专题一并联机器人的研究现状及其应用主讲人杨文亮
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浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告随着机器人应用领域日益扩大,自动化水平不断提高,特别是在水下、高空及危险的作业环境中, 迫切希望能给机器人末端赋予一个类似人手的通用夹持器,以便在危险、复杂及非结构化的环境中,适应抓取任意形状的物体，完成各种复杂细微操作任务的要求,机器人多指灵巧手正是为了适应这一需要而提出的[1] 。
2 国外多指手发展历史及研究成果目前，国内和国外都有一些非常有代表性的多指灵巧手被制造出来。
国外多指手的研究始于20 世纪70 年代,其中具有代表性的早期灵巧手有: 日本“电子技术实验室”的okada灵巧手[2]。
如图1 所示，该手有3个手指, 一个手掌, 拇指有3个自由度, 另两个手指各有4个自由度。
各自由度都由电机驱动,并由钢丝和滑轮完成运动和动力的传递。
这种手的灵巧性比较好, 但由于拇指只有3个自由度, 还不是最灵巧的手。
另外, 在结构上, 各个手指细长而单薄, 难以实现较大的抓取力和操作力[3]。
图1 okada 灵巧手美国斯坦福大学研制的stanford/jpl手，也是一种非常具有代表性的多指灵巧手。
如图2 所示，这种手没有手掌，共有3个手指，每根手指有3个关节，拇指相对另两个手指而立。
手指内采用的也是腱、滑轮传动方法。
这种手的自由度较少，易于设计、制造和控制，所以，目前对这种手的研究比较多，也出现了许多与其相类似的手。
国内北航研制的多指灵巧手就是一种仿jpl手[5,6]，也有3个手指，每指3个关节，外表结构也极其相似。
国防科大研制的多[4] 指手的模型[7]，也是一种仿jpl的手。
这种手由于每个手指的自由度只有3个，在抓取物体时，抓取点（指尖位置）一旦确定后，其抓取姿态就唯一确定。
因此，实际上手指没有冗余关节，也就没有抓取的柔性，无法像人手一样进行灵巧的抓取和操作[5]。
图2 stanford/jpl 灵巧手图3 utah/mit 灵巧手1982年美国麻省理工学院和犹他大学联合研制了 utah/mit灵巧手[8,9] 。
机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述
(2)控制系统的硬件结构通过小组初步讨论决定控制计算机使用研华的主机，运动控制卡选用ADT（深圳众为兴），电机选用伺服电机。
(3)控制系统的软件部分主要采用VC进行编程，构建一个控制系统平台，在程序中给定坐标后，实现机械手从一点移动到另一点进行上下料的搬运工作。
之所以使用VC，一方面，ADT 的运动控制卡支持VC进行编程，另一方面，使用VC进行编程比较灵活，易于改进和变化。
(4)电路图部分根据所选的硬件设备，使用Protel进行绘制。
三、作者已进行的准备及资料收集情况在设计之前，翻阅了多篇关于机器人方面的书籍。
对于控制系统的发展及其在机器人上的应用都有了相关的了解，这为建立机器人控制系统的模型做了一些前期准备工作。
在此期间，还自学Protel和Solidworks等软件，为控制系统的电路设计和程序设计做好了准备。
还借了《单片机基础》、《48小时精通Solidworks2014》、《工业机器人》等书籍便于今后设计过程翻阅参考。
四、阶段性计划及预期研究成果1.阶段性计划第1周：阅读相关文献（中文≥10篇，英文≥1篇），提交文献目录及摘要。
第2周：翻译有关中英文文献，完成文献综述、外文翻译，提交外文翻译、文献综述。
第3~6周：控制系统总体设计，提交设计结果。
第7~11周：硬件元器件的选型、I/O口接线图，提交设计结果第,12~14周：软件编程，装配图。
第15周：工程图绘制，工程图。
第16周撰写毕业设计说明书，提交论文，准备答辩。
2.预期的研究成果(1)通过该课题的完成，能让自己对控制系统的开发设计及应用有全面的了解，增强对控制系统的设计能力。
(2)通过该课题的完成，综合考虑无负载条件和有负载条件下的工况要求，通过减少扰动误差来提高系统精度。
五、参考文献1．刘文波，陈白宁，段智敏编著,工业机器人. 东北大学出版社, 2007.12.2．王承义著, 机械手及其应用.机械工业出版社, 1981(TP241/2).3．(苏)尤列维奇著, 新时代出版社,机器人和机械手控制系统. 1985(TP24/1). 4．机械结构《工业机械手》编写组编,工业机械手.上册, 上海科学技术出版社, 1978( TP241/1:1)5．王淑英.电气控制与PLC的应用. 机械工业出版社，2007.6．张奇志,周亚丽编著. 机器人学简明教程. 西安电子科技大学出版社,2013.04(TP242/103)7. Saeed B. Niku著. 机器人学导论:分析、控制及应用:analysis, control, applications (美). 电子工业出版社, 2013(TP24/36).8. 布鲁诺·西西利亚诺, (美) 欧沙玛·哈提卜编辑. 机器人手册(意). 机械工业出版社,2013 (TP242-62/1)9.金广业编译.工业机器人与控制.东北大学出版社,1991.310.周伯英编著.工业机器人设计.机械工业出版社,199511.(俄)索罗门采夫主编.工业机器人图册.机械工业出版社,1993.512. A. Mohammadia, n, M. Tavakoli b, nn, H. J. Marquez b, F. Hashemzadehb.Nonlinear disturbance observer design for robotic manipulators. Control Engineering Practice 21 (2013) 253–267六、指导教师审阅意见签名年月日。
