移动机械手结构设计

移动机械手结构设计作者：李新春，易建强，赵冬斌，宋佐时作者单位：中科院自动化所复杂系统与智能科学实验室(北京)相似文献(10条)1.学位论文崔根群用于危险品检测的移动机械手的运动性能分析及其控制2007由于化学危险品泄漏的危害性，各类化学反应容器和输送管道的泄漏检测与维修已经成为石化工业安全生产、预防重大事故发生所关注的问题。在危险环境中，具有自主能力的移动机械手便成为代替和辅助人类完成一定任务的最佳选择。本文在国家863计划项目“化学危险反应器泄漏检测与修补移动机械手系统”（项目编号：2003AA421040）的支持下，针对所研制的P3-AT型移动机械手进行了运动学、动力学分析，采用人工神经网络研究了移动机械手的运动控制技术。主要的研究内容与创新如下：1、描述了所设计的P3-AT型移动机械手的基本结构特征，分析了五自由度机械手和两自由度轮式移动载体（平台）的运动特点。分别建立了移动载体子系统、机械手子系统以及移动机械手系统整体的运动学模型，进行了正、逆运动学分析。在ADAMS分析软件中建立了机械手的虚拟样机，分析了机械手的工作空间和特殊工作位置，得到了机械手实际应用中的有效工作区域。2、根据移动机械手系统的复杂性，提出了运动规划策略，构建了简化的移动机械手系统结构模型，利用牛顿——欧拉方法推导了简化移动机械手系统的动力学模型。通过仿真分析了移动平台与机械手间的动力耦合作用，仿真表明移动平台的加速度值愈大，其对机械手关节负载力矩的影响愈大，并影响移动机械手的轨迹跟踪和定位精度。建立了移动平台子系统、机械手子系统的动力学理论模型，并对各子系统的动力学进行仿真分析，得到了机械手各关节转矩与位姿的关系和机械手几个较危险位姿；对于移动平台，通过控制其左右前轮的驱动力矩，可以实现移动平台按给定的轨迹运动，同时也能实现移动平台方向角的改变。3、提出了基于神经网络的移动机械手的分层递阶智能控制策略，采用三层控制实现移动机械手的部分或完全自主控制。决策层进行任务规划；处理层包括两个径向基函数（RBF）神经网络子控制器，分别对移动载体和机械手的动力学进行控制和补偿；执行层依据处理层输出的信息来独立控制各驱动电机，实现所需的运动。RBF神经网络子控制器应用李雅普诺夫稳定性设计方法，通过分别建立移动载体、机械手和移动机械手系统的李雅普诺夫方程，由第二类李雅普诺夫方法建立了移动载体和机械手的动力学补偿，并应用Matlab对所建立的RBF网络进行训练仿真，仿真结果表明了RBF神经网络的有效性和可靠性。4、针对移动机械手硬件体系结构进行了设计，其中包括移动载体、五自由度机械手，视觉CCD传感器和超声传感器模块等。介绍了移动机械手的控制软件设计，包括PMAC上运行的运动程序和移动载体PC上运行的主控程序。应用Matlab编程软件对五自由度机械手的运动及控制进行了仿真，验证了机械手操作的运动准确性。并在实验环境下对移动机械手系统进行了实验，验证了移动机械手运动的准确性及控制的有效性和可靠性。2.会议论文李春书.崔根群.庞思红检测与修补移动机械手系统的协调控制技术研究2008本文针对2自由度轮式移动载体与5自由度机械手组成的检测与修补移动机械手进行了运动分析及其控制技术的研究。首先分析了移动机械手的结构特点，描述了移动载体与机械手的动力耦合对机械手系统的性能影响。其次，根据移动机械手动力学的复杂性，提出了移动机械手的运动控制策略，建立了基于神经网络的移动机械手三层智能控制的体系结构，底层是执行层，中间层是处理层，顶层是决策层。处理层包括两个RBF神经网络子控制器，未知的移动载体和机械手的动力学参数分别由各自的RBF神经网络辨识，然后补偿到输出的转矩中，形成闭环逼近的控制。应用Matlab编程软件对所建立的RBF神经网络进行训练仿真，最后，在实验环境中对移动机械手的运动进行了相关的实验验证。实验结果验证了移动机械手完成相关任务的有效性和可靠性。3.学位论文张传垒面向网络的移动机械手遥操作控制技术研究2007基于遥操作技术的移动机械手在空间探索、深海勘探和危险环境作业等领域具有不可替代的作用。