双臂式空间机械臂捕捉目标问题

基于动量守恒关系,分析了空间机械臂抓取目标过程中的碰撞问题.针对单臂式系统提出了直臂抓取与广义直臂抓取构型,并将后者推广到双臂式空间机械臂系统.利用广义直臂抓取方法得到的空间机械臂构型,可有效减少碰撞作用对于空间机械臂系统角冲量、基座姿态的影响,保证了系统的稳定性,克服了控制算法中存在的构件转角和执行机构力矩限制问题.仿真证明了方法的有效性。

野外地面移动机器人系统设计与实现

本文针对机器人在野外地形环境下的高机动性要求,设计开发了减震机构,针对机器人轮-腿复合结构和驱动冗余特点,提出并开发了面向高速行进的牵引力控制算法和面向越障的构型控制算法,通过与环境建模技术结合,实现了机器人的遥控、自主导航、自主越障等功能,构成了机器人的分层式控制系统。

一种适用于多指灵巧手的机电一体化驱动器概念

本文提出了一种机电一体化驱动器的概念,这种驱动器能够将电机的旋转运动转换为直线运动,并在不外加力和力矩传感器的基础上利用运动转换副上产生的微应变来估算电机的输出力矩和驱动器末端的牵引力信息。利用高精度、高灵敏度并带有温度和噪声补偿电路的应变片来测量微应变,以取得稳定而可靠的测量结果。应变片直接贴在驱动器的主体结构表面可以最小化尺寸,而且可以实现机电一体化而不是机械-电子集成系统。仿真实验表明,这种方法和传统的电流估算法相比,可以减少由于噪音和波动带来的电流信号误差,得到更加精确的信息,并且(与加入力或者力矩传感器相比)能够有效缩小外型尺寸,同时去除不必要的机械与电子接口,因此增加了系统的鲁棒性。

仿人机器人腰部机构的动力学建模、控制与仿真

本文介绍的仿人机器人具有差动腰部机构,它除了受自身的动力学影响以外,还受到手臂和车体运动以及外力、外力矩等对腰部机构关节力矩的影响。笔者利用高效牛顿-欧拉算法完成了仿人机器人的整体建模;在不考虑各关节间耦合运动的情况下,对整体动力学模型进行适当简化,得到了腰部机构的动力学模型。简化后的动力学模型既反映了机器人车体、腰部及双臂的动力学关系,又大大地减小了计算量,易于实现基于动力学的控制算法。基于动力学模型,给出了腰部机构PD伺服轨迹跟踪控制算法,并结合计算力矩方法用于补偿腰部机构两关节受到的力矩扰动。仿真分析表明,该控制方法可以明显提高腰部机构的位置跟踪精度,并提高仿人机器人的整体作业精度。

地面移动机器人越障动力学建模与分析

对采用轮—腿—履带复合型移动机构的地面移动机器人进行了研究,首先分别描述了机器人采用腿—履带、轮—腿—履带两种方式的越障过程,进而对腿—履带复合越障过程进行了动力学建模,分析了电机驱动力矩与机器人速度及障碍物高度等之间的关系,为确定机器人的复杂环境适应能力提供理论依据.

一种Stewart结构六维力/力矩传感器参数辨识研究

介绍了一种大量程Stewart结构六维力/力矩传感器系统.建立了传感器力/力矩测量数学模型,构建了基于运动学逆解的优化目标函数.提出了一种新的参数标定法,称作分支轮换标定法.基于所研发的六维力/力矩传感器系统进行了实验研究,实验结果表明分支轮换法可以有效地辨识出传感器的结构参数,提高了测量精度.该方法可用于类似结构的六维力/力矩传感器参数标定.

