仿生机器蟹样机研究

文中介绍的仿生机器蟹具有8足,24个自由度,基于ARM的双层分布式递阶控制方式,通过多传感器获取环境信息,调节身体的姿态,目标是可以自主地在海滩、礁石区和崎岖不平的环境行走.文中介绍了仿生机器蟹原理试验样机研制的过程和主要研究方法,主要包括生物原形分析、模型的建立、运动学分析、步态问题、机械结构设计、控制系统设计和原理样机的试验等内容.在单步行足的控制实验的基础上,进行了原理样机的整机行走实验研究.仿生机器蟹能够实现前进、后退、横行、转弯等功能,并具有一定的越障能力.进行仿生机器蟹的研究,目地是建立多足步行机器人的研究平台.     

仿生机器蟹的模型建立及优化

在对河蟹腿结构观察和测量的基础上，通过对原始观察数据分析建立了简化的仿生机器蟹腿结构，确定了仿生机器蟹步行机构的初始结构参数，利用仿真软件建立系统的仿真模型，对初始结构参数做了进一步优化，优化结果对仿生机器蟹结构设计起到重要的指导作用。     

两栖仿生机器蟹动力学建模及能量最优分配

为了获得两栖仿生机器蟹动力学模型和能量最优分配模型,针对机器蟹的结构特点,利用并联理论对机器蟹进行了陆地和水下两种环境的动力学建模,并在动力学求解基础上通过对目标函数的优化解决了机器蟹在超确定输入情况下能量和力矩的最优分配问题.得到了仿生机器蟹动力学模型、驱动力矩最小分配模型、驱动能量最小分配模型3个结果.最后,通过仿真实验验证了结论的正确性.     

基于ADAMS软件两栖仿生机器蟹的动力学建模与仿真

针对两栖仿生机器蟹的结构特点，进行了机构动力学分析。利用ADAMS建立了系统的仿真模型，并在仿真模型的基础上，对系统动态性能进行了观察，结果表明：系统动态性能与步长和步迹曲线的选取有关，步长越小，步迹曲线按一定约束条件规划时，系统具有较好的动态特性。     

生物蟹胸足的机械原理

论述了生物蟹胸足的结构和运行机能，从中提取概括出螯足机械手和蟹步行器机构模型，探讨了描述该生物机构的数学方法，并通过实例给出了机构的一组参数。这些数据可为机构手和步行机的仿生提供参考。     

基于多种介质的仿生步行足力学特性

以中华绒螯蟹步足为研究对象,基于步足指节结构特征设计了4种仿生步行足:圆锥、圆锥沟纹、棱锥、圆柱沟纹步行足,并以圆柱足为对照原型。分别对5种步行足在不同含水率的石英砂和黏土中进行土槽试验,测试步行足的抗沉陷性能、能量消耗和推进性能。通过与圆柱足的对比试验表明:在多种土壤介质中,仿生步行足具有较好的力学特性。4种仿生足与介质接触过程的能量消耗显著低于圆柱足,仿生步行足可比圆柱足入土能耗最多降低95.12%,出土能耗减少45.88%~91.23%;圆柱沟纹仿生足在介质中的支承力提高6.61%~21.81%,推进力增加5.30%~20.88%,表现出优于圆柱足的抗沉陷性性能和推进性能。     

仿生机器蟹变结构力觉传感器的设计及数据处理

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的蟹腿微型化问题,设计了变结构的蟹腿力觉传感器,该传感器与蟹足的腿节、胫节集成为一体,在蟹腿运动过程中传感器结构发生变化,为数据处理带来了困难,为此利用FPGA设计了高速高精度的CORDIc离散三角函数发生器,实时解耦、计算,并给出了仿真结果,确保了精度和实时性.该传感器安装在仿生机器蟹上,使机器蟹能够在复杂的环境中探知障碍物的方位,验证了该结构传感器的有效性.     

