时应用程序技术的不足,构建了一种基于SingalR的Web实时应用程序框架,该框架可以实现逻辑和动态的执行任务,并将实时更新的数据定时地发送到所有连接的客户端。结合多智能体网络对采摘机器人的编队控制进行了研究,根据具体的多机器人系统,进行了实验测试,得到了多机器人编队控制的规划路径,计算了多机器人控制的残差精度,最后对多采摘机器人的工作效率进行了测试,验证了基于SingalR的Web实时应用程序框架在多采摘机器人编队控制中使用的可行性。     

基于虚拟样机技术的牧草高密度压捆过程分析

针对直接利用高密度压捆机对牧草高密度压缩过程进行研究时,传统的试验研究和理论分析方法存在的问题,对牧草的高密度压捆过程进行了计算机分析与仿真研究。引入了虚拟样机技术,使用ADAMS软件对牧草的高密度压捆过程进行分析,建立压缩过程中牧草的ADAMS模型,并对ADAMS的建模方式、模型结构进行了验证。通过分析获得模拟弹簧的刚性系数k随时间的变化规律,进而对牧草压缩工况进行优化分析。