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基于变刚度自适应导纳机制的机械臂恒力控制

控制理论与应用 2023年第10期40卷 1880-1888页

作者：周波刘奕荣刘会昌宋伏阳房芳甘亚辉东南大学自动化学院复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

工业机械臂在诸如打磨抛光等接触式作业任务中对环境刚度信息存在一定的依赖性,未知环境刚度信息将严重影响机器人的力位控制精度,使得作业效果难以得到保证.为解决环境信息不足或未知情况下的力/位置精确控制问题,本文首先提出了一种... 详细信息

工业机械臂在诸如打磨抛光等接触式作业任务中对环境刚度信息存在一定的依赖性,未知环境刚度信息将严重影响机器人的力位控制精度,使得作业效果难以得到保证.为解决环境信息不足或未知情况下的力/位置精确控制问题,本文首先提出了一种新的自适应环境刚度在线估计方法,针对时变的环境刚度进行实时估计,由此预测生成后继的机械臂参考轨迹点,随后提出了一种根据力跟踪误差实时调整末端工具手刚度系数的变刚度导纳恒力控制方法,并结合李雅普诺夫稳定性理论给出了整体控制律的收敛性证明.针对刚柔两种末端工具手和多种不同的曲面工件开展了实验研究,并与传统PID控制方法和传统导纳控制方法进行了对比,其结果表明本文所提出的复合控制方法可在不同工况条件下实现机器人运动过程中接触力的快速柔顺调节,并获得4.55%以内的最优力控误差效果,证明了本文所提出方法的有效性与可行性.

关键词：机械臂打磨作业恒力控制自适应环境刚度变刚度导纳控制

一种高效的开放式关节型机器人3D仿真环境构建方法

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机器人 2012年第5期34卷 628-633页

作者：甘亚辉戴先中东南大学自动化学院江苏南京210096 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

提出了一种高效地构建开放式的机器人3D仿真环境的方法.该方法以Matlab软件为平台,充分结合Pro/E等3D实体设计软件、Matlab机器人工具箱和Matlab 3D动画技术建立可视化程度高、细节显示逼真的机器人3D仿真研究平台.以应用广泛的VA1400... 详细信息

提出了一种高效地构建开放式的机器人3D仿真环境的方法.该方法以Matlab软件为平台,充分结合Pro/E等3D实体设计软件、Matlab机器人工具箱和Matlab 3D动画技术建立可视化程度高、细节显示逼真的机器人3D仿真研究平台.以应用广泛的VA1400弧焊机器人为例,详细介绍了机器人3D仿真模型的建立、仿真实体的数据导入和仿真系统的3D动画演示等步骤,最终得到一个系统软件开放程度高、可视化效果逼真的机器人3D仿真环境.给出了仿真系统的部分显示效果,验证了本方法的有效性.

关键词：机器人3D仿真弧焊机器人机器人工具箱 3D动画技术

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正弦摆动电弧传感偏差信息提取

焊接学报 2009年第9期30卷 89-92页

作者：甘亚辉戴先中东南大学复杂工程测量与控制教育部重点实验室南京210096

针对正弦式摆动电弧传感器提出了一种改进的偏差信息提取算法.在详细分析了正弦式摆动电弧传感器焊接电流波形的基础上,推导出了基于左右区域积分差值法的电弧传感横向偏差提取结果.采用函数逼近的思想,通过定义一个基于最佳均方逼近的... 详细信息

针对正弦式摆动电弧传感器提出了一种改进的偏差信息提取算法.在详细分析了正弦式摆动电弧传感器焊接电流波形的基础上,推导出了基于左右区域积分差值法的电弧传感横向偏差提取结果.采用函数逼近的思想,通过定义一个基于最佳均方逼近的横向偏差提取指标,给出了在此指标下的最佳偏差提取结果.最后采用熔化极气体保护焊的方式针对直线角焊缝进行了实际的焊接试验.结果证明了该算法的有效性.这些分析与试验的结果为进一步实现基于电弧传感的焊缝跟踪控制奠定了基础.