斜拉桥缆索检测机器人系统
探索与其他技术的结合，实现更 加智能化的斜拉桥缆索检测和运
维管理。
针对不同类型和规模的斜拉桥， 开展更为广泛的应用实验和研究 ，进一步验证系统的可行性和实
用性。
THANKS
感谢观看
设计安全防护系统，包括防跌落、防碰撞等功能 ，保障机器人的安全运行。
机器人样机制作与测试
1 2
制作样机
根据设计图纸和技术要求，制作斜拉桥缆索检测 机器人样机，确保各部件的精度和稳定性。
性能测试
对样机进行性能测试，包括传感器精度测试、移 动平台运动性能测试、越障机构可靠性测试等。
3
环境适应性测试
在模拟斜拉桥环境的条件下，对机器人进行长时 间运行测试，验证其稳定性和可靠性。
机器人结构
主要包括机械结构、驱动系统、感知系统、控制系统 等部分。
性能指标
包括运动速度、定位精度、检测精度、工作范围、负 载能力等。其中，运动速度要求机器人能够实现快速 移动和精确定位；定位精度要求机器人能够实现高精 度的空间定位和路径规划；检测精度要求机器人能够 准确识别和评估缆索的损伤、老化、腐蚀等问题；工 作范围要求机器人能够在不同的工作环境中稳定运行 ；负载能力要求机器人能够承受一定的外部载荷和自 身重量。
时监测和控制。
远程监控
通过远程监控技术实现对机器人 的远程控制和状态监控，确保检
测任务的顺利完成。
04
机器人系统实现方法
系统硬件设计
缆索检测传感器
设计用于测量缆索直径、表面损伤等指标的传感器，采用非接触 式测量方法，确保准确性和安全性。
机器人移动平台
设计具有良好稳定性和灵活性的轮式移动平台，能够适应斜拉桥的 复杂地形和恶劣环境。
器人的安全运行等。
李群在机器人的应用
李群（Lie groups）在机器人学中的应用主要集中在机器人的运动学、动力学分析以及轨迹规划等方面。
以下是一些具体的应用实例：1. 机器人运动学：-机器人的末端执行器（如机械臂）的位姿集合构成了一个李群，这使得李群理论成为描述和分析机器人运动的自然工具。
通过李群的性质和微分，可以研究机器人的位姿特性以及广义速度。
-活动标架法（Moving Frame Method）是李群的几何表示，它在每个连杆上建立活动标架，活动标架间的位姿变换与连杆间位姿变换相对应，有助于简化机器人运动学方程的推导。
2. 机器人动力学：-李群方法与牛顿-欧拉方法相结合，可以递推机器人的动力学方程。
这种方法可以导出具有统一形式的机器人动力学方程，有助于理解和控制机器人的运动与受力之间的关系。
-在实际应用中，可以通过软件如Adams进行仿真，验证推导过程的正确性，并计算各关节的力矩。
3. 轨迹规划：-在轨迹规划中，李群理论可以用来描述机器人在操作空间中的运动路径。
例如，使用黎曼几何的测地线方法可以在操作空间中进行轨迹规划，这种方法可以生成光滑且连续的路径，避免奇异性问题。
-对于特定的机器人，如平面RRR机器人（三旋转关节机器人），可以应用插值法在关节空间进行轨迹规划，以实现精确的运动控制。
4. 机器人控制：-李群理论在机器人控制中的应用包括但不限于机器人的路径规划、导航、姿态控制等。
通过李群的表示，可以设计出更加高效和精确的控制算法，以实现机器人的精确运动。
5. 机器人学习与人工智能：-在机器人学习领域，李群机器学习（Lie Group Machine Learning）利用李群的结构特性来处理数据，特别是在处理具有变换不变性的数据时，如图像识别、语音识别等。
李群机器学习可以提供一种新的视角来理解和解决这些变换不变性问题。
这些应用展示了李群在机器人学中的广泛应用，它们为机器人的设计、分析和控制提供了强大的数学工具。
随着机器人技术的不断发展，李群理论在这一领域的应用将更加深入和广泛。
软体机器人研究现状及展望
软体机器人研究现状及展望
董效;冯显英
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2022(58)9
【摘要】针对传统刚性机器人适应性差、灵活性有限以及控制精度低等缺点,综述了柔韧性更强、具有连续变形能力以及可以适应非结构化环境的软体机器人。
首先,从软体机器人的用途方面介绍了软体机器人的研究现状,涉及抢险救灾、水下环境探测以及医疗行业等。
其次,对软体机器人气动驱动、液压驱动、形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)驱动、电活性聚合物(Electro-Active Polymer,EAP)驱动、磁流变驱动及其他驱动进行详细的介绍和分析。
再次,归纳目前软体机器人发展中存在的能源高效利用、控制动作精度以及运动学实际建模3个关键问题,从新型智能材料、优化建模技术、传感器控制技术以及人机交互技术4个方面提出建议。
最后,对软体机器人的未来发展及应用进行展望。
【总页数】5页(P70-73)
【作者】董效;冯显英
【作者单位】山东大学机电信息与工程学院;山东大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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粮仓机器人的研究现状
