双臂机器人实时无碰撞运动规划

文章编号：１００６—２４６７（２００３）１１—１６９０一０４

双臂ＳＣＡＲＡＴＥＳ机器人实时元碰撞运动规划

丁富强，费燕琼，韩卫军，赵锡芳

（上海交通大学机器人研究所，上海２０００３０）

摘要：以双臂ＳＣＡＲＡＴＥＳ机器人为研究对象，基于可迭流形和接触流形建立了艇臂机器人ｆ空间障碍物边界，并通过对障碍物边界的离散以厦对路径搜索算法的选择，提出并仿真实现了双臂机器人实时无碰撞运动规划算法．

关键词：双臂ｓｃＡＲＡＴＥＳ机器人；ｃ空间障碍物边界；实时无碰撞运动规划

中图分类号：ＴＩ’２４２文献标识码：Ａ

Ｒｅａｌ—ＴｉｍｅＣＯＩＩｉｓｉＯｎ—ＦｒｅｅＭＯｔｉＯｎＰＩａｎｏｆ

ｔｈｅＤｕａＩ—ＡｒｍＳＣＡＲＡＴＥＳＲｏｂｏｔ

ＤＩＮ（；ＦＭ一‘ｉｉｎｎｇ，ＦＥＩＹｎｎ—ｑｉ【ｍｇ，ＨＡＮｗ“一ｊｕｎ，ｚＨＡＯＸｉ—ｋｎｇ

（Ｒｅｓｅａｒｃｈｌｎｓｔ．ｏｆＲｏｂ。ｔｉｃｓ，Ｓｈａ“ｇｈａＩＪｉａｏｔｏ“ｇＵｎｉｖ．，Ｓｈａ“ｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｌｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃ。ｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｈｅｄｕａｌａｒｍｒｏｂｏｔＣ—ｓｐａｃｅ。ｂｓｔａｃｌｅｂｏｕｎｄａｒｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｃｈａｂｌｅｍａｎｌｆｏｌｄａｎｄｃｏｎｔａｃｔｍａｎｉｆｏｌｄ．ＡｎｄｉｔｔｈｅｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕＵｙｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ。ｆｔｈｅｄｕａＩａｒｍｒｏｂｏｔｒｅａｌ—ｔｉｍｅｃ。ｌｌｉｓｉｏｎｆｒｅｅｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｂｙｔｈｅｏｂｓｔａｃｌｅｂｏｕｎｄａ’ｙｄｌｓｃｒｅｔｉ２ａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｅａｒｃｈｉ“ｇａｌｇｏ＾ｔｈｍ．

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｄｕａ卜ａｒｍＳＣＡＲＡＴＥＳｒｏｂｏｔ；Ｃ８ｐａｃｅｏｂｓｔａｃｌｅｂｏｕｎｄａｒｙ；ｒｅａｌ＋ｔｌｍｅｃ。ｌｌｉｓｉｏｎ—ｆｒｅｅｍ。ｔｉｏｎｐｌａｎ

双臂ｓｃＡＲＡＴＥｓ机器人是近几年刚刚推出的新喇装配机器人．当机器人执行任务时．两个操作臂在同一丁作空间中运动，每个操作臂均是另一操作臂的运动障碍物，两个机器人手臂都是在非结构化的环境中运动，它们之间存在着碰撞的可能．对双臂机器人无碰撞运动规划的研究，大部分集中在多机器人协调方面，每个机器人都有自己的控制器，各个操作臂之间靠另外建立的更高一级的层级控制器进行协调规划和控制”４］．如何快速有效建立双臂机器人无碰撞运动路径直接关系到双臂机器人的实际应用前景．本文针对双臂机器人解决以下问题：给定双臂机器人左、右臂末端的起始位置和终止位置，实时规划出机器人双臂无碰撞最优运动路径．１双臂机器人碰撞几何特征

图１为双臂ｓｃＡＲＡＴＥｓ机器人的结构示意图，双臂机器人左边的操作臂简称为左臂，右边的操作臂简称为右臂；图中所标的４个角为双臂机器人的构形角，它们分别满足以下参数范围：日ｎ∈［８０，１８５ｊ，口。２∈［一２５，一１５０］，靠ｌ∈Ｌ一５，１００］，靠ｚ∈［２５，１５０］．将机器人各个操作臂简化为图中所示的四边形，长度３１０ｍｍ，宽５０ｍｍ．左、右臂本体回转轴间距离卢２６０ｍｍ．图中的虚线为机器人左、右臂第】连杆的运动范围．双臂机器人碰撞发生的条件是一个手臂的末端顶点与另一个手臂连杆的部分边相碰撞．

收稿日期：２０。２ｌｌ２０

基盒项目：国家自然科学基金（５９８７５０５０）和国家高技术研究发展计划（８６３）（８６３５１２９８２０—０４）资助项目

作者简介：丁富强（１９７３一），男?河南话阳市人，博士生，研究方向为机器人自动化装配、运莉规划．费燕琼（联系人），女．讲师．博士电话（Ｔｅｌ．）：０２ｌ一６２９３２６８６；Ｅ㈨ｌ：ｆｙｑ＠ｓＪｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

第．。期

丁富强，等：兰竺兰全！全三兰！兰兰尘苎竺兰兰兰兰竺兰竺—————兰

起始位胃

多蚀起瓣

慈鹚

圉１

叔臂ｓ（１ＡＲＡＴＥｓ机器人结构示意圈

Ｆｌｚ．１

ＡｓｋｅＩｆｈｏｆ

ｔｈｅ

ｃｏｎｆｌｇｕｒａｔｌ…ｔｒｕｃｌｕｒｅ

ｏｆ

５ＣＡＲＡＴＦＳｒｏｂｏｔ

２双臂机器人Ｃ空间障碍物的确定

机器人ｃ空间为一广义空间口３．在ｃ空间中被障碍物占据的构形称为ｃ窀问障碍物，ｃ空间的其余部分称为自由ｃ空间．对机器人的两个手臂不划分优先级．两个手臂在运动时互为障碍物．假定以ＬＡｒｍ、Ｒ—Ａｒｍ表示机器人的左、右臂，ＬＡｒｍ对

Ｒ

Ａｒｍ的运动约束构成的Ｒ—Ａｒｍ的ｃ空间障碍

物为Ｃ０。（Ｌ

Ａｒｎｌ），而自由ｃ空间则为

（’ｎ（Ｉ—Ａｒｍ）；ＲＡｒｍ对ＬＡｒｍ的运动约束构成的ｌ—Ａｒｍ的ｃ空间障碍物为Ｃ０，（ＲＡｒｍ），自由ｃ空间为ｃＦ。（Ｒ—Ａｒｍ），则左、右臂的ｃ空间分别

为

ｃ’（Ｌ—Ａｒｍ）＝∞Ｌ（Ｒ

Ａｒｍ）Ｕ（ｊＦＬ（Ｒ

Ａｒｍ）ｌ…

（１（Ｒ

Ａｒｍ）一ｃｚ凡（Ｉ，Ａｒｍ）ＵｃＦＫ（Ｉ，Ａｒｍ）Ｊ

ｎ形障碍物在ｓｃＡＲＡ型操作臂的ｃ空间形成一连通的ｃ空间障碍物“］，冈此凸形障碍物可通过（１空间障碍物的边界确定．在计算ｃ空间障碍物的边界时，采用文献［５］中所论述的接触流形和可达流形理论．对如图ｌ所示的双臂机器人，表示Ｒ

