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步进电机期望控制脉冲的无抖动输出方法

电机与控制学报 2018年第2期22卷 17-23页

作者：张元飞樊绍巍刘宏谭久彬哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710054 哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所黑龙江哈尔滨150001

为了提高步进电机在开环控制情况下的速度跟踪控制性能,提出了基于脉冲周期控制参数值条件更新的期望脉冲无抖动输出方法。首先,根据相邻时刻的两个期望脉冲周期值间的数学关系,构建了全时域的时序分析模型,分析了脉冲抖动输出现象;然后... 详细信息

为了提高步进电机在开环控制情况下的速度跟踪控制性能,提出了基于脉冲周期控制参数值条件更新的期望脉冲无抖动输出方法。首先,根据相邻时刻的两个期望脉冲周期值间的数学关系,构建了全时域的时序分析模型,分析了脉冲抖动输出现象;然后,归纳总结了脉冲无抖动输出的控制参数值更新条件;最后,根据归纳总结的控制参数值更新条件,采用超高速集成电路硬件描述语言,构建了脉冲无抖动输出的控制器知识产权(intellectual property,IP)核。理论分析结果和实验结果均表明,该方法能够有效解决因控制参数值无约束更新而导致的脉冲抖动输出问题,进而有利于提高步进电机期望速度跟踪控制性能。

关键词：步进电机开环控制速度跟踪控制控制器IP核 3D打印

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基于灵巧手触觉信息的未知物体类人探索策略

哈尔滨工程大学学报 2016年第10期37卷 1400-1407页

作者：顾海巍樊绍巍金明河刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的... 详细信息

为增强机器人对环境的适应性,基于对人类进行未知物体触觉探索时行为的观察和分析,提出一种适用于机器人灵巧手自主进行未知物体触觉探索的策略。机器人触觉探索过程被划分为顶面探索和侧面探索两个阶段。在顶面探索阶段,根据所得到的触觉信息对物体的基本尺寸和姿态进行估计,并用包围盒近似物体;而在侧面探索阶段,依据分类判别不等式将物体按基本尺寸进行分类,对不同类别的物体设计不同的侧面探索策略,从而指导灵巧手对未知物体的信息进行采集。最后,在仿人机器人平台上完成了对未知物体的触觉探索实验。实验结果表明,应用所提出探索策略,机器人可以仅依靠触觉自主的探索未知物体并获取物体信息。

关键词：机器人灵巧手触觉传感器行为观察探索策略触觉信息

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基于EMG的假手实时力跟踪控制

沈阳工业大学学报 2012年第1期34卷 63-67页

作者：王新庆刘伊威杨大鹏樊绍巍刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 机器人及机电一体化研究所德国宇航中心慕尼黑82230

针对商业假手灵活性及智能化水平较低的问题,进行了具有力矩/位置感知的五指假手及其控制方法的研究.以人体前臂肌电信号(EMG)为控制源,以力传感器检测指尖法向力,通过SVR支持向量机(Support Vector Regression,SVR)构建了指尖力的预测... 详细信息

针对商业假手灵活性及智能化水平较低的问题,进行了具有力矩/位置感知的五指假手及其控制方法的研究.以人体前臂肌电信号(EMG)为控制源,以力传感器检测指尖法向力,通过SVR支持向量机(Support Vector Regression,SVR)构建了指尖力的预测模型;采用网格搜索法确定模型的参数,缩短了训练时间,提高了模型的泛化能力.通过在线预测,结合带有二阶微分跟踪器的模糊PID控制方法实现了指尖施力实时跟踪;速度快,超调小,鲁棒性强,提高了假手的控制水平.

关键词：假手肌电支持向量回归微分跟踪器模糊PID 指尖力网格搜索法时域特征

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机器人灵巧手柔性关节自适应阻抗控制

电机与控制学报 2012年第12期16卷 78-86页

作者：樊绍巍宗华邱景辉陈兆芃哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院黑龙江哈尔滨150001 德国宇航中心机器人与系统动力学研究所慕尼黑韦斯林82230

针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控... 详细信息

针对具有柔性关节的HIT/DLR Ⅱ五指仿人机器人灵巧手,研究了基于关节力矩反馈和非线性补偿的关节空间和笛卡尔空间阻抗控制。通过建立柔性关节机器人灵巧手的控制模型,在HIT/DLR Ⅱ型灵巧手上实现基于无源性控制的柔性关节机器人阻抗控制策略。针对非线性摩擦力和重力对灵巧手阻抗控制的影响,基于扩展卡尔曼滤波器提出了自适应摩擦力观测器,实现了具有摩擦力补偿和基于最小二乘法优化重力补偿的机器人灵巧手自适应阻抗控制。实验结果表明,在具有谐波减速器等柔性环节的机器人灵巧手中,所提出的自适应阻抗控制器提高了位置控制的精确度,并获得了稳定的抓取力。

关键词：机器人灵巧手阻抗控制摩擦力观测器卡尔曼滤波器柔性关节

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同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法