关键词：电弧传感正弦摆动偏差提取最佳均方逼近焊缝跟踪

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基于遗传算法的多机器人系统最优轨迹规划

控制理论与应用 2010年第9期27卷 1245-1252页

作者：甘亚辉戴先中东南大学自动化学院复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

针对关节型多机器人系统在静态环境下的点到点的轨迹规划问题,提出了一种基于遗传算法的最优轨迹规划策略.采用遗传算法在综合考虑各机器人沿轨迹运动的安全性、运动代价以及运动学约束的基础上为单个机器人规划最优的运动轨迹,并通过... 详细信息

针对关节型多机器人系统在静态环境下的点到点的轨迹规划问题,提出了一种基于遗传算法的最优轨迹规划策略.采用遗传算法在综合考虑各机器人沿轨迹运动的安全性、运动代价以及运动学约束的基础上为单个机器人规划最优的运动轨迹,并通过协调各机器人沿预定轨迹运行的时间避免机器人之间碰撞的发生.针对含有3个二自由度平面关节型机器人的多机器人系统进行了仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性.

关键词：多机器人系统轨迹规划遗传算法最优轨迹

双臂协调搬运过程中基于变阻抗模型的位置/力混合控制

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机器人 2019年第6期41卷 795-802,812页

作者：段晋军甘亚辉戴先中东南大学自动化学院江苏南京210096 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

针对双臂协调搬运中同时存在外部干扰和内力约束的复杂耦合运动,提出了一种基于变阻抗模型的内外位置/力混合控制策略.首先,分析了闭链系统下面向被操作对象的运动规划和动力学模型.然后,根据协调搬运特性将任务空间正交解耦为外环的位... 详细信息

针对双臂协调搬运中同时存在外部干扰和内力约束的复杂耦合运动,提出了一种基于变阻抗模型的内外位置/力混合控制策略.首先,分析了闭链系统下面向被操作对象的运动规划和动力学模型.然后,根据协调搬运特性将任务空间正交解耦为外环的位置自由子空间和内环的力约束子空间,对于位置子空间中的外部干扰采用阻抗模型进行轨迹跟踪,对于力约束子空间中的内力约束采用变阻抗模型进行力跟踪.最后,在搭建的仿真环境和物理环境中对双臂协调搬运物体进行实验验证,实验结果表明所提算法对于外部干扰表现出柔顺性并满足内力约束条件.

关键词：双臂协调闭链系统变阻抗模型位置/力混合控制

多机器人协作系统轨迹约束关系分析及示教方法

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机器人 2012年第5期34卷 546-552,565页

作者：孟石戴先中甘亚辉东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

针对多机器人协作中末端位姿的相对运动,分析了其轨迹约束关系并据此提出了一种可行的示教方法.该方法首先分析了协作机器人之间的运动学约束关系,根据协作机器人之间末端位姿的相对运动,将多机器人协作系统的运动模式分为耦合运动以及... 详细信息

针对多机器人协作中末端位姿的相对运动,分析了其轨迹约束关系并据此提出了一种可行的示教方法.该方法首先分析了协作机器人之间的运动学约束关系,根据协作机器人之间末端位姿的相对运动,将多机器人协作系统的运动模式分为耦合运动以及叠加运动2类.然后给出了这2种运动形式下,主从机器人末端位姿在笛卡儿坐标系内的运动学约束方程并据此提出一种用于多机器人协作系统的轨迹示教方法,最后在搭建的双机器人协作焊接系统上,验证了本文提出的约束关系及示教方法.