Ａｒｍ

的两个简单凸多边形和表示Ｉ—Ａｒｍ的两个简单凸多边形可以通过互相接触分别形成不同条件下的接

触流形，则ＲＡｒｍ的ｃ空间障碍物边界可以通过

Ｒ

Ａｒｍ的可达流形与这两个接触流形的交获得．

同理，１一Ａｒｍ的ｃ空间障碍物也可通过ＬＡｒｍ的

可达流形与ＬＡｒｍ和ＲＡｒｍ所形成的两个接触

流形的交获得．图２给出了靠，＝ｌｏｏ。，靠ｚ一５００和＆－

一１００。。钆一８０。时所形成的左臂ｃ空间障碍物边界

曲线，边界曲线的右侧为所对应的ｃ空间自由区域，左侧为ｃ空间障碍物本身．

由罔２可见，机器人左、右臂的ｃ空间障碍物是?连通的区域，左、右臂的每一个构形都对另外的

一个手臂产生两个ｃ空间障碍物．当机器人左、右

臂构形对称时，它们彼此形成的ｃ空间障碍物形状

相似．

疗Ｌ１“。）

ａ）靠ｌ＝１００：目Ｒ２＝５０。

目Ｌ、＂１

（ｂ）口Ｒｌ＝１０旷，口趾＝８“１

图２机器人左臂ｆ空间障碍物边界

Ｆ１９

２（、一ｓｐｍ

ｏｈｓｔａｃｌｅｂ‘Ⅲｎ【ｌａｒｙｏｆＬ｝１ｅｄｕａｌ—ａｒｎｌ

ｒｏｂｏ

３双臂机器人实时无碰撞运动规划

３．１

双臂机器人（１空间障碍物边界的离散在基于ｃ空间的运动规划方法中，（１空间离散单元数目对算法的效率有很大影响，合理的单元分割应基于一定的优化标准“１．本文以左、右臂的末端执行器位移作为标准．设机器人左、右臂的关节２固定不动，关节】的角位移为△日，或者关节１固定不动，关节２的角位移为△ｐ时，机器人末端执行器产生相同的最大位移为△ｚ（见图３），则有

△口（ｆ．＋Ｚｂ）＝△脚ｂ一血

因此，在设定△ｚ后，可选取ｃ空间的划分单位△口、△卢．将左、右臂的ｃ空间划分为ｍ×”个网格，并分

别满足：

二拶

图３不同关节角的变化形成的末端执行器位移

Ｆ１９

３

Ｔｈｅｅｎｄ—ｃｆｆｅｃｔｏｒｄｌｓｐ】ａｃｅｍｅｎｒｆｏｒｍｅｄｂｖ

ｔｈｅ

ｃｈａ“ｇｅ

ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ

ｊｏｌｎＩｓ

（２）

郜埘邵卵

ｌ

１

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ｍｍｍｍ

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ｘｘ

ｘｘａａａａｍｍｍｍ：；

＝

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ｎ

ｎ

１６９２

上海交通大学学报第３７卷

设机器人每次运动的时间间隔为７’，则在丁内△ａ一＾ｖ…７’，两个关节角的变化量分别为

凹一篇ｌ㈥

．。彤…７’｝

聊一丁Ｊ

式中：＾为速度比例系数；Ｖ。。一７７００ｍｍ／ｓ为机器人末端最大线速度．假定了１一ｌｍｓ，＾一】，则由式（３）可以得到△８＝１．４。、△卢一２．８。，且左、右臂相应的ｃ空间单元数为７５×４５．图４（ａ）描述了机器人左臂位于钆＝ｌｌ５。，钆一一８０。构形时所形成的右臂ｃ空间障碍物边界及其离散结果．图中网格点的位鬣由序列坐标（ｉ，Ｊ）所确定，其中ｉ—ｏ，１，…，ｍ；Ｊ—ｏ，Ｉ，…，ｎ；图中的离散点为边界曲线外部的节点．

８Ｒ∥）

（ｂ）两臂同时运动

ａ矗：臂对右臂运动约束构

成的ｃ空间障碍物边界

?ｃ空间障碍物边界离散化

图４两个操作臂无碰撞路径的构造及其优化

Ｆ‘ｇ．４Ｔｈｅｐａｔｈｃｏｎ８ｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｎｌｌｚａ—

ｔｊｏｎｏｆＩｈｅｔｗｏｍａｎｌＤｕｌａｔｏｒｓ

３．２左、右臂无碰擅路径的建立

双臂机器人无碰撞路径规划分两步进行：首先利用路径的启发性搜索算法构建左、右臂的原始路径，然后基于扫描规则对所建立的原始路径进行优化．

采用Ａ’算法进行原始路径搜索，取代价函数，（“）＝（１一叫）ｇ（“）十删＾（“）

其中：ｗ∈［ｏ，１］为权值，为了提高路径规则的在线性能，设ｔ“＝ｏ．９９；ｇ‘“）＝＆△ａ＋句△卢，反映从起始构形节点ｓ到当前节点“的总节点数变化所引起的角度变化程度；＾（“）为启发函数表示在（、空间中从当前节点“到目标节点Ｇ间的直线距离，该距离也可用“到Ｇ间的两个关节角变化量来衡量．原始路径建立后，采用基于扫描规则的优化方法得到优化路径：判断当前节点与中间节点的连线是否与障碍物相交，若不相交，则将运动路径简化为当前节点到该中间节点的连线，否则将该中间节点置为当前节点，然后再从新的当前节点出发进行扫描，直到当前节点与目标节点的连线可以直接逛动而不与障碍物相交为止．图４中的虚线表示原始路径，实线为优化后得到的路径，其中“，和“。均为优化后得到的中间节点，路径的优化既可以在原始路径完全产生后再进行，也可在原始路径产生过程中直接进行，由于双臂机器人可以提供并行运行功能，本文在原始路径产生过程中直接进行路径优化．双臂机器人实时无碰撞运动规划算法（ＲＦＭＡ）如下：

（１）输入机器人左、右臂起始和终止无碰撞位姿＾、ｒ．

（２）输出双臂机器人左、右臂实时无碰撞运动路径．

（３）初始化．①设搜索得到的左、右臂中间节点分别为咒、Ｋ，优化后的路径节点分别为“ｐ、“｝，其中ｒ、厶和Ｒｃ为大于或等于零的整数；②计算△目和△ｐ，建立左、右臂各自的离散ｃ空间，得到离散（’空间中左臂起始和目标构形对应的节点ｓ。ＧＬ以及右臂起始和目标构形对应的节点靠、ＧＲ．ＲＦＭＡ的具体步骤如下：

（１）计算左、右臂分别沿ｓ。ＧＬ、ｓ。Ｇ。运动时在丁内彼此间形成的ｆ空间障碍物，并进行相交性检测．若无相交情况，则使左、右臂沿ｓ。抗、＆Ｇ。直接运动到目标位置，程序结束；

（２）令ｒ—Ｌｆ—Ｒｃ—ｏ，且使尸￡一“≯＝ｓＬ．蹦一“＆＝ＳＲ；

（３）计算左、右臂问的最近距离，建立左、右臂的ｃ空间障碍物边界“、Ｑｉ，并获得离散边界数据点集，用启发式搜索算法搜索左、右臂的中间节点Ｐｉ＿。、Ｐｒｌ；

（４）若ｒ＝ｏ．则执行步骤（７）；

（５）若班‘尸；“与‘堆～Ｑ：１中的一个障碍物有相交，则“｝“一Ｐ￡，并使上ｃ＝ｋ＋ｊ；者“｝玮ｕ与Ｑ｝～Ｑｆｌ中的一个障碍物有相交，则“Ｐ１＝戌，并

第１ｌ期

丁富强，等：双臂ｓｃＡＲＡ，Ｉ、Ｅｓ机器人实时无碰撞运动规划１６９３

使Ｒ。一Ｒｆ＋１；时间大大缩短．

（６）若Ｐｊｊｌ一（丑，则左臂路径规划结束，路释点

ｃ±士｛五

为“Ｚ删ｉ，…，。ｈＧ¨若，ｉ?一６Ｒ，则右臂路径规划

３相。口

结束，路径点为。％，。＆．…，。《ｒ，（；。；引对双臂机器人任务操作中运动规划的崮有问（７），一，ｌ１，转步骤（３）．

题，利用可达流形和接触流形的边界曲线法建立了需要指出的是，在步骤（ｊ）、（６）中，一旦机器人双臂机器人ｃ空间障碍物边界，并通过对离散化后的某个操作臂首先达到目标位置，则该操作臂将从的障碍物边界进行原始路径的搜索和优化，提出并下一时刻起保持静止，井对另一操作臂形成固定障仿真实现ｒ双臂机器人实时无碰撞运动规划算法?

