异构模块型可变形机器人狭窄空间转向性能研究

围绕异构模块型可变形机器人在狭窄环境的通过性问题,在分析直线构型转向性能和狭窄环境安全通过范围的基础上,提出一种基于能量最优的狭窄环境下转向控制方法.首先在转向运动学和转向动力学模型基础上,构建了状态角度、驱动速度等控制参数与转弯半径等转向性能的关系;进而以能量消耗最小为目标、以安全转弯范围为约束条件,优化机器人直线构型转向下各运动参数的选择和调整.最终通过仿真分析验证了运动控制参数对转向性能的影响,并提出了不同转向方式、不同转向控制参数的特点和优势.     

全自动植保无人机弯道姿态控制算法

针对多旋翼植保无人机在全自动作业过程中转弯效率低下的问题,提出了一种新的弯道姿态控制算法.对弯道处航路进行重新规划,由"几"字型航路变为更适合转弯的曲线航路;设计了一种新的弯道姿态控制算法,在转弯过程中,飞行控制器根据多旋翼植保机位置及前进速度的变化,输出与之对应偏航速度控制其飞行方向,使多旋翼植保机在不降速的前提下,可以按照重规划的曲线航路完成转弯动作.在转弯过程中,根据拟合的转速—位置曲线对作业半径进行调控,以避免喷洒边界拐角部分的漏喷现象.通过对比实验表明:对于同一架植保机,在相同作业条件下,相对于"几"字型弯道算法转弯,采用弯道姿态控制算法转弯植保机作业效率提高了20%.     

双驱动AGV转弯分析与优化

在实际应用中,AGV为了实现多向运动、重载输送等需求,可考虑采用双驱动结构。为了实现双驱动结构AGV的运行平稳,转弯半径小,本文对双驱动AGV的转弯过程进行了运动分析,并且提出了一种路径优化方法,利用多摄像机采集的图像协同导引AGV的圆弧转弯过程,该方法能够有效地减小双驱动AGV的最小转弯半径。     

自动循迹小车的位置和速度控制

为了实现小车快速平稳的循迹运动,采用5个红外光电传感器检测轨道的偏差,前部安装一个万向轮,通过后部左轮和右轮的速度差来控制小车的转向。分析了小车转弯时的运动轨迹,讨论了左轮和右轮速度与转弯半径等参数之间的关系;设计了位置+速度的串级PID控制模型,采用速度最快策略进行速度分配,确保小车在转向时快速流畅,使小车能够迅速、平稳、准确地沿赛道轨迹运动。该小车的设计方案和串级控制模型也可应用于无人车间自动搬运的AGV小车、自主移动机器人等服务机器人的循迹及定位控制。     

叉车油箱油液晃动分析研究

为了研究叉车在不同运动工况时油箱油液的晃动状态,本文首先对某型叉车油箱进行了几何模型的简化,建立油液初始体积并利用ICEM软件对油液进行了结构化网格划分,设置启动、刹车、颠簸和转弯四种工况下的边界条件及求解参数;计算得到油液在这四种工况下的晃动状态。最后,选取燃油运动时涡的矢量质量平均和速度的矢量质量平均来刻画油箱里燃油的涡强度。分析结果表明,涡强大的地方、时刻,速度场也较大,油箱需要进行加固密封。     

基于倾斜角控制的飞行器区域规避轨迹规划

高速飞行器通过改变航向角的方式来进行转弯,导致转弯半径很大,影响机动性,针对这一问题提出了基于倾斜角控制转弯的轨迹设计方法,保证了转弯半径尽可能的小,增加了飞行器的机动性能。首先根据飞行动力学原理进行动力学建模,然后对飞行器再入过程中的动压、过载、热流等物理约束进行了建模,并考虑了平衡滑翔约束,进而通过将各类不等式过程约束转化为轨迹控制量倾斜角的约束,实现了在满足过程约束的条件下,以较小的转弯半径成功规避区域障碍。数值仿真结果表明,该方法比单纯几何规划更精确,所设计的轨迹便于飞行器控制系统进行跟踪,具有实际工程参考意义。     

匀变速工况下汽车的转向特性仿真研究

为了研究转向工况下的汽车操纵稳定性问题,由于受到外界环境干扰和转弯离心力的影响,为保证行驶的稳定性,需准确获得变速转向工况下的动力特性,建立汽车转向工况下匀变速运动的线性二自由度动力学模型,并从整车控制的角度出发,以横摆角速度作为判据,用仿真分析模型。为提高汽车的响应特性,进行了匀变速工况下汽车的转向仿真研究。仿真结果表明,在匀加速转向时,汽车的横摆角速度响应是逐渐增加;在匀减速转向时,汽车的横摆角速度响应逐渐减小,可为汽车在转向工况下的操纵控制提供有益的参考。     