关键词：多机器人协作轨迹约束示教协作焊接

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基于工件模型的工业机器人自动编程系统

机器人 2017年第1期39卷 111-118页

作者：邢继生甘亚辉戴先中东南大学自动化学院江苏南京210096 复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

针对国内自动编程系统的平台依赖性强、交互性较差、支持的机器人种类受限等问题,提出了一种基于工件模型的高效、灵活、交互性强的自动编程方法.首先,以开源图形库OpenGL和插件机制构建了扩展性强、不受平台限制、便于与实体机器人通... 详细信息

针对国内自动编程系统的平台依赖性强、交互性较差、支持的机器人种类受限等问题,提出了一种基于工件模型的高效、灵活、交互性强的自动编程方法.首先,以开源图形库OpenGL和插件机制构建了扩展性强、不受平台限制、便于与实体机器人通讯的开放性平台.其次,采用工件模型的DXF(drawing exchange format)文件自动提取方法解析出作业信息,并为实现任务级作业提供了一种高效的人机交互方式.然后,基于VRML(虚拟现实建模语言)模型实现了不受构型影响的通用6轴关节机器人的逆解.最后,以南京埃斯顿公司的ER16机器人为测试对象进行实验.在自主开发的系统上,实现了不依赖3维CAD(计算机辅助设计)平台的复杂空间曲线(马鞍形曲线)自动编程.该系统支持导入机器人模型进行自动编程,并具有良好的人机交互性.证明了该系统的高效性和实用性.

关键词：自动编程 OpenGL DXF文件人机交互复杂空间曲线

协作环境下的人机距离建模与最小距离迭代算法

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机器人 2018年第4期40卷 413-422页

作者：王政伟甘亚辉戴先中东南大学自动化学院江苏南京210096 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室江苏南京210096

为了使机器人适应更广泛、更复杂的任务需求,实现人与机器人的协作与共融,精确并实时地计算人与机器人之间的相对距离成为了不可避免的问题.针对该问题,提出了一种协作环境下的人机距离建模方法以及计算人机间最小距离的迭代算法.首先,... 详细信息

为了使机器人适应更广泛、更复杂的任务需求,实现人与机器人的协作与共融,精确并实时地计算人与机器人之间的相对距离成为了不可避免的问题.针对该问题,提出了一种协作环境下的人机距离建模方法以及计算人机间最小距离的迭代算法.首先,利用机器人的3D模型构建机器人结构特征,并通过3D视觉传感器提取人体骨骼特征,将以上2组特征映射到同一坐标空间中建立协作环境下的人机距离模型.然后,在此模型的基础上迭代计算人与机器人间的最小距离并给出对应的空间位置点.最后以ABB公司的YuMi机器人为测试对象进行人机最小距离测量实验,实验结果表明该方法降低了建模难度、实现了计算的实时性,验证了该建模方法与迭代算法的有效性和实用性.

关键词：人机协作距离模型 3D视觉迭代算法最小距离

非结构环境下的机器人自适应变阻抗力跟踪控制方法

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控制与决策 2019年第10期34卷 2134-2142页

作者：甘亚辉段晋军戴先中东南大学自动化学院南京210096 东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室南京210096

针对力跟踪时环境刚度不确定及环境位置动态变化的未知性,提出一种非结构环境下基于自适应变阻抗的力跟踪控制策略.首先,通过建立机器人与环境的接触力模型,分析理想情况下对环境刚度和环境位置的要求;然后,建立新的阻抗模型来适应环境... 详细信息

针对力跟踪时环境刚度不确定及环境位置动态变化的未知性,提出一种非结构环境下基于自适应变阻抗的力跟踪控制策略.首先,通过建立机器人与环境的接触力模型,分析理想情况下对环境刚度和环境位置的要求;然后,建立新的阻抗模型来适应环境刚度不确定的情况,并根据接触力的变化对阻抗模型参数进行在线自适应调节,用于实时地补偿对环境动态变化的未知性,并对自适应变阻抗的稳定性进行证明;最后,对经典的定阻抗与所提出的自适应变阻抗进行非结构环境下的仿真和物理实验的对比,实验结果表明该策略相比于定阻抗控制能够达到更好的力跟踪效果.

关键词：非结构环境自适应变阻抗模型力跟踪定阻抗