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《吉林大学》 2004年
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基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究

崔茂源  
【摘要】:制造过程一直是机器人一个传统的应用领域,批量产品的持续生产加工需求为机器人提供了施展才能的舞台。在面向未来制造过程的生产单元中,机器人不仅仅被要求能进行简单的重复工作,更重要的是能作为一个高度柔性、开放并具有友好的人机交互功能的可编程、可重构制造单元融合到制造业系统中。这一能力的实现要求现阶段机器人技术整体的进步,示教技术就是其中重要的一项。 与机器人遥操作进行的任务不同,工业机器人完成的典型任务通常具有重复性,并且经常发生在(部分)已知的环境中。这些任务需要通过机器人示教系统来完成。现有的机器人示教系统可分为三类:示教再现方式、离线编程方式、基于虚拟现实(Virtual Reality, VR)方式。其中,利用VR技术进行机器人示教是机器人学中新兴的研究方向。尽管基于VR的机器人示教研究已经取得了一些有价值的成果,但其实际应用仍然有限。现有的这些系统主要存在下面的一些问题:① 对机器人示教作业过程缺乏有效的监控手段;② 操作员的操作技巧直接影响到机器人完成示教任务的质量。 围绕这些问题,本文开展了基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统的研究工作。提出了一种全新的机器人示教思想,即在监督控制的作用下,综合示教再现方式和离线编程方式二者的优点,将现场的传感器感知反馈信息引入到VR系统中,利用在线方式获得几何运动数据,以离线方式对其进行运动规划,使得基于VR的机器人示教系统具有较高的柔性、自主性和可靠性,更容易完成复杂的机器人示教任务。同时,在减轻操作员示教作业负担、简化机器人示教复杂度、缩短示教时间等方面有很好的性能。 主要研究工作体现在以下几方面: 1) 基于VR的机器人示教系统模型研究 WP=111 研究了基于Envision TR的机器人虚拟示教单元的建模与仿真开发方法。在构建VR环境的过程中,以MOTOMAN-K10S 机器人为例,研究在Envision TR环境中建立虚拟对象的三维几何模型、运动学特性、相关的物理约束以及虚拟对象间的碰撞检测的方法。为了使虚拟环境能够如实、准确地反映真实世界中机器人的运动及其与作业对象之间的位姿关系,建立了机器人示教编程的数学计算模型,将计算模型所得到的这个关系送到虚拟环境中,就可以在虚拟环境中建立与真实环境相一致的机器人与作业对象间的运动关系。 在分析机器人运动学误差模型的基础上,结合示教再现方式和离线编程方式各自的优点,在VR生成的虚拟操作环境中引入基于模型的监督控制方法,形成人机共享任务世界的机器人示教模式。克服了使用主从操作和具有局部自主特性的监督控制的机器人示教系统的不足。根据软件工程对数据和程序封装的要求,通过模块化设计实现了面向任务的机器人示教编程,并建立了事件驱动的机器人示教仿真与执行结构。 2)机器人示教系统的反射式运动规划方法研究 为了避免复杂的3D空间无碰撞路径规划过程,本文通过人机交互方式产生了期望的机器人示教路径。根据基于模型的监督控制的机器人示教过程的特点,使用遗传算法对期望的示教路径进行了优化,以便在期望的示教轨迹容许偏差内使机器人具有最大的动态可操作性。 针对以往机器人运动规划研究的不足,提出了基于传感器反馈信息的反射式运动规划方法。该方法由偏差检验与校正、路径插值和运动规划三个模块组成,对每个模块本文给出了设计方法。 ·在偏差检验与校正模块设计中,从提高机器人相对定位精度的角度出发,使用PSD?空间位姿定位系统实时检测示教过程中机器人末端执行器相对于工件的位姿,实现了示教过程中相对偏差的检测。在此基础上,使用适合于具有重复运动性质的被控对象的迭代学习控制,对偏差进行校正,给出了实现偏差校正的外部闭环控制结构。 ·在路径插值模块设计中,为了控制机器人示教路径严格通过每一个示教点,并且保证运动路径的连续性,采用分段三次样条插值来拟合离散的示教路径点,得到了连续的机器人运动路径。 ·在运动规划模块设计中,为了使机器人在满足运动约束的条件下到达目标点的运动时间最短,通过动态规划的方法求解这一时间最优问题,得到 WP=112 了不同时刻下的机器人速度最优分布。 在此基础上,通过仿真实验验证了各功能模块设计的合理性。 3)基于VR的机器人示教系统的监督控制方法研究 利用离散事件系统的监督控制理论,对基于模型的监督控制的机器人示教过程中人机交互问题进行了形式化分析,提出了机器人、监控器、操作员分布式交互合作的监督控制结构,将反射式运动规划方法融于监督控制理论体系中。在这种监督控制结构中,将操作员和机器人被控对象看作两个不同模块的被控对象,共同接受监控器的管理。操作员的命令被处理成一类特殊的不能控事件,使用输入/输出(I/O)监督控制模式同步操作员、监控器、机器人的行为。这种处理方式极大地简化了监控器设计的复杂性。 根据这种监督控制结构,本文对基于模型的监督控制的机器人示教过程进行了离散事件过程建模与监控器设计。最终实现了操作员监视下的机器人示教系统的监督控制,保证了机器人示教过程的安全性与可靠性。 4)面向工业弧焊过程的基于VR的机器人示教原型系统设计
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP242

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1 杨威;基于以太网的工业机器人示教装置开发[D];华中科技大学;2011年
