水下柔性臂动力学建模方法研究

将柔性臂应用到水下环境,探索一种新型的水下作业工具。在空间柔性臂动力学建模方法的基础上,考虑水动力做功以及水动力对柔性臂变形的影响,首先基于Hamilton原理建立中心刚体-水下柔性臂组成的刚柔耦合系统的动力学模型,然后采用假设模态法对动力学模型进行离散化,导出了考虑刚柔耦合作用的水下柔性臂有限维离散化动力学方程。最后给出仿真算例,验证了动力学模型对于研究水下柔性臂末端变形的有效性,能够准确反映水下柔性臂动力学特性,可用于水下柔性臂的主动控制研究。     

球形机器人的圆周运动分析

用Kane方法对球形机器人的圆周运动进行运动学和动力学分析，推导出动力学模型．用Ⅲ型球形机器人对该模型进行仿真和实验，仿真和实验的结果验证了球形机器人圆周运动分析的正确性．     

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程．讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程．为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据．     

混合驱动精压机的动力学分析与仿真

以混合驱动精压机为研究对象，应用拉格朗日方程建立了混合驱动精压机的非线性动力学模型，根据直流电动机、永磁无刷直流伺服电动机的等效电路模型，分别建立了它们的动力学模型和负反馈控制模型；然后用数值方法对动力学方程进行求解和仿真，并对仿真结果进行了分析．     

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究，提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法．该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数，采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数．对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明，通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度，可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求．     

基于ADAMS和Vega的地面机动武器仿真系统的研究

结合数值仿真和视景仿真技术，建立了地面机动武器系统的分布式交互仿真平台，该集成仿真系统具备多种仿真功能，能够用于新型武器装备的研制和大规模军事演练。按照该仿真系统结构，实现了某地面移动机器人的仿真系统。其动力学仿真子系统用ADAMS的履带工具箱（ATV）建立了该机器人的动力学模型。并对起步工况、最高直驶速度和转向特性进行了动力学仿真分析，得到该数字系统较为完整的虚拟实验数据，并通过交互接口将仿真数据用于视景驱动。视景仿真子系统采用MultiGen Creator／Vega实现，分析了视景模型的数据组织结构和简化处理，基于Vega编制了视景仿真程序。     

基于Matlab的传染病动力学模型仿真平台

开发了基于Matlab的传染病动力学模型仿真平台，通过对传染病动力学模型进行动态仿真。可以对传染病动力学模型的变化进行观察和分析，同时在该仿真平台上，采用时滞微分方程、脉冲微分方程等数值算法实现对传染病模型进行数值模拟，是一个十分实用、方便的仿真操作平台。     

便携式自主水下机器人动力学建模方法研究

针对50公斤级便携式自主水下机器人（AUV）的精确控制和研究,本文介绍了一种基于计算流体力学（CFD）和非线性最优化辨识的动力学建模方法．着重推导了便携式AUV动力学模型,并使用计算流体力学方法代替水池实验获取辨识所需数据和通过非线性最优化方法获得合适的模型结构和模型参数．最终建立了便携式AUV数学模型,并通过对仿真数据与试验数据的对比,证明了该模型及方法的有效性．     

基于ADAMS动力学仿真参数设置的研究

在ADAMS动力学仿真过程中，针对同样的模型没置不同的仿真参数，其仿真结果都不相同，甚至出现仿真失败的现象。该文根据动力学数值计算流程，对于不同的积分器以及积分格式作了比较研究，分析了不同积分器和积分格式的优缺点和适用场合，并对动力学仿真中其它参数设置作了介绍，针对动力学仿真过程中几种常见的仿真失败进行了原因分析并提出解决措施，并通过具体的实例对．卜述分析进行说明，最后提出了基于ADAMS动力学仿真参数设置一般步骤和原则，为获得最佳仿真效果奠定了基础，具有一定的理论价值。     

