机器人灵巧操作控制技术的研究

分类号：——

ＵＤｅ：Ｙ９３６８１８

密级：——

编号：——

工学硕士学位论文

轮式移动视器人运动控制技术研究

硕士研究生：邓锻伟

指导教薅；张锪钧教授

学覆级辩：工学硬士

学释、专豫：较棱电予工程

所在单位：辊魄工程学院

论文提交目期：２００６年２月

论文答辩日期：２００６年３月

学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文

摘要

本文围绕自行设计的移动机器人的移动机构、感知系统和控制系统三方

面，对未知环境下轮式移动机器人体系结构、传感器信号处理与融合，运动

控制等问题进行了研究。

第一，对移动机器人的历史和发展趋势进行了综述，同时介绍了本文的选

题背景、主要研究内容和研究意义。

第二，自行研制了一种轮式移动机器人，其采用两轮差动驱动，多层堆栈

机械结构，并以ＰＣＩ０４嵌入式计算机为核心控制系统。设计了基于ＰＣＩ０４

嵌入式计算机的伺服控制系统，主要包括ＰｗＭ功率驱动、测速单元、电源

系统和传感器信息采集模块等。对移动机器人系统中所需的传感器和控制系

统的软硬件进行了系统的分析，给出了硬件电路。

第三，根据差动驱动的运动学模型，提出一种基于参数分配器，运用常规

ＰＩＤ算法对移动机器人速度和角速度进行双闭环控制以控制移动机器人的位

姿的算法，避免根据控制左右驱动轮速度间接控制角速度可能出现驱动轮打

滑而产生大的角速度控制偏差问题。在自行研制的移动机器人上的实验证明，

该运动控制技术的可行性和有效性。

第四，针对常规ＰＩＤ算法难以适应移动机器人运动控制系统非线性等特

性的不足，将常规ＰⅢ算法、模糊推理和参数分配器相结合，设计了一种基

于参数自调整模糊ＰＤ的移动机器人运动控制系统。在自行研制的移动机器

人上进行了模糊ＰＤ控制系统与常规ＰＩＤ控制系统运动控制的对比实验，实

验结果表明，模糊ＰＤ控制的移动机器人的速度和角速度的绝大多数控制指

标都得到较大幅度改善。进行的抗干扰实验验证了参数自调整模糊ＰＩＤ移动

机器人运动控制系统具有较好的抗干扰能力。

关键词：移动机器人；ＰＣＩ０４；参数分配器；模糊ＰＩＤ；运动控制啥尔滨工程大学硕士学位论文

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电气控制中工业机器人技术的应用研究

作者：黄柏宽

来源：《科学与信息化》2019年第17期

摘 要 冲压生产作为当代机械制造与加工过程中的一种重要的产品成型技术，工业机器人技术的发展一定程度上推动了各个行业的全面发展。在电气控制中应用工业机器人技术，不仅可以提升电气系统的智能性，还能为电气自动化控制提供安全保障。基于此，笔者结合自身工作实践，以某车身覆盖件自动冲压生产线为工程背景，对该生产线电气控制中工业机器人技术的应用进行分析。

关键词 电气控制;工业机器人自动冲压线;电控系统

1 工业机器人结构分析

在生产线设计中，工业机器人是电气控制系统的核心技术之一，按功能其由机械手总成、控制器以及示教器三部分构成，其中机械手是机器人的主体部分，机械手总成是由驱动器、传动机构、机械手机构及末端执行器等构成。控制器主要负责机器人的电气控制，作为该机器人控制核心，主要由计算机硬件、软件和一些特制电路组成。示教器是一种人机交互界面，实现操作人员与机器人交互的桥梁，主要由显示器和触摸屏等构成，用于机器人的动作控制，并将信息全部载入内存中[1]。

2 机器人自动冲压系统总体布局设计

根据车身覆盖件自动冲压成型工艺流程，合理对自动冲压线上的压机、工业机器人及拆垛系统等单元模块进行选型，并设计出符合生产任务的冲压节拍冲压电气控制系统。

2.1 机器人自动冲压线总体设计

冲压生产在配合模具的基础上，是利用冲压相关的电气设备对板件的冲压加工，具有生产效率高、柔性高等加工特点。本生产线主要由压机、工业机器人、拆垛系统、端拾器和真空装置等电气设备组成，根据车身覆盖件生产工艺流程，该机器人自动冲压线总体设计由7个IRB6660 130/3.1的工业机器人、5台压机（用1台1800T 带数控气垫单动压机、 4台800T双点闭式压力机）组成。

