柔性机械臂逆动力学问题的分析和求解

柔性臂系统的逆动力学问题,是指在已知期望末端操作器运动轨迹的情况下,结合逆运动学与动力学方程对关节力矩进行求解。本文采用割线坐标系对机械臂的运动进行了描述,并分快变（振动）和慢变两方面进行逆动力学问题的分析与求解。在对快变部分逆动力学性质的分析中发现,快变部分精确的逆动力学解是发散的。在进行柔性机械臂逆动力学求解时,应在慢变的意义上进行。文中给出了一种去掉系统快变部分的简单方法,并进行了逆动力学求解。数值仿真结果表明,该处理方法是合理的。     

移动式救援机器人的鲁棒控制问题研究

针对移动式救援机器人系统参数存在误差时的控制问题,基于雅克比矩阵概念与欧拉-拉格朗日方法,建立了移动式救援机器人系统的运动学模型与动力学模型;其次,设计了移动式救援机器人系统转铰空间内的逆动力学控制算法,并分析了系统的运动学与动力学模型存在误差时,对于逆动力学控制算法的影响;接着,为了克服这种影响,引入鲁棒控制思想,设计了新的鲁棒-逆动力学控制算法,利用李雅普诺夫函数证明了控制算法的稳定性。仿真结果表明:新设计的鲁棒-逆动力学控制算法有效地消除了系统不确定性的影响,具有很好的鲁棒性。     

柔性机械臂逆动力学问题的分析和求解

采用割线坐标系对机械臂的运动进行了描述,并分快变(振动)和慢变两方面进行逆动力学问题的分析与求解。在对快变部分逆动力学性质的分析中发现,快变部分精确的逆动力学解是发散的。在进行柔性机械臂逆动力学求解时,应在慢变的意义上进行。文中给出了一种去掉系统快变部分的简单方法,并进行了逆动力学求解。数值仿真结果表明,该处理方法是合理的。     

移动式救援机器人机械手臂的自适应控制问题

分析了移动式救援机器人系统参数存在误差时,其机械臂工作端轨迹的跟踪控制问题。首先基于雅可比矩阵概念与欧拉-拉格朗日方法,建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型。然后,分析了系统的运动学与动力学模型存在误差时,对于逆动力学控制算法的影响,为了克服这种影响,引入了参数在线识别算法-自适应控制,设计了新的自适应-逆动力学控制算法。最后,通过计算机数值仿真,验证了设计的自适应-逆动力学控制算法的有效性。     

具有关节柔性和臂柔性的机器人操作受限物体的动力学建模

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人操作受作业环境约束这种情况,基于绝对坐标建立了系统的动力学模型。根据物体与作业环境的约束关系,推导出系统的正动力学模型。以期望的被操作物体的轨迹和所期望的物体与环境的作用力为边界条件,推导出了系统的逆动力学模型。对于给定的任务,所提出的逆动力学模型可求出柔性机器人的理想输入。而所提出的正动力学模型可用于数值仿真。通过对具有三柔性关节和三柔性臂的机器人臂进行仿真,验证了该方法的有效性。     

基于广义坐标形式牛顿－欧拉方法的空间并联机构动力学正问题分析

基于具有广义坐标形式的牛顿－欧拉方法建立一般空间并联机构动力学正问题建模与仿真的通用方法。在动力学建模时,选取空间并联机构动平台的工作空间变量作为系统广义坐标,从各构件的牛顿－欧拉方程出发,结合运动学逆解和虚功原理,得到与广义坐标相对应的系统动力学方程－运动微分方程和系统理想铰约束力方程。对6-UPS型空间并联机构进行动力学建模,计算外力作用下的动态响应,验证了该方法的有效性。理论分析和仿真案例表明,该方法可以简化并联机构动力学正问题的建模步骤,提高计算效率。     

4自由度轮式悬架移动机械手动力学研究与仿真

针对4自由度轮式悬架移动机械手(平面)动力学问题进行了系统研究.该轮式移动机械手由2自由度线弹性一阻尼悬架系统的移动载体和2自由度机械手所组成,并假定移动栽体以恒速通过不规则路面(路面以正弦函数描述).综合利用拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程,并采用Cartesian 坐标,建立了该轮式移动机械手系统的完整动力学模型(正、逆动力学模型).该动力学模型综合考虑了由路面和悬架对整体系统动力学的耦合影响,最后采用数值的方法分别给出了考虑悬架与不考虑悬架工况的该动力学模型逆解的仿真结果.该模型为后续系统控制策略的选取提供了相应的理论依据.同时该动力学模型由于采用CartesiaIl坐标,致使该动力学模型的推导具有通用性.为移动机械手动力学研究提供了相应借鉴.     

柔性连杆的神经模糊逆自适应控制

为了简单、准确的实现对柔性连杆机器人慢子系统的控制,应用了神经模糊动态逆自适应控制原理及其控制器的设计方法,建立了柔性连杆机器人的动力学方程,给出了神经模糊系统的学习算法,并进行了系统的稳定性分析,解决了柔性连杆机器人的慢动力学及机器人慢子系统的逆自适应控制问题.     

