机器人运动学操作性能研究

通过对串联冗余度自动铺丝机器人的操作空间进行研究,得出了机器人操作空间的体积越大,机器人操作性能越好的结论,提出了基于体积元的冗余度机器人运动学操作性能指标.n自由度的串联机器人的操作空间是n维Riemannian流形,采用活动标架和外积定义对n维Riemannian流形的体积进行计算,得出了机器人操作空间的体积,和已知文献中求得的操作空间的体积进行比较,可知采用体积元作为衡量机器人运动学操作性能指标是可行的.     

解决运动学和动力学性能优化的对耦空间法

绝大多数冗余自由度机器人的动力学优化算法都没能合理地处理诸如避障碍物、避奇异位形和关节运动极限等运动学优化问题。本文提出了在机器人雅可比矩阵对耦空间上处理此问题的新思路。基于此思路所提出的优化算法把机器人的运动学优化限制在雅可比矩阵张成的空间进行，而一些动力学性能指标如对关节力矩的优化可在雅可比矩阵的零空间上进行，计算机仿真表明，本文提出的算法，在用于处理运动学和动力学性能的同时优化方面非常有效。     

基于多目标结构参数优化的微创手术机器人设计

为提高手术机器人的通用性,根据不同微创手术工作空间要求和操作要求设计了一种具有8自由度的通用性微创手术机器人,构造了包含运动学和动力学特性的多目标优化函数,利用遗传算法对含有运动学和动力学的双响应指标进行优化获得了具有较高灵活度的结构参数,为后续结构设计提供了良好的理论基础。     

基于主成分分析法和核主成分分析法的机器人全域性能综合评价

在机器人运动学和动力学性能评价中,表示机器人运动学和动力学性能的指标众多,全域性能指标是其中一项重要的评价指标,而全域性能指标又包括:线速度全域性能指标、角速度全域性能指标等指标.不同指标间往往存在不同程度的相关性,其中有些相关性非常显著,这使它们提供的信息有可能发生重叠.引入统计学原理,依据线性降维与非线性降维原则,应用主成分分析法(principal component analysis,PCA)和核主成分分析法(kernel principal component analysis,KPCA)对不同尺度的PUMA560机器人的全域性能进行综合评价,从而选择综合全域性能最优的机器人.计算结果表明:KPCA方法较PCA方法有更好的降维效果,能够更有效地处理多个单一性指标间的非线性关系,提供更多的综合全域性能评价信息,可为建立机器人综合全域性能与其尺度之间的数值计算关系,为基于综合全域性能指标最佳尺度选取的研究提供科学的参考依据.     

基于ADAMS的七自由度机器人动力学分析及仿真

针对七自由度机器人结构特点,以拉格朗日法为理论基础建立了机器人动力学方程,并对机器人进行了动力学分析。基于ADAMS仿真软件构建机器人虚拟样机模型,对七自由度机器人进行了动力学仿真,获得了各个关节驱动力矩的函数曲线,验证了模型设计的合理性。基于MATLAB软件对动力学模型进行数值分析,绘出其力矩曲线,并与ADAMS仿真曲线进行对比,验证理论计算的正确性。为机构设计提供数据和结构方面的参考,为进一步研发7自由度机器人设备提供可靠有力的依据。     

基于H∞优化的地形跟踪鲁棒控制器设计

研究了一个带参考模型的单自由度和二自由度控制器 ,考虑其性能指标在模型匹配、系统性能和鲁棒性需求方面取折衷 ,从而选取适当的加权函数 .将提出的控制器应用于巡航导弹地形跟踪控制 ,研究了系统鲁棒稳定性 .仿真结果表明系统具有良好的跟踪特性     