2 曲欣;遥控焊接接触任务图形仿真中的虚拟力觉预测显示技术[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 李振臣;施釉机器人离线示教仿真技术[D];河北理工大学;2010年
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1 徐旭明,叶榛,陶品,王洋;基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J];高技术通讯;2000年03期
2 罗熊,樊晓平;投射式虚拟现实的原理与实现及其在机器人控制中的应用[J];高技术通讯;2002年03期
3 王建滨,马培荪,徐军,郝颖明;基于超冗余度机械臂动力学的时间最优轨迹规划[J];上海交通大学学报;2002年09期
4 钱东海,谭伟,赵锡芳;基于B样条路径的机器人时间最优轨迹规划[J];上海交通大学学报;1998年12期
5 崔茂源,董再励,田彦涛,朱枫,周船;面向任务的虚拟环境和人机交互方法研究[J];信息与控制;2002年02期
6 孟偲,王田苗,丑武胜;基于手眼视觉的测量与定位方法的研究与实现[J];中国空间科学技术;2002年06期
7 孙立宁,谭福生,荣伟彬,朱疆,孔民秀;微操作机器人的虚拟现实体系结构研究[J];组合机床与自动化加工技术;2003年07期
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1 苏发慧;;模糊支持向量机在粮食安全预警中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
2 韦忠良;崔斌;;基于管径的管道输水灌溉管网优化设计[J];安徽农业科学;2009年25期
3 汪雨萌;钱桦;谭月胜;周满平;;五自由度采摘机械臂运动学通用算法应用[J];安徽农业科学;2012年03期
4 张琳;李海燕;王莉;;模糊需求下批量生产优化模型[J];辽宁科技大学学报;2008年01期
5 李琳娜;蒋彬;;机械压力机智能控制系统分析[J];安顺学院学报;2011年05期
6 苏鹏;何广平;;单腿跳跃机器人动力学建模与仿真验证[J];北方工业大学学报;2011年03期
7 刘卫果,胡思继;旅客交通方式选择行为的模糊机会约束规划模型[J];北方交通大学学报;2002年02期
8 李辉;赵立英;刘钦圣;王兵团;;应用遗传算法进行三次设计初探[J];北京交通大学学报;2006年06期
9 彭生祥,李凯;多移动机器人编队行进中的行为分解[J];北京服装学院学报;2004年01期
10 陈志;汪先兵;王璕;刘丽;骆远福;;采用指数积的三自由度机器人运动学方程[J];兵工自动化;2006年05期
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1 崔博文;陈剑;陈心昭;;工业机器人在噪声测量上的应用研究?[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 夏椒波;何熊熊;孙明轩;;具初始修正的时滞系统迭代学习控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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2 时国平;刘赣伟;;工业机器人示教盒系统的设计[J];兵工自动化;2006年05期
3 李芳珍;许伦辉;;DXF文件格式及其外部接口的研究[J];兵工自动化;2008年07期
4 毛炳祥,陈一如,李萍,张世英,齐全跃;反求工程中的若干问题[J];兵工学报;1997年04期
5 周君;胡磊;;基于逆向工程的车身曲面重构方法及光顺技术研究[J];北京汽车;2007年04期
6 戴书华;曲平面激光打标系统的研究[J];长春光学精密机械学院学报;1999年02期
7 李树军;孟巧玲;;3-PRR平面并联机构的刚度特性[J];东北大学学报(自然科学版);2009年06期
8 程志红;王保明;闫海峰;魏连河;贾洪现;;液压支架虚拟设计[J];东华大学学报(自然科学版);2007年03期
9 曾钢,袁少波;拼焊板在汽车工业中的应用[J];电焊机;2004年06期
10 王春明,胡伦骥,胡席远,杜汉斌;镀锌板的激光剪裁拼焊工艺及接头性能研究[J];电焊机;2004年09期
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1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
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4 宁桂峰;液压支架三维动态设计与力学仿真研究[D];煤炭科学研究总院;2004年
5 李长江;液压支架的计算机辅助工程分析[D];山东大学;2005年
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1 吴鑫;;小波分析在弧焊机器人视觉检测中的应用[J];北京交通大学学报;2012年03期
2 陈明鑫;;汽车焊接仿真中机器人的选型方法介绍[J];汽车工艺与材料;2013年04期
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1 张军舰;施釉机器人轨迹规划[D];景德镇陶瓷学院;2011年
2 张鹏程;六自由度机器人智能控制算法的研究[D];华南理工大学;2011年
3 丁凯;HHR6弧焊机器人结构与控制参数优化研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 徐稀文;基于有限元法的弧焊机器人结构分析[D];江南大学;2012年