碍物，使其从此将在固定的ｃ空间障碍物中运动?

参考文献：

４双臂机器人无碰撞路径规划仿真［１］Ｆｒｅ训Ｅ．Ｈ。ｙ。，ＨＲ。。ｌ。。＂。。‰ｄ。＂。。１ｎ．根据七述双臂机器人实时无碰撞规划算法，取

。。ｂ。‘ｓｙｓ‘。”…。ｌ”ｄ。”ｇ。ｂ…。Ｉ。８”ｏ‘ｄａ“。。【Ｊ］１“‘Ｊ

７１＝１ｎｌｓ，＾一ｏ．４２，双臂机器人第ｌ、２关节在Ｔ’内

Ｒｏ“ｏ‘‘。８Ｒ。８’１９８８’１‘７’：蛇７０

的变化量分别为△一孔。。脚二Ⅲ。，所形成的离心３娑竺三。鬻＝鼻ｊ，黑＝ｊ篇≥竺二

散ｃ单元格数目为３５０×２０８?图５给出了在以上条

２１２

件下左、右臂处于不同起止构形时的两个仿真结果．

［３］Ｌ…一Ｐ。ⅢＴ．ｓｐａｔ。。Ｉｐｌ。。】ｎｇ：。。Ｕｎ崤…ｔ。０ｎ

ｓｐａｃｅａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａ哪ａｃｔｉｏｎｓｏｎｃｏｍｐｕｔ—

ｅｒｓ．１９８３，３２（２）：１０８—１２０．

［４］韩卫军，丁福强，赵锡芳．基于可达流形与接触流彤的

双臂ｓｃＡＲＡＴＥｓ型机器人ｃ卒间快速建立方法

［Ｊ］．中国机械工程．２００２，１３（８）：７０２７０６．

ＨＡＮｗｅｉ—ｊｕｎ?ＤＩＮＧＦ“ｑｊａ“ｇ，ｚＨＡ（）Ｘｌ—ｆａ“ｇ－ＡⅡ

ｑｕｌｃｋａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ（）ｎｏｆ山１ａｌ—Ａｒｍ

罔５机器人无碰撞运动仿真

Ｆ１９．５Ｓ１ｍｕｌａｌｌ。ｎｏｆ

ｔｈｄｕａｌａ…ｏｈｏｔ

ｃｏｌｌｌｓｌｏｎ—ｆｒｅｅｎｌｏｔｌｏｎ

在上述Ａ’算法中，利用本文构造的启发信息，从而使得机器人左、右臂搜索得到各自中间节点的

ｒｏｂｏｔｃｓｐａｃｅ［Ｊ］．ｃｈｉⅡａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅ““ｇ，

２００２，８（１３）：７０２—７０６．

［５］ＤｏｍＩｎＩｋＨ，Ｃｈｎｓｔｉａｎｗ．Ｈｅｌｎｚｗ．Ｏｎ—ｌｍｅｐａｔｈｐＩａｎｎｌ“ｇｏｐｕｍａｌｃ８ｐａｃｅ

ｄｌｓｃｒｅｌｉｚａｔｌ。ｎ［Ａ］．Ｐｒｏｃ１９９８ＩＥＥＥ／ＲｓＪＩⅡｔｃｏｎｆｏｎＲｏｂｏｔｓＢｎｄｓｙｓｔｅｍｒｃ］．

Ｖｉｃｔｏｒｌａ．ＢＣ，Ｃａｎａｄａ：ＩＥＥＥ，１９９８．１４７０一ｌ４８４．

（上接第１６８９页）

３结语…盎：冀’篓蒜ｉ＝‰砒‰Ⅲ．删酬～介绍ｒ一种基于微电动机的全方位微型机器人ｂｌｅｍｉｃｒｏＴｏｂｏｔ＿ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏａ—ｍｂｌｙｓｔａｌｌｏｎ【Ａ］．的输出力矩和定位精度的提高方法．该微型机器人Ｐｒｏｃ。。ｄ‘“９８ｏｆＥｍ。７９ｉｎｇＴｅｃｈ曲ｌｏｇｉｅｓａｎｄＦａｃｔｏ’ｙ具有体积微小，运动灵活，有一定负载能力的特点，

Ａ“‘ｏｍ８‘‘ｏ“［Ｃ］＿Ｂａｒｃｅ。。“８＇ｓｐ８ｉ“：１ＥＦＥｔｌ９９９?３９７篝宝于微型操作平台内实现微小器件的运输与装配［３］ｊ。：。０ｙ。。ｇｍ，ｓｈ。。Ｈｙ。ｓ忆Ｋ．。，ｍ。。ｇｓ。。，

１ｔ疗’

“ｄｆ．１、ｈｅｍｉｎｌａｔｕｒｅｏｍｎｉ—ｄｒｅｃｔｌｏｎａｌｍ。ｂ１１㈨ｂｏｔ参考文献：ｏｍｎｉｋｌ‘ｙ‘Ｉ（ＯＫ—Ｉ）［Ａ］．ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａＩｃｏｎｆｅｒ—

ｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ［【１ｊ．ＤｅｔｒｏＩｔ：Ｌ１］ＢｋｕｋｒＨ?（１ｌａＶｅｌＲ?±ｋ２９ｕｅｔＪＭｔ“以．Ｉ咖ｅ９１“１ＥＦＥ，１９９９．２６８６—２６９０．

ｐｒｃｃ川ｏｎｍｏｔ】ｏｎｃｏｎｒｒ０１ａｎｄｍｌｃｒｏｈａｎｄｌ”ｇ［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩｎｔｅｒｎａｔＩｏｎａＩＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩｃＲＡ２０００）［ｃ］．ｓａｎＦｒａｎｃｌｓｃ（），［４］张琛．直流元刷电机［Ｍ］．北京：机械工业出版社１

９９６．

双臂SCARATES机器人实时无碰撞运动规划

作者：丁富强， 费燕琼， 韩卫军， 赵锡芳

作者单位：上海交通大学,机器人研究所,上海,200030

刊名：

上海交通大学学报

英文刊名：JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY

年，卷(期)：2003，37(11)

被引用次数：2次

参考文献(5条)

1.Freund E.Hoyer H Real-time pathfinding in multirobot systems including obstacle avoidance 1988(07)

2.Youshik S.Zeungnam B Collision trajectory planning for two robot arms 1989

3.Lozano Perez T Spatial planning:a configuration space approach 1983(02)

4.韩卫军.丁福强.赵锡芳基于可达流形与接触流形的双臂SCARATES型机器人C空间快速建立方法[期刊论文]-中国机械工程 2002(08)

5.Dominik H.Christian W.Heinz W On-line path planning optimal C-space discretization 1998

引证文献(2条)

1.朴明波.付宜利.王树国一种基于投影面的手术器械碰撞预警算法[期刊论文]-机器人 2009(2)

2.王丽萍X射线摄影医疗系统的运动学计算[学位论文]硕士 2006

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/4617504869.html,/Periodical_shjtdxxb200311012.aspx

