并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法．以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程．利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究．为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明：由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符．多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能．这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法．     

基于混合遗传算法的机器人改进摩擦模型辨识

为了解决机器人运动过程中库伦+黏性摩擦模型不能真实反映关节摩擦的非线性特性的问题,采用改进Stribeck摩擦模型对机器人关节摩擦进行建模,提出基于混合遗传算法与余弦轨迹的模型参数辨识方法. 采用不同的余弦轨迹对机器人关节进行激励,利用已知的机器人动力学方程确定关节摩擦力矩,从而建立机器人关节速度与关节摩擦力矩之间的映射关系,并利用模拟退火混合遗传算法对摩擦参数进行辨识. 为了验证所提方法的有效性,以多关节串联型机器人为研究对象,进行摩擦参数辨识实验. 实验结果表明,与传统的库伦+黏性摩擦模型相比,改进的Stribeck摩擦模型可以减少17.7%~33.6%的关节力矩计算误差,并能够进一步提高机器人动力学模型的准确性.     

基于改进傅里叶级数的机器人动力学参数辨识

针对机器人动力学参数辨识的问题,提出一种基于改进傅里叶级数的辨识方法.采用静态连续摩擦模型描述机器人关节摩擦特性,以确保基于该模型的摩擦补偿是物理可实现的.推导得到机器人动力学模型的线性形式.设计严格满足速度、加速度边界条件的改进傅里叶级数作为激励轨迹,并根据条件数准则优化激励轨迹系数.考虑测量噪声的影响,采用最大似然法作为参数估计的方法.实验结果表明,采用所提方法的辨识结果能够准确重构机器人关节力矩值.且相比于传统的基于傅里叶级数的辨识方法,该方法提高参数辨识的精度.     

一种全向滚动球形机器人的动力学分析与仿真

研究了一种全向滚动球形机器人的动力学建模、分析与仿真方法．根据机器人所受的非完整约束，建立了其运动学模型．根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程，建立了其动力学模型，给出了消去未知Lagrange乘子的策略．得到了该球形机器人的完整动力学模型，即控制机器人运动的强耦合二阶微分方程组．建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型．运动实例的动力学分析和仿真结果验证了该方法的有效性．     

串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统

空间机器人由于基座可以自由运动,增加了自由度,其运动学和动力学模型比地面固定基座机器人要复杂得多,而且低轨航天器受重力梯度影响较大。首先推导了空间机器人的运动学方程,并采用拉格朗日方程建立了正动力学模型,然后基于牛顿-欧拉法推导了空间机器人的耦合动力学方程,给出了动力学非线性项的数值计算方法,还推导了空间机器人在轨运动时的重力梯度力矩。最后,针对一类串联旋转关节的空间机器人,采用模块化设计的思想建立了动力学仿真模型,利用所建仿真模型对空间机器人的操作任务进行数值仿真,分析了重力梯度力矩的影响,提出了减小这些影响的建议。     

用于车辆动力学实时仿真的转向力输入模型

基于某样车转向系统的具体结构,建立了考虑转向系统弹性和转向齿条动力学的转向力输入实时仿真模型。模型构建了由左右转向轮轴、左右横拉杆和转向齿条组成的完备动力学系统。建立起动、静两种摩擦状态下转向系统干摩擦的求解算法,较好地描述了转向系统干摩擦内在的非线性特性。仿真结果表明,所建模型能够较准确地模拟车辆的转向性能,描述转向干摩擦力学特性,满足实时性仿真要求,在车辆动力学的仿真分析中具有应用价值。     

平面关节型机器人关节力矩的卡尔曼估计

为了解决常用测电流获取机器人关节力矩方法中,各种噪声干扰使所得关节力矩波动较大,影响机器人控制信息可靠性的问题,提出基于机器人动力学模型的卡尔曼滤波方法对关节力矩进行估计.运用牛顿欧拉方法对平面关节型机器人（SCARA）进行动力学建模,获得非线性连续的机器人关节力矩方程.通过多元函数一阶泰勒展开将非线性连续的关节力矩方程转换为关于关节力矩的线性离散状态空间模型.利用卡尔曼滤波方法对关节力矩进行估计.实验结果表明,该关节力矩估计方法对机器人前两轴的关节力矩估计精度较好,与均值滤波方法相比均方根误差分别减少了2.9%和14.7%;且实时性较好,完成一次估计平均需时不超过1 ms.但关节力矩值的估计精度受动力学模型精度的影响.     

全方位移动下肢康复机器人的虚拟样机建模和仿真

通过对全方位移动康复机器人的运动学和动力学分析,建立机器人的动力学控制模型,同时采用虚拟样机技术建立机器人多刚体动力学三维模型,并通过定义输入输出变量及其接口,与Matlab软件进行机电一体化联合仿真．通过仿真表明康复机器人数学模型的正确性．     

基于遗传算法的机器人接触摩擦补偿

目的 提出一种在线学习算法来学习机器人操作臂摩擦模型的摩擦系数，通过摩擦补偿控制输入，根据所得摩擦系数获得摩擦力，消除未知摩擦的影响．方法 建立机器人接触摩擦力模型，采用基于自然选择原则的遗传算法进行学习训练、优化，找出优化后的摩擦系数，以优化摩擦力模型，更好地消除未知摩擦．结果 采用遗传算法，快速地获得了摩擦系数值，优化了摩擦力模型，对约束机器人接触摩擦进行了补偿．结论 遗传算法的引入可以优化摩擦力模型，实现约束机器人接触摩擦的在线补偿，仿真结果证明，该方法在接触摩擦补偿上具有有效性，可以在线进行约束机器人接触摩擦补偿。     

ANSYS接触分析在钢板弹簧设计中的应用

传统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时有一定难度.为提高计算精度,利用ANSYS有限元分析技术,考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立了某钢板弹簧的计算模型.在不考虑摩擦和考虑摩擦两种情况下计算其刚度、应力分布和接触情况,研究片间摩擦对钢板弹簧刚度和应力的影响.全面考虑片间摩擦有助于提高钢板弹簧计算模型的精度.     