互联网的飞速发展和普及以及传输速度的不断提高为移动机械手遥操作提供了廉价而便捷的通讯手段，而基于互联网的遥操作技术进一步拓展了移动机械手的应用范围，在远程医疗、设备共享和远程教学等方面显示了其优越性。本文对基于互联网的移动机械手远程控制系统进行了深入的研究，适应互联网的特点，建立了基于浏览器的多层分布式移动机械手远程控制系统实验平台。本文首先对移动机械手硬件实验平台进行了调试和完善。在此硬件平台上建立了基于网络的控制系统软件平台，实现了基于浏览器的运动控制和多传感器的数据接收。采用JavaApplet、JSP和JavaBean技术，通过合理设计服务器端控制网页和Java程序，实现了移动机械手状态的图像监视，直接行为的控制，移动机械手传感器参数的获取以及网络时延的监控。本文建立了移动机械手的运动学模型和逆运动学模型，并利用BP神经网络对移动机械手的末端轨迹跟踪进行了仿真。4.期刊论文徐冬.赵冬斌.易建强.谭湘敏.XUDong.ZHAODongbin.YIJianqiang.TANXiangmin全方位移动机械手运动控制II——鲁棒控制-机械工程学报2009,45(1)研究考虑全方位移动机械手系统动力学未知情况下的鲁棒控制问题.首先,在原有动力学模型的基础上,建立考虑外部干扰的移动机械手动力学模型.利用神经网络无穷逼近能力,设计估计器对系统结构不确定性进行在线辨识.然后,提出一种不依赖神经网络先验知识的鲁棒轨迹跟踪控制策略,从理论上证明其稳定性,并且该控制器能够有效阻止非模型有界干扰的影响,实现了对全方位移动机械手系统中不同动力学特性的移动平台和机械臂的协调控制.同时,为了减轻神经网络在线学习的计算量,提出一种分离式的神经网络结构,对系统结构不确定项中的两个独立矢量进行分别辨识,有效地提高了神经网络的训练效率.最后,通过计算机仿真结果验证了所提出控制律的有效性,能够快速稳定地实现全方位移动机械手系统的协调轨迹跟踪控制.5.学位论文吕晓龙移动机械手平台系统设计2005本文从实验室“211”建设出发，对该系统移动平台部分的设计进行了研究和探讨。　　移动平台是一辆采用直流伺服电机驱动的三轮平面移动小车，采用DSP作为运动控制器，利用电机轴上的编码器作为计程仪导航，可以在一块用围墙封闭起来的水平地面上运动。　　移动机械手系统最终要实现在封闭场地内的自主导航运动，能够躲避障碍物，依靠机器视觉从位置大致固定的多个物体中抓取指定特征的目标物体。该系统可为开展对人工智能、神经网络、机器人视觉等方面的研究提供一个理想的实验平台。6.学位论文王文清用于目标识别的多源信息融合方法及其实现技术2008多源信息融合技术是一门新兴的实践应用技术，具有广泛的应用领域，它能够综合多个传感器提供的各信息，获得被观测对象更为全面、更为准确信息集合，从而得出可靠、快捷的决策和判断。当前，基于多源信息融合的目标识别技术亦受到国内外的普遍关注。随着传感器和计算机技术的发展，基于多源信息融合的目标识别研究会更加深入，出现更多的成果。本论文在河北省自然科学基金项目“面向公共安全的移动机械手目标辨识与定位”（项目编号：E2006000030）支持下，以实验室自主研制的HEBUT-Ⅱ型移动机器人为研究对象，针对基于多源信息融合的移动机器人目标识别，从多个方面进行了深入系统的研究，取得的研究成果和结论如下：1.介绍了由本实验室自行研制的HEBUT-Ⅱ型移动机器人的硬件体系结构和车体结构，并对其驱动系统和运动学特性进行了分析。对本课题中所涉及到的各种传感器做了简要概述。2.建立了HEBUT-Ⅱ移动机器人的云台摄像机坐标系，分析了其成像变换及逆模型变换，解决了图像坐标系中像素点的坐标与车体坐标系之间的映射关系。在研究了一些基本的数字图像的处理方法的基础上，借助Matlab软件中的图像处理模块分别对圆形、方形和三角形物体进行了视觉信息处理，取得了比较理想的处理效果。此外，还利用Matlab软件中的神经网络工具箱编制BP网络进行图像模板的训练和新输入图像的识别，比较了在不同模板数量下，网络对于新输入图像的识别率变化等。3.