授权使用：广州分公司(wfguangzhou)，授权号：36e5ee15-8239-407d-aef5-9dae00a96c00

下载时间：2010年7月9日

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1.介绍 最近，全方位轮式机器人已在移动机器人应用方面受到关注，因为全方位机器人“有一个满流动的平面，这意味着他们在每一个瞬间都可以移动，并且在任何方向都没有任何调整”。不同于非完整的机器人，例如轮式机器人，在执行之前具有旋转任何所需的翻译速度，全方位机器人具有较高的机动性并被广泛应用在动态环境下的应用，例如在中型的一年一度的足球比赛。 大多数移动机器人的运动控制方法是基于机器人的动态模型或机器人的运动学模型。动态模型直接描述力量施加于车轮和机器人运动之间的关系，以外加电压的每个轮作为输入、以机器人运动的线速度和角加速度作为输出。但动态变化所造成的变化的机器人惯性矩和机械组件的扰动使控制器设计变得较为复杂。假设没有打滑车轮发生时，传感器高精度和地面足够平坦，由于结构的简单，因而运动模型将被广泛应用于机器人的设计行为中。作为输入运动学模型是机器人车轮速度，输出机器人的线速度和角速度，机器人的执行器的动力都快足以忽略，这意味着所需的轮速度可以立即达到。然而，该驱动器的动态极限，甚至降低了机器人在真实的情况中的表现。 另一个重要方面是机器人控制的实践：执行器饱和。因机器人轮子的指挥电机速度是有饱和的界限的，执行器饱和能影响到机器人的性能，甚至使机器人运动变得不稳定。 本文提出了一个全方位的机器人的一种运动控制方法，这种控制方法是基于逆输入输出的线性的运动学模型。它需要不仅考虑到驱动器动力学的识别，但也需要考虑到执行器饱和控制器的设计，并保证闭环控制系统系统稳定性。 本文其余的部分：在2节介绍了运动学模型的一个全方位的中型足球机器人；在3节介绍了路径跟踪与定位跟踪问题基于逆运动学模型的输入输出线性化的解决方法，其中包括执行器饱和分析；4部分介绍了动态识别器及其在控制性能方面的影响；最后的实验结果和结论讨论部分分别在5和6。

机器人控制与轨迹规划实验

机器人控制与轨迹规划 实验报告 姓名： 学号： 学院： 电话： 邮箱： 2016年5月

论述题（每题10分） 1)SSF2000机器人有哪几个轴，请对每一个轴的性能进行详细说明； 2)对于示教模式、再现模式、远程模式进行详细说明； 3)对于关节插补、直线插补、圆弧插补、自由曲线插补方法进行详细说明； 4)如何实现程序内容的删除； 5)请详细说明在示教模式下如何实现机器人第7轴的运动控制； 6)请对机器人常用坐标系进行详细说明； 7)机器人安全模式分为哪几种？ 8)试述机器人示教编程的过程及特点。 现场操作题（20分）

一、SSF2000机器人有哪几个轴，请对每一个轴的性能进行详细说明： 答：SSF2000机器人具有6个控制轴，其中，基本轴3个，分别为S轴、L轴、U轴；腕部轴3个，分别为R轴、B 轴、T轴。各个轴的作用及性能如下： 1、S轴，控制本体左右回转，最大动作范围：±170°，最大速度：3.67 rad/s，210?/s； 2、L轴，控制下臂前后运动，最大动作范围：+155°，-90°，最大速度：3.32 rad/s，190?/s； 3、U轴，控制上臂上下运动，最大动作范围：+250°，-175°，最大速度：3.67 rad/s，210?/s； 4、R轴，控制上臂带手腕回旋，最大动作范围：±180°，最大速度：6.98 rad/s，400?/s，允许力矩：11.8N·m，允许惯性力矩：0.24Kg·m2； 5、B轴，控制手腕上下运动，最大动作范围：+225°，-45°，最大速度：6.98 rad/s，400?/s，允许力矩：8.8N·m，允许惯性力矩：0.17Kg·m2； 6、T轴，控制手臂回旋，最大动作范围：±360°，最大速度：10.47 rad/s，600?/s，允许力矩：5.9N·m，允许惯性力矩：0.06Kg·m2。 二、对于示教模式、再现模式、远程模式进行详细说明 答：1、示教模式：即“TEACH”模式，可用示教编程器进行轴操作和编辑，在此模式中，外部设备发出的启动信 号无效。在示教模式下可以进行：编制、示教程序、修改已登录程序、各种特性文件和参数的设定。示教时，必须把示教编程器的模式旋钮旋至“TEACH”。

工业机器人的运动轨迹

专题综述 课程名称工业自动化专题 题目名称工业机器人的运动轨迹学生学院____ _ 自动化________ 专业班级___ _ _ 学号 学生姓名___ _ _ 指导教师_____ _____ 2013 年 6月 27日

工业机器人的运动轨迹综述 【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的路径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反馈信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进行追踪与动作修正。 【关键词】：工业机器人，视觉，路径跟踪，轨迹规划，高精度 1.机器人视觉，运动前的准备 实际的工业现场环境复杂，多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准，从而实现精确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。 1.1基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测 建立的工业机器人单目视觉系统，整个系统主要由单目视觉单元，监控单元和机器人执行单元三大单元组成。单目视觉单元为一台固定在机器人上方的CCD摄像机，负责摄取工作环境中的目标并存入图像采集卡缓冲区；监控单元负责监控各工作站的当前状态，并完成对存储图像进行相关处理的工作，达到识别定位目标的目的；执行单元负责驱动机械手实施抓取操作。 1.2基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测 以立体视觉理论为基础，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型基础上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案．对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进行了检测。结果表明，该检测方法简单实用，基本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。 1.3一种面向工业机器人智能抓取的视觉引导技术研究 为实现工业机器人自主识别并抓取指定的目标，提出了一种基于计算机视觉引导的解决 方法。该方法利用指定目标的3D数据模型，以及由两台或者多台CCD摄像机从工作场景中不同角度获；取到的数字图像，经过目标姿态估算、投影计算并生成投影图像，再利用投影

基于MATLAB的PUMA560机器人运动仿真与轨迹规划5.

The movement simulation and trajectory planning of PUMA560 robot Shibo zhao Abstract:In this essay, we adopt modeling method to study PUMA560 robot in the use of Robotics Toolbox based on MATLAB. We mainly focus on three problems include: the forward kinematics, inverse kinematics and trajectory planning. At the same time, we simulate each problem above, observe the movement of each joint and explain the reason for the selection of some parameters. Finally, we verify the feasibility of the modeling method. Key words:PUMA560 robot; kinematics; Robotics Toolbox; The simulation; I.Introduction As automation becomes more prevalent in people’s life, robot begins more further to change people’s world. Therefore, we are obliged to study the mechanism of robot. How to move, how to determine the position of target and the robot itself, and how to determine the angles of each point needed to obtain the position. In order to study robot more validly, we adopt robot simulation and object-oriented method to simulate the robot kinematic characteristics. We help researchers understand the configuration and limit of the robot’s working space and reveal the mechanism of reasonable movement and control algorithm. We can let the user to see the effect of the design, and timely find out the shortcomings and the insufficiency, which help us avoid the accident and unnecessary losses on operating entity. This paper establishes a model for Robot PUMA560 by using Robotics Toolbox,and study the forward kinematics and inverse kinematics of the robot and trajectory planning problem. II.The introduction of the parameters for the PUMA560 robot PUMA560 robot is produced by Unimation Company and is defined as 6 degrees of freedom robot. It consists 6 degrees of freedom rotary joints (The structure diagram is shown in figure 1). Referring to the human body structure, the first joint（J1）called waist joints. The second joint（J2）called shoulder joint. The third joint （J3）called elbow joints. The joints J4 J5, J6, are called wrist joints. Where, the first three joints determine the position of wrist reference point. The latter three joints determine the orientation of the wrist. The axis of the joint J1 located vertical direction. The axis direction of joint J2, J3 is horizontal and parallel, a3 meters apart. Joint J1, J2 axis are vertical intersection and joint J3, J4 axis are vertical crisscross, distance of a4. The latter three joints’ axes have an intersection point which is also origin point for {4}, {5}, {6} coordinate. (Each link coordinate system is shown in figure 2)

