王绪全[1]2016年在《六自由度机械手臂及移动机器人控制系统研究》文中提出机械手臂不仅要与工作环境进行交互,还要保证精确的操纵目标物,这对机械手臂的设计和控制提出了挑战,但实际情况是大部分机械手臂不能自主移动,阻碍机械手臂向多功能方向发展,通过对移动机器人技术和六自由度机械手臂运动学的研究,本文中将两者合理的结合,充分发挥机械臂的抓取空间物体的能力,使机械手臂自主运行到所需的工作区域,提出了在自主移动机器人平台上装备模块化的六自由度机械手臂,使机器人具有自主移动和抓取功能的设计方案。首先,提出了机器人系统总体设计方案,并将其模块化。系统底层采用高配置的ATmega128微处理器作为机器人运动控制核心,并通过串口通信,配合六自由度机械手臂舵机控制板QS16E,完成对机械手臂的控制。同时在四轮移动机器人车体上安装红外线模块,超声波测距模块,霍尔传感器测速模块,达到感知周边环境以及反馈小车运行速度的要求,单片机系统通过无线通信,完成抓取任务的发送和解析。其次,建立了四轮车的运动学坐标系,并对其正逆向运动学进行分析,重点是对六自由度机械手臂的数学模型的建立以及分析,通过经典的D-H法推导出机械手臂的运动学方程,完成六自由度机械手臂的正逆运动学分析,在此数学模型的基础上,分别对机械手臂进行了关节坐标空间和直角坐标空间的轨迹规划与仿真,为机械臂的抓取动作的实现打下基础。最后,搭建了移动机器人系统的开发环境,完成系统的程序设计,实现对机械手臂控制功能,进行了移动机器人的自主行走实验,以及机械手臂抓取物体实验,测试结果表明该设计在实验室环境下可正常工作,达到了预期设计要求。
常微微[2]2013年在《上肢外骨骼康复机器人控制系统研究》文中研究表明进入21世纪以来，社会不断的发展、人们的物质生活有了较大的提高，人类疾病问题也不断增加。偏瘫患者大多由脑卒中疾病引起，且呈上升趋势，偏瘫患者生活不能自理直接给家庭和社会带来了沉重的压力。人们对生活质量要求的提高，对健康生活的重视使得一些康复医疗器械不断的涌现。在目前，将机器人技术与康复医学工程的结合是国内外研究的热点。在一些康复医疗医院，患者进行康复训练主要依靠一些简单器械，并且需要专业的医师指导，不能满足智能化的需要。本课题在深入研究人体上肢运动机理和康复医疗理论的基础上，结合外骨骼式机器人技术，设计了一种上肢外骨骼康复机器人。结合当前国内外对康复机器人的研究发展现状，结合机电控制理论。以能够较好的完成偏瘫患者上肢康复训练为目的，对其控制系统进行研究。本文的研究任务主要有：介绍了具有五自由度的上肢外骨骼康复机器人系统的总体方案。确定机器人的整体结构，选择电气控制的驱动方式，选用步进电机作为驱动电机。对比各种控制方案采用上、下位机两级控制方案。建立上肢外骨骼机构的运动学方程，并根据D-H方法求出运动学方程的正、逆解，构造雅克比矩阵。利用MATLAB软件和Solidworks软件相关联，建立机构的SimMechanics模型，并对其进行仿真分析，与计算得出的结果进行比较，验证运动学模型的可行性。并对机器人的工作空间进行分析，为机器人的控制奠定基础。对上肢外骨骼康复机器人的机械臂末端执行器进行轨迹规划，包括单关节训练轨迹和进食复合运动训练轨迹。采用多项式插值的方法对进食运动做了详细的分析，同时验证了此轨迹的可行性。为扩展康复机器人的动作轨迹奠定基础，也为上位机的开发提供了重要的理论依据。建立基于LabVIEW的上肢外骨骼康复机器人控制系统。主要设计了基于LabVIEW的上下位机通讯系统，友好的人机交互界面和下位机多机通讯程序。
