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复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制 被引量:6
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作者 刘江涛 周乐来 李贻斌 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期166-183,共18页
为研究六轮移动机器人在复杂地形的运动控制方法,针对六轮独立驱动与转向机器人复杂地形轨迹跟踪问题,提出一种预测控制和动态补偿的控制方法。基于非完整约束的线性六轮移动机器人运动学模型,以模型预测控制算法为基础,引入比例-积分-... 为研究六轮移动机器人在复杂地形的运动控制方法,针对六轮独立驱动与转向机器人复杂地形轨迹跟踪问题,提出一种预测控制和动态补偿的控制方法。基于非完整约束的线性六轮移动机器人运动学模型,以模型预测控制算法为基础,引入比例-积分-微分补偿控制器,抑制动态滞后引起的跟踪误差,设计速度与转向角动态反馈补偿,以应对地形扰动对轨迹跟踪的影响。分析机器人运动过程中障碍物的避碰问题,设计可求解避障轨迹的避障规划器,通过轨迹跟踪系统对局部避障轨迹进行跟踪控制,实现机器人的轨迹跟踪和自动避碰。对轨迹跟踪算法和避障算法进行仿真实验。实验结果表明:在典型工况下,机器人可完成凹形斜坡、凸形斜坡和凹凸地形正弦型轨迹跟踪控制和静态与动态障碍物避碰,验证了新方法的有效性。 展开更多
关键词 六轮独立驱动与转向机器人 轨迹跟踪控制 模型预测控制 PID补偿控制 避障控制
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模块化机器人最优越野构型神经网络规划方法 被引量:1
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作者 党婉莹 周乐来 +1 位作者 李贻斌 张辰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3674-3685,共12页
轮式模块化机器人在满足人类对于无人自主任务需求时具有很多优势,机器人组合体构型在搬运物资、山地越障等方面更具有独特优势,为此提出一种多模块机器人构型优化规划方法。构建数字化地形表达,建立参数化地形辨识模型,运用遗传算法构... 轮式模块化机器人在满足人类对于无人自主任务需求时具有很多优势,机器人组合体构型在搬运物资、山地越障等方面更具有独特优势,为此提出一种多模块机器人构型优化规划方法。构建数字化地形表达,建立参数化地形辨识模型,运用遗传算法构建能耗与时间加权组合的最优构型,改变约束条件在不同地形下进行大量平行运行得到大量地形-最优构型参数结果对,将地形集合构建为输入集,将最优构型集合构建为输出集,训练借助神经网络技术快速得到面向任意地形的最佳组合体构型,使得组合体在面对三维复杂地形时实现高成功率、高可靠性越障运动,同时将能耗成本和时间成本降至最低。通过物理引擎平台仿真搭建仿真野外地形,对规划得到的构型进行通过性验证和性能测试,各构型均能完成地形跨越,同时验证规划算法的优化能力;搭建模块化机器人样机实物进行实验,以6×1刚性连接构型完成了2倍轴距宽沟壑的跨越。研究结果表明,所提方法能够高效地规划各类地形下满足通过性要求和时间能耗最优的组合体越障构型。 展开更多
关键词 轮式机器人 山地越障 构型优化 A^(*)算法 遗传算法 反向传播神经网络
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煤矿井下仿生机器人技术应用与前景分析 被引量:26
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作者 宋锐 郑玉坤 +2 位作者 刘义祥 马昕 李贻斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2155-2169,共15页
当前煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、... 当前煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、安控、救援五大类煤矿机器人国内外的应用现状。在此基础上,就国内外仿生机器人技术在煤矿作业中的应用现状做了概述,指出了煤矿仿生机器人技术与装备发展思路和研究方向。综述了仿生机构、仿生感知、仿生控制、仿生驱动和仿生材料等关键技术的研究现状,并阐述了仿生技术较现有设备的优势及可应用场景。结合目前仿生技术与人工智能技术的发展水平,科学分析了仿生机器人的发展趋势,包括:从传统驱动器向生物肌肉驱动器的发展,从刚性结构向软体和刚柔混合结构发展,由传统材料到新型生物材料发展,从单一运动模式向高机动多栖机器人发展,从传统控制方法向生物智能控制发展,从机电系统机器人向生物系统机器人发展,从单一机器人向集群机器人发展。结合仿生机器人技术的发展趋势,展望了仿生机器人技术在煤矿无人化作业中的应用前景:新型功能材料的应用,高效行走方式的应用,智能环境感知的应用,智能化自主作业的应用,为煤矿仿生机器人的开发利用提供参考。 展开更多