基于模型预测控制的自主水下机器人回收控制算法

针对自主水下机器人在水面回收控制中遇到的系统强耦合、多约束问题，提出一种基于模型预测控制的对接回收控制算法。通过对自主水下机器人动力学方程进行解耦，给出了水平面运动的动力学模型；对运动过程中的可见性约束和系统的输入约束进行公式化表述，使用模型预测控制框架进行带约束的最优化问题滚动求解，给出最优的系统控制输入。使用REMUS水下机器人的参数进行了MATLAB仿真，并根据对回坞导引控制性能的影响给出了最佳的预测时域，研究结果表明，该方法能够保证回坞过程中的可见性约束，回坞过程收敛性强、精度高，能够快速高效地完成自主水下机器人的水面回收。     

基于MATLAB的鱼雷水下弹道仿真

鱼雷是一种水下自主航行的运动体,其运动控制系统复杂,仿真建模难度大,为解决某型鱼雷水下弹道仿真问题,首先根据鱼雷在水下运动特点,建立了鱼雷在水中运动的动力学和运动学模型,并进一步针对某型鱼雷的典型弹道设计了控制方程.应用Matlab软件对该鱼雷的水下弹道进行了仿真,绘制了仿真曲线,仿真结果证明该种仿真方法较好的仿真了鱼雷入水下潜、寻深、蛇行搜索及捕获目标后的追踪过程,较真实的反映了鱼雷在水中运动的情况.通过仿真证明采用MATLAB软件进行弹道仿真具有编程工作量小,程序运行速度快、鲁棒性好等优点.     

Modelling and simulation of an underwater manipulator

Recently, applications of articulated manipulators have increased to include extreme environments such as underwater and space. Simulation systems to support the design and control of industrial robots have been developed in many laboratories, and some high-speed calculation methods for inverse dynamics analysis of manipulators with series connections have been proposed. This paper deals with the dynamic simulation and modelling of underwater articulated manipulators. The dynamics of the above manipulators are formulated to evaluate the influence of the added mass tensor, the added inertia tensor, and fluid drag, and the lift on each arm according to classical Newton-Euler mechanics. Moreover, by generalizing this model, we can discuss the dynamics of a manipulator with dual arms and simulate some constrained motion of an end-effector. As an example of inverse dynamics analysis, the force and moment of a nine degrees of freedom (d.o.f.) manipulator with dual arms are analysed. As an example of direct dynamics analysis, hybrid control of both the force and the position of a 6 d.o.f. manipulator is simulated.     

Biomimetic Pinching Movements of a Musculo-Skeletal Dual-Finger Model

The present paper investigates pinching movements using an index finger and a thumb actuated by redundant nonlinear digitorum muscles mimicking the configuration of human fingers. A dual-finger model with 2-d.o.f. joints for each finger and redundant nonlinear digitorum muscles is formulated to mimic the structure of human fingers. First, the kinematics and dynamics of the overall finger–object system, as well as the nonlinear muscular dynamics, are derived in accordance with the results of physiological studies. Next, a sensory-motor control law is proposed to enable stable pinching simultaneously with orientation regulation of an object. This control law includes an internal force term generated by co-construction of the redundant muscles. It is shown that the internal force term can modulate the damping factor in the joint space by its nonlinearity. Based on this effect, it is then shown by numerical simulation that our sensory-motor control law with co-contraction of each digitorum muscle makes it possible to realize pinching movements. Therefore, the pinching movements may be realized by means of a musculo-skeletal dual-finger system with the sensory-motor control law and co-contraction of redundant digitorum muscles.     

Control of an object with parallel surfaces by a pair of finger robots without object sensing

This paper proposes a method for controlling an object with parallel surfaces in a horizontal plane by a pair of finger robots. The control method can achieve stable grasping, relative orientation control, and relative position control of the grasped object. The control inputs require neither any object parameters nor any object sensing, such as tactile sensors, force sensors, or visual sensors. The control inputs are also quite simple and do not need to solve either inverse kinematics or inverse dynamics. The stability of the closed-loop system is proved, and simulation and experimental results validate the control method.     