非驱动关节机器人的位置闭环控制研究

以具有非驱动关节的水平2自由度机器人为研究对象，利用拉格朗日动力学方程，建立了具有非驱动臂的两关节机器人的动力学数学模型，利用求解非线性方程的有效方法——平均值法，对已经建立的二阶非线性微分方程的数学模型进行了平均化处理，实现了数学模型的化简，同时提出了一种非线性闭环反馈的控制方法并对此控制方法进行了仿真，在控制仿真中，实现了对非驱动关节机器人系统的期望控制目标，并验证了模型化简和控制方法的有效性。     

Dynamics model of underwater robot motion control in 6 degrees of frccdom

In order to analyze underwater robot control system dynamics features, a system 6-DOF dynamics model was founded. Underwater robot linear and nonlinear hydrodynamics were analyzed by Taylor series, based on general motion equation. Special control system motion equation was deduced by cluster of inertial items and non-inertial items. For program convenience, motion equation matrix format was presented. Experimental principles of screw propellers, rudders and wings were discussed. Experimental data least-square curve fitting, interpolation and their corresponding traditional equation helped us to obtain the whole system dynamic response procedure. A series of simulation experiments show that the dynamics model is correct and reliable. The model can provide theory proof for analyzing underwater robot motion control system physics characters and provide a mathematic model for traditional control method.     

基于改进遗传算法的两轮自平衡机器人能量优化策略

为有效使用有限的电池容量,延长机器人运行时间,针对机器人能量消耗问题,建立了两轮自平衡机器人的动力学模型和能耗模型。由于能量函数具有指数形式,很难获得解析解最小化能耗函数。因此提出基于改进遗传算法的分步渐进优化策略。通过全局寻优的方式对机器人的运动速度和能量消耗进行优化,解决了能耗最小化问题。通过仿真验证了算法的有效性和实时性。     

借助外力助推的双足机器人越障及避障方法研究

由于仿人机器人在跨越大尺度障碍时需要重心大幅度地偏移,从而导致机器人容易摔倒或是跨越的距离有限,而通过引入外力的方法能有效地改善机器人的跨越性能.本文主要研究双足机器人在额外外力的辅助下,无碰撞地跨越大尺度障碍物的问题.首先,通过树形数据结构、相对轴矢量和相对位置矢量,建立了双足机器人的仿真模型.然后,通过规划多次曲线跨越轨迹、引入整个跨越过程中的局部避障非线性约束和其他跨越约束的方法,建立起双足机器人越障及避障的多变量非线性优化模型.最终,求解出了平面6自由度的冗余机器人越障及避障的2维步态,通过仿真验证了其能够跨过高度为其腿长43%的障碍物.原理样机跨越15 cm高,为其腿长32%的障碍物,证明了本文所提越障及避障方法的有效性.     

无模型动态摩擦的自回归小波神经补偿控制

针对低速伺服系统的摩擦补偿问题,提出一种基于自回归小波神经网络的智能控制算法,无需预知系统的动力模型参数,仅通过闭环位置反馈,网络即能利用极少的神经元和迭代次数实现对非线性摩擦的高精度补偿.Lya-punov稳定性分析结果证明了跟踪误差和网络权值的有界收敛性.某型机器人关节的伺服实验结果表明,引入自回归小波神经补偿算法后的伺服定位精度得以大幅度提高.     

基于低通滤波器的液压挖掘机工作装置轨迹跟踪滑模控制

为了提高液压挖掘机工作装置轨迹跟踪的精确度,用Lagrange法建立了液压挖掘机工作装置的动力学方程。针对液压挖掘机工作装置的高度非线性、时滞性及参数不确定性,运用带低通滤波器的滑模算法对其进行控制,并对设计的控制器进行了稳定性分析,对工作装置进行了仿真实验。结果表明,基于低通滤波器的滑模控制算法,既可有效地消除抖振现象,又可提高系统的快速跟踪性能和动态响应性能,同时对参数不确定性有较好的鲁棒性。     

6-PRRS并联机器人的动力学建模研究

为解决并联机器人动力学模型的计算复杂性与实时准确控制之间的矛盾,采用虚功原理建立6-PRRS并联机器人各构件随参数变化的完整动力学方程,对6-PRRS并联机器人动力学模型在各种工作情况下进行仿真分析,对机器人各部分质量和转动惯量对驱动力的影响进行研究,提出动力学模型简化策略,减小了动力学计算量,提高并联机器人动力学的计算速度,为并联机器人的控制和参数识别奠定了基础.     

3-RRRT并联机器人动力学建模及其正向求解

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人动力学建模及正向动力学求解方法,以多体系统理论和Kane方法建立了该并联机器人的运动学与动力学模型,运用违约修正约束稳定法对动力学模型进行求解,并利用Matlab软件平台进行了动力学正向求解数值仿真,结果表明此数值积分方法速度快、精度高,适合于3-RRRT并联机器人动力学正向求解.     

一款微小型球形机器人的动力学分析

利用拉格朗日方程等力学手段,分析了一款微小型球形机器人滚动和转动的运动特点,以及跳跃运动的起跳条件.分析该类机器人的进动形式的运动形态,建立了整合运动的通用动力学模型,实现了机器人沿任意曲线运动.对机器人进行了虚拟样机仿真,实验验证了上述分析的正确性.该研究为机器人非线性控制打下了基础.