对移动机器人系统视觉、超声和嗅觉信息的融合方法及其实现技术进行了研究，设计了用于移动机器人运动控制的模糊控制器，输入为视、嗅、超声三种传感器信息，输出为机器人运动速度和转角，实现了机器人在较为简单的地图上避障和识别目标物体等功能，并对机器人运行曲线特性进行分析，证明所采用的算法和策略的有效性和正确性。7.期刊论文谭湘敏.赵冬斌.易建强.徐冬.TANXiangmin.ZHAODongbin.YIJianqiang.XUDong全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制-机械工程学报2009,45(1)针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手,首先通过对机械结构和运动特性的分析,建立一体化运动学模型,并利用拉格朗日力学法建立动力学模型,分析这两种模型的运动性质.然后根据所建立的模型,分别设计轨迹跟踪控制器,并对控制器的稳定性予以证明.在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中,通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型,定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用,并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿.仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性,而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法.8.学位论文周勇绿篱作业移动机器人执行机构控制系统研究2005本文基于将移动车辆和机械手分开控制的思想，提出了一种新的移动机械手的体系结构，两者可以并行工作，在任务级可以实现协同工作。移动车辆采用基于认知和行为混合结构体系；机械手采用连续/离散事件混合控制方法，移动车辆和机械手的通讯采用软实时/硬实时的方法。根据作业目标的颜色特征和种植特点，采用色度空间对作业目标分割，实验证明白天和晚上光照变化，有较好的分割效果。超声波传感器和摄像机组合可获得修剪平面几何中心线的绝对坐标。　　绿篱修剪是用一个四自由度的机械手实现，采用D-H方法对机械手的运动学进行了分析，给出了运动学的正、逆解。用拉格朗日-欧拉方法建立了机械手的动力学方程，为机械手运动控制和电机选择提供了依据。机械手和移动车辆之间存在运动学、动力学耦合，传感器系统克服移动车辆移动时引起的运动学的影响。依据移动车辆和机械手分开控制的思想，将动力学耦合视为负载扰动。为简化控制方法，对机械手进行位置控制，为了减少负载扰动对控制精度的影响，采用FCMAC与PID结合前馈控制作为伺服电机的控制方法。9.期刊论文李春书.崔根群.庞思红.LiChunshu.CuiGenqun.PangSihong检测与修补移动机械手系统的协调控制技术研究-动力学与控制学报2009,7(2)针对2自由度轮式移动载体与5自由度机械手组成的检测与修补移动机械手进行了运动分析及其控制技术的研究.首先分析了移动机械手的结构特点,描述了移动载体与机械手的动力耦合对机械手系统的性能影响.其次,根据移动机械手动力学的复杂性,提出了移动机械手的运动控制策略,建立了基于神经网络的移动机械手三层智能控制的体系结构,底层是执行层,中间层是处理层,顶层是决策层.处理层包括两个RBF神经网络子控制器,未知的移动载体和机械手的动力学参数分别由各自的RBF神经网络辨识和补偿,形成闭环逼近的控制.应用Matlab编程软件对所建立的RBF神经网络进行训练仿真,最后,在实验环境中对移动机械手的运动进行了相关的实验验证.实验结果验证了移动机械手完成相关任务的有效性和可靠性.10.学位论文崔峰面向虚拟现实和遥操作的移动机器人同步定位与地图创建技术研究2007近年来，随着机器人、计算机、宇航等技术的飞速发展和交叉融合，机器人被越来越广泛的应用在对未知环境的探索工作中。要探测未知环境，机器人应具有自主导航、自主建立电子地图、传送地图的能力，如果要完成某些特定任务，机器人还