康复机器人关节的驱动方式和结构设计对控制性能和成本影响较大。提出并验证一种具有低成本、结构紧凑特点和关节动态力矩检测功能的机械设计,并此基础上设计了一款简洁的轻质可穿戴双侧四自由度上肢外骨骼。为了验证驱动关节和整体外骨骼设计的有效性,对其结构设计进行了阐述,并对其分别进行了运动学和动力学建模,通过Matlab对终端活动范围进行了仿真,并对样机的单关节和整体性能进行了测试,实验数据显示这种驱动关节和康复机器人设计表现出较好的控制性能,有良好的研究前景。

足底压力是患者进行康复训练时非常重要的生物力学参数。针对脚踏式下肢康复机器人,提出了一种新的基于弹性梁应变检测足底压力的方法,并设计了检测装置。通过分析人体足底力分布,选取足部四个主要受力点作为测量点;利用有限元仿真分析确定力与弹性梁应变的关系,建立了计算足底压力的数学模型;仿真与计算结果的对比,表明该方法及装置可实现对足底信息中重要的足底力大小的精确检测。利用该方法及装置可得到患者在训练过程中足底压力分布情况,可以用来康复评定,检测痉挛等,具有重要的临床意义。

为了满足激光测量机器人对各关节臂转角数据和激光位移传感器所测高度数据采集的同步性,文章设计了一种激光测量机器人数据同步采集系统。该系统采用PROFIBUS总线和高速AD转换芯片来达到数据同步采集的目的。采用STM32F103RCT6作为整个系统的主控芯片,控制整个系统完成同步数据采集;由VPC3+C芯片实现PROFIBUS-DP协议,通过PROFIBUS总线完成对机器人各关节臂转角数据的传输;由16位高速A/D转换芯片AD4001完成对激光位移传感器的采样。系统的分析结果显示,文中所设计的同步数据采集系统具备硬件成本低、测量精度高、同步性好的特点,能够满足激光测量机器人对数据采集的同步性和高精度的要求。

针对轮式移动机器人在实际的轨迹跟踪任务中存在传感器测量误差且测量噪声统计信息获取困难的情况，文章首先基于自适应扩展卡尔曼滤波算法(EKF)融合惯性传感器、地磁传感器与编码器的数据。在不需要传感器测量噪声协方差先验知识的情况下获取位姿数据的同时抑制了传感器测量噪声不稳定变化对位姿数据精度的影响；其次在机器人运动学模型的基础上，构造了具有全局稳定的双环轨迹跟踪控制器。仿真与实验表明，数据滤波与全局稳定轨迹跟踪控制器结合的控制器效果良好。

文章以LR20型6自由度工业机器人为研究对象,建立了机器人运动学的D-H模型,并在运动学方程的基础上推导机器人微分误差模型。利用激光跟踪仪和配套Spatial Analyzer软件设计运动学标定实验,分区选取100个位姿展开标定,通过采用机器人的预标定来提高参数辨识的准确性。针对标定结果,在Matlab中使用递推最小二乘法进行参数辨识,最后进行二次误差补偿。实验结果显示：按照ISO 9283制定的五点检测标准,绝对定位精度能够达到0.5mm,最大值不超过1mm,平均提高了67.12%。表明该方法较为准确、有效。

步态设计是双足机器人运动规划和动力学控制的关键问题。为了解决欠驱动双足机器人的步态设计问题,基于虚拟约束的思想,设计了3连杆欠驱动双足机器人的时不变参考步态,并以每步能耗为目标函数采用遗传算法对步态参数进行优化求解。基于有限时间反馈控制的动力学仿真表明,采用遗传算法得到的最优时不变参考步态,3连杆欠驱动双足机器人能够产生稳定周期行走,且具有较高的能量效率和较小的驱动力矩。建立的步态优化设计方法简单有效,可推广应用于其它类型的欠驱动双足机器人。

工业机器人在精密装配领域正在朝着装配速度更快、精度更高以及轨迹最优方向发展。为此,基于平滑轨迹生成模型,提出一种新的工业机器人关节轨迹规划方法。该方法结合工业机器人特定的装配任务和每个关节的特定移动配置方式在机器人运动链上进行优化,采用多变量时间优化方法优化机器人各关节运动轨迹,进而最小化机器人的总体执行时间,达到时间最优,提高装配效率的目的。多变量时间最优机器人关节规划方法在光电工业的模块化机器人上进行了测试。实验结果表明,工业机器人关节轨迹优化方法能够有效提高机器人装配效率,相比传统轨迹规划方法能够缩短39%的执行总时间,证明了该方法对工业机器人平滑轨迹生成的有效性。

为解决工业机器人在复杂自动化生产线上目标精确定位问题,文章搭建了由史陶比尔工业机器人、Kinect视觉传感器和上位机组成硬件平台,设计了基于三维视觉的工业机器人抓取定位系统。通过棋盘标定法对工业机器人抓取系统进行标定,采用深度边缘分割方法采集图像并提取工作面,根据累计概率Hough变换法提取工作面上不同形状目标的中心点,编写上位机处理程序实现图像分割、目标中心点定位及机器人运动控制等功能。实验结果表明该系统能够对规则形状目标实现定位功能,定位精度满足工业机器人的工作需求。

针对冗余自由度双臂机器人避碰的运动学规划问题,提出了一种基于冗余特性的避碰算法。在冗余度机器人运动学逆解的基础上,引入了两个转换变量,可以根据实时得到的两臂之间最小距离的变化,实现机器人末端的轨迹跟踪运动和避碰运动之间的主从任务优先级转换。该方法可以用来防止由于机器人末端偏离期望轨迹而引发的碰撞问题,在实现双臂避碰的同时,两臂末端可以准确地到达目标位置。最后,通过对一个三自由度平面双臂机器人的仿真实验,对提出的冗余自由度双臂机器人避碰算法的正确性进行了验证,结果显示该算法简单有效,且关节运动连续、平稳。

分析研究了一种液动人工肌肉驱动仿人灵巧手指的结构设计。该手指从外观和功能上接近人的手指对其结构和工作原理进行了分析和说明建立了柔性驱动器的动力学模型进行了有限元分析试验结果说明了设计的合理性和可行性。