NAO机器人手臂的运动建模与控制

针对机器人手臂抓取物体时的控制问题,以NAO机器人为操作对象对手臂的运动进行了建模与控制。采用D-H运动学建模机理,建立机器人手臂的运动学模型,并通过分析NAO机器人左臂的结构得到D-H运动学模型参数。对模型输出与NAO机器人手臂的实际运动轨迹进行了比较分析,验证了机器人手臂运动学模型的精确性。依据运动学模型获得了手臂的动力学模型,并基于该模型设计了自适应PD控制器,仿真结果表明,当系统存在较大扰动时,自适应PD控制器比PD控制器对机器人手臂运动具有更好的跟踪性和鲁棒性。     

手臂机器人网络教学实验系统的服务器设计与开发

介绍了一个以手臂机器人为实验对象的远程实验教学系统,主要介绍系统服务器的设计与开发技术.该系统采用B/S三层体系结构模型,主要提供了远程监控、仿真和记录检索的实验功能.通过校园网,用户可以远程访问本系统进行远程控制实验或仿真实验.做远程控制实验时,用户可以在本地选择不同控制算法和提交控制参数,实现对手臂机器人的远程控制,而且能在本地浏览器上在线观看实时的实验运动录像.该系统还可供实验者在线进行仿真实验,模拟对手臂机器人的各种控制效果;同时,还可以保存实验信息,提供历史实验数据查询.     

双足舞蹈机器人步态规划

以双足舞蹈机器人为对象,建立系统的多自由度运动学模型,在此基础上开展舞蹈机器人正运动学和逆运动学分析,根据行走步长、步宽、步行周期等运动参数求解机器人各关节角度;引入三维倒立摆模型,结合零力矩点(Zero-Moment-Point,ZMP)稳定判据,对舞蹈机器人进行步态规划稳定性分析;最后,结合对舞蹈机器人的行走步态进行了仿真分析,得到了各个关节的角度值,可作为舞蹈机器人的输入控制参数.     

多关节机器人的自适应阻抗控制研究

为了对动车组侧窗玻璃安装机器人末端接触力进行控制研究,在阻抗控制的基础上,提出了一种多关节机器人自适应阻抗控制算法,该算法能实现机器人末端接触力准确跟踪期望力。以PUMA560机器人前三关节为对象在接触空间进行仿真研究,仿真结果表明,基于自适应阻抗控制方法能很好地对动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和力进行跟踪。     

机器人手臂轨迹跟踪的变增益LPV鲁棒H_∞控制器设计

针对机器人手臂模型中存在动态不确定性和外部干扰的不确定性,引入变增益线性变参数的鲁棒H_∞控制方法,设计了手臂轨迹跟踪控制器。采用拉格朗日法建立机器人手臂轨迹跟踪动态方程;利用变增益线性变参数凸分解技术,将这一动态模型转化为具有凸多面体结构的线性变参数模型;根据鲁棒控制理论和线性矩阵不等式理论,在凸多面体的各个顶点设计反馈控制器,然后利用各个顶点控制器综合得到线性变参数控制器。仿真结果表明,机器人手臂对于关节位置的变化始终具有良好的跟踪性能。     

手臂机器人网络教学实验系统的服务器设计与开发

介绍了一个以手臂机器人为实验对象的远程实验教学系统，主要介绍系统服务器的设计与开发技术。该系统采用B／S三层体系结构模型，主要提供了远程监控、仿真和记录检索的实验功能。通过校园网，用户可以远程访问本系统进行远程控制实验或仿真实验。做远程控制实验时，用户可以在本地选择不同控制算法和提交控制参数，实现对手臂机器人的远程控制，而且能在本地浏览器上在线观看实时的实验运动录像。该系统还可供实验者在线进行仿真实验，模拟对手臂机器人的各种控制效果；同时，还可以保存实验信息，提供历史实验数据查询。     

新型四臂扶持式康复机器人设计

针对现有康复机器人以健康者为分析模型,灵活度受到限制,脑卒中患者步态康复效果受限的问题,利用医工结合分析治疗师手臂生理结构,模仿治疗师康复手法,建立治疗师手臂模型,创新设计四臂机器人,测量人体髋部运动空间范围,利用运动学仿真得到机器人运动空间范围.结果表明:设计的四臂康复机器人运动空间远远大于人体髋部运动空间,验证了机构的合理性,实现了治疗师手法步态训练模拟,为后续治疗师手法再现模拟提供了基础.     

