关节一体化机器人动力学建模与伺服系统控制

针对关节一体化双臂机器人手臂高速运动下稳定抓取和电机控制问题,文章研究了其动力学建模与伺服系统控制算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响;简化后的动力学方程更利于实现,有效加快计算速度。其次针对简化后的模型参数采用最小二乘法辨识,最后通过仿真和系统实验,验证动力学计算结果的正确性。再次由机器人动力学和电机动力学建立关节转矩模型进行关节转矩力控制;最后讨论了交流永磁同步电机的建模和控制问题。经过验证简化后的模型一方面等效于直流电机便于设计控制器,另一方面可用于机器人关节转矩控制。     

3DOF-PAM并联机器人设计与动力学建模

该设计依据气动肌肉特性和并联机器人理论,结合仿生学的设计方法,开发了一个3自由度气动肌肉并联机器人机构。基于气动肌肉的变刚度特性,将其简化为变刚度弹簧,并通过考虑其在机构运动过程中的质心变化特性,结合拉格朗日动力学方法对3DOF-PAM并联机器人进行动力学建模,运用MATLAB软件对建立的动力学模型进行仿真分析研究,分析3DOF-PAM并联机器人在不同负载下运动过程中的动力学特性,为气动肌肉驱动的并联机器人的高精度轨迹控制建立理论基础。     

基于SCARA本体的开放式机器人运动学分析与动力学建模

设计一个开放式的机器人系统，其中关键技术之一就是对相应的机器人本体的运动学进行分析并建立相应的动力学模型。这里系统地描述了平面关节型SCARA机器人的运动学和动力学模型的建立，这对开发开放式机器人系统将有重要的参考价值。     

三自由度并联机器人运动学和动力学建模与仿真

为解决三自由度并联机器人运动学正解求解困难和动力学建模复杂等问题,利用一种三闭环矢量法建立并联机器人运动学模型,并且采用三球体交叉点法,对并联机器人的运动学正解问题进行分析;运用虚功原理对并联机器人进行动力学建模,使得求解和建模过程变得简单、详细和直观。在MATLAB中建立模型,并在V-REP软件中进行仿真验证,搭建物理环境,对整机系统进行试验研究,验证了运动学和动力学模型的正确性和实时性     

仿人机器人腰部机构的动力学建模、控制与仿真

本文介绍的仿人机器人具有差动腰部机构,它除了受自身的动力学影响以外,还受到手臂和车体运动以及外力、外力矩等对腰部机构关节力矩的影响.笔者利用高效牛顿-欧拉算法完成了仿人机器人的整体建模;在不考虑各关节间耦合运动的情况下,对整体动力学模型进行适当简化,得到了腰部机构的动力学模型.简化后的动力学模型既反映了机器人车体、腰部及双臂的动力学关系,又大大地减小了计算量,易于实现基于动力学的控制算法.基于动力学模型,给出了腰部机构PD伺服轨迹跟踪控制算法,并结合计算力矩方法用于补偿腰部机构两关节受到的力矩扰动.仿真分析表明,该控制方法可以明显提高腰部机构的位置跟踪精度,并提高仿人机器人的整体作业精度.     

无人自主飞行机器人自主降落飞行控制研究

为了控制无人驾驶的直升机自主降落在目标物体上,提出并实现了一种自主直升机实时的、基于视觉的着陆算法。该视觉算法可实现精确的目标探测和识别,使直升机根据视觉感知不断地更新降落目标的参数,利用机载的基于行为的控制器导航到降落点。飞行试验数据表明：目标探测、识别和控制算法精确可靠,鲁棒性好。     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

采摘机器人机械手结构设计与分析

基于苹果采摘的开放性特点,结合苹果采摘的实际操作,提出了机器人采摘的整体结构方案。为实现设计的可应用性,对苹果采摘机器人腰部升降台、机械手臂、末端执行器进行具体的结构设计。     

机器人动力学参数辨识研究

基于动力学模型的控制是改善机器人运动控制性能的有效方法,为了得到精确的动力学模型,需获得准确的机器人动力学参数,采用加权最小二乘法与遗传粒子群混合算法结合的辨识算法获得准确的动力学参数。关节摩擦影响动力学模型精度,传统库伦粘滞摩擦模型精度不高,引入一种新的连续摩擦模型,采用牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型,采集机器人在激励轨迹运动下的数据,先采用加权最小二乘法辨识得到初始解,在初始解的基础上设定解的边界,分别采用遗传算法、粒子群算法、遗传粒子群混合算法辨识动力学参数,并于已有方法进行对比,结果表明遗传粒子群混合算法辨识动力学参数精度更高。最后,选取验证轨迹验证动力学参数的精度,结果表明辨识得到的动力学参数能够建立精确动力学模型。     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

