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第七节 机器人

  1980年,哈尔滨工业大学吴林,跟随焊接专家陆定华赴日本大坂大学焊接研究所从事研 究,意识到微机应用新技术革命的全球性质,自装一台微机图像处理接口器,几个月后带回 在国内最早把微机应用于焊接工艺,用微机图像法测量焊接温度场,开始国内第一台弧焊机 器人的研制。
    1982年,哈尔滨工业大学张铨、美国普渡大学A·J·科伊沃、美国照明企业集团电力总 公司郭天辉,在美国普渡大学首先提出将卡尔曼滤波器用于机器人自适应控制。一个典型工 业机器人的机械手(如斯坦福型),有六个关节,一个做直线运动,五个为回转运动,输入 力矩是控制问题的关键,它牵制各个关节(转角)的预期途径,加上关节之间相互作用,操 作环境时刻在变化,都增加了复杂性。尽管根据牛顿定律和拉格朗日能量函数,推导出机械 手动力学模型,但因为每一步都需要转化成数值积分,表达式又并非线性化,致使描不出机 械手的实际轨迹,还显得相当笨拙。为了克服上述困难,张铨等采用带有外设引证的自回归 离散时间模型,又通过近似和假设,再简化成线性时变差分方程,于是在方程的项中出现均 值为零、方差可计的高斯白噪声,这是张铨等决定采用离散时间卡尔曼滤波器,来处理噪声 污染参数向量的起点。据此设计一个参数估计器,在线估计了给定模型每个关节的未知参数 ,又设计一个自适应控制器,使机械手跟踪预期途径,让预先确定的性能指标得到满足。
    1985年,哈尔滨工业大学开发机器人仿真系统,肖俊伟、蔡鹤皋采用模块式结构可扩展 的仿真软件,对弧焊机器人运动学、动力学和控制方法仿真,实现五自由度关节式机器人坐 标转换、五维插补和示教再现。安永辰、王兴海按编制的程序在计算机上仿真,全面检查机 器人的位移、速度、加速度、各构件刚度、强度和定位精度,藉以优化选取机器人的结构参 数。王兴海、安永辰还根据机器人所完成的工作量,建立合适的目标函数和约束条件,在计 算机上优化设计构件的截面尺寸,通过弹性动力方法,分析构件的分布质量和弹性对机器人 性能的影响。李严、吴林、陈定华通过光学系统、图像处理系统和算法的特殊设计,发现直 接观察焊接溶池和焊缝的视觉跟踪法,比主动光源视觉跟踪法,有较强视觉传感真实性和适 时性,借助确定图案复品(模板)进行匹配处理,用硅靶摄像管和红外-可见光组合滤光器 ,摄下溶池红外图像和焊缝可见光图象像。吴志刚、吴林、陈定华发现求解工业机器人问题, 常需开方运算,而通常牛顿迭代法含有除法,难满足实时控制要求。曲志刚等解决问题时, 首先证明一个判定平方根各位数值的定理,接着推出只需加减和位移操作便实现开平方的算 法,使计算由高位向低位进行,避免乘法或除法,用汇编语言在Z-8000微计算机上求解64位 二进制数平方根,只需0.743微秒。杨桂茂、王滨研究焊接和喷涂机器人运动学,推导空间 曲线法向等距线、曲面法向等距面方程式,将六自由度机器人运动方程转化为两个三自由度 机器人运动方程,简化了运算,又根据机器人手部工作空间范围来综合运动学参数,将机器 人设计辅以计算机手段。王滨、杨桂茂发现现有空间开式链机构分析过于冗长且难于处理, 尤其是相互垂直的直线距离仅能反映手部姿态,无法反映手部位置,便用普拉开尔线坐标理 论,导出机器人开式链机构参数综合方程。蔡鹤皋、王志孝、曲原在国内弧焊机器人智能化 研究尚属空白的情况下,将触觉传感器用于弧焊机器人,让触觉系统、微机控制和执行系统 组成新的自我示教系统,根据规定的控制逻辑操纵机器人的动作,令触觉传感器的触头按某 一方向沿焊缝前进,记忆整个焊缝轨迹,做到机器人能够沿着未知路径搜索。
    同年,哈尔滨科学技术大学吴丽莹受斯蒂梅茨博士指导,为加快二维黑白象按灰度变化 寻找物体边界的运算速度,让方格象首先形成,准确算出边界点位置,接着将方格边界点按 性质分组,给出判据,使各组按顺序联接,最终得到能表明物体实际形状、大小的外形线。