新型四足步行机器人串并混联腿的轨迹规划与仿真研究

为了提高四足机器人的载重自重比,综合了一种新型串并混联四足步行机器人,并针对其运动过程的冲击问题,使用了一种基于高次多项式的零冲击足端轨迹规划算法.该机器人每条腿均是由3-RRR并联机构串联一个转动机构组成.此机构利用D-H的方法建立坐标系,利用足端轨迹规划算法在世界坐标系对串并混联腿的摆动相进行足端轨迹规划,支撑相利用匀速直线运动进行规划.根据反解模型,计算出足端在髋关节全局坐标系下的足端轨迹.然后,基于混联腿的运动学逆解用Matlab编程计算得出串并混联腿的四个驱动函数.最后,把单腿模型导入到ADAMS中,添加约束、驱动后,利用ADAMS对串并混联腿进行运动仿真.结果显示,该混联腿的足端实现了零冲击规划的目标,且足端轨迹的速度、加速度平滑.由此表明仿真结果与理论结果相符,验证了该算法的合理性和有效性,为进一步研究四足机器人的步态规划和运动控制奠定了基础.     

多足机器人规则步态实现方法研究

步态规划在移动机器人运动学研究中具有基础和重要的作用,本文首先对四足机器人的着地点进行设计,并分别对各腿的摆动顺序进行几何规划,利用虚拟样机,对四足机器人的单足轨迹进行设计,使得机体能够维持重心稳定并向前运动;其次,本文构建了四足机器人支撑机构的运动学逆解模型,排除奇异解,基于支撑机构的数学建模与求解对四足机器人的前行运动进行了规划;最后,实验结果表明,规则步态规划方法可实现四足机器人稳定可靠地运动.     

仿蟹机器人横行步态运动稳定性及能耗分析

为提高仿蟹机器人横行步态的运动稳定性、降低系统能耗,本文以规范化能量稳定裕量和能耗比作为步态优劣评价指标,对仿蟹机器人的步序和步态参数进行了规划研究。在动力学分析的基础上,建立了机器人足端脚力的多约束方程,利用伪逆法对机器人各关节力矩进行优化分配,在考虑直流电机的有效功率和热损耗的基础上,构建了仿蟹机器人能耗比数学模型。以多足机器人常采用的等相位步态为例,分析了步行速度、占地系数、步长和机体同侧相邻步行足相位差对系统能耗和稳定性的影响。结果显示:随着机体同侧相邻步行足相对相位的增加,仿蟹机器人的运动效率降低,但稳定性有所改善;在特定的步进速度和步态占地系数下,通过合理选择相对相位能够节省系统能耗20%~30%。     

路网空间中GPS轨迹压缩的新方法

传统轨迹压缩算法要对每个具体轨迹进行建模与存储,未利用路网对轨迹的限制,故空间性能较差. 针对该问题,首先对路网空间进行建模,继而探索个体轨迹的活动规律. 提出基于轨迹的空间信息和轨迹的时态信息相结合的轨迹间投影距离度量(SRTD);提出基于SRTD距离相似轨迹双层压缩算法(SDTC), 实验表明,SDTC算法相对于原始算法有效降低了存储空间开销;SDTC算法精度较原始算法有较大改进.     

近地小行星探测转移轨道方案设计与优化

探测小行星转移轨道的设计不同于传统的飞行器轨道设计,由于需要更多的能量,仅依靠冲量轨道转移难于实现,针对此问题,以近地小行星3288 Seleucus为例,采用了先将飞行器递推至以2 a为周期的日心大椭圆轨道的远日点,加深空机动使之再次与地球相遇,进行借力飞行的轨道转移技术,设计了其转移轨道.为了进一步减少此探测任务在轨道转移方面所需的总的能量,采用了变分与主矢量原理推导出了总的速度增量对自由变量的偏导数,把复杂的多维非线性轨道优化问题归结为一个多维参数优化问题,并利用梯度下降法,对所设计的探测3288 Seleucus小行星的转移轨道方案进行了优化.数学仿真结果表明:这种地球借力飞行的轨道转移技术可有效的降低完成任务所需的总能量,特别是发射时所需的能量.     