冗余度机器人扩展雅克比方法的应用研究

采用基于所提出的连续比例因子的梯度投影法,利用模糊推理规则动态求解了多性能指标融合中的权系数,对卫星在轨自维护系统的冗余度机器人推拉帆板作业进行了数值仿真计算。所得到的结果与采用固定比例因子的梯度投影法进行了比较,指出了采用固定比例因子方法的不足之处。实验结果验证了所提出的连续比例因子方法的可行性,为冗余自由度机器人的逆运动学解法提供了新思路。     

机器人通用运动学自动建模技术

多自由度机器人运动学自动建模问题是机器人仿真与离线编程系统中的关键技术。本文给出了自动建立机器人关节座标架原则，ＤＨ参数正负号确定原则，描述了关节座标架建立流程及ＤＨ参数求解方法。利用该理论开发了通用机器人运动学自动建模程序。     

机器人动力学模型的程序实现

对刚性、串联、开环的机器人进行了动力学分析,建立了一般机器人的拉格朗日动力学模型,推导了拉格朗日方程两边的计算过程,编制了自动建立多自由度机器人动力学模型的计算机程序,并与实际相结合,分析了所研制的六自由度手控器的运动学动力学问题,为手控器的研制提供了理论依据。     

水下机器人试航速度的类物理数值方法预报

水下机器人试航速度是评价推进系统性能和续航能力的重要指标。针对水下机器人试航速度预报问题,提出类物理数值预报方法。建立水下机器人包含桨舵的全附体模型,采用多块动态混合网格方法进行网格构建和更新,编写用户自定义函数,求解六自由度方程和非定常雷诺平均NS方程进行水下机器人和螺旋桨力和速度的计算和传递,实现以螺旋桨旋转运动推进水下机器人自航的运动过程模拟。数值结果表明,水下机器人试航速度1.5m/s对应的转速为570r/min;自航模拟可见螺旋桨梢涡曳出,梢涡强度和螺旋桨推力随航速增加而降低。数值模拟再现了非定常运动过程中船桨舵相互作用机理,有利于水下机器人复杂操纵运动的精确预报。     

机器人动力学模型的程序实现

对刚性、串联、开环的机器人进行了动力学分析,建立了一般机器人的拉格朗日动力学模型,推导了拉格朗日方程两边的计算过程,编制了自动建立多自由度机器人动力学模型的计算机程序,并与实际相结合,分析了所研制的六自由度手控器的运动学动力学问题,为手控器的研制提供了理论依据.     

干纤维自动铺放参数对复合材料剪切性能的影响

为了研究自动铺放过程中干纤维工艺参数对复合材料剪切性能的影响，分析了不同干纤维铺放工艺参数对层合板样件层间剪切性能的影响.结果表明：在给定参数范围内，丝束张力对剪切性能的影响最大；随着丝束张力的增大，纤维展平效果得到提升，剪切性能增强；而随着丝束张力的继续增加，纤维断裂几率增大，剪切性能降低.结合正交试验L9(3³)方法确定优选的铺放工艺参数为：丝束张力4 N,压紧力200 N,铺放速度100 mm/s,此时复合材料试件的剪切性能得到明显提升.     

复合材料机器人纤维铺放工艺参数优化

相较于复合材料结构件传统加工方法的劳动密集型和耗时性,机器人纤维铺放技术大大的提高了复合材料成型过程的灵活性,允许制造更为复杂的结构。基于热塑性复合材料机器人纤维铺放成型工艺过程研究,分别对成型过程中紧密接触过程与融合过程进行理论分析,提出影响铺放制品质量的关键工艺参数:热气炬温度、铺放压力和铺放速度;针对圆柱形零件轴向0°铺放成型过程,以层间粘结强度为优化目标,根据响应面法设计实验,建立工艺参数耦合对层间粘结强度影响模型,通过方差分析验证了模型可靠性及有效性,进而获得纤维铺放成型最优工艺参数;实验研究表明,在最优工艺参数作用下,层间剥离力最高为24.1 N,铺放制品粘结强度最高。     