祝建礼[3]2007年在《多自由度检测机器人控制系统开发与位姿误差补偿》文中研究指明超声无损检测技术在产品质量控制中有着举足轻重的作用，尤其是对具有复杂形面的曲面工件，提高检测的精度、效率和自动化程度，是超声检测研究的热点和重点问题。论文以“航空螺旋桨水浸超声自动检测系统”研发为背景课题，开发了基于PC和PMAC双CPU伺服控制系统为核心的机器人检测系统，结合相应的误差补偿和控制策略实现了超声检测的高精度自动化。系统利用增量式编码器实现全闭环位置控制和利用PAMC卡自带软件实现PID参数优化调节控制，并把自适应PID参数调整应用到系统中，实现伺服系统的精确控制；通过分析检测系统机械运动特性，利用摄动误差补偿法对机器人系统进行误差补偿，消除由于机械装配、加工等因素产生的误差对探头位姿的影响，提高整套检测系统的位置控制精度。第一章为绪论。本章首先介绍了论文的课题背景和研究意义，着重介绍了国内外对高精度超声检测机器人系统及误差补偿的研究情况；最后介绍了论文的主要研究内容和各个章节组织情况。第二章为检测机器人总体结构介绍。本章主要完成了对检测机器人机械结构介绍和机器人的动力驱动及机器人控制系统控制模式的选择。第叁章为超声检测机器人控制系统开发。本章重点介绍了超声检测机器人数控系统的开发和研究，分析了系统软硬件的设计及其实现；对超声检测机器人系统的硬件结构和主要部件进行了说明，简单介绍了检测系统的软件子模块；最后介绍PMAC控制器的PID控制原理，重点分析PID参数的调节方法及优化，同时针对系统的需要应用了PID参数的自适应调整方法。第四章为超声检测机器人系统的运动学建模分析。首先介绍了机器人运动学建模的一般方法；然后以超声检测机器人为研究对象，分析机器人的结构原理，建立起运动学模型，根据实际空间区域及项目要求推导出运动学正解及逆解，为后章的机器人误差补偿提供理论依据。第五章为超声检测机器人系统位姿误差分析与补偿。本章首先分析了检测机器人误差来源，对由多种静态因素引起的机器人综合位姿误差补偿作了分析。应用摄动误差补偿法，即给机器人各连杆预加一个附加变量运动，使末端执行器相应做出微小的附加运动来抵消或减小机器人末端的实际运动误差，达到理想的定位精度。最后利用实验数据验证误差补偿方法的实用性和可行性。第六章为总结与展望。对全文工作进行了总体概括，总结了论文的不足之处，并对将来进一步工作做出展望。
马健[4]2016年在《高动态性能平面关节机器人关键技术研究》文中研究说明近年来,随着汽车、钢铁、建造行业的快速发展,生产效率成了这些行业发展的关键,工业机器人以其高速度、高精度、持续劳动时间长等特点发挥着巨大作用。随着装机数量的快速增长,本体设计与传动技术等关键技术起着不可忽视的作用。本文在考虑本体设计及传动技术的前提下,针对产品的分拣,小型零部件的搬运以及装配工作,设计了一种SCARA工业机器人。SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)具有四个自由度,由于其在选择方向上具有柔顺性,在水平运动方向上柔性好,在垂直运动方向上刚度高,被广泛应用于装配作业。论文的主要工作如下：第一,针对课题所选类型的机械臂进行了调研,结合国内外的研究现状和发展趋势,讨论本文研究的内容及意义。第二,根据SCARA机器人的应用特点,结合客户实际需求,采用模块化的设计理念完成它的本体设计,针对作业需求确定传动方案的比较与选择、关键零部件的初选与验证、大小臂及手腕部分的结构设计,这种模块化的设计方法可应用于其它型机器人。第叁,运用D-H参数法对所设计的SCARA机器人进行运动系统建模,通过变换方程实现运动学正解,同时结合代数法和几何法实现运动学逆解。针对运动过程中可能存在的奇异性问题,利用雅克比矩阵,计算奇异点位置,为机器人运动轨迹规划和力矩分析计算,奠定必要基础。第四,分析几种常用的动力学建模方法,选用Lagrange法建立SCARA机器人的动力学显式方程,用最简单的形式分析4自由度的机器人动力系统。由于4自由度机器人系统是非线性和高度藕合的,因此动力学方程往往非常复杂,比较Lagrange法建立的动力学方程中的各项,从而确定它们对于总力矩或动力的影响程度,适当地去除非重要项,得到动力学系统简化形式,便于进一步分析。