前轮驱动自行车机器人直线运动的控制实现

提出一种无配重调节器的前轮驱动自行车机器人的欠驱动力学模型,重点讨论了仅靠前轮驱动和车把转动实现水平面直线平衡行走的控制方法.通过转弯半径分析推导出用前轮速度和车把速度表示的系统动能,采用拉格朗日方法建立系统的力学模型.以此为基础,将有驱动输入的前轮、车把转角线性化,将欠驱动的车架横滚角作为内部动态,设计出机器人的直线运动平衡控制器.仿真控制结果验证了控制策略的有效性.样机实验结果进一步证明了控制器可以在合理输入力矩下实现自行车机器人的直线平衡行走.     

自行车机器人动力学建模与MIMO反馈线性化

基于拉格朗日方法建立了自行车机器人的1种多输入多输出动力学模型．为了达到使自行车机器人保持自平衡的目的，将车把转动角度、车体倾倒角度和后轮转动速度作为系统输出；将转动车把的力矩、调节质心的力矩和后轮的驱动力矩作为系统输入．从而构建了1个具有3个输入、3个输出的仿射非线性系统．基于多输入多输出仿射非线性系统的输入输出线性化理论对其进行分析，通过精确线性化得到了等效的线性系统．对该等效线性系统进行了分析，并通过状态反馈实现了极点配置．通过计算机仿真验证了该控制律的有效性．     

前轮驱动自行车机器人定车运动的建模与实现

针对前轮驱动自行车机器人原地难以实现定车问题,提出一种简化的力学模型,并研究其部分反馈线性化控制策略.首先,考虑车轮纯滚动条件及定车时车把和车架垂直的特点,推导出前轮驱动角速度和车架航向角速率间的约束关系,并利用拉格朗日方程建立系统的动力学模型.然后,将系统欠驱动的车架横滚角线性化,并选择全部自由度为输出,根据部分反馈线性化原理设计定车运动控制器.仿真控制结果表明,适当地选取控制参数,系统可以在输入驱动力矩不大的情况下快速实现±10°范围内定车.物理样机实验进一步证明,利用所设计的控制器,前轮驱动自行车机器人可仅依靠前轮驱动实现小角度范围的原地定车运动.     

一种水陆两栖机器人的两移两转串并混联腿机构

为了适应水陆两栖机器人的复杂工作环境,提出一种同时拥有直线驱动和转动驱动的串并混联四足步行机器人。将串并混联机器人腿部机构简化为2UPU-UPR并联机构,并运用螺旋理论分析该并联机构的自由度特性,Y方向的位置和Z方向的姿态是影响机构运动的两个独立变量。推导出了2UPU-UPR并联机构的运动学反解及其速度雅克比矩阵,并根据速度雅克比矩阵分析了该机构的三类运动学奇异位形,2UPU-UPR并联机构没有运动学反解奇异,但是存在四种运动学正解奇异和两种混合奇异。通过对该机构组成的四足机器人进行直行步态规划,验证了机器人的运动稳定性;对一简单实例进行了单腿机构运动学仿真,分析其输入输出变化关系。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。     

腿履复合机器人自主越障分析与动作规划

本文提出基于质心坐标公式和机器人运动学的质心运动学模型,通过此模型可获取机器人在越障过程中质心变化情况,从而分析机器人越障性能,自主规划机器人越障动作.并且建立稳定裕度角及俯仰角度与障碍高度关系的求解方法,在此基础上,进行基于最大稳定裕度的越障动作规划.最后通过实验验证了基于质心运动学模型和稳定裕度的自主越障性能分析及动作规划的正确性.     

气动三自由度并联机器人设计与仿真分析

为了设计一种具有良好运动学性能的并联机器人,以基于气浮无摩擦缸驱动的3-UPU并联机器人为研究对象,对其进行运动学建模以及工作空间、动力学仿真分析。通过三维建模软件设计3-UPU并联机器人物理模型;根据机器人几何关系推导其运动学方程并基于数值解法得到该机器人的工作空间;采用遍历法求解机器人各支链旋转角度范围,从而得到该机器人在其工作空间的最大输出力分布情况。仿真结果表明,该机器人具有良好的运动学性能。     

混合驱动仿人机械臂设计与运动学分析

为提高机器人的拟人化程度,提出一种混合驱动的仿人机械臂。将四自由度线驱动机械臂结构与二自由度机器人关节模组巧妙结合构成六自由度混合驱动仿生机械臂,并对其运动学问题进行分析。基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,通过基于空间雅克比的牛顿-拉夫森法对机械臂的逆运动学方程进行数值求解,利用Monte Carlo法分析机械臂的工作空间,并在ADAMS软件中完成机械臂的运动学仿真,通过试验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。试验结果表明,提出的混合驱动仿人机械臂结构设计可靠,基于旋量理论求解出的运动学方程准确,对仿人机械臂的结构设计与运动学分析具有参考价值。     

