基于无模型自适应的外骨骼式上肢康复机器人主动交互训练控制方法

设计了一种基于无模型自适应的外骨骼式上肢康复机器人主动交互训练控制方法.在机器人与人体上肢接触面安装力传感器采集人机交互力矩信息作为量化的主动运动意图,设计了一种无模型自适应滤波算法使交互力矩变得平滑而连贯;以人机交互力矩为输入,综合考虑机器人末端点与参考轨迹的相对位置和补偿力的信息,设计了人机交互阻抗控制器,用于调节各关节的给定目标速度;设计了将无模型自适应与离散滑模趋近律相结合的速度控制器完成机器人各关节对目标速度的跟踪.仿真结果表明,该控制方法可以实现外骨骼式上肢康复机器人辅助患者完成主动交互训练的功能.通过调节人机交互阻抗控制器的相应参数,机器人可以按照患者的运动意图完成不同的主动交互训练任务,并在运动出现偏差时予以矫正.控制器在设计实现过程中不要求复杂准确的动力学建模和参数识别,并有一定的抗干扰性和通用性.     

带主动腰关节的四足机器人平稳运动控制

针对四足机器人在对角小跑运动时出现的后腿“拖地”、机体振荡的现象,提出了一种基于偏航方向上主动腰关节摆动的解决方法。通过D-H法对机器人各关节进行运动学建模,获得其运动学方程,并采用Kuramoto振荡器模型作为扩展的CPG耦合网络振子,实现对腰、腿关节的统一控制。仿真实验表明,经过腰关节控制优化后的机器人在对角小跑时,相对于刚体躯干的机器人,姿态角变化幅度显著减小,抬腿高度明显增加,有效地提高了机器人的运动稳定性,证明了方法的可行性。     

作业型飞行机器人动态滑翔抓取的鲁棒自适应控制

作业型飞行机器人是指将多自由度机械臂固连在飞行机器人上的一类新型机器人系统,它能够对周围环境施加主动影响,同时也存在较为复杂的动力学性能.本文针对作业型飞行机器人滑翔抓取物体时所受到的摩擦力和接触力问题以及在飞行过程中产生的转动惯量变化问题,设计了一种整体式鲁棒自适应控制策略.首先在作业型飞行机器人系统动力学建模中引入...     

基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律

针对蛇形机器人在流场中各关节之间的轨迹跟踪问题,研究一种基于改进蛇形曲线的蛇形机器人在流场中避障的轨迹跟踪控制律.首先,考虑流体环境可能施加在蛇形机器人系统上的外部干扰,采用浸入边界-格子Boltzmann方法(IB-LBM)在流场中建立障碍通道和蛇形机器人的流固耦合模型.然后,对蛇形机器人加入势函数,使其可以避开障碍;并采用改进的蛇形曲线方程使机器人尾部各关节跟踪头部的运动轨迹.最后,通过Matlab仿真和实验,研究不同流场密度、机器人尾部摆动频率以及流场雷诺数等参数对蛇形机器人轨迹跟踪的影响.理论分析和数值仿真表明,所设计的轨迹跟踪控制律不仅可以使蛇形机器人在遇到障碍时各关节跟踪前一关节的运动轨迹,而且还能使横向距离、纵向距离及方向角趋于稳定,达到有效避障的目的.此外,蛇形机器人在离开障碍通道后,各关节可以恢复蛇形曲线的运动形式,为蛇形机器人提供源源不断的前进动力.仿真和实验结果验证了轨迹跟踪控制律的有效性.     

具有主动腰关节的四足机器人在间歇性对角小跑步态下的姿态平衡控制

提出一种由前轮腿模块、后轮腿模块和主动腰关节模块组成的轮腿式机器人.研究发现,拥有刚性腰关节模块的轮腿式机器人在以对角小跑步态行进的过程中处于振荡的非平衡态.为此,借鉴四足动物生物学研究成果以及基于ZMP(零力矩点)的实时性摆动补偿轨迹规划,本文利用主动腰关节模块来提高轮腿式机器人在间歇性小跑步态下的稳定性.对上述的轮腿式机器人进行运动学和动力学建模,通过仿真实验证实了添加偏航关节的规律性摆动可以大幅减少和改善机体的倾斜振荡,机体的倾斜幅度由原先的62.2 mm降至12.8 mm,明显提升了机器人在间歇性小跑步态下的运动稳定性.     