粮仓机器人的研究现状作者：王鹏谢启明来源：《今日自动化》2021年第09期[摘要]我国是粮食生产及消费大国，每年产出和进口的粮食量巨大，做好粮食储存的工作具有十分重要的战略意义。
随着社会发展，粮仓的规模越来越大，仓内粮食堆积层也越来越厚，而我国目前粮食储存业的平粮工作，大部分还保留着人工作业方式，不仅平粮速度低、劳动强度大且平粮的效率低下。
同时，当粮仓内局部粮食发热或异常时，需要做深挖处理，如果依靠人工的话，工作既不安全强度又大，效率极低。
而且受到粮食收获期限的限制，每年的粮食入库时间较为集中，如果不能在短时间内完成粮仓的平粮工作，就容易错过粮食的最佳存储时间，并会导致粮食发热、潮湿、生虫，影响粮食的存储安全及品质。
[关键词]粮仓;机器人;移动;机构[中图分类号]S379.3;TP242 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–0–02[Abstract]My country is a large grain production and consumption country， and the amount of grain produced and imported every year is large. Good grain storage is of very important strategic significance. Nowadays， with the changes in science and technology， the scale of the granary is getting bigger and bigger， and the grain accumulation layer in the silo is getting thicker and thicker. However， most of the grain leveling work in the current grain storage industry in my country still retains manual operations， not only leveling grains. The speed is low， the labor intensity is high，and the efficiency of Pingliang is low. At the same time， when the local food in the granary is heatedor abnormal， deep excavation is required. If manual labor is required， the work is unsafe and intense， and the efficiency is extremely low. Moreover， due to the limitation of the grain harvest period， the annual grain storage time is relatively concentrated. If the grain leveling work of the granary cannot be completed in a short time， it is easy to miss the optimal storage time of the grain， and it will cause the grain to become hot， humid， and insects. ， Affecting the food storage safety and quality .[Keywords]granary; robot; mobile; mechanism1 研究現状在粮食入仓时，粮堆表面会产生高低不平的现象，为方便日后粮食保存管理，提高粮仓空间利用率，就必须对粮面进行平整。
张拉整体机器人构型与运动控制研究现状及进展
张拉整体机器人构型与运动控制研究现状及进展曹心言1，李润源2，陈嘉郡2，李傢楷3，易江4，孙中波5，段晓琴4（1.吉林大学汽车工程学院 吉林 长春 130021；2.吉林大学护理学院 吉林 长春 130021； 3.吉林大学机械与航空航天工程学院 吉林 长春 130021；4.吉林大学第二医院康复医学科 吉林 长春 130041；5.长春工业大学控制工程系 吉林 长春 130021）摘 要研究发现张拉整体结构存在于细胞骨架、肌肉-骨骼系统等生物体，并将其原理广泛应用于建筑、雕塑、空间探测等工程结构中。
张拉整体结构具有形态可调性、受力可控性、绳索抗拉性和结构轻质、结构自稳定等优势，因此在机器人领域极具应用前景。
而软体机器人作为一种新型、仿生、能与人安全交互的机器人，近年来成为力学、材料学、医学、生物学等多学科交叉领域的研究热点之一。
但是，要想实现灵活准确的运动、高效地承受外载、迅速地适应环境等复杂特性和功能，张拉整体机器人在其构型、运动步态及控制研究等方面依旧面临着巨大挑战。
本研究选取张拉整体机器人的三大典型类别（棱柱形张拉整体机器人、球形张拉整体机器人及构型较复杂的张拉整体机器人），对其构型、运动步态及控制的国内外相关研究现状和发展趋势进行综述，旨在为机器人的仿生学研究提供科学依据。
