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基于嵌入式Linux与深度视觉的井下多轴机械臂系统设计

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煤炭工程 2022年第12期54卷 90-96页

作者：杨鹏民中煤陕西榆林能源化工有限公司陕西榆林719000

针对我国目前煤矿辅助作业自动化水平不高,相关设备智能化程度低的现状,文章开展了煤矿井下多轴机械臂控制系统研究,包括两个方面:基于嵌入式Linux操作系统、多源传感器信号采集,分析与融合处理、多轴液压机械臂及其控制系统,智能算法... 详细信息

针对我国目前煤矿辅助作业自动化水平不高,相关设备智能化程度低的现状,文章开展了煤矿井下多轴机械臂控制系统研究,包括两个方面:基于嵌入式Linux操作系统、多源传感器信号采集,分析与融合处理、多轴液压机械臂及其控制系统,智能算法等技术,设计研发了多轴机械臂感知与控制系统;基于多轴机械臂感知与控制系统采集的红外视频图像和激光雷达点云数据,提出基于深度视觉的管架目标识别方法,在实际煤矿井下巷道管架场景下,能够有效识别和标注巷道中管路与管架,展现了所提出方法应用于实际煤矿井下管道辅助安装的潜力。

关键词：多轴机械臂多源传感器智能算法深度视觉

基于多轴机械臂的立体空间触屏设备可视化测试方法

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基于多轴机械臂的立体空间触屏设备可视化测试方法

作者：金苇南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着触屏设备的广泛应用,针对触屏应用程序的GUI测试变得愈发重要。传统的GUI测试自动化技术基于控件的ID、标签等属性获取控件进行测试,此类方法对于被测软件的GUI框架具有较强的依赖,不易实现跨平台测试。为了摆脱对于GUI框架的依赖,... 详细信息

随着触屏设备的广泛应用,针对触屏应用程序的GUI测试变得愈发重要。传统的GUI测试自动化技术基于控件的ID、标签等属性获取控件进行测试,此类方法对于被测软件的GUI框架具有较强的依赖,不易实现跨平台测试。为了摆脱对于GUI框架的依赖,引入了基于计算机视觉算法的可视化GUI测试,利用图像从软件界面截图定位控件,此类技术适用于多种平台下GUI软件测试,但其仍然需要与被测设备的底层操作系统进行交互,属于侵入式测试。基于二维机器人的测试自动化技术利用平面运动机器人模拟用户操作行为,摆脱了对于被测设备操作系统的依赖,使得测试技术的适用范围进一步提升。然而,此类方法受限于设备和算法局限,无法针对一些具有复杂姿态的立体空间设备开展测试,例如银行ATM机、车载屏幕等。为了实现针对立体空间设备的非侵入式测试,本文设计了一种基于多轴机械臂与深度相机的3D触屏机器人测试方法,该方法无需访问被测设备操作系统,利用深度相机与六轴机械臂实现针对立体空间设备的测试,具有更广阔的适用面。具体研究内容如下:1)研究并提出了一套面向3D触屏设备的机器人测试系统。探索了何种相机配置与布局更适合控件在三维空间中的定位、何种机器人装置更便于从多个角度对被测设备屏幕进行触控、采用怎样的框架来开展测试等问题,最终组合操作台、深度相机、高清RGB相机、多轴机械臂以及触控笔,构成了测试机器人硬件装置,设计了驱动机器人开展测试的软件框架。2)研究并提出了一种测试执行算法引擎。算法引擎提出屏幕和目标控件的定位算法解决了难以在三维空间中对目标控件进行准确定位的难题,利用测试动作分解算法解决了如何将复杂的测试动作分解为多个简单的机械臂基本运动步骤的难题,使得机械臂能够有效按照测试脚本中的指令执行触屏测试动作。3)研究并提出了一套立体空间触控校准机制。受限于深度相机计算精度以及机械臂本身的运动精度,机械臂最终触控位置与目标控件的实际位置可能产生偏差,导致测试执行准确率有时相对偏低。本文提出了一种基于触控反馈的立体空间触控校准机制,该机制可以在不侵入被测设备的前提下,有效修正机械臂最终的触控位置,提高测试执行的准确率。基于3D触屏机器人测试方法,本文在具有不同倾斜角度的立体空间设备上进行了实验论证,结果显示本方法有较高的执行准确度,能有效完成测试脚本中规定的测试动作,同时具有良好的跨平台性,能对多种不同操作系统的设备开展测试,有较好的应用价值。

关键词：测试自动化计算机视觉多轴机械臂非侵入式触屏设备

多轴机械臂3D打印的运动-挤料协同控制方法

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机械设计与研究 2021年第6期37卷 141-147,154页

