一种轮足复合式爬壁机器人机构建模与分析

基于行星轮系运动及双足真空吸附原理,提出了一种新型爬壁机器人机构,介绍了机构的构型及结构特点,推导了运动学方程,分析了沿直线行走、平面旋转和跨越交叉壁面三种运动模式.仿真结果表明该机构具有移动速度快、运动灵活、跨越交叉壁面能力强等特点.

基于介电泳的电极阵列电场仿真研究

介电泳方法被广泛地应用于微纳颗粒的分离和操纵中,实现介电泳操作的关键是设计满足所需电场分布的电极阵列。针对目前在微电极阵列设计中尚缺乏简单有效的电场解析方法的现状,提出一种基于格林公式的电极阵列电场的解析方法。首先介绍了传统介电泳和行波介电泳的概念和计算模型,分析了介电泳过程与电极上所施加的交变电压的频率和幅度的关系,然后在确立电极电势的边界条件的基础上,采用基于格林公式的电场解析方法,建立了非均匀电场的解析模型,得出不同条件下的电极阵列电场分布的仿真结果,最后利用FEMLAB有限元仿真软件对解析模型进行了对比仿真,验证了该解析模型的可行性。基于格林公式的电场解析求解方法能够有效地提高电极阵列设计中的针对性以及缩短电极设计的时间。

蛇形机器人水下蜿蜒运动的仿真研究

该文对中国科学院沈阳自动化所研制的水陆两栖蛇形机器人的水下蜿蜒运动进行受力分析并用ADAMS做了动力学仿真。从关节角函数的幅值、频率和体内形成波的个数三个方面对蛇形机器人前进速度的影响进行了仿真,得出以下结论:存在一个最优关节角函数幅值,使得蛇形机器人前进速度达到最大;增加频率和在满足形成蛇形曲线的体内形成波个数的情况下减少形成波的个数会使机器人前进的速度增加。

基于UD分解的自适应扩展集员估计方法

用于非线性椭球估计的扩展集员算法在实际应用中存存着数值稳定性差、计算复杂度高以及滤波器参数难以选择等问题.本文提出了一种基于UD分解的自适应扩展集员估计算法,用于解决非线性系统时变状态和参数的联合估计和定界问题.新算法将UD分解与序列更新和选择更新策略结合起米,改进了传统扩展集员算法的数值稳定性和实时性能;同时,对滤波器参数进行自适应选择以进一步降低计算复杂度并达到次优估计结果.仿真实验表明了该算法的有效性和鲁棒性.

一种新型爬壁机器人机构及运动学研究

提出了一种新型爬壁机器人机构,介绍了机构的构型及结构特点,推导了运动学正、逆解方程式,规划了直线行走、平面旋转及交叉面跨越三种运动模式.机构构型及运动模式的分析表明,该机构具有体积小、运动特性较好的特点.仿真结果证明,该机器人在运动过程中所需吸附力矩较小且占据的空间较少.

平面运动的串联测量方法研究及其与并联方法的比较

提出了用于测量平面运动位姿的三自由度串联和并联测量方法,介绍了串联和并联测量方法的测量原理.通过建立串联测量方法的误差模型,得出了几何误差源与原始测量参数的映射关系和对末端位姿误差的影响情况,得到了这种方法的精度分析结果.仿真结果和试验数据证明了分析的正确性.同时,从几何误差源的产生和测量运动特性等方面对串联和并联测量方法进行了比较.

基于反馈线性化的无人直升机航向控制

本文着重解决小型无人直升机航向自适应控制问题.通过求非线性函数导数,把原始系统扩展为一个带有伪状态变量的新系统.这种方法不必求解非线性函数的逆,并且降低了计算量.证明了该方法的稳定性.针对实际模型直升机实验平台航向动力学模型,仿真结果表明了该方法的有效性.