4WS整车虚拟样机建模与动力学仿真

为了改善汽车在高速行驶转弯时的操纵稳定性,运用动力学仿真软件ADAMS,在其专业汽车模块ADAMS/CAR下研究了4WS汽车建模及其瞬态和稳态操纵动力学特性。以质心侧偏角和横摆角速度响应为评价指标,在角阶跃输入下高速转弯时,对前后轮转角成比例关系的4WS汽车和FWS汽车分别做了动力学仿真研究。对比分析了两者的质心侧偏角和横摆角速度响应特性,从分析结果得出,后轮主动参与转向,总体上有助于改善汽车在高速行驶转弯时的动力学响应特性,但是不同的因素也会对操纵稳定性产生不利的影响。     

基于可变关节数的模块化两栖仿生机器人转弯控制

概述了一种具有模块化结构的两栖仿生机器人设计,结合其关节数可变和主从轮式驱动的特点,给出 了任意关节数偏转转弯的地面转弯控制方法,并推导了其最小转弯半径．针对多关节两栖机器人的转弯推进方式, 利用ADAMS 下的运动学模型进行了仿真验证,给出了相应的仿真结果．同时,平衡性分析进一步表明了关节转弯 推进方式在当前两栖机器人样机上的适用性．实验结果表明了该转弯方法的有效性,它能够满足机器人的地面运动 需求．     

一种2自由度胸鳍推进仿生箱鲀机器鱼转弯特性研究

以2自由度胸鳍推进仿生箱鲀机器鱼为对象,研究其在单侧胸鳍推进、两侧胸鳍协同推进、以及单侧胸鳍与尾鳍协同推进等3种情形下的转弯特性.首先给出了胸鳍和尾鳍的正弦运动规律,并建立了3种情形下的转弯水动力学模型.然后利用数值方法分析了单侧胸鳍推进、单侧胸鳍/尾鳍协同推进时机器鱼实现给定半径转弯,以及两侧胸鳍协同推进时机器鱼实现原地转弯的特性,并给出了相应的转弯条件.实验结果表明,单侧胸鳍/尾鳍协同推进时的平均转弯角速度为0.26 rad/s;单侧胸鳍推进时的最大转弯角速度为0.314 rad/s,最小转弯半径为0.74倍体长;双侧胸鳍协同推进时原地转弯平均角速度为0.42 rad/s.与现有结果相比,所设计机器鱼转弯方式更为丰富,转弯机动性和转弯角速度较高.     

铰接式履带车辆转向特性仿真研究

针对深海富钴结壳行走装置必须适应复杂恶劣地形和较强的越障性能,提出一种具有四个液压缸的主动式联结装置的铰接式履带车辆,通过对铰接式履带车辆进行转向运动学分析,以及对联接装置的转向工作机理进行分析,得出了转向液压缸活塞杆伸长量与车辆理论转向半径的关系,并采用多体动力学仿真软件ADAMS的履带车辆工具箱ATV 建立了铰接式履带车辆的虚拟样机模型,仿真得到了铰接转向角速度,铰接转向半径,铰接转向所耗功率与差速转向所耗功率的关系,仿真结果表明,仿真模型具有较高的精度,能够对转向过程中主要参数随时间的变化历程进行仿真,可以为铰接式履带车辆转向过程的研究提供理论分析根据.     

海底采矿车转向半径分析及速度同步控制

海底采矿车为液压驱动低速履带车辆,其转向性能对于海底采矿的路径规划及避障都很重要.文中对海底采矿车实际转向半径进行了分析,提出了实现给定转向半径的控制方法,为海底采矿车转向运动控制提供理论依据.此外,海底环境非常复杂,海底采矿车由于海底沉积物极稀软容易出现打滑,对履带式采矿车的两侧履带同步行走控制提出了比较高的要求.通过对液压驱动马达进行速度反馈控制,在考虑打滑情况下实现履带同步控制 .最后,设计出基于模糊PID的液压驱动速度同步控制系统,并对该控制系统进行了仿真,取得了较好的控制效果.     

辅助实现机器人驾驶车辆的研究与仿真

针对机器人驾驶汽车在未知复杂环境下行驶的问题,提出一种基于图像的辅助实现机器人驾驶车辆的方法.根据机器人驾驶过程中所拍摄的路面图像,在图像中取一点作为车辆行驶的目标位置点;根据此点的位置,计算出车辆行驶时的转弯半径;对方向盘转角与转弯半径之间的关系进行曲线拟合,计算得出方向盘的转角;根据转角信息在图像上画出可供参考的车辆可行驶辅助线.本文算法利用matlab进行了仿真研究,实验结果表明,采用这种方法获取辅助线能够较为准确的作为车辆行驶的参考,为辅助机器人驾驶车辆行驶带来了很大的便利.     