《机器人产业发展规划(2016-2020年)》新闻发布会文字实录

《机器人产业发展规划（2016－2020年）》新闻发 布会文字实录 时间：2016年4月26日 地点：工业和信息化部B座206报告厅 工业和信息化部办公厅副主任少华： 各位领导、各位专家、各位企业家，各位媒体朋友们，大家下午好。《机器人产业发展规划（2016－2020年）》新闻发布会现在开始。欢迎大家的到来。 出席今天通气会的工业和信息化部的有关领导有：工业和信息化部辛国斌副部长、规划司树苹副司长、装备司东副司长；专家代表有中国工程院封锡盛院士；行业代表有中国机器人产业联盟宋晓刚执行理事长、之驹副秘书长；企业代表有新松公司总裁曲道奎先生、天智航医疗科技股份送根董事长、埃夫特肖永强副总经理、紫光优蓝公司容立斌副总裁。参加今天发布会的媒体有中央媒体、网络媒体以及部属媒体、部、微博、微信，媒体总数是30多家。下面首先请辛国斌副部长讲话，对机器人产业规划作解读，大家欢迎。 工业和信息化部副部长辛国斌： 女士们、先生们，下午好！很高兴在这里同大家见面，我谨代表工业和信息化部，感大家对我国机器人产业发展的关心、关注和支持。为贯彻“中国制造2025”将机器人作为重点发展领域的总体部署，工业和信息化部、发改委、财政部三部委在实地调研、组织企业座谈、征求行业和地方政府管理部门意见、专家论证等工作的基础上，于2016年3月21 日联合印发了《机器人产业规划》，这个规划的实现是2016年到2020年，以此来引导我国机器人产业健康可持续发展，今天我们组织中央有关媒体、财经媒体、部属媒体，机器人专家、企业和行业组织代表召开新闻发布会，就是为了宣传和贯彻落实机器人产业发展规划，加快推进我国机器人产业发展。借这个机会，结合规划的主要容，我讲四点意见： 第一，要充分认识发展机器人产业的重要意义。机器人既是先进制造业的关键支撑装备，也是改善人类生活方式的重要切入点，其研发和产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。大力发展机器人产业，对于打造我国制造新优势，推动工业转型升级，加快制造强国建设，改善人们生活水平具有重要意义。

工业机器人产业发展规划

工业机器人产业发展规划 xx发布 据统计，河北、江苏、西安等多地出台机器人产业行动计划，明 确面向汽车、电子、电力装备等领域加强工业机器人应用;安徽、浙江、天津等地在今年地方两会上提出应用具体目标。央行近期也指出，鼓 励金融机构推动融资等业务创新，强化对工业机器人技术短板的支持 力度。业内专家表示，目前工业机器人应用领域持续拓展，正进入提 档加速关键期。 改革开放以来，相关产业得到较快的发展，整体素质明显提高。 随着我国工业化和城镇化进程的加快，相关产品及服务消费将继续保 持较高的水平，产业也将进入新的发展时期。 为推动区域产业转型升级、持续健康发展，制定本规划方案，请 结合实际认真贯彻执行。 第一条发展路线 牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，在区域一 体化协同发展的大背景下，紧紧抓住供给侧结构性改革重大机遇，主 动适应产业发展趋势，加快优势产业发展转型升级，提升示范引领产

业发展协同发展的能力，使区域产业发展在更好地服务经济建设中实 现提质增效。 第二条指导原则 1、坚持创新发展。开发高效适用新技术，拓展产品应用领域，创 新行业经营模式，优化资源配置，促进融合，实现创新发展。 2、机制创新，部门协同。创新管理体制和运营监管机制，强化部 门协同，持续推进产业发展，实现可持续发展。 3、依法推进，规范管理。积极完善政策制度体系，以政策、规划、标准等手段规范市场主体行为，综合运用价格、财税、金融等经济手段，发挥市场配置资源的决定性作用，营造有利于产业发展的市场环境，激发市场使用产业的内生动力。 4、因地制宜，示范引领。着眼区域实际，充分考虑经济社会发展 水平，逐步研究制定适合区域特点的能效标准。制定合理技术路线， 采用适宜技术、产品和体系，总结经验，开展多种示范。 第三条背景分析 据统计，河北、江苏、西安等多地出台机器人产业行动计划，明 确面向汽车、电子、电力装备等领域加强工业机器人应用;安徽、浙江、天津等地在今年地方两会上提出应用具体目标。央行近期也指出，鼓

机器人_百度文库.

刚刚过去的 2014年被称为中国机器人产业的发展元年,政府热,企业热, 全民热。根据中国机器人网 2014年工业机器人深度研究报告数据显示, 2014年中国市场新增工业机器人 6.78万台,同比增长 40%以上。而作为全国制造业大省的广东省在承受人力资源成本上涨、春节前后“用工荒”的压力时,对工业机器人的需求更为迫切。为了促进机器人产业的快速发展, 深圳、广州、东莞、佛山、顺德等地相继出台了机器人产业相关政策。 深圳: 《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展规划 (2014-2020年》、《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展政策》 2014年 12月中下旬,深圳出台了《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展规划(2014-2020年》 (简称《规划》以及《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展政策》 (以下简称《政策》。 其中《规划》提出了“强化自主创新能力” 、“提升产业发展水平” 、“促进产业高端集聚” 、“拓展现代制造服务” 、“优化产业生态环境”等五大主要任务;并重点扶持 8大工程,分别是:工业机器人跨越工程、服务机器人孵化工程、可穿戴设备创新工程、智能检测仪器培育工程、元器件与关键部件支撑工程、智能制造成套装备提升工程、重大应用示范推广工程和传统产业智能化升级工程; 从组织、政策、资金、人才和空间等五个方面提出了相应的保障措施。 工业机器人跨越工程方面, 《规划》指出,深圳市将选择条件成熟的区域, 建设2-3个机器人产业园区,以具有国际竞争力的工业机器人骨干企业为核心, 带动园区内中小企业进行专业化配套生产,形成区域协作完善的产业集群。服务机器人孵化工程方面,家庭服务机器人、医疗健康机器人以及特种服务机器人成为重中之重。社区监控机器人、教育娱乐机器人、烹饪机器人、扫地机器人、草坪维护机器人等家庭服务机器人要加强研发和产业化, 形成一批具备自主知识产权的国际品牌。对于手术机器人、护理机器人、下肢外骨骼机器人、辅助内窥镜操作机器人等医疗健康机器人, 建立一批医疗康复机器人临床测试和应用平台。针对危险场合及特