关键词张拉整体机器人；结构形态；运动控制中图分类号 TP24 文献标识码 A 文章编号 2096-7721（2024）02-0130-08Current status and development of configuration and motion control oftensegrity robotsCAO Xinyan1, LI Runyuan2, CHEN Jiajun2, LI Jiakai3, YI Jiang4, SUN Zhongbo5, DUAN Xiaoqin4(1. College of Automotive Engineering, Jilin University, Jilin 130021, China; 2.College of Nursing, Jilin University, Jilin 130021, China; 3.College of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Jilin 130021, China; 4.Department of Rehabilitation, the Second Hospital of Jilin University, Jilin 130041, China; 5.College of Control Engineering, Changchun University of Technology, Jilin 130021, China)Abstract Studies has found that tensegrity structures exist in organisms like cytoskeleton and musculoskeletal system, which could be applied to engineering structure like architecture, sculpture and space exploration. Tensegrity structures have advantages of flexibility, controllability, tensile resistance, light in weight and autostability, which could be widely used in robots. Being a new, bionic and man-machine interactive system, soft robot has become one of the research hotspots in the 收稿日期：2022-06-14 录用日期：2023-08-10Received Date: 2022-06-14 Accepted Date: 2023-08-10基金项目：国家自然科学基金项目（61873304，62173048）；吉林省科技发展计划项目（20200201291JC）；长春市科技发展计划项目（21ZY41）Foundation Item: National Natural Science Foundation of China (61873304, 62173048); Science and Technology Development Plan Project of Jilin Province (20200201291JC); Science and Technology Development Plan Project of Changchun City (21ZY41)通讯作者：段晓琴，Email：152****************Corresponding Author: DUAN Xiaoqin, Email: 152****************引用格式：曹心言，李润源，陈嘉郡，等. 张拉整体机器人构型与运动控制研究现状及进展[J].机器人外科学杂志（中英文），2024，5（2）：130-137.Citation: CAO X Y, LI R Y, CHEN J J, et al. Current status and development of configuration and motion control of tensegrity robots [J]. Chinese Journal of Robotic Surgery, 2024, 5(2): 130-137.131interdisciplinary field that bridges mechanics, materials science, medicine and biology. However, it faces great challenges in accurate motion, high load and rapid adaption to environment. The configuration, motion gait and motion control of three typical tensegrity structures (prismatic tensegrity robots, spherical tensegrity robots and complex ones) were selected and discussed in this study, aiming to provide scientific bases for the bionics research of robots. Key words Tensegrity Robot; Configuration; Motion Control“张拉整体结构”的概念最早可追溯到1921年，主要应用于城市雕塑等艺术造型方面。