ｌ　塑坌　ｓ　ｈｅｊｉ　ｙｕ　ｘ；　

多指灵巧手主从控制系统的软件设计　

王瑁　

（金陵科技学院机电学院，江苏南京２１１１６９）　

摘要：根据多指灵巧手的结构特点和性能要求，在控制系统硬件的基础上，进行了主从控制规划和方案设计，采取数字增量式ＰＩＥ）控制方　

法，编程实现了灵巧手关节回零和关节运动控制２大功能模块。　

关键词：灵巧手：主从规划；ＰＩ【）；设计　

０引言　

随着机器人技术在各个领域的广泛应用，其末端执行器作为　

与环境作用的执行部件对于机器人的作业水平有着十分重要的意　

义，其作业环境的复杂程度和任务的精细度也变得越来越高，普通　

的机器人末端执行器在这些领域已经无法胜任。在这种背景下，从　

２Ｏ世纪后半期开始，机器人灵巧手成为机器人领域的热门研究方　

向之一。然而大部分机器人都存在一个问题，即无法适应环境的变　

化，而以现有的技术还无法研制出具有自适应性的机器人。主从控　

制利用人的感知、判断、决策能力可以解决机器人无法适应环境的　

问题。这种控制方式将控制系统的任务决策交由人来完成，由操作　

者来决定机器人如何运动。　

１　主从控制系统的规划　

主从控制规划是确定如何将人手的运动转换为灵巧手运动，　

这里需要解决的一个关键问题是人手和灵巧手的运动映射关系。　

运动映射的本质是通过跟踪人手手指的运动来控制灵巧手手指的　

运动，从而使得灵巧手实现类似人手的操作。灵巧手虽在外形上仿　

照人手，但由于每个人的手的大小各不相同，因此无法直接进行关　

节姿态映射。将灵巧手的机械结构与人手的结构进行比较分析后　

总结了它们在抓取时的共同点和不同点，设计出了主、从手指尖位　

姿映射的控制方式：将人手进行抓取时的指尖空间位姿映射为灵　

巧手坐标系中的空间位姿，通过灵巧手的逆运动学方程，求出满足　

运动约束条件的解，从而得到灵巧手关节的角度，进而实现对灵巧　

手指尖位姿的控制。这种指尖位姿映射方法是将人手指尖相对于　

手掌系的位置映射给灵巧手［１】。下面以食指为例来说明如何实现　

基于灵巧手的精确抓取方法研究

摘要：随着机器人技术的快速发展，精确抓取技术在工业生产、医疗保健和服务机器人等领域中扮演着重要的角色。本文通过研究基于灵巧手的精确抓取方法，探讨了其原理和应用。

1. 引言

机器人的智能化与灵巧化是当前研究的热点。在各个领域中，精确抓取是机器人执行任务的关键能力之一。传统的机械手抓取方法往往存在抓取力度不准确、形状识别困难等问题。基于灵巧手的精确抓取方法为解决这些问题提供了新的思路。

2. 基于灵巧手的精确抓取方法

基于灵巧手的精确抓取方法主要包括感知、规划和控制三个步骤。

2.1 感知

灵巧手的感知能力对于精确抓取至关重要。通过视觉传感器获取目标物体的形状、颜色和纹理等信息，同时通过力传感器获取抓取过程中的实时力信息。这些感知数据为后续的规划和控制提供了依据。

2.2 规划

基于灵巧手的精确抓取方法需要进行抓取规划，即确定机械手的抓取位置和姿态。通过分析目标物体的几何形状和力学特性，结合感知数据进行路径规划和抓取策略设计。规划的目标是使机械手能够准确地抓取目标物体，同时最大程度地避免碰撞和损坏。

2.3 控制

基于灵巧手的精确抓取方法中，控制是实现精确抓取的关键环节。通过运动控制算法，控制机械手的运动轨迹和力度，以实现稳定、精确的抓取动作。同时，控制算法还需要根据实时感知数据进行反馈调整，以适应环境变化和目标物体的特性。

3. 应用

基于灵巧手的精确抓取方法在各个领域中都有广泛的应用。在工业生产中，可以实现对零部件的精确抓取和组装；在医疗保健中，可以实现对病人的精确抓取和手术操作；在服务机器人中，可以实现对物品的精确抓取和搬运。

4. 结论

基于灵巧手的精确抓取方法在机器人技术中具有重要的意义。通过感知、规划和控制等步骤的综合应用，可以实现机器人对目标物体的精确抓取，提高机器人的操作能力和灵活性。然而，目前仍存在一些挑战，如抓取力度的准确控制和复杂环境下的抓取策略设计等。因此，未来的研究应进一步探索这些问题，推动基于灵巧手的精确抓取方法的发展。