第五,根据客户需求,结合实际,运用叁维制图软件建立模型,运用ADAMS仿真软件实现本课题SCARA机器人的运动学仿真,得出各关节性能指标的运动曲线,关键部件的验证与校核,整机频率分析；运用MATLAB实现本课题SCARA机器人的五次多项式插值的轨迹规划方面的一系列叁维仿真,证实系统的实用性和可开发性。第六,以重复定位精度、定位准确度、轨迹精度及其重复性、末端速度等作为参数,在不影响作业需求的前提下,提出相应的改进措施,以用来提高SCARA机器人的精度。针对精度改进措施,进行样机试验,验证其准确性。第七,总结本文工作,并提出不足和展望。本文通过对SCARA机器人的结构设计,以提高工作效率、机器人精度为目标,选取机械臂的四个参数,针对性的进行机构尺寸改进,设计并完成了本体样机,进行实验验证,给定相同的实验条件,通过比较改进前后的关节力矩证实了经过机构尺寸改进后机器人的动力学性能得到了显着的提高。
王才东[5]2008年在《六自由度教学机器人控制系统设计及实验研究》文中研究指明近些年来,机器人技术发展十分迅速,机器人在工业、农业、服务、医疗、军事等领域获得了广泛应用。随着国民经济的快速发展,我国需要大量的机器人技术方面的人才,培养机器人的设计、开发、生产、维护等方面的人才显得十分重要。本文旨在设计六自由度教学机器人控制系统,并对教学机器人性能进行实验研究。论文首先介绍了机器人的国内外发展概况,并着重阐述了国内外教学机器人的研究和发展情况。针对教学机器人的特点,对教学机器人控制系统总体方案进行设计,采用分布式控制系统,上位机采用通用PC机,下位机采用单片机AT89C52,上位机和下位机的通讯采用CAN总线。设计了由以专用运动控制芯片LM629为核心的运动控制模块、以功率驱动芯片LMD18200为核心的驱动模块、以CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器82C250为核心的通讯模块构成的硬件电路,设计的硬件电路能实现机器人高精度位置控制。设计了基于Visual C++6.0的上位机软件和基于C语言的下位机软件。针对CAN总线通讯系统的特点,制定了通讯系统协议,完成了通讯系统软件的设计。控制系统软件实现了对教学机器人单关节控制、多关节联动控制和示教再现控制。建立了教学机器人实验系统,进行数据通信实验,关节运动特性实验和示教再现实验,并对实验结果进行分析研究。结果显示,本教学机器人运动平稳,设计的机器人控制系统控制精度高,并具有良好的示教功能,可满足教学机器人教学实验要求。
赵庆波[6]2008年在《果树采摘机器人控制与避障技术研究》文中研究说明果园收获作业机械化、自动化是广大果农们关注的热点问题,开展果树采摘机器人研究,不仅对于适应市场需求、降低劳动强度、提高经济效率有着一定的现实意义,而且对于跟踪世界农业新技术、促进我国农业科技进步,加速农业现代化进程有着重大的历史意义。果树采摘机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统,它是由机械手固定在履带式移动平台上构成的一类特殊的移动机器人系统。本文在国家“863”高技术项目“果树采摘机器人关键技术研究”支持下,以自行设计的机器人机械结构为研究对象,对果树采摘机器人的控制系统进行了分析、研究和设计,设计了视觉伺服控制器,并对采摘机器人避障技术进行了探讨。主要工作如下:首先,分析了果树采摘机器人机械结构,介绍了机器人运动学理论,根据自行设计的5自由度机械臂机械特性,采用几何结构算法,建立了果树采摘机器人机械臂的正、逆运动学方程。其次,基于开放、先进和可靠的考虑,采用开放式结构设计机器人的控制系统。