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基于ur5机械臂的轨迹跟踪控制算法研究

软件工程 2022年第6期25卷 45-48,17页

作者：王佳胡旭晓吴跃成浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

为了在现有基础上提高机械臂轨迹跟踪控制的精度,采用自适应模糊反演控制算法对六自由度机械臂ur5进行轨迹跟踪控制算法研究。用拉格朗日法对ur5机械臂进行动力学建模以避免系统的不确定因素影响。由于ur5机械臂满足Pieper准则,故对其... 详细信息

为了在现有基础上提高机械臂轨迹跟踪控制的精度,采用自适应模糊反演控制算法对六自由度机械臂ur5进行轨迹跟踪控制算法研究。用拉格朗日法对ur5机械臂进行动力学建模以避免系统的不确定因素影响。由于ur5机械臂满足Pieper准则,故对其进行模型简化,减少运算量,并用拉格朗日法对前两个自由度进行动力学方程推导,该算法在角位移和角速度跟踪方面都表现出了很好的性能。

关键词： ur5 模型简化拉格朗日法轨迹跟踪自适应模糊反演控制

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机器人远程控制与自适应抓取研究

机械设计与制造 2020年第12期 272-276页

作者：舒奇黄家才林健施昕昕南京工程学院江苏南京210000

研究机器人的正向、逆向运动学是深入机器人运动姿态控制的基础,以ur5型协作机器人为研究对象,根据DH参数对其进行运动学建模,并利用MATLAB编程比对实际位姿坐标进行仿真实验验证。利用TCP/IP协议,将机器人作为客户机进行远程控制。通... 详细信息

研究机器人的正向、逆向运动学是深入机器人运动姿态控制的基础,以ur5型协作机器人为研究对象,根据DH参数对其进行运动学建模,并利用MATLAB编程比对实际位姿坐标进行仿真实验验证。利用TCP/IP协议,将机器人作为客户机进行远程控制。通过视觉图像软件对抓取物进行处理提取,对比参照物后获得控制夹爪开合的比例,从而达到自适应抓取的目的。实验表明,该策略简单可行,具有较强的工业应用性。在保障操作者工作安全之外,提高了机器人的自主性和生产稳定性,对于不同的抓取物,能够做出智能的反应。

关键词： ur5 运动学建模图像处理自适应抓取

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基于动力学参数辨识的轨迹跟踪控制策略研究

基于动力学参数辨识的轨迹跟踪控制策略研究

作者：张文杰南昌大学

学位级别：硕士

随着制造行业的结构升级改造,企业生产方式由过去的人工化、半自动化转型为全自动化。工业机器人作为实现制造全自动化的核心设备愈发受企业欢迎,其运用范围由传统的汽车、3C等行业不断延伸至各行各业。因此,为其设计能实现高速、平稳... 详细信息

随着制造行业的结构升级改造,企业生产方式由过去的人工化、半自动化转型为全自动化。工业机器人作为实现制造全自动化的核心设备愈发受企业欢迎,其运用范围由传统的汽车、3C等行业不断延伸至各行各业。因此,为其设计能实现高速、平稳和高精度运动的控制器一直是机械臂领域的研究热点。然而,一方面针对非线性被控系统,传统PID控制器存在着难以保证其具有良好动态及静态品质的缺陷。但先进控制器依赖于较为精确的动力学模型,而机械臂本体的动力学参数繁多,且存在部分未知或误差等情况,因此必须对其动力学参数进行辨识。另一方面机械臂高精度的轨迹跟踪性能,必须考虑系统中的参数不确定性以及外部扰动情况。终端滑膜控制方法由于兼具滑模控制和有限时间收敛的优点,近年来广受关注。同时,扩张状态观测器因其具有不依赖于系统具体模型而实现对系统状态变量良好观测的独特优势,在机械臂控制领域备受青睐。因此,基于扩张状态观测器的终端滑膜控制成为一个研究热点。然而,终端滑膜控制存在奇异性、抖振和趋近率适配等问题,以及扩张状态观测器存在控制增益大和初始峰值问题。针对以上问题,本文提出了一种基于结构改进型扩张状态观测器的自适应滑膜控制策略。论文的主要内容如下:利用改进Denavit–Hartenberg法建立正运动学模型,并对ur5工业机器人的机械结构进行分析;通过使用代数法以及借助Mathematica软件对其逆运动学进行求解;最后利用Robotic Tool工具箱对其正逆运动学算法进行数值验证。为提高动力学模型参数辨识的精度,本文首先利用Newton-Euler法建立含关节摩擦的ur5动力学模型;其次,利用有限傅里叶级数与五次多项式结合的激励轨迹,旨在充分激励出机械臂动力学特性;然后,基于最小惯性参数集将遗传算法与加权最小二乘有效结合对其进行辨识,以提升参数辨识精度;最后利用数值仿真法验证辨识策略的有效性及准确性。针对传统扩张状态观测器存在初始峰值问题,提出一种结构改进型扩张状态观测器以消除初始峰值。此外,为解决观测器的估计误差未知的问题,采用自适应技术对观测误差进行实时补偿,并将其与连续非奇异终端滑膜控制相结合,设计出基于改进型扩张状态观测器的自适应滑膜控制器。最后分别以二自由度机械臂和ur5工业机器人为被控对象,对控制器的可行性进行数值仿真。