文章针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先文章利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。     

排爆机器人机械手结构设计

设计一种排爆机器人机械手结构。根据机器人机械手合拢于最远端位置与抓取最大爆炸物位置两个极限位置,采用极值法求解机器人机械手的尺寸参数,并运用尺寸参数对机器人机械手进行结构设计,使结构设计符合理论计算结果,从而确保最终的结构设计满足机器人机械手的使用要求。这种设计方法为其他机械手的结构设计提供了参考。     

缆索检测机器人的系统设计与动力学仿真研究

针对目前国内外斜拉锁缆桥表面缺陷检测机器人在实施检测任务时攀爬能力不理想这一实际状态,为进一步改进检测机器人工作过程中的稳定性、提高相应的驱动力矩,提出了一种新型的电驱动缆索检测机器人系统设计方案.基于三维建模软件Solidworks创建了缆索表面检测机器人虚拟样机,在ADAMS/View环境下对虚拟样机进行了运动学仿真分析,得出了合理的运动学参数,最后制作了物理样机并进行了试验.试验表明,该检测机器人的攀爬能力得到了明显的改进,为今后缆索表面检测机器人总体性能的改进和优化设计提供了重要的依据.     

飞行模拟机燃油系统建模与仿真

针对飞行模拟机的燃油系统进行研究.分析燃油系统的工作原理,基于液体动力学计算燃油系统参数,使用C语言建立各分系统模型,将燃油系统模型接入飞行仿真实验系统,对燃油系统进行ATG测试.结果表明,建立的模型能达到使用要求.     

直升机旋翼动力学综合实验系统设计

构建一套完整的模拟旋翼/机体耦合系统,用于直升机旋翼动力学实验.系统由旋翼、电机及转速控制、旋翼操纵、液压油源、数据采集与分析等部分组成.实现了旋翼动力特性的仿真,能够模拟直升机旋翼/机体耦合的各种状态和设置模拟故障.     

溜冰机器人地面反作用力的建模研究

对两足溜冰机器人的地面反作用力进行了分析与计算,提出了应用凸优化方法进行地面反作用力的建模方法。在合理假设的基础上,将地面反作用力建模问题转换为在一定约束条件下使碰撞后的溜冰机器人动能达到最小的问题,并转化为凸优化的标准形式。应用凸优化程序CVX进行了地面反作用力的计算与仿真,结果证明了该方法的有效性。     

真空手的插值算法与动力学建模研究

文章针对真空手需要在高速运动的条件下需要保持手臂稳定的问题。首先利用MDH法建立了坐标系,得到了各关节连杆的相对关系得到了正、反运动学描述。其次,讨论了三次样条插值在机器人路径规划中的应用,利用该算法对示教路径进行插值以消除了机器人运动过程中的不连续现象。再次用Newton-Euler进行多次迭代计算出力矩的数值方程求解,最后利用仿真工具软件对真空手机器人力矩进行了仿真,验证了真空手运动学和动力学的正确性。实验表明,运动学可以让机器人准确的进行运动,动力学和插值算法可以有效的增加真空手机器人的运动性能和稳定性。     

移动焊接机器人结构设计与路径规划

针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况,设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构,同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置,并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构;对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析,推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系;针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题,提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法,并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化,在满足焊接精度的前提下,能够减少焊缝离散点数目,提高了移动平台路径规划的效率。     

弧焊机器人典型工件建模与姿态规划研究

采用“搭积木”的思想提取复杂工件焊缝的特征信息,针对提取工件的特征信息提出并建立了焊缝的特征坐标系;对典型焊缝基于AutoCAD的二次开发建立数学模型,推导出任意马鞍型曲线焊缝上任意焊点的特征坐标系在基准坐标系上的投影矢量,进而获取机器人焊枪尖端的坐标系相对基准坐标系转换矩阵。这一研究对空间曲线的孤焊机器人离线编程提供了重要的技术支持。     

复合轮式机器人运动控制数学建模与实验研究

针对棉纺车间棉桶搬运更换机械化作业技术要求,改善固定式4轴棉桶搬运机器人(Cotton Barrel Handling Robot,CBHR)的作业局限性,提高CBHR的有效利用率,文章研制了一种以自动导引车(Automatic Guided Vehicle,AGV)作为CBHR安装平台的复合轮式机器人(Composite Wheeled Robot,CWR),实现其作业时行走运动;探讨了复合轮式机器人抗倾覆的必要条件,建立了CWR速度调节与方向纠偏的数学模型。引入驱动电机速度运行控制参量,分析了CWR机器人运动速度、定位精度影响因素与获得稳定运动特性的控制规律;对实验样机运行测试研究表明,文章提出的运行速度调节方法正确,速度调节、定位精度满足作业技术要求。