在开放式控制系统设计中,主要对果树采摘机器人硬件组成部分主控计算机、运动控制器、数据采集卡等进行了选型设计。在分析果树采摘机器人工作环境和工作特性的基础上,设计了果树采摘机器人的外围传感器。再次,根据果树采摘机器人机械结构和控制系统结构组成,设计了PID控制器,应用于机器人视觉伺服控制,实现果树采摘机器人的实时控制。在详细论述关节式机器人避障方法的基础上,对果树采摘机器人避障方法进行了初步的探讨,提出了采用C-空间法实现采摘机器人实时避障。最后,建立了传感器实验平台,通过实验验证了所设计传感器的正确性。利用固高PAN&TILT两维数控转台和实地拍摄的苹果图像,对所提出的控制方法通过转台控制实验进行了验证。
赵庆亮[7]2003年在《五自由度关节式机器人控制系统的研究》文中认为机器人技术是近30年来迅速发展起来的一门新兴技术，它代表了机电一体化的最高成就。本论文结合理论与实践，对五自由度关节式机器人的控制系统进行了研究。 机器人采用了关节式类人结构，在机构上使用了谐波减速器和蜗轮蜗杆等装置使机器人的结构更加精巧。机器人的各个关节由步进电机作为驱动源。 对机器人进行了运动学分析，包括运动学的正分析和逆分析，对机器人的工作空间也进行了分析。 设计了机器人的PC机控制软件、上位机控制系统和下位机控制系统，PC机控制软件采用VB 6.0编制。上位机控制系统主要由AT89C51单片机组成。下位机控制系统由AT89C2051单片机、步进电机驱动器等组成。设计了上、下位机控制系统的软件。 进行了实验，实验结果表明所研制的机器人控制系统达到了设计要求。
黄绍平[8]2011年在《五自由度切割机器人轨迹规划与控制研究》文中研究表明随着我国制造业市场快速多变、产品升级需要,开发具有高生产适用性和能快速试制出样品的自动化装备成为自动化加工行业的焦点。作为自动化行业的典型产品,工业机器人以动作灵活、结构紧凑、通用性强等优点被广泛渗透到自动化生产中的每一个角落,如切割,焊接,装配,喷涂,包装等。本文以船舶制造、海洋工程的快速发展,钢结构切割量急剧增加为背景,研制一台五自由度切割机器人,包括机器人机械本体设计、控制系统搭建、运动学和轨迹规划算法研究,以求机器人能根据工艺要求实现各种板型材、管材、非圆曲面、带坡口相贯曲面等工件的切割。首先介绍了五自由度切割机器人结构,运用修改的D-H方法建立机器人运动学模型,采用反变换法求解运动学逆解。针对逆解中的多解问题,采用柔性准则进行选解,举例计算表明,通过柔顺准则得到的优化关节角曲线平缓,没有角度突变且总的运动角度要小。为了观察机器人的运动,建立了基于Matlab与RecurDyn的联合仿真系统;然后分析了参数曲线切割姿态和切割速度的工艺要求,利用Frenet坐标系描述各种切割姿态,Frenet坐标系随曲线位置点的变化而变化,是“活动”的坐标系,对于描述各点的局部曲线特性十分方便。对于恒速率与可变速率的切割要求,提出了基于泰勒展开的速度控制轨迹规划与插补算法。最后通过跟踪相贯曲线进行了仿真验证,结果表明:机器人在跟踪曲线时能准确保持预期的位姿,跟踪精度与机器人末端速度都能满足预期要求;最后搭建了基于PC与PMAC运动控制卡为核心的机器人硬件控制平台,采用位置和速度双闭环控制结构,实现对机器人各关节的伺服控制;以Visual C++6.0和Windows操作系统作为软件平台,开发了具有示教再现控制和自动编程功能的上位机控制软件。通过五自由度机器人联机调试表明,运动学算法、轨迹规划算法正确;上位机能准确地控制机器人按要求跟踪各种参数曲线,速度波动与轨迹误差满足要求。