关键词：改进Denavit-Hartenberg 参数辨识连续非奇异快速终端滑模控制结构改进扩张状态观测器 ur5

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基于深度强化学习的机械臂路径规划研究

基于深度强化学习的机械臂路径规划研究

作者：张浩南京理工大学

学位级别：硕士

随着智能时代的发展,机械臂已经成为人类生产生活中不可替代之物。现如今,人们对机械臂的要求已经不仅仅满足于让机械臂进行机械重复的工作,同时也希望机械臂能变得更加智能,而研究机械臂路径规划算法则是机械臂智能化的必经之路。本文... 详细信息

随着智能时代的发展,机械臂已经成为人类生产生活中不可替代之物。现如今,人们对机械臂的要求已经不仅仅满足于让机械臂进行机械重复的工作,同时也希望机械臂能变得更加智能,而研究机械臂路径规划算法则是机械臂智能化的必经之路。本文结合人工智能技术,研究了基于深度强化学习的机械臂智能路径规划算法。论文主要完成了以下工作:(1)针对快速搜索随机树(RRT)算法在处理局部陷阱环境时,由于随机点在工作空间内等概率选取的特性,使得路径规划效率变得低下的问题,结合强化学习的思想,提出了一种基于负值惩罚机制的改进快速搜索随机树算法。在U型环境下的对比仿真结果表明,本文所提改进快速搜索随机树算法的路径规划效率优于普通RRT算法。(2)针对现有路径规划算法自主性差、所需时间长的问题,提出利用深度强化学习进行机械臂路径规划的方法。选择深度确定性策略梯度算法(DDPG)和双延迟深度确定性策略梯度算法(TD3)作为模型的训练算法,同时提出了一种经验样本分级机制并利用后置经验回放机制来改进原始算法,加快了模型网络的收敛速度。将改进后的双延迟深度确定性策略梯度算法与原始算法在采用Python编程语言搭建的两连杆机械臂仿真环境中进行路径规划实验,验证了深度强化学习算法在机械臂路径规划上的可行性。(3)针对六轴机械臂ur5,在V-REP仿真软件中搭建了仿真环境。在仅利用机械臂正运动学的前提下,分别对本文提出的改进快速搜索随机树算法和改进深度强化学习算法进行了仿真实验,验证了本文所提算法的有效性。(4)搭建了针对实际机械臂的软硬件实验平台,将本文所提算法成功运用于实际机械臂的路径规划,为机械臂虚实结合实验研究奠定了良好的基础。

关键词：机械臂快速搜索随机树算法深度强化学习 TD3 后置经验回放机制 ur5 V-REP

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基于图像处理的茶叶首尾检测及控制研究

基于图像处理的茶叶首尾检测及控制研究

作者：米福江南大学

学位级别：硕士

猴魁茶叶是中国十大名茶之一,内含有多种营养成分,深受人们的喜欢。猴魁茶叶因其外形的特殊性,具有独特的制作工艺,机械化生产难度较大。现有的猴魁茶叶生产大多采用人工,效率低下,随着国内人力成本的提升,猴魁茶叶生产成本与日俱增,猴... 详细信息