关键词 煤矿机器人 仿生机器人 无人化作业 煤矿智能化
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基于过程建模的机器人分阶引导装配方法 被引量:6
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作者 杨旭亭 王孜悦 +1 位作者 李凤鸣 宋锐 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2321-2330,共10页
针对机器人装配过程难以建立精确的物理模型,导致机器人装配灵活性差、装配成功率低的问题,提出一种基于过程建模的机器人分阶引导装配方法,建立基于装配各阶段的力、力矩、位姿装配过程模型,结合装配状态与机器人执行动作之间的映射,... 针对机器人装配过程难以建立精确的物理模型,导致机器人装配灵活性差、装配成功率低的问题,提出一种基于过程建模的机器人分阶引导装配方法,建立基于装配各阶段的力、力矩、位姿装配过程模型,结合装配状态与机器人执行动作之间的映射,形成机器人装配阶段引导策略。通过在所搭建的KUKA机器人装配平台上进行算法验证表明,装配阶段的识别准确率达到99%以上,分阶引导策略下机器人的装配成功率达到97.2%。 展开更多
关键词 机器人 装配建模 接触状态 分阶引导
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基于延展性的机器人面料缝制张力预测方法
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作者 宋洁心 付天宇 +2 位作者 李凤鸣 宋锐 李贻斌 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期173-180,共8页
针对机器人缝制过程中未知面料期望张力导致面料变形的问题,根据面料的延展性分类训练支持向量机(SVM)模型,通过线性支持向量机模型预测未知面料的延展性;其次,采用模糊逻辑控制系统确定面料特性与期望张力之间的非线性关系;最后,利用... 针对机器人缝制过程中未知面料期望张力导致面料变形的问题,根据面料的延展性分类训练支持向量机(SVM)模型,通过线性支持向量机模型预测未知面料的延展性;其次,采用模糊逻辑控制系统确定面料特性与期望张力之间的非线性关系;最后,利用毛呢、绸缎、天鹅绒布、摇粒绒布4种面料对SVM模型进行测试,通过模糊逻辑得到面料期望张力查询表,根据期望张力对毛呢和竹节棉麻进行缝制实验。结果表明:在拉伸面料的过程中,线性支持向量机模型预测的延展性最终趋于面料实际的延展性,基于模糊逻辑根据面料延展性和种类可实现对任意面料期望张力的预测,预测张力可满足智能化缝制加工的需要。该研究为避免面料形变从而提高缝制质量提供了前提条件。 展开更多
关键词 工业机器人 面料缝制 延展性 期望张力 模糊控制
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一种位姿解耦的主操作手结构设计与优化方法
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作者 王得晨 杜付鑫 +3 位作者 屈梁成 类延强 王继来 李取浩 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期27-35,共9页
为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和... 为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和逆变换法,分别建立主操作手的正运动学和逆运动学模型,并从运动学角度验证了该位姿解耦策略的正确性。基于蒙特卡洛法,使用MATLAB编程,分析主操作手的最小工作空间。求解主操作手的雅可比矩阵,基于全域性能指标和全域性能波动指标定义了主操作手的综合运动性能指标,并以最小工作空间作为约束,用遗传算法对主操作手的运动性能和结构尺寸进行了分析与优化。结果表明:相比于优化前的初始设计,优化后主操作手的综合运动性能指标提高了15.32%,尤其是具备良好运动性能的工作空间体积增加到原来的3倍,已基本包含手术要求工作区域。主操作手在保证操作一致性和足够工作空间的基础上,具备了良好且稳定的运动性能。 展开更多
关键词 主操作手 结构设计 位姿解耦 运动学 结构优化
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