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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

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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

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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

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

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物理受限冗余机械臂逆运动学凸优化求解

机器人 2016年第3期38卷 257-264页

作者：曹鹏飞甘亚辉戴先中段晋军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

针对冗余机械臂逆运动学求解结果极有可能超过机械臂物理限制的问题,提出一种基于凸优化的逆运动学求解方法使得逆解结果满足物理约束.首先分析了关节速度与力矩关系,采用机械臂动能及重复运动为优化指标,以关节速度、关节力矩为优化变... 详细信息

针对冗余机械臂逆运动学求解结果极有可能超过机械臂物理限制的问题,提出一种基于凸优化的逆运动学求解方法使得逆解结果满足物理约束.首先分析了关节速度与力矩关系,采用机械臂动能及重复运动为优化指标,以关节速度、关节力矩为优化变量.然后将逆运动学求解问题转化为凸优化问题,进一步转化为二次规划问题,充分利用冗余特性,实现逆运动学求解时避免关节位置、关节速度、关节力矩极限.最后利用7自由度冗余机械臂KUKA LBR iiwa进行仿真,求解关节量结果符合物理极限及优化准则.结果表明本文提出的方法适用于物理受限冗余机械臂的逆运动学求解.

关键词：冗余机械臂逆运动学凸优化关节极限

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基于Qt的可扩展机器人离线编程系统

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第S1期43卷 513-516页

作者：徐祥甘亚辉戴先中段晋军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

针对当前国外商业化的离线编程软件平台不开放,提出了一种开放的机器人离线编程系统的构建方法.该方法以Qt为软件开发框架,同时结合开放图形库(OpenGL)和虚拟现实建模语言(VRML)各自功能上的优势,建立了一套模块化程度高、可扩展性强和... 详细信息

针对当前国外商业化的离线编程软件平台不开放,提出了一种开放的机器人离线编程系统的构建方法.该方法以Qt为软件开发框架,同时结合开放图形库(OpenGL)和虚拟现实建模语言(VRML)各自功能上的优势,建立了一套模块化程度高、可扩展性强和细节显示逼真的机器人离线编程系统.除此离线编程基本功能之外,研究者可根据特定需求编写相应模块,并快速地添加到该系统中,为研究者进行功能验证提供便捷、开放的仿真平台.以日本MOTOMAN工业机器人为例,展示了离线编程软件的基本功能,并且列出了系统根据本实验室要求所扩展的应用,从而验证了本系统的实用性和有效性.

关键词：离线编程 Qt OpenGL 虚拟现实建模语言(VRML) Flex&Bison

基于似人特性的拟人臂机器人自主抓取动作规划

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机器人 2014年第6期36卷 719-729页

作者：陆志远甘亚辉戴先中段晋军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

针对拟人臂机器人在家庭环境中的自主抓取任务,提出了一种强调运动姿态似人特性的拟人臂动作的规划方法.该方法分为两个部分,构型规划和运动规划,构型规划基于人体工程学中广泛使用的快速上肢评估准则评价机器人运动姿态的似人特性,并... 详细信息

针对拟人臂机器人在家庭环境中的自主抓取任务,提出了一种强调运动姿态似人特性的拟人臂动作的规划方法.该方法分为两个部分,构型规划和运动规划,构型规划基于人体工程学中广泛使用的快速上肢评估准则评价机器人运动姿态的似人特性,并在此基础上以机器人末端传速速率最优为目标规划机器人运动过程中的关键构型.运动规划结合了Fitts定律和似人运动模型规划了机器人末端的空间轨迹.本文最后以Motoman SDA10D拟人双臂机器人和Mitsubishi PA10机器人为例,具体介绍了该方法的应用和规划的结果,规划结果证明了本方法的可行性和有效性.

关键词：拟人臂机器人似人特性自主抓取构型规划运动规划

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基于可操作度评价的冗余机器人逆解求解方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第S1期43卷 45-48 57,57页

作者：段晋军甘亚辉戴先中徐祥曹鹏飞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

针对拟人机械臂中七自由度逆解的无穷解问题,提出了一种基于可操作度评价的快速求解运动学逆解的几何方法.首先分析了七自由度的构型理论上说明无穷解的原因;然后从人类手臂运动行为的角度,以机器人末端运动方向上操作度最大的原则将无... 详细信息

针对拟人机械臂中七自由度逆解的无穷解问题,提出了一种基于可操作度评价的快速求解运动学逆解的几何方法.首先分析了七自由度的构型理论上说明无穷解的原因;然后从人类手臂运动行为的角度,以机器人末端运动方向上操作度最大的原则将无穷解问题转换为确定性问题,进而利用几何解法的优势,快速求解出逆解结果;最后以安川SDA10D拟人机械臂为实验对象对算法进行验证,实验结果证明本方法具有实时性,计算结果在理论上无误差.

关键词：拟人机械臂七自由度可操作度运动学逆解几何法