猴魁茶叶是中国十大名茶之一,内含有多种营养成分,深受人们的喜欢。猴魁茶叶因其外形的特殊性,具有独特的制作工艺,机械化生产难度较大。现有的猴魁茶叶生产大多采用人工,效率低下,随着国内人力成本的提升,猴魁茶叶生产成本与日俱增,猴魁茶叶企业亟待寻求新的制作工艺,提升猴魁茶叶的市场竞争力。课题针对猴魁茶叶生产制造过程中机械捏尖难度大、工作效率低等问题,采用图像处理方法对单根猴魁茶叶的叶尖与叶柄方向进行识别,利用ur5机械臂和夹爪对单根茶叶方向进行调整,使得每根猴魁茶叶的叶尖和叶柄按统一方向排列,有效减少后续捏尖的工作量。具体研究内容及研究成果如下:(1)基于图像处理的茶叶首尾检测及控制主体框架设计相关模型研究。小孔成像模型解释如何将坐标从像素坐标系变换到世界坐标系中。分析手眼标定的三种模型以及它们各自适合的坐标变换方式,已知相机的内参和外参可以实现从相素坐标系到机械臂末端坐标系的坐标变换。根据ur5的D-H参数建立ur5模型,然后分别求解机械臂正运动学解和逆运动学解。(2)基于图像处理完成对茶叶叶尖和叶柄两端的识别。首先对采集到的茶叶图像进行灰度化处理、图像滤波处理等预处理,然后分别提取单根猴魁茶叶图像叶尖和叶柄的形状特征和纹理特征。形状特征参数包括茶叶叶尖和叶柄的面积、周长、矩形度、圆形度等8个参数,纹理特征为叶尖和叶柄的等价LBP特征,最后将形状特征和纹理LBP特征融合。使用支持向量机根据新特征对茶叶的叶尖和叶柄进行分类,最后成功识别出茶叶的叶尖和叶柄两端,利用SVM识别茶叶叶尖和叶柄的准确率达到98.5%。(3)ur5机械臂轨迹规划分为关节空间规划和笛卡尔空间规划。在关节空间中分别进行三次多项式、五次多项式、抛物线拟合三种轨迹规划仿真,其中五次多项式更适合作为关节空间轨迹规划曲线。然后在MATLAB中分别进行笛卡尔空间下的空间直线以及空间圆弧轨迹规划仿真。根据ur5的D-H参数使用MATLAB的机器人工具箱建立ur5机械臂模型,计算并绘制出ur5的机械臂工作空间图。(4)在ROS中的Gazebo仿真环境中利用深度相机对茶叶模型提取形心位置、然后利用ur5机械臂完成对茶叶模型叶尖和叶柄位置的控制。首先利用深度相机和Arcuo码完成机械臂的手眼标定,求解相机坐标系与机械臂末端坐标系的转换矩阵,然后利用深度相机提取茶叶模型的形心,将茶叶形心坐标从相机坐标系下转换为机械臂基座标系下的坐标。利用Move It!控制ur5和夹爪完成对茶叶的抓取,夹爪对茶叶叶尖和叶柄进行旋转,最后将茶叶放置指定位置,本次仿真实验成功验证了本研究的可行性。

关键词：猴魁茶叶图像处理 ur5

基于双目视觉的目标识别与定位及机械臂的抓取研究

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基于双目视觉的目标识别与定位及机械臂的抓取研究

作者：夏守城华南理工大学

学位级别：硕士

目前大多数机器人都是面对固定环境,重复完成固定任务。为了提高机器人的智能性和自主性,机器视觉技术被越来越多的应用到机器人领域。其中双目立体视觉技术,能够赋予机器人类似人眼的功能,实现目标识别与定位。因此,利用机器视觉技术... 详细信息

目前大多数机器人都是面对固定环境,重复完成固定任务。为了提高机器人的智能性和自主性,机器视觉技术被越来越多的应用到机器人领域。其中双目立体视觉技术,能够赋予机器人类似人眼的功能,实现目标识别与定位。因此,利用机器视觉技术提高机器人的智能性已成为研究热点。本文对基于双目视觉的机械臂抓取进行了研究。主要完成了下面的研究内容。机械臂的正、逆运动学的研究。首先要了解空间位姿描述,以及坐标系齐次变换,然后运用D-H（Denavit-Hartenberg）建模方法,建立ur5机械臂的运动学模型;接着需要对ur5机械臂的正运动学进行研究,得到ur5机械臂末端执行器的坐标系与ur5机械臂基座坐标系的关系;在此基础之上,进行ur5机械臂的逆运动学研究,即分析ur5末端执行器的期望位姿对应的各个关节转角。最后,利用MATLAB中的工具箱Robotics Toolbox进行正逆运动学仿真,分析仿真结果,判断对ur5机械臂正、逆运动学分析的正确性,以及所建立的模型的有效性。双目视觉系统的研究以及摄像机的参数标定。在了解双目摄像机成像原理的基础上,建立合理的成像模型。利用张正友标定法进行双目摄像机的参数标定,该方法已经封装成工具箱;利用MATLAB中的toolbox＿calib工具箱完成相机的参数标定,以得到相机的内部参数,以及左右摄像机的相对位姿关系,并对标定结果进行误差分析,判断标定结果是否有效。目标识别。首先进行图像预处理的研究;然后,关于目标识别算法,主要分析SIFT和SurF两种模板匹配方法,在利用单应矩阵确定图像中目标物体所在的目标区域的基础上,与ORB算法进行实验对比,根据实验结果,从识别的稳定性和算法执行效率的角度,选择合适的算法,并对该算法进行改进。最后通过实验证改进算法的有效性。目标定位。首先对采集到的图像对进行立体校正;接着通过计算可以获得模板图像目标物体形心位置,进一步的,利用单应矩阵可获得左摄像机采集的图像中目标物体的形心位置。然后通过立体匹配找到该像素点在右摄像机采集图像中对应像素点,从而获得目标匹配点对的信息。在此基础上即可对目标物体形心进行三维重建,并通过实验验证三维重建的精度,最后依据二维和三维点对信息,以重投影误差最小为准求解目标物体的姿态信息,并经过实验验证所用方法的有效性。系统搭建和抓取实验。系统主要由ZED双目摄像机和ur5机械臂构成。在进行抓取实验之前,对于本文的眼在手系统,需要完成对应的手眼标定,获得摄像机坐标系到机械臂末端执行器坐标系的转换矩阵。在此基础之上,进行抓取实验,通过实验结果来验证本文所用方法的有效性。

