键合图法机器人机构动态仿真

给出了机器人机构动态仿真的键合图法,推导出了机器人系统状态方程的统一表达式。通过将运动副约束反力视为示未知势源加在系统键合图模型相应的０－结处,克服了微分因晨关系给系统状态方程的建立所带来的巨大的代数困难。结合具体实体给出了机器人机构系统键合图模型的建立方法,说明本方法的通用性及实用性。     

平面多体系统动力学计算机仿真向量键合图法

为提高平面多体系统动力学计算机仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系,将平面运动构件及旋转铰的向量键合图模型组合起来,建立了3-RRR型平面并联机器人机构的向量键合图模型。通过有效的解耦方法,解决了微分因果关系及非线性结型结构给该类机构动力学计算机仿真所带来的代数困难。在此基础上,实现了3-RRR型平面并联机器人机构的计算机自动建模与仿真,验证了所述方法的可靠性及有效性。     

非惯性系平面机构系统完全动力学问题的键合图法

介绍非惯性系平面机构系统完全动力学问题的键合图法,推导出系统状态方程的统一公式,给出了多种能域相互耦合的非惯性系统平面机构系统键合图模型的建立方法。为克服微分因果关系给系统状态方程建立所带来的代数困难,将约束反力视做未知势源加在系统键合图相应的０－结处。最后,通过实例来说明本文方法的有效性及通用性。     

基于键合图的多体系统耦合动力学的发展及现状

介绍了键合图理论及应用研究的概况,阐述了键合图理论在多能域耦合系统全局动力学的研究中所占有的重要地位。详细地阐述了基于键合图理论的多体系统耦合动力学的发展及现状,包括多体系统键合图模型的建立方法、多体系统键合图模型中微分因果环的解耦策略、系统状态方程及运动副约束反力方程的计算机辅助建立方法等重要问题。     

键合图法在汽车建模与分析中的应用

将键合图理论用于汽车悬架结构分析与研究,提出了求解系统状态方程的键合图方法,以某五自由度汽车振动系统为例,应用M ATLAB/S IMUL INK软件进行仿真。分析结果表明,基于键合图方法的汽车建模与分析法有效、准确,更加方便。     

基于功率键合图的液压同步系统建模

在建立液压系统的动态数学模型时,功率键合图是一种有效的工具,可以先根据一些规则,画出所研究系统的功率键合图,然后由功率键合图可以方便地写出状态方程,即使比较复杂的系统,这一过程也可以有条不紊,而状态方程中的状态变量一般都是所研究系统中具有实际意义的各物理量。     

柔性机械系统完全动力学问题的键合图法

介绍了柔性机械系统完全动力学问题的键合图法,推导出了系统状态方程的统一公式。给出了综合考虑刚、弹性及多种能域相互耦合的柔性机械系统键合图模型的建立方法。为克服微分因果关系给系统状态方程建立所带来的代数困难,将约束反力视作未知势源加在系统键合图相应的０结处。最后,通过实例来说明本文方法的有效性及通用性。     

基于键合图的自动舱门驱动系统建模与仿真

介绍了键合图的基本原理,并以自动舱门驱动系统为例,根据各部分特性及相互作用,运用键合图理论建立系统的键合图模型,列写状态方程,利用MATLAB软件进行仿真,并根据仿真结果检验系统各参数选择的合理性。     

变速器动力学建模的键合图法

介绍了键合图的基本原理和特点，建立了Audil00变速器的键合图模型，并且推导了该系统的状态方程，说明键合图适用于车辆动力传动系统的部件动力学建模及分析。     

旋量键合图在并联机构动力学建模中的应用

旋量键合图将旋量理论与键合图相结合,兼具了旋量理论描述空间并联机构简洁、直观及键合图多能域建模统一、规范的特点。对空间并联机构基本组成单元--构件和运动副,利用旋量键合图,构建动力学模型,并进行模块化处理。在此基础上,调用单元模块,就可建立与可视化的机构一一对应的并联机构旋量键合图模型,按照规则化推导方法,得到适用于现代控制理论的空间并联机构状态方程。以曲柄滑块机构及空间3-UPS/S并联机构为研究对象,验证旋量键合图模块化建模的可行性,给出空间并联机构具有通用性的规则化动力学建模过程,并且进一步分析空间3-UPS/S并联机构匀速及加速运动状态下驱动力、支链约束反力变化规律。这种建模方法的应用为后续构建机器人系统全局动力学模型及控制研究奠定基础。     

DEVELOPMENT OF A SHAPE-SHIFTING MOBILE ROBOT FOR URBAN SEARCH AND RESCUE

A portable shape-shifting mobile robot system named as Amoeba Ⅱ（A-Ⅱ） is developed for the urban search and rescue application. It is designed with three degrees of freedom and two tracked drive systems. This robot consists of two modular mobile units and a joint unit. The mobile unit is a tracked mechanism to enforce the propulsion of robot. And the joint unit can transform the robot shape to get high environment adaptation. A-Ⅱ robot can not only adapt to the environment but also change its body shape according to the locus space. It behaves two work states including the linear state （named as I state） and the parallel state （named as Ⅱ state）. With the linear state the robot can climb upstairs and go through narrow space such as the pipe, cave, etc. The parallel state enables the robot with high mobility on rough ground. Also, the joint unit can propel the robot to roll in sidewise direction. Two modular A-Ⅱ robots can be connected through jointing common interfaces on the joint unit to compose a stronger shape-shifting robot, which can transform the body into four wheels-driven vehicle. The experimental results validate the adaptation and mobility of A-Ⅱ robot.     