软体机械手研究现状及其应用
软体机械手研究现状及其应用李雪;房善想;陈爽;张勤俭【摘要】机械手与抓持对象直接接触,其性能好坏对机器人的工作效率有着至关重要的影响.软体机械手凭借结构柔软度高、多自由度和连续变形能力等优势,得到了国内外研究学者的广泛关注.根据近年来国内外软体机械手的发展情况,综述了软体机械手的材料与制造技术、气动驱动软体机械手的类型和特点、刚度可变软体机械手的种类,最后介绍了软体机械手的应用领域,并对软体机械手的发展趋势进行了展望.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2019(041)005【总页数】8页(P85-92)【关键词】软体机械手;制造技术;气动驱动;刚度可变【作者】李雪;房善想;陈爽;张勤俭【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;江西理工大学,赣州341000;北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;江西理工大学,赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TP2410 引言机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过了50多年的发展，目前已经成为制造生产自动化中重要的机电设备[1]。
其具有多种结构形式，如夹持型[2]、托持型[3]和吸附型[4]等。
它能够模仿人类手部的部分动作，按照给定的程序或要求，自动地完成物件的传送或操作作业机等动作，代替人手完成一些高危、繁重的劳动或者进行人机协作[5]。
衡量一个机械手设计水平的重要标志是抓取可靠，控制简单，环境适应性好，自适应性强，能够实现可靠快速精确的抓取[6]。
然而，传统的机械手通常由刚性部件和刚性接头构成[7]，有限的自由度，使其只能用来执行单一任务，缺乏环境的适应性。
并且，传统的机械手大多由金属材料制作而成，与被抓持物体之间一般是刚性接触，缺乏必要的柔顺性，人机交互是不安全的，在很大程度上限制了其通用性和灵活性。
缺乏通用性和灵活性的传统机械手已经无法适应市场的要求，人们正在努力研究出具有多个自由度的，适应性强的通用机械手。
基于Open Inventor的六自由度并联机器人虚拟同步运动研究术
ｂ ｓｎ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒａ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｐ ａｆ ｒ ｙ ｕ ｉ ｇ Ｏｐ ｎ Ｉ ｖ ｎｏ ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｌ ｔ ｍ．Ｆ ｒ ｔ ａ ｃ ｓ ｏ ｙ ｍｏ ｅ ｓｗｅ ｅ ｃ ｅ ｔｄ ｕ ｉ ｇ Ｐ ｏＥ， ｎ ｍｐ ｒ ｄ ｉ ｔ ｅ ｎ ｅ ｔｒ Ｔ ｅ ｏ ｉ ｌ ｃ ｅ ｓｒ ｄ ｌ ｓ ｙ， ｒ ｒ ａｅ ｓ ｒ ／ ａ ｄ ｉ ｏ ｔ ｎ ｏ Ｏｐ ｎ Ｉ ｖ ｎ ｏ ． ｈ ｎ ｅ ｒ ｌ ｔ ｎ ｏ ｃ ｅ ｓ ｒ ｄ ｌ ａ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ｏ ｇ ｅ ａｉ ｆ ａ ｃ ｓ ｏ ｙ ｍｏ ｅ ｓ ｗ ｓ ｄ ｓ ｒ ｄ ｔ ｒｕ ｈ ＶＲＭＬ ｌｎ ｕ ｇ ｏ ｂ ｉ ｉ ｕ ｌｒ ｂ ｔ Ｔ ｅ ， ｏ ｏ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｌ ｏ ｔ ｍ ａ ｅ ｏ ｂ ａ ｇ ａ ｅ ｔ ｕ ｌ ｖ ｒ ａ ｏ ｏ ． ｈ ｎ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔａ ｇ ｒ ｈ ｂ ｓ ｄ ｄ ｔ ｔ ｉ
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海 市科学技术委员会重点基础研究资助项 目（０Ｃ ４ ０ ０ ，９Ｃ ４ ０ ０ ）上海市科学技术委员会技术标准专项资助助 目（０ Ｚ ５ ６ ０ ） １Ｊ １０ ２ ０ ０Ｊ １０ ９０ ； １Ｄ ０ ０ ５ ０
作者简 介： 王海涛（９ ９ ， ， １７ 一）男 山东潍坊人 ， 主要从事机器人控制 、 人式系统方面的研究．Ｅ ｍａ ：ｈ ｉ ｏ ｌ ｏ ｕｃｍ 嵌 — ｉ ｗ ａｔ ｌ＠ｓｈ ． ｌ ａ ｏ 通信 联系人 ：郝矿荣 ， ， ： 女 博士 ， 教授 ， 博士生导师 ． — ｉ ｋｈｏ ｈ ． ｕｃ Ｅ ｍａｌ ｒａ＠ｄ ｕｅ ． ： ｄ ｎ
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1.《机器人技术的发展与未来》：这篇综述性文献介绍了机器人技术的发展历程，从早期的工业机器人到现代的服务机器人，探讨了机器人在工业、医疗、教育等领域的应用前景。
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