作者：张帆肖述文涂一文崔坤腾武汉理工大学机电工程学院武汉430070

多轴机械臂3D打印能够拓展传统熔融沉积式三轴打印的空间自由度实现无支撑一体成型。但由于机械臂多关节运动与3D打印多参量的分离控制所导致的运动-挤料不同步,大大影响打印质量。针对多轴机械臂3D打印末端运动与挤料的协同性问题,提... 详细信息

多轴机械臂3D打印能够拓展传统熔融沉积式三轴打印的空间自由度实现无支撑一体成型。但由于机械臂多关节运动与3D打印多参量的分离控制所导致的运动-挤料不同步,大大影响打印质量。针对多轴机械臂3D打印末端运动与挤料的协同性问题,提出基于EtherCAT的协同控制方法。以EtherCAT实时工业以太网构建控制系统框架,满足多关节运动与多工艺执行机构的控制需求;基于此,提出量化的“运动-挤料”速度匹配关系与通讯反馈机制,确保运动与挤料的协同控制。通过对帧周期的检测、标准路径与无支撑模型的打印测试,结果表明,主从通讯周期可达500us.数据帧遍历各从站延时为25±10 us,能够满足机械臂3D打印控制精度要求,保证运动-挤料的协同控制。

关键词： 3D打印多轴机械臂 EtherCAT技术协同控制

基于AGV衍生技术的多轴机械臂智能装配研究

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低碳世界 2022年第10期12卷 79-81页

作者：吴茜中国商飞上海飞机制造有限公司上海201324

自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)是一种自动导引装置,可以顺着规定导引路径运行操作,具备安全保护以及相关移载功能。AGV衍生技术作为一种装配电磁光学的自动导引装置,将其应用于多轴机械臂的智能装配中可谓是一项突破性... 详细信息

自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)是一种自动导引装置,可以顺着规定导引路径运行操作,具备安全保护以及相关移载功能。AGV衍生技术作为一种装配电磁光学的自动导引装置,将其应用于多轴机械臂的智能装配中可谓是一项突破性的技术革新。本文首先概述了多轴机械臂智能装配的现状与特点,其次细化研究了在AGV衍生技术下的多轴机械臂智能装配工艺,包括AGV小车、AGV应用优势以及结合了AGV技术的多轴机械臂智能装配工艺3个方面,最后希望本文的研究能够帮助相关人员提升多轴机械臂智能装配与AGV衍生技术的结合能力。

关键词： AGV衍生技术多轴机械臂智能装配

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基于多轴机械臂的外部指令控制策略分析

装备制造技术 2017年第2期 220-222页

作者：刘嘉太原工业学院机械工程系山西太原030008

本文以多轴机械臂为研究对象,基于CytonVeiwer软件,进行了机械臂运动学建模,实现了手柄对机械臂的控制,并将其运动轨迹导入到MATLAB软件中进行仿真,得到对机械臂运动轨迹的再现。通过上述工作,确定了仿真方法的可行性,为多轴机械臂控制... 详细信息

本文以多轴机械臂为研究对象,基于CytonVeiwer软件,进行了机械臂运动学建模,实现了手柄对机械臂的控制,并将其运动轨迹导入到MATLAB软件中进行仿真,得到对机械臂运动轨迹的再现。通过上述工作,确定了仿真方法的可行性,为多轴机械臂控制仿真提供了借鉴方法。

关键词：多轴机械臂运动学建模手柄

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机械臂自适应精确时间滑模控制

控制与决策 2024年第6期39卷 1918-1926页

作者：王杰沈艳霞江南大学物联网工程学院江苏无锡214122

考虑机械臂中存在的未建模部分、摩擦力、外加干扰,提出一种自适应精确时间滑模控制方法,实现机械臂各关节角的轨迹跟踪.首先对机械臂进行建模,将未建模部分、摩擦力、外加扰动看作集中扰动;其次,设计一种精确时间收敛滑模面,克服传统... 详细信息

考虑机械臂中存在的未建模部分、摩擦力、外加干扰,提出一种自适应精确时间滑模控制方法,实现机械臂各关节角的轨迹跟踪.首先对机械臂进行建模,将未建模部分、摩擦力、外加扰动看作集中扰动;其次,设计一种精确时间收敛滑模面,克服传统终端滑模面收敛时间高估的问题,基于此设计全局精确时间收敛滑模控制方法,使得机械臂系统能够在设定时间实现稳定,并在误差收敛后仍具有较强的鲁棒性;接着,设计低通滤波器削减抖振,通过自适应方法估计扰动上界,避免增益的高估;最后,通过仿真实验验证所提出的控制方法能够严格控制机械臂系统的稳定时间,并降低稳态误差,实现机械臂系统的高精度轨迹跟踪控制.