5 康国坡;喷涂机器人的CAE分析和结构优化[D];广东工业大学;2012年
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8 杨凤杰;洁净侧装装校机器人轨迹跟踪控制[D];重庆大学;2012年
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【二级参考文献】
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1 曾庆军,陈善隆,黄惟一;力觉临场感遥控作业虚拟现实系统研究[J];东南大学学报;1999年02期
2 柯琪,李维,郑南宁,盖平;机器人仿真系统的虚拟环境生成与显示[J];工程设计CAD及自动化;1997年06期
3 游松,王田苗,朱广超,丑武胜,张启先;基于网络的空间机器人遥操作体系结构[J];高技术通讯;2000年01期
4 徐旭明,叶榛,陶品,王洋;基于视觉临场感的机器人遥操作系统[J];高技术通讯;2000年03期
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2 张少博;李钢;康军;;基于神经网络监督控制的拥塞控制算法研究[J];计算机应用研究;2010年02期
3 姜春福,余跃庆;状态延迟输入神经网络及其在机器人定位监督控制中的应用[J];机械科学与技术;2003年02期
4 李化民;周胜利;温艳芬;;SCADA系统初探[J];工业计量;2004年S1期
5 王江,乔国栋,邓斌;混沌系统变论域自适应模糊控制[J];天津大学学报;2005年10期
6 张颖;邵世煌;;模糊离散事件系统在信息服务系统中的应用[J];上海交通大学学报;2006年11期
7 郭文成;师五喜;郭利进;;一类不确定非线性系统的自适应模糊控制[J];系统工程与电子技术;2010年02期
8 赵仲宣;;开发适合我国中小企业的小型集散系统应考虑的问题[J];化工自动化及仪表;1993年03期
9 R.L.Moore;M A Kramer;候贵海;;在线过程控制中的专家系统[J];计算机仿真;1993年01期
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5 张智焕;沈萌红;;欠驱动两足机器人的运动规划综述[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
6 戴学丰;王式琦;;一类采用学习算法的DES监督控制[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
7 郑亚琴;刘艳军;佟绍成;;具有监督控制功能的非线性系统的直接自适应模糊控制[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
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1 俞靓;银监会:加强对房地产信贷的监督控制[N];商务时报;2008年
2 本报记者 刘毅 柴卫华;“撞击反射”的年代[N];石家庄日报;2008年
3 殷浩;发挥好审计监督控制服务功能[N];中国石化报;2007年
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5 刘培香 史轶夫 刘治宇;我国机器人破短跑世界纪录[N];人民政协报;2009年
6 记者 王志萍 通讯员 任海泉 张志强 杜彩云;构筑资金风险监督防线[N];朔州日报;2006年
7 安远;反射式不眩目车灯问世[N];科技日报;2003年
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1 崔茂源;基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究[D];吉林大学;2004年
2 王平;空间自主在轨服务航天器近距离操作运动规划研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 吴燕华;光镊在生物细胞自动化操作中的力学标定和运动规划[D];中国科学技术大学;2011年
4 史先鹏;模块化移动机械臂运动规划与控制[D];华东理工大学;2010年
5 张波涛;移动机械臂运动规划算法及其应用研究[D];华东理工大学;2012年
6 王文利;大射电望远望悬索式馈源支撑系统的运动规划、动态检测与控制[D];西安电子科技大学;2001年
7 陈文斌;人体上肢运动学分析与类人肢体设计及运动规划[D];华中科技大学;2012年
8 朱新羽;反射式半波补偿非扭曲向列液晶显示模式[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2001年
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10 刘淑华;复杂动态环境下多机器人的运动协调研究[D];吉林大学;2005年
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1 王光彬;复杂环境下无约束运动体多目标运动规划与轨迹控制研究[D];吉林大学;2011年
2 王加朋;移动式工业机器人运动规划研究[D];华南理工大学;2012年
3 林冠楠;移动机械臂跟踪控制与运动规划研究[D];上海交通大学;2012年
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8 覃柯;多移动机器人的协调及运动规划[D];沈阳工业大学;2004年
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