作业型飞行机器人研究现状与展望

作业型飞行机器人是指由飞行机器人(通常是旋翼飞行机器人)与作业装置(机械臂)共同组成的具有主动作业能力的一种新型机器人系统.由于主动作业装置与飞行机器人之间的紧密耦合,以及飞行机器人本身对外部干扰的敏感性,作业型飞行机器人系统的研究也面临着诸多难题,如:机械臂运动引起系统重心变化带来的建模与镇定问题,与外界持续接触作业时的安全协调控制问题,以及相应的运动学、动力学规划问题等等.本文将全面分析与总结近几年发表的资料与文献,对作业型飞行机器人系统及相应的动力学建模与耦合分析、自主控制等方面的主要研究成果进行综述,并对其中的关键问题与困难进行分析与展望.     

基于分解动量的仿人机器人手臂高速运动实时平衡控制

本文面向仿人机器人7自由度手臂高速动态作业运动需求,提出了基于分解动量的仿人机器人实时平衡控制方法,给出了作业臂运动用末端执行器速度向量表示下的机器人总动量计算公式,分析了动量控制维度的择优选取原则,给出了基于分解动量控制的辅助臂关节速度实时计算优化方法.仿真实验表明,经过改进优化的分解动量控制方法对于仿人机器人手臂高速作业运动下的平衡控制具有较高的可行性和实时性,不仅所控制维度的分解动量完全达到了预期的效果,而且其他维度的分解动量也有所降低或基本维持不变,所生成辅助臂运动平滑且在关节运动性能上有较大裕度,机器人总体具有优秀的零力矩点(zero-moment point,ZMP)稳定性.     

高速运动下并联机器人主动支链的动力学耦合特性

为研究并联机器人主动支链间在关节空间内的动力学耦合特性,首先,建立了一般并联机器人基于关节空间的动力学模型,进行了动力学耦合力矩分析,定义了动力学耦合强度系数,该系数适用于一般并联机器人动力学耦合特性描述,且具有统一标度.然后,以一种2(3HUS+S)并联机器人为例,基于动力学耦合强度系数进行了动力学耦合特性分析,得到了动力学耦合特性在所需运动轨迹内的变化规律,并设计实验测得了主动支链的实际耦合力矩,通过对比分析验证了理论研究的正确性.最后,针对2(3HUS+S)并联机器人,得到了其动力学耦合特性随结构参数的变化规律,通过适当减小连接杆长度及动平台半径与底面基座半径的比值,可在一定程度上降低主动支链间的动力学耦合程度.     

机器人系统的加权快速终端滑模主动容错控制

针对受执行器故障的非线性机器人系统,提出一种加权快速终端滑模主动容错控制方法。首先利用观测器估计机器人系统中的执行器故障信息,并通过自适应律对故障未知的界进行估计。然后根据机器人各关节的加权位置误差进一步设计快速终端滑模控制器对获得的故障信息做出补偿,从而实现有限时间主动容错控制。通过李雅普诺夫函数法证明了闭环系统的稳定性,并采用两关节机器人验证了方案的有效性。该方案可以通过对不同关节位置误差权重值的分配来相应地补偿故障的影响,能够在有限时间内使得机器人位置跟踪误差快速收敛且跟踪精度得到提高。     

输电线主动除冰机器人后台监控系统的设计与实现

输电线路覆冰在秋冬季节较为常见,人工除冰效率低且危险性较高,而现有的除冰机器人设计上更注重于除冰的机械性能忽略了在覆冰初期主动除冰的重要性导致除冰效果不佳,本文设计一种主动除冰机器人后台监控系统能够在覆冰初期智能预测主动除冰作业,能大幅降低覆冰可能和除冰难度,实现智能化除冰.该系统由除冰机器人本体、数据采集装置、通信模...     

被动冗余度空间机器人运动学综合

分析了“被动冗余度”空间机器人主,被动关节之间的运动学耦合,得到了可用于运动 学规划的耦合指标;分析了“被动冗余度”空间机器人的运动学奇异问题,以及与对应全主 动关节冗余度空间机器人的运动学奇异的区别,得到的新的可操作性指标同样可用于机器人 的运动规划;推导出了“被动冗余度”空间机器人的最佳最小二乘运动学优化方程,通过“ 准自运动”实现被动冗余度空间机器人优化控制;通过对平面3DOF空间站机器人的仿真证实 了分析得到的结论．     

双臂机械手干涉区的分析

本文在考虑构件形状和尺寸的条件下,提出了当双臂机械手在三维空间实现各自预定轨迹时判别干涉区的方法.以构件的简化模型建立起确定干涉区的模型和准则.本文所提出的方法适用于具有转动副和移动副的一般双臂机械手的干涉区分析.最后给出了一个数字例.     