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。

基于多种群遗传算法的波能装置的优化设计及分析

作为可再生能源,波浪能的吸收和利用一直是国内外热点研究内容之一。本文提出一种新的基于惯性摆结构的波浪能吸收转换方法,对这种结构在波浪力作用下的频域响应进行了分析,建立了其最优化能量获取模型,提出采用多种群遗传算法对其结构进行优化设计,并针对系统所受波浪力(矩)随载体半径改变而改变,且求取困难的问题,采用最小二乘法对波浪力(矩)与载体半径变化的关系进行了拟和。通过优化结果找出影响结构获取波浪能量的因素,仿真结果表明了方法的先进性,为进一步的应用研究和频域波能获取研究奠定了基础。

输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。

新型蛇形机器人蜿蜒运动的动力学分析

为提高蛇形机器人执行各种运动的能力,研制了新型蛇形机器人系统.重点研究了该蛇形机器人的动力学.建立了机器人的运动学模型,并根据运动学模型提出了控制蛇形机器人蜿蜒运动的复合运动控制方法.用拉格朗日方法建立动力学模型,对不同参数下蛇形机器人的关节力矩特性和摩擦力特性进行了分析比较,为蛇形机器人的有效运动提供了理论依据.

蛇形机器人行波运动的研究

对蛇形机器人的行波运动机理进行了研究,基于Serpenoid曲线建立了蛇形机器人行波运动的形状控制模型、运动学模型、机构动力学模型及环境动力学模型,给出了求解过程。仿真结果表明:在行波运动中,各关节输入力矩大小呈周期变化,且随其与蛇体重心距离的增加而减小。蛇体中心关节的最大输入力矩为蛇形机器人所需最大输入力矩。对称关节输入力矩幅值变化规律相同,但相差不同;运动初始弯角保持不变,关节输入力矩随着环境摩擦因数的增加而增加。环境摩擦因数保持不变,关节输入力矩随着初始弯角的增加而减小。

基于超冗余度机械臂动力学的时间最优轨迹规划

基于超冗余度机械臂的动力学方程 ,提出了一种超冗余度机械臂同时受速度和力矩约束的时间最优轨迹规划方法 .它首先采用 B样条曲线拟合无碰撞离散路径 ,得到由伪位移参数 s表示的超冗余度机械臂连续、光滑运动路径 ,然后对动力学方程和约束方程进行数学变换 ,得到由 s表示的动力学方程和约束方程 ,最后以 s和伪速度 s· 分别作为动态规划的阶段变量和状态变量 ,对超冗余度机械臂进行时间最优轨迹规划 .仿真结果表明 ,所给出的时间最优轨迹规划算法是正确的 ,所采取的解决方法是可行的

空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划

许多工程机械的工作装置属于冗余度机器人的范畴 ,该类机械施工控制自动化所涉及到的轨迹规划问题 ,一直受到人们的重视·采用冗余度机器人运动学的最小关节力矩法 ,对空间4R冗余度机器人的关节轨迹的运动规划进行了分析仿真·实验表明该方法实际可行 ,运动学和动力学的工作特性良好·

基于加速度传感器反馈控制的谐波驱动系统的研究

在机器人驱动中经常采用谐波传动。但谐波减速器的柔性、非线性摩擦、随速度波动、低阻尼等因素会给负载端带来振动 ,导致工作端的轨迹跟踪精度不高。为了抑制其振动 ,实现高精度轨迹跟踪控制 ,提出利用加速度传感器反馈控制来抑制负载端的振动、力矩干扰和动力学效应 ,提高其响应性能。理论分析和实验结果证实了提出方法的可行性。

直接驱动机器人关节加速度反馈解耦控制

以利用线加速度传感器实际测量转动关节的加速度为基础 ,分析了机器人关节加速度反馈控制的开环模型 ,以及影响其闭环稳定性的主要因素 ;提出了闭环控制策略的设计准则 .在一台三自由度直接驱动机器人上的实验结果证明了该文分析的正确性 ,与不具备加速度反馈控制时的实验结果相比较 ,显示出这种方法的有效性