关键词：多轴机械臂精确时间收敛自适应方法低通滤波器滑模控制

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机械臂末端姿态规划及多轴同步控制策略研究

机械臂末端姿态规划及多轴同步控制策略研究

作者：马世辉华中科技大学

学位级别：硕士

在中国智造的发展浪潮中,机械臂凭借其高效、精准的优良特性被广泛应用于各种工业领域。为满足现代制造业对高质高效加工日益增高的需求,机械臂的高速高精度运动控制成为研究热点。因此,本文以提升多轴机械臂末端轨迹控制精度为目的,从... 详细信息

在中国智造的发展浪潮中,机械臂凭借其高效、精准的优良特性被广泛应用于各种工业领域。为满足现代制造业对高质高效加工日益增高的需求,机械臂的高速高精度运动控制成为研究热点。因此,本文以提升多轴机械臂末端轨迹控制精度为目的,从姿态轨迹规划和高精度多轴同步控制策略两个方面展开研究。首先在姿态规划方面,针对传统四维球面线性插值中存在的姿态插值问题,本文提出基于方向-角描述法的姿态插值算法。该描述方法采用末端坐标系X轴的方向?n和绕X轴的旋转角?描述姿态。该插值方法以方向?n为约束在三维球面空间中构造最短的球面大圆弧插值轨迹,实现末端姿态的精确控制。与传统方案相比,提出方案在喷漆等对末端工具的方向要求较高的应用领域具备明显优势,可时刻保证末端工具方向垂直于作业面。其次在轨迹跟踪控制方面,针对各轴差异造成的空间轮廓误差问题,本文提出基于法向同步误差补偿的多轴同步控制策略。该方案将空间跟踪误差正交分解为法向同步误差和切向延时误差,其中法向同步误差作为轮廓跟踪效果的主影响项,代表实际位置调整至期望轮廓的最短路径。因此,通过设计法向误差补偿算法,实现各轴协同控制,可大幅提升多轴系统轨迹跟踪精度。与传统方案相比,提出方案无累积误差,不受各轴给定量级差异影响,更适合变曲率轨迹跟踪控制。最后,搭建六轴机械臂实验平台,完成机械臂控制器、Ether CAT通讯、示教器的软硬件设计,并验证提出方案的控制效果和可行性。

关键词：多轴机械臂姿态规划球面线性插值轨迹跟踪多轴同步控制法向同步误差补偿

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基于法向同步误差补偿的机械臂多轴同步控制

微电机 2023年第2期56卷 61-65页

作者：赵寒冰罗欣钟启明周翰海军装备部成都610213 华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074

针对机械臂各轴差异造成的空间轮廓误差问题,提出基于法向同步误差补偿的多轴同步控制策略。该方案分别在关节空间和笛卡尔空间中将跟踪误差正交分解为法向同步误差和切向延时误差,其中法向同步误差等价于轮廓误差,代表实际位置调整至... 详细信息

针对机械臂各轴差异造成的空间轮廓误差问题,提出基于法向同步误差补偿的多轴同步控制策略。该方案分别在关节空间和笛卡尔空间中将跟踪误差正交分解为法向同步误差和切向延时误差,其中法向同步误差等价于轮廓误差,代表实际位置调整至期望轮廓的最短路径,是跟踪效果的主影响项。因此,通过设计法向同步误差补偿算法减小法向同步误差,并证明算法的稳定性。与传统方案相比,提出方案无累积误差,不受各轴给定量级差异影响,空间轮廓误差更小,更适合变曲率轨迹跟踪控制。最后设计仿真实验,试验结果表明该方案可改进各轴协同控制效果,并大幅提升多轴系统轨迹跟踪精度。

关键词：多轴机械臂轨迹跟踪多轴同步控制法向同步误差补偿

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机械臂固定时间非奇异快速终端滑模控制

控制工程 2023年

作者：魏源昊沈艳霞江南大学物联网工程学院

考虑机械臂受外部时变干扰的影响，提出一种固定时间非奇异快速终端滑模控制方法（TFNTSMC），利用双曲正切函数有界性的特点设计一种非奇异终端滑模面，解决固定时间收敛方法中由于采用分段滑模面而导致的稳态精度降低问题，确保系统... 详细信息

考虑机械臂受外部时变干扰的影响，提出一种固定时间非奇异快速终端滑模控制方法（TFNTSMC），利用双曲正切函数有界性的特点设计一种非奇异终端滑模面，解决固定时间收敛方法中由于采用分段滑模面而导致的稳态精度降低问题，确保系统轨迹跟踪误差在固定时间内严格收敛到0，基于Lyapunov函数证明系统的稳定性。最后通过仿真验证所提方法在保证快速性和稳态性的同时，提高系统的精确性。

关键词：多轴机械臂轨迹跟踪固定时间收敛非奇异快速终端滑模控制