机器人结构参数最优公差及关节最佳运动误差

本文给出了机器人位置和姿态误差的一种矩阵形式.根据矩阵原理,得到一个重要结论:若机器人位姿误差在其工作空间内达到最小,则机器人结构参数误差和关节运动误差矢必须等于位姿误差系数矩阵最小特征值对应的标准正交特征向量。本文还讨论了如何选择结构参数最优公差以及相应的关节最佳运动误差.最后结出了一个六自由度关节型机器人的数值计算。     

机器人手臂极限距离分析的代数方法

本文介绍了一种新的求解机器人手部中心点与机座坐标系中一定点以及手部参考系中一直线与机座上一直线的极限距离的代数方法,推导出了n自由度机器人手臂的点-点和线-线极限距离的代数方程。应用这些方程式,不但可以方便地求解机器人手臂的极限距离问题,而且也为机器人手臂的结构设计提供了某些依据。     

5R实验机器人动力学仿真结果分析

本文对5R弧焊机器人动力学进行了仿真研究,让焊枪分别在50秒和2秒的时间内走完一条2米长的直线段,从而得到了在作弧焊运动和点位运动时机器人前三个关节的仿真结果.通过对仿真结果的理论分析和比较,对关节力矩中的静力矩和动力矩所占的比例进行了定量研究,对重锤的平衡效果、关节力矩与电机力矩之间的关系以及它们与关节加速度之间的关系作了分析.在此基础上,本文对机器人的工作性能作了评价,并对如何进一步改进结构设计提出了具体措施.     

人手到灵巧手的运动映射实现

本文研究主从操作中人手到灵巧手的运动映射．提出了一种基于虚拟关节和虚拟手指的关节空间运动映射方法，实现了人手和灵巧手的三维运动仿真．以数据手套为人机接口，在虚拟环境下，通过直观地比较映射效果，验证了映射算法．     

Development of flexible joints for a humanoid robot that walks on an oscillating plane

In this study, we develop flexible joints for a humanoid robot that walks on an oscillating plane and discuss their effectiveness in compensating disturbances. Conventional robots have a rigid frame and are composed of rigid joints driven by geared motors. Therefore, disturbances, which may be caused by external forces from other robots, obstacles, vibration and oscillation of the surface upon which the robot is walking, and so on, are transmitted directly to the robot body, causing the robot to fall. To address this problem, we focus on a flexible mechanism. We develop flexible joints and incorporate them in the waist of a humanoid robot; the experimental task of the robot is to walk on a horizontally oscillating plane until it reaches the desired position. The robot with the proposed flexible joints, reached the goal position despite the fact that the controller was the same as that used for a conventional robot walking on a static plane. From these results, we conclude that our proposed mechanism is effective for humanoid robots that walk on an oscillating plane.     

船体分段位姿找正对接系统——一个多机器人协调操作系统的实现

该文研究多机器人协调理论在尺寸多变、重量庞大的船体分段对接中的应用,提出了基 于多台3自由度移动机器人协调操作的船体分段位姿找正对接系统的结构、组织和协调操作方 法.根据分段对接工艺特点,把位姿找正过程抽象成刚体小位移运动模型,建立了基准段、对接段 和机器人个体坐标系转换关系,给出了位姿找正过程中的机器人的关节运动轨迹规划算法.     

A Reconfigurable Robot With Lockable Cylindrical Joints

This paper presents a new conceptual design for reconfigurable robots. Unlike conventional reconfigurable robots, our design does not achieve reconfigurability by utilizing modular joints. Rather, the robot is equipped with passive joints, i.e., joints without actuator or sensor, which permit changing the Denavit–Hartenberg (DH) parameters such as the link length and twist angle. The passive joints will become controllable when the robot forms a closed kinematic chain. Also, each passive joint is equipped with a built-in brake mechanism that is normally locked, but the lock can be released whenever the parameters are to be changed. Such a versatile and agile robot is particularly suitable for space application for its simple, compact, and light design. The kinematics and recalibration of this kind of reconfigurable robot are thoroughly analyzed. A stable reconfiguration-control algorithm is devised to take the robot from one configuration to another by directly regulating the passive joints to the associated, desired DH parameters. Conditions for the observability and the controllability of the passive joints are also derived in detail.      

An investigation of climbing up stairs for an inchworm robot

In this research, an inchworm-type robot is being developed for the purpose of rescue missions. This robot has the ability to traverse obstacles such as stairs with fewer joints than legged robots. A self-standing inchworm robot, which has five links and four joints, is produced for trial purposes. In order for this robot to be able to climb up stairs, the kinematical analysis and the development of the program were investigated. As a result, the effectiveness of this robot is confirmed experimentally.