我国机器人产业的发展现状及前景分析

我国机器人产业的发展现状及前景分析 的冒牌机器人企业，大有劣币驱逐良币之势。 在现有产业格局下，机器人产业对整个经济的带动作用还很有限。去年我国机器人销售量只有7 万台，一台按20 万元计，产值才140 多亿元，除去外资产品占比的85%，国内产品销售额仅21 亿元。按此计算，工信部统计的800 家机器人企业年销售额平均不足300 万元。因此，有业内人士直言，国产机器人产品主要有三个特点，即核心技术空心化、关键零部件进口化、高端产品边缘化。机器人是典型的三高产业需要高技术、高人才、高投入，在不掌握芯片、软件、控制系统等高端技术情况下，只能做点外壳和组装。 但市场在呼唤。全球正在使用的工业机器人数量在去年底已达160 万台，亚洲仍是最大的市场，而我国市场的增速达17%，我国的工业机器人使用密度为每万人49 个，市场潜力巨大。按中国制造2025 的规划，2020 年、2025 年和2030 年工业机器人销量的目标，分别为15 万台、26 万台和40 万台。相关数据显示，今年我国服务机器人市场规模将达140 亿元左右。基于新材料等技术为机器人提供的发展条件，加上我国传统制造业的调整升级，对工业机器人产生了很大需求，而在社会领域也出现了一些新的应用，包括服务业、医疗业上的应用。预计未来十年我国机器人市场将达6000 亿元。 放眼全球，目前在工业机器人技术领域还是以欧日为主导，尤其以德国库卡、日本发那科和安川电机、瑞士ABB 最为出众，被称为工业机器人四大家族。我国在机器人的核心技术开发能力上与世界先进水平还有不小的差距，仍需深化国际交流与合作。我们固然要有追赶的狠劲，更要有追赶的智慧。 机器人产业需理性增长。不比互联网，机器人产业牵涉产业众多，投

机器人运动控制器

TB04-2372.jtdc-1 机器人控制标准包 机器人运动控制器 我们在机器人控制上拥有丰富的经验。除了标量机器人和２维并行机构的机器人是做为选项。其他机械机构的机器人我们提供了特殊控制技术。链接型和并行机构的机器人可以像自动机械一样运行。■优点 ◆有效运用于内部研发能够短期内使自己研发的产品稳定动作。 ◆追求独特的技术能够用于研发特殊组装和动作的机器人，并投入生产现场。◆技术知识保密自己开发技术知识的保密 ◆应用于自动机械可以应用于加工机械以及装配机械之类的生产机械的操作和运转 ■机构变换 ◆直交系列机器人◆标量机器人◆２维并行机构机器人◆垂直多关节机器人◆６维并行机构机器人 〈标准〉〈选项〉〈选项〉〈独特〉〈独特〉 ■正确的轮廓控制■按控制周期变换机构■正确的轨迹 按控制周期执行机构变换，实现插补之间的接合部的圆滑轨迹控制。可应用于精密加工。 ■运行程序（技术语言?Ｇ语言） 像去除加工毛刺及钻孔机械，使用输出ＣＡＭ的Ｇ语言文件来实现ＤＮＣ运行。 ■拥有丰富技能对应实际生产中的作业 通过可选项，能够用于搬运，加工，熔接，去除毛刺，装配等生产机械的操作和运行。◆可选项机能例 宏机能，多任务，扭矩指令（贴接?控制力度）ＤＮＣ运行触摸屏 插补前的加减速Ｓ字加减速手动脉冲发动器，高精度制动开关（接触开关）接线?法线控制 同频同步平行轴控制■触摸屏及专用ＰＣ软件 ■触摸屏例 ■专用ＰＣ画面例 使用触摸屏或ＰＣ也可以操作。■动作机构计算的可２次开发 我们的经验可以对应您的特殊需求。 另外，你也可以自行开发动作机构变换软件。■应用于机器人控制的运动控制器◆ＳＬＭ４０００机器人规格 单板独立单机工作４轴脉冲列输入３２ 输出３２ＲＳ２３２／ＵＳＢ ◆ＰＬＭＣ４０机器人规格ＰＬＣ动作 ４轴脉冲列输入１６输出１６ＲＳ２３２可使用通用ＰＬＣ扩展（梯形 ?ＩＯ? 模拟等） ◆ＰＬＭＣ－ＭⅡＥＸ机器人规格ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ－Ⅱ 标准４／９／１６轴最大３０轴可使用通用ＰＬＣ扩展（梯形?ＩＯ?模拟等） ◆多軸运动功率放大器机器人规格多轴伺服功放一体型最大７轴输入４２输出４２可节省配线节省成本 A B a1 a2a3Accurate contour Uncontrolled path by simple positioning Calculation at each sampling time

【推荐下载】智能机器人“十三五”规划：2020年工业机器人密度超150

张小只智能机械工业网 张小只机械知识库机器人“十三五”规划：2020年工业机器人密度超150 我国《机器人产业发展规划(2016-2020年)》27日发布。根据规划，到2020年实现工业机器人密度(每万名工人使用工业机器人数量)达到150以上。 该规划由我国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部共同制定。 规划称，十三五期间聚焦两突破、三提升，即实现机器人关键零部件和高端产品的重大突破，实现机器人质量可靠性、市场占有率和龙头企业竞争力的大幅提升。 规划制定了具体发展目标，到2020年，实现自主品牌工业机器人年产量达到10万台，六轴及以上工业机器人年产量达到5万台以上。服务机器人年销售收入超过300亿元人民币，在助老助残、医疗康复等领域实现小批量生产及应用。 到2020年机器人关键零部件取得重大突破。机器人用精密减速器、伺服电机及驱动器、控制器的性能、精度、可靠性达到国外同类产品水平，在六轴及以上工业机器人中实现批量应用，市场占有率达到50%以上。 到2020年完成30个以上典型领域机器人综合应用解决方案，并形成相应的标准和规范，实现机器人在重点行业的规模化应用，机器人密度达到150以上。 规划还提出发展龙头企业。到2020年培育3家以上具有国际竞争力的龙头企业，打造5个以上机器人配套产业集群。 规划要求推进十种标志性产品取得重大突破。在工业机器人方面，重点发展弧焊机器人、真空(洁净)机器人、全自主编程智能工业机器人、人机协作机器人、双臂机器人、重载AGV等六种标志性工业机器人产品。服务机器人方面则重点发展消防救援机器人、手术机器人、智能型公共服务机器人、智能护理机器人等四种标志性产品。 为强化产业创新能力，规划提出加强共性关键技术研究、建立健全机器人创新

智能机器人运动控制和目标跟踪

XXXX大学 《智能机器人》结课论文 移动机器人对运动目标的检测跟踪方法 学院（系）： 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 成绩：

目录 摘要 (1) 0、引言 (1) 1、运动目标检测方法 (1) 1．1 运动目标图像HSI差值模型 (1) 1.2 运动目标的自适应分割与提取 (2) 2 运动目标的预测跟踪控制 (3) 2．1 运动目标的定位 (3) 2．2 运动目标的运动轨迹估计 (4) 2．3 移动机器人运动控制策略 (6) 3 结束语 (6) 参考文献 (7)

一种移动机器人对运动目标的检测跟踪方法 摘要：从序列图像中有效地自动提取运动目标区域和跟踪运动目标是自主机器人运动控制的研究热点之一。给出了连续图像帧差分和二次帧差分改进的图像HIS 差分模型，采用自适应运动目标区域检测、自适应阴影部分分割和噪声消除算法，对无背景图像条件下自动提取运动目标区域。定义了一些运动目标的特征分析和计算 ，通过特征匹配识别所需跟踪目标的区域。采用 Kalrnan 预报器对运动目标状态的一步预测估计和两步增量式跟踪算法，能快速平滑地实现移动机器人对运动目标的跟踪驱动控制。实验结果表明该方法有效。 关键词：改进的HIS 差分模型；Kahnan 滤波器；增量式跟踪控制策略。 0、引言 运动目标检测和跟踪是机器人研究应用及智能视频监控中的重要关键技术 ，一直是备受关注的研究热点之一。在运动目标检测算法中常用方法有光流场法和图像差分法。由于光流场法的计算量大，不适合于实时性的要求。对背景图像的帧问差分法对环境变化有较强的适应性和运算简单方便的特点，但帧问差分不能提出完整的运动目标，且场景中会出现大量噪声，如光线的强弱、运动目标的阴影等。 为此文中对移动机器人的运动目标检测和跟踪中的一些关键技术进行了研究，通过对传统帧间差分的改进，引入 HSI 差值模型、图像序列的连续差分运算、自适应分割算法、自适应阴影部分分割算法和图像形态学方法消除噪声斑点，在无背景图像条件下自动提取运动 目标区域。采用 Kalman 滤波器对跟踪目标的运动轨迹进行预测，建立移动机器人跟踪运动 目标的两步增量式跟踪控制策略，实现对目标的准确检测和平滑跟踪控制。实验结果表明该算法有效。 1、运动目标检测方法 接近人跟对颜色感知的色调、饱和度和亮度属性 (H ，S ，I )模型更适合于图像识别处理。因此，文中引入改进 型 HSI 帧差模型。 1．1 运动目标图像HSI 差值模型 设移动机器人在某一位置采得的连续三帧图像序列 ()y x k ,f 1-，()y x f k ,，()y x f k ,1+