履带车辆高速转向动力学仿真

采用多体动力学仿真软件MSC Adams 的履带车辆工具箱ATV,建立某型履带车辆三维动力学模型,对履带车辆在硬、软两种地面的高速转向过程进行动力学仿真和对比分析,着重讨论履带车辆在软地面高速转向的动力学特性,为履带车辆转向性能的研究与高速转向的正确操作提供指导.     

基于阿克曼原理的车式移动机器人运动学建模

基于阿克曼原理的轮式移动机器人运动学模型对于无人驾驶车辆的研究有着重要的意义.对轮式移动机器人的运动学特性进行了分析,建立了不考虑滑行、刹车等的轮式移动机器人的运动学模型.对该运动学模型引入了阿克曼约束,给出了描述机器人运动状态的转向角、航向角和转弯半径等物理量的数学公式.最后对该运动学模型进行仿真实验,验证了所建立的运动学模型的正确性,为进一步研究轮式移动机器人提供了理论分析的基础.     

侧叉转向机构健康监测传感器布点方法研究

为探究侧面叉车转向机构健康监测布点方案,首先通过现场检验调研总结了转向机构发生故障的危险部位;再采用UG对简化后的转向机构各零部件进行结构建模,组成装配图;并采用UG中的运动仿真模块对转向机构作运动仿真模拟;然后采用 Adams 重点对球头销座进行动力学仿真分析;最终通过仿真分析计算得出球头销在转向过程中平均受力值为21.1 kN,左球头销在左右极限位置的受力差值高达4.5 kN,容易造成研磨不均匀。从而确定了传感器的布点方案,为以后侧叉转向机构健康监测的技术实现提供依据。     

Active steering control strategy for articulated vehicles

To improve maneuverability and stability of articulated vehicles, we design an active steering controller, including tractor and trailer controllers, based on linear quadratic regulator (LQR) theory. First, a three-degree-of-freedom (3-DOF) model of the tractor-trailer with steered trailer axles is built. The simulated annealing particle swarm optimization (SAPSO) algorithm is applied to identify the key parameters of the model under specified vehicle speed and steering wheel angle. Thus, the key parameters of the simplified model can be obtained according to the vehicle conditions using an online look-up table and interpolation. Simulation results show that vehicle parameter outputs of the simplified model and TruckSim agree well, thus providing the ideal reference yaw rate for the controller. Then the active steering controller of the tractor and trailer based on LQR is designed to follow the desired yaw rate and minimize their side-slip angle of the center of gravity (CG) at the same time. Finally, simulation tests at both low speed and high speed are conducted based on the TruckSim-Simulink program. The results show significant effects on the active steering controller on improving maneuverability at low speed and lateral stability at high speed for the articulated vehicle. The control strategy is applicable for steering not only along gentle curves but also along sharp curves.     

Design of an Electric Forklift

In order to achieve integration of electrmotion and manual operation for manual forklift, this paper designs an improved manual forklift. We select the appropriate motor according to parameters of original manual forklift, which was analyzed by Solid Works. We make the detailed design of the speed reducer according to the selected motor's rated speed and other parameters, and design the reduction speed ratio, reduction speed form, size of gear drive, meshing parameters, force analysis of gear and strength check. In this paper, we electrify the traditional manual forklift eventually.     

双电机独立驱动的履带车辆坡转性研究

针对研究坡上转向力学特性的必要性和重要性,分析了车辆坡上转向过程中的受力特性,建立车辆动力学数学模型,并利用Matlab/Simulink平台建立了仿真模型.通过车辆在水平地面和15°坡上转向的仿真对比表明:15°上坡转向时,两侧履带速差较大,角速度增量大,转向半径较小,瞬心偏移量呈先降后升趋势;阻力矩为正值,起到帮助转向作用,15°上坡转向比水平地面转向容易,运动剧烈但无侧翻隐患;车辆高速转向时,瞬时转向中心纵向偏移量不应大于±L/2.     

避险车道驶入角计算方法评价

避险车道驶入角取值直接影响失控车辆能否安全驶入避险车道。基于车辆动力学仿真采用极限侧向加速度参数评价避险车道驶入角计算方法。首先,通过失控车辆稳定性分析确定车辆极限转弯半径;其次,采用三种驶入角的计算方法分别计算三种车速对应的避险车道驶入角;最后,基于车辆动力学仿真软件TruckSim,分别建立失控车辆和避险车道仿真模型,以极限侧向加速度作为评价指标设计并完成3组车辆稳定性仿真。仿真结果表明:方法二比方法三合理。对于方法二,进一步分析驶入角与主线转弯半径的关系,结果也表明方法二比方法三合理;继续采用极限侧向加速度作为评价指标并进行仿真,优化方法二的驶入角范围并与其它研究对比,结果表明了方法二优化结果的正确性。