欠约束多机器人并联协调吊运系统运动控制

针对吊运过程中如何协调控制各机器人以实现负载高精度快速运动问题,采用了一种基于动力学模型前馈补偿+PD反馈的欠约束多机并联协调吊运系统轨迹跟踪控制方法。利用位置几何关系进行了逆运动学分析,并采用拉格朗日方程建立了系统的逆动力学模型。考虑到模型不确定性及外界扰动,采用前馈补偿+PD反馈控制方法进行轨迹跟踪控制。为了使被吊运物的轨迹跟踪控制更加快速准确,采用遗传算法对PD参数进行优化。理论分析和数值仿真结果表明,控制方法实现简单,能够快速有效地跟踪被吊运物的运动轨迹,满足被吊运物轨迹跟踪精度的要求。     

多机器人协同吊运系统的协调动态载荷分配

针对多机器人共同吊运同一个物体形成闭运动链的协调系统,利用用牛顿-欧拉法建立了系统的广义动力学方程.研究了多机器人协调吊运系统动态载荷的一种实时性分配方法.根据各机器人的承载力,用线性加权方法使被吊运物质心处的内力有限并获得了系统的载荷分配原则.随后根据被吊运物的期望运动,给出了系统动态载荷分配的解析表达式,并进而可计算得到各机器人的期望工作载荷.最后,采用ABB工业机器人搭建吊运平台,实验验证所获得的载荷分配方法.研究结果为进一步研究多移动机器人协调吊运系统的载荷分配问题打下基础.     

多机器人协作系统轨迹约束关系分析及示教方法

针对多机器人协作中末端位姿的相对运动,分析了其轨迹约束关系并据此提出了一种可行的示教方法.该方法首先分析了协作机器人之间的运动学约束关系,根据协作机器人之间末端位姿的相对运动,将多机器人协作系统的运动模式分为耦合运动以及叠加运动2类.然后给出了这2种运动形式下,主从机器人末端位姿在笛卡儿坐标系内的运动学约束方程并据此提出一种用于多机器人协作系统的轨迹示教方法,最后在搭建的双机器人协作焊接系统上,验证了本文提出的约束关系及示教方法.     

基于遗传算法的多机器人系统最优轨迹规划

针对关节型多机器人系统在静态环境下的点到点的轨迹规划问题,提出了一种基于遗传算法的最优轨迹规划策略.采用遗传算法在综合考虑各机器人沿轨迹运动的安全性、运动代价以及运动学约束的基础上为单个机器人规划最优的运动轨迹,并通过协调各机器人沿预定轨迹运行的时间避免机器人之间碰撞的发生.针对含有3个二自由度平面关节型机器人的多机器人系统进行了仿真实验,实验结果验证了该方法的有效性.     

分布式多机器人运动控制的离散事件系统方法

传统多机器人系统的运动控制主要依赖于机器人的动力学方程或运动学方程,通过求解微分方程组来获得机器人的输入控制信号.随着系统中机器人数量的增加和运行环境的复杂化,动力学方程很难描述多机器人系统的运动行为,且无法很好地解决诸如死锁等逻辑故障.本文简略综述了国内外的研究现状,重点介绍笔者所在研究组开展的关于离散事件系统方法在多机器人运动控制方面的应用性研究工作.其动机在于:1)基于离散事件系统方法的运动控制能够有效地解决系统运行过程中产生的诸如死锁等逻辑故障.首先,利用离散事件系统模型对多机器人系统的运动进行建模,从而降低计算复杂性;其次,基于所得离散事件系统模型,设计分布式安全运动控制算法,使各个机器人可以自主地、无碰撞地、无死锁地运动;设计分布式鲁棒运动控制算法,使得失效的机器人对系统的影响最小.2)基于离散事件系统方法的运动控制策略可以结合传统的基于运动学方程的运动控制方法,从而使系统不但能够避免顶层的逻辑故障,而且能够确定机器人执行器的输入信号.     

仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法

提出了仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法. 首先, 通过运动捕捉系统获取人体运动数据, 并采用运动重定向技术, 输出人--机简化模型的数据; 然后, 对运动数据进行分析和运动学解算, 给出基于人体运动数据的仿人机器人逆运动学求解方法, 得到仿人机器人模型的关节角数据; 再经过运动学约束和稳定性调节后, 生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹. 最终, 通过在仿人机器人BHR-2上进行刀术实验验证了该方法的有效性.     

基于仿生行为决策规则的协调运动行为

为解决多机器人系统不确知环境下的协调运动问题, 提出了一种基于仿人行为决策规则的多机器人协调运动方法. 该方法从仿生的角度入手, 给出了多机器人系统的一种实时的协调运动行为决策机制. 从仿真实验来看, 所提方法是可行的、合理的.     

一种混合驱动柔索并联仿生眼的轨迹规划

在与眼球运动相关的解剖学和运动学的基础上,设计了一种符合Listing定理的基于混合驱动柔索并联机构的3自由度机器人仿生眼.通过矢量封闭方法建立了逆运动学模型,求解出柔索并联机器人的雅可比矩阵和结构矩阵.利用达朗贝尔定理建立柔索并联机器人的力矩平衡方程组,采用广义逆矩阵的相关理论,以柔索张力矢量的2范数最小为目标进行张力优化.用蒙特卡洛方法计算出仿生眼球可达工作空间.最后,在Simulink环境下进行仿真,规划运动轨迹并得到柔索并联机器人运动特性的仿真结果,证明了本文设计的机构符合Listing定理.结果表明:基于混合驱动柔索并联机构的机器人仿生眼结构合理,数学模型正确.     

基于多机器人的运动控制平台在刚体对接系统中的应用

针对刚体对接系统,引入虚拟分段概念,分段位姿测量技术．在统一的世界坐标框架内,建立了平台的运动学模型,导出了多机器人的协调运动方案．该方案在基于多机器人的运动平台控制中具有广泛的适用性．     

基于能源消耗最小的自治水下机器人机械手系统协调运动研究

描述了自治水下机器人搭载的三功能水下电动机械手的设计．鉴于自治水下机器人—机械手系统是运动学冗余的且自带能源，因此将系统阻力优化函数引入逆运动学求解，设计了基于系统能源消耗最小的系统协调运动规划算法．仿真表明，该算法在解决系统冗余度的同时，有效地减小了系统能源消耗．