基于自调整神经元的无人直升机航向控制方法

直升机航向动力学包含输入非线性、时变参数和主-尾旋翼之间的强耦合,传统的比例积分微分(Proportional integral differential,PID)方法很难达到良好的控制性能。基于以上原因,通过把自调整神经元与滑模控制相结合,提出一种能够解决带有输入非线性的航向自适应控制方法。与常规自适应控制相比,用滑模条件代替误差函数作为目标函数,使控制器在保证闭环稳定性的同时,能够进一步使跟踪误差满足期望精度。证明了该方法的稳定性,针对实际模型直升机试验平台航向动力学模型的仿真结果,以及与传统PID方法的比较都表明了该方法的有效性。

基于主动建模的无人直升机增强LQR控制

为了解决无人直升机控制问题,通过把主动建模与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相结合,提出一种能补偿模型差的控制方法。该方法在悬停状态下,采用简化模型设计LQR控制器,并通过UKF(Un-scented-Kalman-Filter)在线估计简化模型与全状态模型的模型差,使用模型差作为补偿项对LQR控制增强。针对实际直升机动力学模型进行仿真,验证了基于UKF的估计和增强LQR控制的有效性。仿真实验结果证明,基于UKF的主动建模技术能够快速估计状态和参数变化,并且增强LQR控制能够使系统适应模型不确定性。

机器人操作臂跟踪动态目标的轨迹规划方法

针对机器人操作臂跟踪运动目标问题,提出一种基于遗传算法的轨迹规划方法。通过对关节加速度的增量进行编码,实现在操作臂的关节空间进行轨迹优化,得到操作臂在跟踪运动目标过程中所需要的轨迹。仿真计算的结果表明,所提出的方法是有效的。

一种新的移动机器人全局路径规划算法

提出了一种新的移动机器人全局路径规划算法.该算法不需要对环境中的障碍物特征做任何假设,也不需要建立障碍物的连通图模型,有效地克服了传统路径规划算法因为搜索而带来的计算复杂性问题,提高了算法的适应性和实时性.仿真结果证明了算法的有效性.

基于TOA的无线传感器网络自定位技术的研究

提出一种基于TOA(tim e of arrival)测距、利用节点之间的几何关系实现传感器网络中未知节点自定位的算法.该方法计算量小、算法简单且定位精度高.仿真实验证明了该方法的有效性.*

一种平面运动位姿的并联组合测量方法研究

基于特殊的测量环境需要,提出了用于平面运动位姿测量的并联组合测量方法。介绍了并联组合测量方法的测量机构组成和测量原理,并进行了可行性论证;通过建立误差模型,对几何误差源与原始测量参数的映射关系及其对最终位姿测量误差的影响进行了分析,仿真结果和实际应用测量数据验证了分析的正确性。所述并联组合测量方法构思新颖,结构合理,适用于具有一定特殊测量条件的高精度平面大范围运动过程位姿测量。如果在工程应用中有效地控制几何误差源的影响,该方法则具有一定的推广应用价值。

移动机器人数学模型近似线性化及反馈镇定

研究了非线性控制理论中的近似线性化方法在移动机器人控制上的应用问题。针对机器人控制领域中多输入多输出(MIMO)仿射非线性系统,研究了一种基于平衡流形的近似线性化算法,并用此算法解决了一类完整约束正交轮式全方位移动机器人(WMR)的镇定问题。仿真分析表明,此方法不仅能够实现系统的镇定,而且降低了因平衡工作点变动给系统稳定性带来的影响,同时也大大地简化了对非线性系统的综合设计过程,具有良好的控制效果和实用性。

基于LMI全方位移动机器人H_∞鲁棒控制

针对机器人控制领域中一类多输入多输出(MIMO)高阶线性时不变系统,根据模型自身的结构特点,给出了基于线性矩阵不等式(LMI)的通过局部反馈H∞控制实现整个系统对不确定扰动具有鲁棒性的充分条件及相关推论,并在此基础上提出了一种解决该类型系统H∞控制问题的新算法。通过对一完整约束移动机器人系统的局部输出反馈H∞控制仿真,说明了此算法具有良好的控制效果和实用性。