哈尔滨工程大学学报 2019年第2期40卷 359-364页

作者：樊绍巍吴军金明河樊春光刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室

为了在线判断机械臂末端执行器捕获过程中的目标位姿,本文采用接触力信息,提出了一种针对同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法。在分析末端执行器几何约束特征的基础上,提出目标位姿估计方法。根据接触力判断接触手指,并结合末端执... 详细信息

为了在线判断机械臂末端执行器捕获过程中的目标位姿,本文采用接触力信息,提出了一种针对同步三指式末端执行器的目标位姿估计方法。在分析末端执行器几何约束特征的基础上,提出目标位姿估计方法。根据接触力判断接触手指,并结合末端执行器运动学分析结果,判断接触点位置和法向方向。利用两次有效接触信息,采用空间平面相交的方法,进行基于最少接触信息的位姿估计过程。当存在冗余接触信息时,采用最小二乘法对估计结果进行更新。通过仿真验证了估计方法的有效性。该估计方法适用于此类爪式末端执行器,具有一定的通用性。

关键词：位姿估计末端执行器接触力信息最小二乘法对接捕获同步三指式

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智能假肢手的生机电集成

机器人 2017年第4期39卷 387-394页

作者：姜力杨斌黄琦曾博樊绍巍杨大鹏郭闯强哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

探讨了智能假肢手生机电集成的关键问题,包括与生机接口功能匹配的灵巧操作机构设计、假肢本体的机电集成、假肢与人体的物理集成界面、双向生机接口集成等.然后,研究了驱动内置型智能假肢手指的集成化设计方法,该手指具有3维力触觉、... 详细信息

探讨了智能假肢手生机电集成的关键问题,包括与生机接口功能匹配的灵巧操作机构设计、假肢本体的机电集成、假肢与人体的物理集成界面、双向生机接口集成等.然后,研究了驱动内置型智能假肢手指的集成化设计方法,该手指具有3维力触觉、力矩和位置感知功能,且传感器、驱动器和控制器均集成在手指内部.针对神经控制通道与感知反馈通道间的干扰,结合电刺激对肌电信号(EMG)的干扰模型,提出了基于双相电刺激和自适应滤波的干扰抑制方法.实验验证了该方法的有效性.

关键词：智能假肢手生机电一体化集成生机接口电刺激

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类人型五指手构型的优化设计

哈尔滨工程大学学报 2014年第5期35卷 602-606页

作者：樊绍巍陈川姜力曾博刘宏邱景辉哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对人手抓握多点接触的特点,提出了一种基于形封闭理论的五指手构型优化设计方法。根据抓握动作要求确定出五指手构型优化设计所需要的参数,并通过J判别函数方法判别多参数输入下五指手球形抓取和圆柱形抓取的形封闭性。引入范数域宽... 详细信息

针对人手抓握多点接触的特点,提出了一种基于形封闭理论的五指手构型优化设计方法。根据抓握动作要求确定出五指手构型优化设计所需要的参数,并通过J判别函数方法判别多参数输入下五指手球形抓取和圆柱形抓取的形封闭性。引入范数域宽作为参数优化性能指标,采用区间迭代算法实现在满足形封闭前提下的五指手构型的可行区间最大化。以球形抓取为例,优化出了拇指指骨长度等5个重要参数的最佳设计结果。抓取仿真试验结果表明,优化后的参数范数域宽至少提高17%,显著提升了五指手稳定抓取的能力。

关键词：球形抓取圆柱形抓取形封闭可行区间最大化范数域宽稳定抓取五指手构型

DLR/HIT Ⅱ灵巧手控制系统及基关节同步控制

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电机与控制学报 2009年第4期13卷 608-614页

作者：兰天刘伊威金明河姜力樊绍巍刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 德国宇航中心机器人与系统动力学研究所

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,... 详细信息

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型。经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性。

关键词：机器人灵巧手控制系统同步控制交叉耦合轨迹跟踪

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模块化嵌入式五指机器人灵巧手手指控制系统

吉林大学学报（工学版） 2010年第2期40卷 517-522页

作者：兰天刘伊威陈养彬金明河樊绍巍刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 宁波GQY视讯股份有限公司上海201206 德国宇航中心机器人与系统动力学研究所德国慕尼黑82230

为开发高度集成的五指机器人灵巧手,提出了采用DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gate Array)控制结构的模块化嵌入式手指控制系统设计方法。实现了采用单电流传感器检测全桥控制下相电流及相电流过流双保护。为... 详细信息

为开发高度集成的五指机器人灵巧手,提出了采用DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gate Array)控制结构的模块化嵌入式手指控制系统设计方法。实现了采用单电流传感器检测全桥控制下相电流及相电流过流双保护。为解决手指DSP和FPGA之间如何稳定、高效通信的难题,结合先进先出FIFO(First In First Out)寄存器,设计了基于串行通信接口SCI(Serial Communications Interface)和RS485总线的多中断差分通信系统。实验证明,这种DSP+FPGA控制结构及模块化的设计,使得手指控制部分得以高度集成,同时DLR/HITII灵巧手获得很好的整体性能和稳定性。

关键词：自动控制技术机器人灵巧手 DSP+FPGA控制结构相电流检测多中断通信系统多传感器