Analysis of Controlled Trajectory Optimization for Canard Trajectory Correction Fuze

The optimization method of the canard trajectory correction fuze‘s controlled trajectory phase is researched by using the aerodynamics of aerocraft and the optimal control theory, the trajectory parameters of the controlled trajectory phase based on the least energy cost are determined. On the basis of determining the control starting point and the target point, the optimal trajectory and the variation rule of the normal overload with the least energy cost are provided, when there is no time restriction in the simulation process. The results provide a theoretical basis for the structure design of the canard mechanism.     

超远程火炮弹药的无控及滑翔弹道优化研究

研究并揭示超远程炮弹无控段及滑翔段的弹道特性.建立无控弹道数学模型和大气数学模型,研究初始射角和发动机点火时间的双参数寻优以及弹道下落段最佳起始滑翔点的确定,建立弹道滑翔段最优控制数学模型,研究最优滑翔弹道.超远程弹弹道无控段采用初始射角和发动机点火时间的双参数寻优使无控射程最远,弹道下滑段根据弹道高度确定最佳起始滑翔点,通过将变终值时间的双边界值最优控制问题转化为方便求解的固定终值时间的优化问题,提出求解超远程弹最优滑翔弹道实际工程问题的有效方法.     

一种面向定点轨迹数据的行程识别方法

为了对长周期定点轨迹数据进行行程识别,提出了一种基于动态阈值的定点轨迹数据行程识别方法.首先,采用聚类方法确定与阈值相关的时空多粒度参数;其次,根据参数对历史记录进行统计,计算参数对应的阈值;利用时空相关参数获取对应阈值,对轨迹进行分段,进而实现行程识别.基于真实的城市交通卡口数据的实验结果表明,使用时空相关的动态阈值方法对定点轨迹数据进行行程识别在准确率和覆盖率上都要优于传统基于固定和单一阈值的方法.     

Design of MGA trajectories for main belt asteroid

0　INTRODUCTIONAsteroidsareofkeenscientificinterest ,holdingcluestotheformationandevolutionofoursolarsystem .Currentplansforplanetaryandsolarsystemexplorationcallforinnovative ,excitingmissions ,whicharelowcost.Missiontoasteroidswithlowlaunchenergiesandshortflighttimescanfulfillallofthesegoals .Ifthetrajectoryiswell designed ,asinglemissioncanachieveseveralscien tificobjectives .Inviewofthepastresearchesinthisfield ,BreakwellandPerkodemonstratedthatthe‘patched conic’theoryisreasonablya…     

一种弹丸轴向加速度测量方法和装置

弹丸质心轴向加速度是一维弹道修正引信进行射程修正的重要参数,为了消除加速度计安装在远离弹丸质心所引起的离心加速度,提出了一种双加速度计纵向排列测量质心轴向加速度的方法.利用弹道初始参数随机值和弹道方程生成随机弹道作为实际弹道进行仿真分析,仿真结果表明加速度测量误差小于180 mg.设计了加速度测量装置,进行了马歇特冲击锤抗过载实验,过载试验表明测量装置可承受15000 g的发射过载,具有过载生存和过载工作的能力.     

上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。针对多数上肢康复机器人将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹，没能融合康复医师的经验及患者的个体特征，或者缺乏三维个性轨迹的光滑优化以及训练过程中的安全柔顺交互的问题。本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先，在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后，用道格拉斯-普克法压缩原始轨迹数据得到型值点，保留初始轨迹的拓扑形状。用非均匀有理B样条曲线(NURBS)进行插值，并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(BOA)优化拟合的轨迹。最后，设计基于RBF网络的滑模自适应以及速度前馈加PID的控制策略实现末端轨迹跟踪，并增加导纳-阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制，保证较大人机交互力时的安全。结果表明定制机器人末端轨迹的拖动力在5N以内；改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度，优化的轨迹曲率和更小；轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6mm内；模式切换在0.3s内响应并顺应较大交互力而提高训练的安全性。     

关于“最佳轨道引论”（01）

改善了文献［１］的前言。     

关于最佳轨道引论(16)

本文改善了文献 [1 ]中的一个结果