狭窄空间作业的蛇形机械臂优化设计与控制方法研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61873267
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0309.机器人学与智能系统
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:赵伟青; 程通锐; 徐大伟; 龙腾; 杨磊; 高子舒; 孙苑淞; 王昊;
- 关键词:
项目摘要
The snake-like robot arm with the ability to operate in narrow spaces has a wide application prospect in many fields, such as nuclear power plant maintenance, aviation manufacturing, ship welding, electrical repair, etc. Aimed at improving the flexibility and accuracy of the motion trajectory in the narrow work space, in this project, the robot is studied to solve issues of the hybrid mechanism design, obstacle avoidance planning and trajectory motion control. The joint is designed with rotation and translation DOFs by combining the two kinds of mechanisms. By synthetic design and optimization, the overall mechanical scheme is proposed including the snake-like arm, the driving parts and the feeder platform. A motion planning method in joint space is addressed considering multiple constraints of the wire tension, obstacle avoidance and joint range limitation. With the method, the wire tension singularity issue can be resolved during the dynamic process. Based on the backlash compensation model, the trajectory tracking control method is studied to ensure high accuracy of the robot arm. With these works as basis, the robot prototype is integrated and performance testing is carried out to improve the design optimization. Through the research of this project, innovations in the design optimization and control method of multiple redundant robots will be achieved to form a reasonable snake-like arm system framework and provide a theoretical basis for the robot application in complex and narrow environments.
具备狭窄空间作业能力的蛇形臂机器人系统在航空制造、核电维护、船舶焊接、电气检修等领域有着广泛的应用前景。本项目以提高狭窄作业空间中机器人的运动灵活性和轨迹控制精度为出发点,主要解决复合运动机构、空间避障规划、运动轨迹控制等问题,研究具有旋转和伸缩复合运动方式的关节设计方法,通过运动机构、驱动系统、推进平台的综合设计与优化,形成机器人机构整体解决方案;研究带有钢丝张力、空间避障、关节限制等多约束条件的关节空间轨迹规划方法,解决冗余度机械臂动态过程的钢丝张力奇异问题和复杂环境的避障问题;研究基于钢丝背隙补偿的关节轨迹跟踪控制方法,解决钢丝牵引方式下蛇形臂末端位姿精确控制问题。在此基础上开展样机集成和性能实验研究,对机器人系统进行改进和完善。通过本项目的研究,在多冗余度机器人的设计优化与控制方法上得到创新成果,形成合理的新型蛇形臂系统设计框架,为复杂狭窄环境中的机器人作业提供理论基础。
结项摘要
本项目针对核电维护、航空制造、船舶焊接、电气检修等领域有着广泛的狭小作业场景,开展具备狭窄空间作业能力的蛇形臂机器人技术研究。本项目以提高狭窄作业空间中机器人的运动灵活性和运动轨迹精度为出发点,主要解决复合运动机构、空间避障规划、运动轨迹控制等问题,研究具有旋转和伸缩相结合的运动方式的关节设计方法,通过运动机构、驱动系统、推进平台的综合设计与优化,形成机器人机构整体解决方案;研究带有钢丝张力、空间避障、关节限制等多约束条件的关节空间轨迹规划方法,解决冗余度机械臂动态过程的钢丝张力奇异问题和复杂环境的避障问题。在此基础上开展样机集成和性能测试研究,对机器人系统进行改进和完善。通过本项目的研究,在多冗余度机器人的设计优化与控制方法上得到了创新成果,形成了新型蛇形臂系统设计框架,为复杂狭窄环境中的机器人作业提供了理论基础。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(9)
A Cable-Driven Hyperredundant Manipulator: Obstacle-Avoidance Path Planning and Tension Optimization
电缆驱动的超冗余机械臂:避障路径规划和张力优化
- DOI:10.1109/mra.2021.3111832
- 发表时间:2022-09
- 期刊:IEEE Robotics and Automation Magazine
- 影响因子:5.7
- 作者:Xu Dawei;li En;Guo Rui;Liu Jiaxin;liang Zize
- 通讯作者:liang Zize
End-Effector Pose Estimation in Complex Environments Using Complementary Enhancement and Adaptive Fusion of Multisensor
使用多传感器的互补增强和自适应融合进行复杂环境中的末端执行器姿态估计
- DOI:10.1155/2021/5550850
- 发表时间:2021-04-16
- 期刊:JOURNAL OF SENSORS
- 影响因子:1.9
- 作者:Luo, Mingrui;Li, En;Liang, Zize
- 通讯作者:Liang, Zize
Object Reconstruction Based on Attentive Recurrent Network from Single and Multiple Images
基于单图像和多图像的注意力循环网络的对象重建
- DOI:10.1007/s11063-020-10399-1
- 发表时间:2021-01
- 期刊:NEURAL PROCESSING LETTERS
- 影响因子:3.1
- 作者:Zishu Gao;En Li;Zhe Wang;Guodong Yang;Bo Ouyang;Dawei Xu;Zize Liang
- 通讯作者:Zize Liang
A Vibration Control Method for Hybrid-Structured Flexible Manipulator Based on Sliding Mode Control and Reinforcement Learning
基于滑模控制和强化学习的混合结构柔性机械臂振动控制方法
- DOI:10.1109/tnnls.2020.2979600
- 发表时间:2020-04
- 期刊:IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
- 影响因子:10.4
- 作者:Teng Long;En Li;Yunqing Hu;Lei Yang;Junfeng Fan;zize Liang;Rui Guo
- 通讯作者:Rui Guo
Design and tension modeling of a novel cable-driven rigid snake-like manipulator
新型缆索驱动刚性蛇形机械臂的设计与张力建模
- DOI:10.1007/s10846-019-01115-w
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Intelligent & Robotic Systems
- 影响因子:3.3
- 作者:Dawei Xu;En Li;Zize Liang;Zishu Gao
- 通讯作者:Zishu Gao
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- 发表时间:2020
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- 作者:王黛瑶;李恩;李刚;梁嘉良;赵志伟
- 通讯作者:赵志伟
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- 发表时间:2013
- 期刊:北京中医药大学学报
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- 通讯作者:王斌斌
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- 发表时间:2018
- 期刊:物 理化学学报
- 影响因子:--
- 作者:王珍;李恩;和志奇;陈杰安;黄湧
- 通讯作者:黄湧
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