平面一般三弹簧系统的静力逆分析

将连续法引入机构动力学,研究了平面一般三弹簧系统的静力逆分析,得到了该系统的全部平衡位置。本文的工作为机构动力学中非线性问题提供了一个实用、方便的求解模式。     

空间柔性机器人的正逆动力学模型

用系统假想刚体运动对开链机构进行运动学模型线性化,使刚体运动和弹性振动之间解耦,采用虚功原理导出了n连杆空间运动柔性机器人的运动方程式。在此基础上建立了正、逆动力学问题求解的三段方法。     

基于空间算子代数理论计算多体系统动力学建模

为了提高计算多体系统动力学正、反向动力学建模效率,应用空间算子代数理论,在通用计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下,对计算多体系统正、反向动力学进行设计与实现.广义质量是联系旋量力和旋量加速度的的重要参量,据此可形成正、反向动力学高效递推算法,用空间算子代数理论求出广义质量、正、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征.运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成,对计算多体系统动力学仿真及正、反向动力学进行参数化分析与计算,给出编程实施过程及建模IDEF0方法.根据分析结果,对PUMA560机器人典型多体系统进行正、反向动力学建模,并与结果进行对比,通过算例验证结果的正确性和有效性.     

考虑正逆动力学问题的电动助力转向控制研究

在给出了转向系统正逆动力学定义的基础上,设计了基于模糊神经网络的PD控制器,建立了转向系统的多体动力学模型和整车的转向模型,进行了汽车转向动力学的仿真研究:设计并研制了电动助力转向系统的试验台,进行了相关的试验研究。仿真和试验的结果都表明:建立的动力学模型是合理的,提出的控制策略能提高汽车的转向轻便性和灵敏性。     

基于Matlab的机器人建模与动力学仿真

在牛顿-欧拉方程的基础上对考虑摩擦力时机器人动力学方程进行了研究,并用Matlab编写了机器人动力学正问题和逆问题的求解函数,可计算通用串联机器人在有摩擦力与机械臂有无外力干扰情况下的动力学正问题和逆问题。并用Matlab开发了建立通用机器人的三维模型及其动力学仿真平台。以MotomanHP6机器人作为算例进行了动力学仿真,并绘制出关节力矩和位置在有/无摩擦情况下的曲线图。     

移动式工业机器人动力学分析

移动式工业机器人操作臂是一个复杂的动力学系统，它通常由6个连杆和6个关节组成，具有多个输入和输出，存在着错综复杂的非线性耦合关系。从构造操作臂的雅可比矩阵人手，由系统功能出发，建立了机器人动力学方程，分析了动力学正反两个方面问题。     

基于Matlab的喷涂机器人运动学分析

运用改进的D-H法求解了三个腕关节轴线相交于一点的6自由度喷涂机器人的运动学方程,得出了简化的运动学逆解的代数解。在Matlab环境中,用Robotics Toolbox对该机器人进行了仿真建模,不仅证明运动学正、逆解的正确性,还得出了机器人的工作空间,也为后续的动力学分析、轨迹控制奠定了基础。     

新型三平移一转动并联机构及运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论，以单开链支路为单元，提出了一种能实现空间三维移动和一维转动的四自由度并联机构。分析了该机构的运动特性，运用连杆DH矩阵，探讨了具有5R支链的建模方法，给出了机构位置反解的数学模型，并在ADAMS虚拟样机软件及MATLAB数学计算软件上进行了数值验证。这种机构具有4个自由度运动特性，在结构上具有较好的对称性，且支链结构可进行模块化组装，有较好的应用前案。为机构建立的反解模型较简单，数值验算证明是正确的。机构的运动学反解模型为该机构作进一步的运动学动力学及优化设计研究打下基础，并为系统控制提供了理论依据。     

FROG-LEG型真空机械手的动力学建模与仿真

根据FROG-LEG型真空机械手的结构特点,提出了其等效的串联结构运动学模型,并求出了运动学的正反解。将FROG-LEG型真空机械手动力学问题分为水平和垂直两个方向进行讨论,用牛顿-欧拉法求出了两个方向的动力学方程。最后利用MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学特性进行了仿真实验。       

Joint coordinate method for analysis and design of multibody systems: Part 2. System topology

In Part 1 of this paper, the method of joint coordinate formulation for multibody dynamics was reviewed. The application of this method to forward and inverse dynamics, static equilibrium, and design sensitivity analyses was studied. In Part 2 of the paper, systematic procedures for constructing the necessary matrices for the joint coordinate formulation are discussed in detail. These matrices are; the primary and the secondary path matrices describing the topology of the system, the velocity transformation matrix, and the generalized inertia matrix. The procedures for constructing these matrices and other necessary elements for the joint coordinate formulation can easily be implemented in a computer program for analysis and design process.     

The calculation of a human lumped-mass model from acceleration and force-plate data

This paper describes a technique for the calculation of a lumped-mass representation of a human based on acceleration of body locations, typically obtained from a three-dimensional motion tracking system, and external forces and torques, typically measured from a force plate. The inverse problem of solving for lumped masses is presented, which results in a mass model of the individual subject via a fast, fully automated approach. This method can be used to obtain the mass model per se for the identification of growth deformities or together with a kinematic model for inverse and forward dynamics. Furthermore the mass model and acceleration trajectories subsequently can be used to calculate the contact forces between the floor and the subject at locations remote to a force plate.