关键词：双目立体视觉 ur5 模板匹配立体匹配三维重建

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协作机械臂自适应阻抗控制实验研究

造纸装备及材料 2024年第3期53卷 20-22页

作者：徐飞翔李光磊赵鹏羽海军装备部江西九江332005 大连海事大学辽宁大连116026

随着机器人领域的快速发展,机械臂与人协作逐渐成为研究热点。协作机械臂与环境接触时,需要具有一定的柔顺性以提高环境交互能力,但大多环境是未知或者动态变化的,常规阻抗控制无法满足动态环境变化对力精确控制的要求。文章结合阻抗控... 详细信息

随着机器人领域的快速发展,机械臂与人协作逐渐成为研究热点。协作机械臂与环境接触时,需要具有一定的柔顺性以提高环境交互能力,但大多环境是未知或者动态变化的,常规阻抗控制无法满足动态环境变化对力精确控制的要求。文章结合阻抗控制与自适应策略开展研究工作,目的在于实现在未知环境或者动态变化的环境中下阻抗控制的鲁棒性。通过典型场景的环境接触实验对所提出的自适应阻抗控制进行验证,实验结果验证了文章策略的有效性。

关键词：协作机械臂自适应阻抗控制 ur5 控制器

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基于Halcon的机器人手眼标定方法研究

南京工程学院学报（自然科学版） 2019年第1期17卷 45-49页

作者：舒奇黄家才南京工程学院自动化学院江苏南京211167

手眼标定是机器人视觉系统建立过程中的重要环节,本文基于Halcon软件,结合特制的标定板并充分考量相机畸变的影响,提出一种快速、精确、高效的手眼标定方法,该方法在标定过程中建立相机图像坐标系与机器人坐标系转换关系的同时获得相机... 详细信息

手眼标定是机器人视觉系统建立过程中的重要环节,本文基于Halcon软件,结合特制的标定板并充分考量相机畸变的影响,提出一种快速、精确、高效的手眼标定方法,该方法在标定过程中建立相机图像坐标系与机器人坐标系转换关系的同时获得相机内外参数.在ur5机器人平台上进行试验验证,试验结果表明该方法可提高标定效率与标定精度,且算法具有良好的跨平台移植性.

关键词：手眼标定机器人 ur5

基于ROS的笛卡尔空间机械手抓取运动仿真与试验

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陕西工业职业技术学院学报 2020年第2期15卷 5-9页

作者：穆龙涛周云飞陕西工业职业技术学院机械工程学院陕西咸阳712000 西安工业大学机电工程学院陕西西安710032

为了实现分拣作业的自动化,提高工件分拣的工作效率,本文针对机械臂分拣作业从顶部进行抓取作业特点,研究了基于ROS(Robot operation system)的机械臂分採位姿控制方法。通过ROS Movelt!模块对机械臂分拣位姿及运动路径进行了规划,实现... 详细信息

为了实现分拣作业的自动化,提高工件分拣的工作效率,本文针对机械臂分拣作业从顶部进行抓取作业特点,研究了基于ROS(Robot operation system)的机械臂分採位姿控制方法。通过ROS Movelt!模块对机械臂分拣位姿及运动路径进行了规划,实现了分拣机械臂逆运动学求解,对分拣机械臂的运动位姿特性进行了分析。使用Solid work s创建了机械臂模型,通过sw2urdf插件转换工具,导出了机械臂的urDF的模型文件,并进行了参数配置。基于ROS对6自由度机械臂进行了运动仿真,选取开源运动规划库(OMPL)中的随机扩展树算法(RRT)进行分拣机械臂的运动规划分析并驱动ur5机械臂。结果表明:通过对分拣机械臂分拣位姿进行了运动控制,确定了机械臂的分拣位姿和运动轨迹,得出了机械臂的工具端旋转的最大半径值和工件抓取的位置。该方法可提高工业分拣机器人抓取物体的成功率,对于机器人的自主抓取物体的研究具有重要意义。

关键词：工业机械臂 ur5 RS 笛卡尔空间运动学仿真