机器人抓取运动目标轨迹规划与控制

I．引言 机器人抓取运动目标是指机器人基于内部控制系统的控制，完成运动目标的跟踪和抓取，是智能机器人的一个前沿应用课题，在工业、航天和娱乐等领域有良好的应用前景。在运动目标的捕捉中，一方面，机器人手爪必须快速跟踪并接近目标;另一方面必须能够感知环境以避开可能的障碍，其中状态反馈和路径规划需要很高的实时性和抗干扰能力。此外，系统还受到动力学约束、关节几何约束等限制，而这一切都必须在实时条件下完成。 抓取运动目标技术在航空航天、工业生产、遥感技术、军事技术、特殊环境作业等多领域有着广泛的应用。该技术的研究最典型的应用就在于太空卫星捕捉机器人，众所周知由宇航员来接近和捕捉正在旋转的卫星很危险而且困难，从而使人们意识到应该使用机器人进行太空服务，近年来越来越多的机器臂装配到了航天设备上。此外，抓取运动目标的技术还可以应用在工业生产过程中抓取装配线传送带上正在运动的零部件；球类机器人（如：足球机器人，排球机器人等）；太空、深海等场合的自动对接和作业。 对于机器人抓取运动目标，其末端机械手的动作规划和目标检测等问题就需要传感技术与机器人控制技术的完美结合。目前，对于目标状态的测取一般采用图像传感（CCD摄像机），但是单视觉反馈有着它自身的缺陷，单摄像机模型往往能够获得较为精确的平面位置信息，而不能获得精确的深度信息。为此，在状态测取时，一般采用多摄像机模型或摄像机与位置传感器相结合模型。对于抓取运动目标动作规划目前一般存在有三种方法：直接瞄准法、比例导引法、以及预测-规划-执行( Prediction Planning and Execution，PPE) 方法。后文将具体讨论以上内容。 II．系统组成 下图是一个典型的机器人抓取运动目标的系统方框图。抓取运动咪表的机器人与一般的机器人相比，其操作对象大多为状态参数不确定的运动目标，同时机器人与目标之间的接触速度较高。因此必须着重研究以下问题: 实时状态测

医疗机器人行业发展规划

医疗机器人行业发展规划 ——20xx年 医疗用的机器人种类很多，主要包括手术机器人、康复机器人、 医疗服务机器人、健康服务机器人等。目前，在我国医疗机器人市场中，康复机器人占比最大，约为41%；医疗服务机器人、手术机器人占比相差不大，分别为17%、16% 以转型升级、提质增效为主线，以技术创新和管理创新为支撑点，加快推进供给侧结构性改革，扩大新型产品生产和应用，积极开展产 能合作，有效提高区域产业的质量和效益。 为加快区域产业结构调整和优化升级，依据国家和xx省产业发展 规划，结合区域产业xx年发展情况，制定该规划，请结合实际情况认 真贯彻执行。 第一章发展思路 以新发展理念统领发展全局，加快供给侧结构性改革，大力发展 特色产业，促进产业链、创新链、服务链、信息链、人才链联动发展，全面提升创新发展能力和核心竞争力，培育区域国民经济新支柱。 第二章指导原则

1、因地制宜，示范引领。着眼区域实际，充分考虑经济社会发展 水平，逐步研究制定适合区域特点的能效标准。制定合理技术路线， 采用适宜技术、产品和体系，总结经验，开展多种示范。 2、坚持融合发展。推进业态和模式创新，促进信息技术与产业深 度融合，强化产业与上下游产业跨界互动，加快产业跨越式发展。 3、坚持转型发展。引导要素优化配置，提高全要素发展。 4、政府引导，市场推动。以政策、规划、标准等手段规范市场主 体行为，研究运用价格、财税、金融等经济手段，发挥市场配置资源 的决定性作用，营造有利于产业发展的市场环境。 第三章产业环境分析 医疗用的机器人种类很多，主要包括手术机器人、康复机器人、 医疗服务机器人、健康服务机器人等。目前，在我国医疗机器人市场中，康复机器人占比最大，约为41%；医疗服务机器人、手术机器人占比相差不大，分别为17%、16%。 康复机器人是辅助人体完成肢体动作，实现助残行走、康复治疗、负重行走、减轻劳动强度等功能的一种医用机器人，产品包括上肢康 复机器人、下肢康复机器人、智能轮椅、交互式健康训练机器人等。

中国制造2025解读-机器人产业发展计划

机器人产业发展 《中国制造2025》站在历史的新高度，从战略全局出发，明确提出了我国实施制造强国战略的第一个十年的行动计划，将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，提出机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人应用以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用的需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体，减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造技术等技术瓶颈。”并在重点领域技术创新路线图中明确了我国未来十年机器人产业的发展重点主要为两个方向：一是开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品，推动工业机器人产业化及应用，满足我国制造业转型升级迫切需求；二是突破智能机器人关键技术，开发一批智能机器人，积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。 一、以需求为导向，增强创新能力，扩大市场应用 根据应用环境不同，国际机器人联合会（IFR）将机器人分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务机器人。工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称，是现代制造业中重要的工厂自动化设备；服务机器人是

服务于人类的非生产性机器人，服务机器人技术主要应用于非结构化环境，结构比较复杂，能够根据自身的传感器与通过通信，获得外部环境的信息，从而进行决策，完成相应的作业任务。 1、中国已成为全球第一大工业机器人市场，潜力仍待挖掘 工业机器人主要是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，用于工业生产过程中的搬运、焊接、装配、加工、涂装、清洁生产等方面。2014年全球工业机器人销量创下历史新高，达到22.5万台，同比增长27%。市场增长的动力主要来自于亚洲地区，特别是中、韩两国。 近年来，中国机器人市场需求快速增长，并已成为全球机器人重要市场。2014年，中国工业机器人销量达到5.6万台，同比增长52%，再次成为全球最大工业机器人市场。用户已从外商独资企业、中外合资企业为主，向内资企业、乃至中小企业发展。国内沿海工业发达地区不少企业产品用来出口，对产品质量要求高，越来越多的企业采用机器人代替产业工人。在珠三角地区，使用工业机器人的年均增长速度已达到30%，尤其在装配、点胶、搬运、焊接等领域，已经掀起了一股机器人使用热潮。 虽然自2013年中国已经是全球工业机器人最大市场，但制造业工业机器人密度仍然很低，2013年中国工业机器人