基于集成概率模型的变阻抗机器人打磨力控制

工业机器人对工件柔顺打磨作业的适应性差，为此设计机器人柔顺浮动力控末端执行器，基于集成贝叶斯神经网络模型的强化学习，提出主动自适应变阻抗的机器人打磨力控制方法.所提方法根据打磨作业的接触环境信息，利用自助法获取小量数据的多次采样样本，训练集成贝叶斯神经网络模型以描述机器人打磨系统与工况环境交互作用，采用协方差矩阵自适应进化策略（CMA-ES）求解最优阻抗参数.构建机器人打磨系统虚拟样机平台，开展叶片工件的打磨仿真实验，验证所提方法的有效性.实验结果表明，所提方法在十几次训练后，能够将打磨力的绝对跟踪误差减小至较小值，较好地实现了机器人打磨系统的主动自适应变阻抗打磨力控制，提高了机器人打磨力控制的柔顺性和鲁棒性.     

基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制

为满足脑卒中患者早期卧床康复需求,结合临床康复手法与人机工程学,设计了一款卧式康复机器人。该卧式康复机器人可以提供单腿屈髋屈膝运动、卧式步态运动、桥式运动等多种有效的康复动作。为确保训练的安全性以及改善在训练过程中由人机交互作用带来的舒适度和柔顺性差等问题,采用一种基于阻抗模型的柔顺控制方法。将人与机器人之间的交互视为一种虚拟的阻抗模型,即二阶质量-弹簧-阻尼模型,并基于该阻抗模型进行康复机器人的柔顺控制研究。该柔顺控制策略由外环阻抗控制器和内环PID控制器组成,外环的阻抗控制器通过将人机交互力作用在阻抗模型上,实现根据人体意图对运动轨迹进行改变,而内环的PID控制器主要实现对生成的期望轨迹进行稳定跟踪。通过实验证明了基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制的有效性。     

水轮机修复机器人运动学BP仿真算法

对于具有六个关节的工业机器人,运动学逆解可能存在多种解情况,而其中只有一组解最能适应机器人的工作要求.为了找到这样的一组解,在本文中利用MATLAB神经网络工具箱,创建了一种机器人运动学算法.该算法综合考虑了机器人关节空间的限位和工作空间的避障问题,以及机械手臂可能的形态,设计了一种前向神经网络结构,并应用MATLAB对其进行训练和仿真,达到了预期效果.     

球面2自由度机器人的滑模变结构控制

球面2自由度5杆机器人的应用非常广泛,可用于机械数字化仪、微操作装置、灵捷眼和人体关节修复装置等。在球面2自由度5杆机器人运动学和动力学模型研究的基础上,提出了该类机器人系统的滑模变结构控制方法。介绍了球面2自由度机器人的机构和动力学模型。引入决定附加补偿力矩的指数趋近律,建立了球面2自由度机器人的控制算法。提出了外力、质量、转动惯量以及滑模控制参数等对球面2自由度机器人的控制精度和系统稳定性的影响规律,并对球面2自由度机器人进行了控制仿真。仿真表明,控制方法是有效的。在选择合理参数下能避免机器人系统的振荡,且能保持系统的稳定性、鲁棒性和提高系统的运动精度。     

Force-feedback based active compliant position control strategy for a hydraulic quadruped robot

Most existing legged robots are developed under laboratory environments and,correspondingly,have good performance of locomotion.The robots‘ability of walking on rough terrain is of great importance but is seldom achieved.Being compliant to external unperceived impacts is crucial since it is unavoidable that the slip,modeling errors and imprecise information of terrain will make planned trajectories to be followed with errors and unpredictable contacts.The impedance control gives an inspiration to realize an active compliance which allows the legged robots to follow reference trajectories and overcome external disturbances.In this paper,a novel impedance force/position control scheme is presented,which is based on Cartesian force measurement of leg's end effector for our hydraulic quadruped robot The simulation verifies the efficiency of the impedance model,and the experimental results at the end demonstrate the feasibility of the proposed control scheme.     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构动力学研究