X舵潜艇空间运动仿真数学模型

潜艇水下运动是六个自由度的多姿态运动,建立空间运动方程数学模型是计算机仿真时对其进行比较准确的描述和对运动状态进行仿真研究的关键。该文在对X舵进行受力分析的基础上,由美国泰勒潜艇六自由度方程出发,导出适合X舵潜艇控制和仿真数学模型,并给出了该数学模型的微分形式。     

基于Simulink的鱼雷控制系统仿真

鱼雷是一种水下自主航行的运动体,其运动控制系统复杂,仿真建模难度大。该文首先描述了鱼雷动力学和运动学数学模型,给出了鱼雷水下空间运动的控制系统数学模型,详细论述了Simulink的鱼雷控制系统建模方法以及S功能函数的实现方法,并建立了Simulink仿真图形模型,最后给出了鱼雷控制系统的仿真方法,并对仿真结果进行了分析讨论。结果表明,所采用的Simulink与C／C 混合编程仿真方法,能够方便地建立鱼雷等复杂系统的图形模型,具有直观、高效、灵活的特点。     

基于深度强化学习与多参数域随机化的水下机械手自适应抓取研究

以水下机械手自主作业的应用需求为背景,针对水下机械手动力学参数时变、工作环境复杂、传感器限制、控制精度低等问题,基于强化学习与多参数域随机化理论提出一个具有通用性的水下机械手作业框架。首先,建立基本的机器人强化学习控制系统,然后采用多参数域随机化方法增强强化学习训练策略的稳定性与策略迁移效果,包括机械手动力学参数、水动力参数、状态空间与动作空间的噪声和延时等;最后,将训练的策略分别迁移到一个新的机器人仿真环境与一款真实的工作级水下机械手上进行实验。大量实验验证了本文所提方法的有效性,为未来真实海域自主作业奠定了基础。     

基于领航位置信息的AUV三维编队控制方法

研究了自治水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）三维环境中编队控制问题,应用领航一跟随式队形控制方法,仅利用领航者的位置信息及期望编队队形得到虚拟机器人的航行轨迹及速度信息,作为跟随者的航行参考量,应用反步及滑模控制方法为跟随者设计自适应控制律,使其轨迹收敛于虚拟机器人的轨迹,从而与领航者保持期望位姿关系。随后,在具体AUV动力学模型上,利用MATLAB／SIMULINK平台进行了编队控制的仿真研究,实现了预期的控制效果,验证了算法的有效性及实用性。     

CFX与USAERO的水下机器人操纵性仿真计算研究

研究了借助计算流体力学软件CFX与USAERO对水下机器人的操纵性进行仿真计算的方法,并将仿真计算结果与模型试验结果对比,验证仿真计算的可行性,指出仿真计算的适用范围．该方法可以对某些现实中难以进行的操纵性试验进行仿真计算,对于研究水下机器人的操纵性尤其是在方案设计阶段的操纵性设计和降低试验成本有一定的现实意义．     

基于MBTY的水下航行体控制系统的建模与仿真

水下航行体运动控制系统复杂,研制难度较大,利用三轴转台和MBTY软件对其进行建模及仿真研究是该文的主要目的。文中首先简要介绍了MBTY软件和三轴运动模拟转台,描述了水下航行体的动力学和运动学数学模型,给出了水下航行体控制系统的数学模型,并建立了相应的MBTY仿真图形模型,最后介绍了仿真过程和仿真结果。结果表明,利用“MBTY＋三轴转台”的模式进行运动控制系统的仿真,数据接口灵活、开放;通用和专业模块丰富;无需进行大量软硬件的开发,与“dSPACE＋Matlab／Simulink（或MATRIXx）＋三轴转台”的仿真模式相比具有一定的优势。