多机器人任务分配与路径规划算法

针对多机器人任务分配和路径规划存在的移动方向角偏差问题,本文引入矢量方向来修改机器人的运动方向角,提出了一种改进的基于矢量方向的自组织算法,使一组机器人在自动避开环境中障碍物的情况下能够有效地到达所有指定的目标位置。采用基于矢量方向的自组织算法对多机器人系统进行任务分配,使机器人能够访问各个目标位置,整个过程包括获胜神经元的选择、优胜邻域函数的确定以及权值的修改。根据引入的矢量方向法更新SOM获胜神经元的权值,使每个机器人在访问相应目标的过程中能自动的避开障碍物,以避免在路径规划过程中横穿障碍物,进而实现机器人的自动、有效路径规划。仿真实验结果表明:与传统的SOM算法相比,本文所提出的算法在机器人数量与任务目标点数量相同或机器人数量小于任务目标点数量的情况下,能够自主地避开环境中的障碍物并进行合理地任务分配,具有较高的有效性和实用性。     

基于容错指标的空间单冗余机械臂结构综合

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机械臂具有最佳容错操作性能的臂长参数.利用空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性.     

空间声源目标垂直方位角定位研究

针对目标定位中的声源垂直方位定位问题,提出了利用机器人头部结构的转动自由度来进行前后方位的判断.在此基础上,利用耳廓效应对频谱图中谷点中心频率进行抽取,同时建立相应的标高角评估函数.并利用机器人前后摆动自由度加大精确定位的范围.实验证明,提出的定位算法具有较高的精度和一定的可行性,可以为目标识别和声源分离提供方位基础.     

动态约束下可重构模块机器人分散强化学习最优控制

基于ction-critic-identifier(ACI)与RBF神经网络,提出了一种外界动态约束下的可重构模块机器人分散强化学习最优控制方法,解决了存在强耦合不确定性的模块机器人系统的连续时间非线性最优控制问题。文中将机器人动力学模型描述为一个交联子系统的集合,基于连续时间MDPs性能指标,结合ACI与RBF神经网络,对子系统最优值函数,最优控制策略及总体不确定项进行辨识,使系统满足HJB方程下的最优条件,从而使可重构模块机器人子系统渐进跟踪期望轨迹,跟踪误差收敛且有界。采用Lyapunov理论对系统稳定性进行证明,数值仿真验证了所提出的分散控制策略的有效性。     

基于构型选优决策的冗余度机器人避障研究

为了使冗余度机器人在障碍物环境下更好地完成末端操作任务,首先提出了一种新的基于构型选优决策的避障策略,它在保证避障和完成末端任务的同时使机器人的综合性能指标更优,然后利用3R-2P机器人的仿真及实验研究证明了所提方法的可行性.     

一种可重构机器人运动学求解方法

针对可重构机器人没有统一的运动学求解形式问题,提出通过构形平面匹配方法求解可重构机器人的运动学.采用改进形式的D-H建模方法,可自动形成可重构机器人运动学模型;将机器人在目标点的位形分解成若干个构形平面,通过三级构形平面的匹配,可求得具有单一串连形式可重构机器人运动学逆解;对搭建的6自由度机器人和8自由度机器人构形的运动学进行实例仿真.仿真结果表明,采用有限个构形平面匹配方法能够求解出可重构机器人运动学,验证了算法的正确性和实用性.     

舵桨联合操纵的自主式水下机器人运动控制

针对水下机器人舵桨切换操作时,由于控制输出突变而导致系统振荡甚至发散的现象,提出一种切换函数平滑指令输出;同时考虑到高速航态下,纵向速度对其他自由度运动的耦合影响,提出一种基于运动补偿的改进S面控制方法.该方法S面控制器结构简单、参数易于调整,解决了S面控制器在水下机器人高速航行下控制效果较差的问题.利用李雅普诺夫函数对该控制器进行了稳定性分析,将其应用于舵桨联合操纵的水下机器人的运动控制.速度控制、艏向控制及深度控制,试验结果验证了该方法在水下机器人运动控制中应用的可行性.