机器人的运动控制

2.4 手臂的控制 2.4.1 运动控制 对于机器人手臂的运动来说，人们通常关注末端的运动，而末端运动乃是由各个关节的运动合成实现的。因而必须考虑手臂末端的位置、姿态与各个关节位移之间的关系。此外，手臂运动，不仅仅涉及末端从某个位置向另外一个位置的移动，有时也希望它能沿着特定的空间路径进行移动。为此，不仅要考虑手臂末端的位置，而且还必须顾及它的速度和加速度。若再进一步从控制的观点来看，机器人手臂是一个复杂的多变量非线性系统，各关节之间存在耦合，为了完成高精度运动，必须对相互的影响进行补偿。 1.关节伺服和作业坐标伺服 现在来研究n个自由度的手臂，设关节位移以n i个关节的位移，刚性臂的关节位移和末端位置、姿态之间的关系以下式给出： （1） m维末端向量，当它表示三维空间内的位置姿态 时，m=6。如式（1）所示，对刚性臂来说，由于各关节的位移完全决定了手臂末端的位置姿态，故如欲控制手臂运动，只要控制各关节的运动即可。 设刚性臂的运动方程式如下所示： （2） 量为粘性摩擦系数矩阵；表示重力项的向量； 机器人手臂的驱动装置是一个为了跟踪目标值对手臂当前运动状态进行反馈构成的伺服系统。无论何种伺服系统结构，控制装置的功能都是检测各关节的 1给出了控制系统的构成示意图。来自示教、数值数据或外传感器的信号等构成了作业指令，控制系统根据这些指令，在目标轨迹生成部分产生伺服系统需要的目标值。伺服系统的构成方法因目标值的选取方法的不同而异，大体上可以分为关节伺服和作业坐标伺服两种。当目标值为速度、加速度量纲时，分别称之为速度控制或加速度控制，关于这些将在本节2.和3.中加以叙述。

图1 刚性臂控制系统的构成 1） 关节伺服控制 讨论以各关节位移的形式给定手臂运动目标值的情况。 令关节的目标值为12(,,,)T n d d d dn q q q q =∈?。图2给出了关节伺服的构成。若目标值是以关节位移的形式给出的，那么如图2所示，各个关节可以独立构成伺服系统，因此问题就变得十分简单。目标值d q 可以根据末端目标值d r 由式（1）的反函数，即逆运动学（inverse kinematics ）的计算得出 1()d r d q f r -= （3） 图2 关节伺服构成举例 如果是工业机器人经常采用的示教方法，那么示教者实际上都是一面看着手臂末端，一面进行示教的，所以不必进行式（3）的计算，d q 是直接给出的。如果想让手臂静止于某个点，只要对d q 取定值即可，当欲使手臂从某个点向另一个点逐渐移动，或者使之沿某一轨迹运动时，则必须按时间的变化使d q

上海机器人产业园发展规划研究1

上海机器人产业园发展规划研究 摘要：机器人技术作为信息技术和先进制造技术的典型代表和主要技术手段，已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一。工业机器人产业成为了国家新兴产业战略发展的新选择，是提升国际竞争力的需要。 上海机器人产业园是推动区域发展的重大引擎，是推动制造业发展的需要。首先，本文提出产业园建设的背景和意义，基于产业园研究理论、区域经济理论、战略环境分析理论、产学研结合理论为理论基础，为产业园的建设提供了理论依据。结合国内外机器人产业园现状，借鉴产业的发展经验，为产业园的建设提供现实的指导意义。其次，结合上海市在高新技术产业的人才优势、资金优势、政策优势，对上海机器人产业园进行必要性和可行性论证分析，效益分析，为产业园的建设提供更多的保障因素。再者，结合产业园的总体目标、产品定位、产业定位和战略定位，产业园建设进行分区和分阶段进行：打造“一主一辅一配套”的功能区，产业园区分起步期、发展期、成熟期三期逐步完成。最后，结合产业园的规划，对产业园的空间布局、结构设计、投资估算、资金筹措和运营管理机制进行具体的规划。 关键词：机器人产业园；发展规划；方案设计 1绪论 机器人产业是近几年来兴起的新型产业，其科技含量极高，所生产出来的产品具有高附加值。机器人产业可以进行多种资源和技术的整合和嫁接，带动上游产业及配套

产业的发展。机器人产业发展规模与机器人技术发展水平，是其国家和城市综合竞争力的体现。同样，对于一个国家而言，机器人产业的发展，对于提高一个国家的经济总量，促进产业结构的调整和升级，推动城市和区域快速发展起到重要的作用。 同样，机器人产业在我国也获得了巨大的进步。从国家第七个五年规划纲要开始，政府就开始召集机器人行业所涉及到的专家对工业机器人的基础技术和核心技术进行研究和开发，至上世纪八十年代末，国家正式将智能机器人作为国家的七大重点发展领域之一。通过科技工作者二十几年的努力，我国在多个机器人子领域取得了令人称赞的成绩，如空间机器人、水下机器人和服务机器人。到上世纪90年代后期，我国总共建成了20个机器人产业化基地，从事机器人产业开发和研究的企业达到50家左右，完成了100多项工业机器人应用工程，拥有工业机器人约4000台。2006年，政府公布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》，指出未来我国会将智能服务机器人作为发展方向，并建议研究制造工艺、设计方法和智能控制等共性基础技术，同时提高资金投入。随着机器人产业的迅速发展，机器人产业园(基地)作为产业集群的一种重要发展载体和组织途径，己经成为当前我国机器人产业发展中的重要环节，同时，机器人产业园的竞争力也逐渐成为机器人产业发展的重要体现。目前，昆山、徐州、唐山、武进等地区均已建立了机器人产业园或机器人产业基地。 但是，我国众多机器人产业园在组建和发展过程中也

国家十二五规划机器人规划

附件： 服务机器人科技发展“十二五”专项规划 前言 服务机器人技术是集机械、信息、材料、生物医学等多学科交叉的战略性高技术，对于相关技术与产业的发展起着重要的支撑和引领作用。 近年来，世界各国都十分重视发展服务机器人，试图抢占这一前沿科技的制高点。研究开发新型的服务机器人，用以替代抢险救援人员进入消防、煤矿、地震、电力、核工业等行业中的危险环境进行作业，辅助医生开展微创手术等活动，将成为服务机器人专项研究的重要方向。 “十二五”期间，我国服务机器人专项将始终围绕国家安全、民生科技和经济发展的重大需求，着力突破制约我国服务机器人技术和产业发展的关键技术，不断推出更具应用价值和市场前景的产品，积极探索新的投融资模式和商业模式，努力打造若干龙头企业，把服务机器人产业培育成我国未来战略性新兴产业。 —1—

一、形势与需求 在世界范围内，机器人技术作为战略高技术，无论推动国防军事、智能制造装备、资源开发，还是发展未来服务机器人产业，美国、日本、欧洲等十分重视。 服务机器人是当今前沿高技术研究最活跃的领域之一。按照国际机器人权威机构的定义，服务机器人是指除从事工业生产以外的一大类半自主或全自主工作的机器人。它不仅着眼于感知、决策与执行高技术完成有益于人类的服务工作，有望培育新的战略性新兴产业，而且具有很强的技术辐射性与带动性，对促进智能制造装备发展、提高应急处理突发事件能力、发展医疗康复设备、增强军事国防实力等都具有十分重要的现实意义。 （一）现状与趋势 1．技术方面 在世界范围内，世界各国纷纷将突破服务机器人技术、发展服务机器人产业摆在本国科技发展的重要战略地位。随着信息网络、传感器、智能控制、仿生材料等高新技术的发展，以及机电工程与生物医学工程等的交叉融合，使得服务机器人技术发展呈现三大态势：一是服务机器人由简单机电一体化装备，向以生机电一体化和智能化等方面发展；二是以服务机器人单一作业，向服务机器人群体交流、远程学习和网络服务等方面发展；三是服务机器人由研制单一复杂系统，向将其核心技术、核心模块嵌入于先进制造等相关 —2—