为了辅助病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构.根据该机构的原理简图和各杆件的受力,利用牛顿定律分别建立了各杆件的动力学方程.基于联立约束法建立了骨盆位姿控制机构的动力学模型,并根据骨盆位姿的运动规划完成了动力学仿真分析,得到了机构的驱动力(矩)曲线和各杆件的加速度曲线.仿真结果表明,该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,动力学仿真可以方便地获得机构的运动参数.该研究为实现助行训练机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

外骨骼康复机器人的正向运动学仿真分析

针对外骨骼康复机器人,本文根据人手的功能和运动约束,对机器人进行模块化设计,并建立了机器人位置正向运动学方程及外骨骼康复机器人抓取杯子的仿真模型,运用ADAMS/Hydraulics模块进行运动学仿真,仿真结果表明,虚拟手指运动机构实现了角加速、匀速、减速的运动状态,并得出了康复机械手关节角速度在0～170rad/s范围内人手可以完成关节弯曲运动的康复运动。虚拟指模型的运动学分析为外骨骼康复机械设备的研究提供了必要的理论依据和参数。     

基于ADAMS的四足机器人运动仿真研究

作为工业机器人的一个主要研究分支,多足机器人具有很强的环境适应性和运动灵活性,正在日益受到重视。应用三维建模软件UG建立了四足机器人的模型,导入到虚拟样机分析软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并对四足机器人进行了步态规划,利用MATLAB计算得到机器人关节运动轨迹,导入到ADAMS中,模拟了机器人的实际运动状态,得到其爬行轨迹。利用虚拟样机进行仿真为多足机器人步态规划的研究提供了一种良好的试验方法。     

采用了双关节肌的机器人手臂的特性研究

近年来,研究者们关于将生物的特征引入机器人做出了许多尝试.传统的机器人手臂仅含有类似于单关节肌的执行器,而生物的手臂不仅含有单关节肌还含有双关节肌.双关节肌的存在可使机器人具备优秀的能力以实现各种运动而无需反馈控制,由此可提供给机器人近似于生物的灵巧性及安全性.本文阐述了基于双关节肌概念的一些机器人手臂的特征,并提出了一种运用源于肌肉弹性的平衡的驱动机构.该机构在模拟中利用前馈控制实现了轨迹的跟踪.最后,说明了有关制作基于双关节肌概念的机器人手臂的想法.     

基于数据驱动高阶学习律的轮式移动机器人轨迹跟踪控制

轮式机器人执行巡逻、播种和工业生产等任务是一个强非线性的间歇过程.针对重复运行的轮式机器人轨迹跟踪问题,本文提出了一种基于数据驱动的高阶迭代学习控制算法.首先,对轮式移动机器人的模型进行推导设计,并对推导得到的状态空间形式的离散时间模型利用基于状态转移的迭代动态线性化方法,将轮式机器人系统转化为线性输入输出数据模型;其次,设计高阶迭代优化目标函数得到控制律,并利用参数更新律估计线性输入输出数据模型中的未知参数.控制器的设计和分析只使用系统的输入输出数据,不包含任何显式的模型信息.通过采用高阶学习控制方法,在控制律中利用更多之前迭代的控制输入信息,提高了控制性能.最后,仿真结果验证了该方法在轮式机器人轨迹跟踪控制中的有效性.     

基于SimMechanics的六自由度机械臂轨迹规划研究

针对机械手臂在运动过程中出现的不稳定现象,本文利用多项式插值规划关节空间的轨迹,并利用Matlab中的SimMechanics建立逆运动学仿真模型,由轨迹规划模块得到的各关节变量的角度、角速度和角加速度来驱动各关节运动;同时对机械手臂末端轨迹规划进行分析仿真。仿真结果表明,仿真模型输出轨迹和预定轨迹相吻合,利用仿真模型可以准确、有效地得到外骨骼康复机械手臂的运动参数和运动轨迹,并实现了机械手臂匀加速、匀速和匀减速的运动状态。该研究对六自由度外骨骼康复机械手臂结构设计提出了建设性意见,也为外骨骼康复机械手臂的分析设计提供了可靠依据。