李强[9]2010年在《基于ADT的工业机器人控制试验平台研究》文中认为随着工业自动化水平的提高,工业机器人已成为工业生产体系中一个标准部件,但传统工业机器人控制系统的封闭性,逐渐不能满足工业化生产对综合化设备的要求,引入了成熟计算机技术的开放式控制系统具有良好的开放性,目前正渐渐成为工业机器人控制系统的发展趋势。本文对国内外开放式机器人控制系统研究现状分析后,确定了基于PC与ADT856控制卡的工业机器人控制系统架构,对设计中的关键问题进行研究。在开放式控制系统研究中,首先完成运动学运算求解,进而研究机器人轨迹规划问题,解决了关节空间轨迹规划、直角坐标空间下的直线和圆弧路径规划,并以此为基础设计MOVJ、MOVC和MOVL叁种运动方式。研究DXF文件组成结构后,提出一种基于AutoCAD软件的离线编程法,借助对作业路径曲线和路径点的几何信息提取,规划为可执行文件。采用伺服电机作为关节驱动,确定电机控制脉冲与关节转角之间的转换关系,分析了关节运动过程与运动控制卡库提供的函数,设定了机器人关节驱动控制策略,对库函数进行二次开发,实现机器人的点动与连续控制。以面向对象的方法将控制系统进行抽象化分类,构成独立的功能模块,使用Visual C++平台实现各功能模块,最终开发了简便的操作主程序,实现工业机器人的示教和离线编程方式控制。在ADAMS中,导入两种控制方式下生成的关节转角和转速数据,仿真机器人的运动过程,使用ADAMS/Solver绘制关节转角、转速曲线和末端工具实际作业路径,验证了机器人控制系统的稳定性与精确度。
闫志超[10]2007年在《开放式教学机器人控制系统研究》文中认为串联型关节式机器人已广泛应用于工业自动化领域，但绝大部分机器人系统并不具备开放性。本文旨在设计一套基于PC平台、有较强开放性和通用性、六自由度微型串联型关节式机器人，以满足该学科教学需要，并且为实验室对机器人技术的继续深入研究提供平台。论文首先介绍了工业机器人的国内外的发展概况，阐述了国内教学用机器人的研究和发展情况。结合本课题的实际要求，确定机器人的方案及研究内容。设计了一种减速机构内置式的机器人关节结构，以实现机器人的外形美观、关节体积小、机械精度高等要求；应用有限元软件对机械系统中关键部件进行结构静力分析及模态分析，验证了其设计的可靠、合理。在此基础上，应用齐次坐标变换的方法对机器人的正、逆运动学进行了分析，为机器人控制和轨迹规划奠定了基础。通过对机器人控制系统结构的深入研究，并基于开放式的设计理念，确定其整体控制方案，系统采用二级分布式控制结构。以专用运动控制芯片LM629为核心，设计了一套硬件简洁、且能实现高精度位置控制的机器人单关节控制系统，实验表明其对关节控制效果理想。最后，为满足系统上位机与各关节之间通讯的高可靠性和实时性的要求，本文对基于CAN总线标准的通讯系统做了深入研究，结合机器人系统的特点，完成CAN节点接口的硬件和软件设计。
参考文献：
[1]. 六自由度机械手臂及移动机器人控制系统研究[D]. 王绪全. 燕山大学. 2016
[2]. 上肢外骨骼康复机器人控制系统研究[D]. 常微微. 河北工业大学. 2013
[3]. 多自由度检测机器人控制系统开发与位姿误差补偿[D]. 祝建礼. 浙江大学. 2007
[4]. 高动态性能平面关节机器人关键技术研究[D]. 马健. 安徽工程大学. 2016
[5]. 六自由度教学机器人控制系统设计及实验研究[D]. 王才东. 哈尔滨工程大学. 2008
[6]. 果树采摘机器人控制与避障技术研究[D]. 赵庆波. 江苏大学. 2008
[7]. 五自由度关节式机器人控制系统的研究[D]. 赵庆亮. 哈尔滨工程大学. 2003
[8]. 五自由度切割机器人轨迹规划与控制研究[D]. 黄绍平. 哈尔滨工业大学. 2011
[9]. 基于ADT的工业机器人控制试验平台研究[D]. 李强. 南京林业大学. 2010
[10]. 开放式教学机器人控制系统研究[D]. 闫志超. 哈尔滨工程大学. 2007
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