5R柔性并联机器人系统运动微分方程

为了描述平面5R柔性并联机器人的运动学和动力学特性,需要建立机器人的运动微分方程。针对刚性活动平台和柔性杆件的运动学耦合特点,改进了一套适用于刚体、柔性体耦合的有限元建模方法,推导出单元弹性广义坐标相对于系统弹性广义坐标的转换矩阵,综合考虑了科氏阻尼、离心刚度和几何非线性的影响,利用运动弹性动力学理论,建立了平面5R柔性并联机器人的运动微分方程,避免了采用运动学和动力学约束方程的弊端,提高了建模精度。计算实例表明,该方程反映了机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人的运动误差具有重要影响。     

基于键合图的含移动铰机电耦合系统动力学建模与仿真

针对含有移动铰的机电耦合系统动力学建模与仿真问题,提出了相应的键合图法.基于平面移动铰的运动约束条件,阐述了建立平面移动铰键合图模型的一般方法及其动力学原理.在考虑混合因果关系情况下,推导出便于计算机自动生成的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式,实现了含移动铰机电耦合系统一体化建模与仿真,通过实例说明本文方法的有效性.     

基于Matlab的机器人轨迹仿真及关节控制

首先根据标准D-H参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系,推导出运动学正解和逆解的方程,然后在Matlab中搭建了机器人仿真模型。运用Matlab机器人工具箱分别从关节空间和笛卡尔空间两方面进行机器人轨迹规划仿真,并基于关节空间生成的轨迹数据实现了机器人关节硬件在环控制和轨迹实时跟随。实验结果表明,该模型可以准确地实现机器人关节轨迹控制,其为机器人控制开拓了新的道路。     

Spatial Operator Algebra for Free-floating Space Robot Modeling and Simulation

As the dynamic equations of space robots are highly nonlinear,strongly coupled and nonholonomic constrained,the efficiency of current dynamic modeling algorithms is difficult to meet the requirements of real-time simulation.This paper combines an efficient spatial operator algebra(SOA) algorithm for base fixed robots with the conservation of linear and angular momentum theory to establish dynamic equations for the free-floating space robot,and analyzes the influence to the base body's position and posture when the manipulator is capturing a target.The recursive Newton-Euler kinematic equations on screw form for the space robot are derived,and the techniques of the sequential filtering and smoothing methods in optimal estimation theory are used to derive an innovation factorization and inverse of the generalized mass matrix which immediately achieve high computational efficiency.The high efficient SOA algorithm is spatially recursive and has a simple math expression and a clear physical understanding,and its computational complexity grows only linearly with the number of degrees of freedom.Finally,a space robot with three degrees of freedom manipulator is simulated in Matematica 6.0.Compared with ADAMS,the simulation reveals that the SOA algorithm is much more efficient to solve the forward and inverse dynamic problems.As a result,the requirements of real-time simulation for dynamics of free-floating space robot are solved and a new analytic modeling system is established for free-floating space robot.     

自由浮动冗余度空间机器人的姿态稳定控制

研究了自由浮动冗余度空间机器人的姿态稳定控制问题。针对自由浮动空间机器人姿态稳定控制的主要特点,通过分析自由浮动冗余度空间机械臂惯性矩阵的伪逆和零空间特性,结合空间机器人的运动学方程推导出了基于本体姿态稳定的广义雅可比矩阵。采用基于该矩阵的分解运动速度控制方法,保证机械臂末端执行器在跟踪期望轨迹的同时不对本体姿态产生干扰。最后,对平面三自由度空间机器人进行了仿真实验,实验结果表明了该方法的有效性。     

A Heuristic Search Approach Using Approximate Solutions to Petri Net State Equations for Scheduling Flexible Manufacturing Systems

This paper proposes a new heuristic search approach based on an analytic theory of the Petri net state equations for scheduling flexible manufacturing systems (FMSs) with the goal of minimizing makespan. The proposed method models an FMS using a timed Petri net and exploits approximate solutions of the net's state equation to predict the total cost (makespan) from the initial state through the current state to the goal. That is, the heuristic function considers global information provided by the state equation. This makes the method possible to obtain solutions better than those obtained using prior works (Lee and DiCesare, 1994a, 1994b) that consider only the current status or limited global information. In addition, to reduce memory requirement and thus to increase the efficiency of handling larger systems, the proposed scheduling algorithm contains a procedure to reduce the searched state space.     

基于键合图理论的系统状态方程的转化方法

以键合图理论为基础,给出了系统状态方程的转化方法,推导出了通用的规则化的转化公式,特别适用于在计算机上自动地实现。用具体算例说明了所述方法的有效性。     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。