教学机器人综合实验平台设计与研发

为了提升机器人工程专业学生综合实践能力,本文设计了一款集机、电、控、图像处理于一体的教学机器人实验平台,将机器人机械结构设计、运动学分析、运动控制、图像处理等技术有机融合,不仅提供了机器人关节装配及实物图演示实验,易于学生理论联系实际深入掌握机器人机械结构及工作原理,而且基于开放的控制实验平台,能够完成机器人的运动学分析、驱动控制、轨迹规划、图像处理及基于视觉引导的物体识别与抓取等实验.该实验平台具有很强的综合性和可操作性,激发了学生的学习兴趣,使学生工程实践与创新能力得到有效提升.     

五杆式人机合作机器人运动学分析及仿真

人机合作机器人是一种新型的机器人,它通过与操作者合作共同完成作业任务．操作者提供驱动机器人运动的力,机器人控制其末端的轨迹,使其沿着期望轨迹运动．该文利用复数矢量法对一种五杆式人机合作机器人的运动学正、逆过程进行了分析,推导出其运动方程．对工作空间、位移、速度及约束特性进行了仿真分析,仿真结果表明了运动学分析结果的正确性和轨迹约束控制的可行性．     

六足步行机器人的步态规划及运动学分析

主要对六足步行机器人进行步态规划和运动学建模,规划了六足步行机器人的直行步态和足端轨迹.基于MATLAB软件建立机器人的逆运动学模型,生成机器人步行时各个驱动关节的变化曲线.通过在六足步行机器人的实验平台上模拟机器人的实际运动状态得到机器人步行时的轨迹曲线,分析了机器人的步行性能,验证了步态规划的可行性和运动学方程的正确性.     

Axiomatic design method to design a screw drive in-pipe robot passing through varied curved pipes

A screw drive in-pipe robot is promising inspection equipment for small pipes. However, most of the existing screw drive in-pipe robots have problems of motion interference and slipping inside curved or irregular pipes. These problems result from the coupled relations among the steering motion, the motion speed and the load ability of the robot. In order to deal with the problems, the axiomatic design (AD) theory is applied to evaluate and analyze the existing designs. Then an uncoupled concept design based on the AD theory is proposed and the complete AD decomposition process is presented. After that, the proposed robot based on a tri-axial differential angle modulation mechanism is designed to realize the uncoupled concept. Finally, the uncoupled property is verified in a dynamics simulation system. The simulation results indicate that the motion speed, load ability and steering motion of the proposed robot can be adjusted individually compared with the robots that have inclining-angle-fixed rollers. Owing to the uncoupled design, the proposed robot can mechanically adapt to straight pipes and curved pipes with less roller slipping.     

Dynamics analysis of drawing cables for pipe robot over long distance

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｈｅｎａｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌｏｗｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｄｒｉｖ ｉｎｇａｔａｌｏｗｓｐｅｅｄ,ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｎｐａｒｔｓｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｎｏｔｕｎｉｆｏｒｍ .Ｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｅｔｏｌｏｗｓｐｅｅｄｍｏｖｉｎｇｉｓｓｔｉｃｋ ｓｌｉｐｐｈｅｎｏｍｅｎａ.Ｔｈｅｓｔｉｃｋ ｓｌｉｐｎｏｔｏｎｌｙｄｅｓｔｒｏｙｓｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｍｏｔｉｏｎ,ｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｄｕｃｅｓｓｏｍｅｓｅ…     

分布式独立驱动车辆复合转向匹配特性研究

为研究分布式独立电驱动车辆的复合转向机理,提升车辆的转向机动性、操纵稳定性,以某型8 × 8独立电驱动车辆为对象,构建整车仿真模型、分布式独立电驱动控制模型以及车辆复合转向控制模型,在几何转向的基础上,通过在驱动轮主动叠加速差转角即前馈施加车轮虚拟偏转角的方法,分析在相同轮转角状态下,几何转向模式与复合转向模式对车辆转向半径的影响。通过不同行驶工况下的动态仿真,结合车辆的横摆角度、侧向加速度、质心侧偏角等车辆稳定性特性参数,分析复合转向对于车辆操纵稳定的影响,得出分布式独立电驱动车辆复合转向匹配特性。     

静液传动高速履带车辆转向参数匹配与控制

为了解决静液传动履带车辆转向时外侧系统压力容易过高以及转向轨迹控制问题,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了外侧马达采用压力、发动机转速双参数控制,内侧跟随外侧采用速度闭环控制的转向控制策略,对目标相对转向半径与方向盘转角、车速,马达排量与发动机转速、系统压力等参数进行了匹配。建立了整车转向仿真模型与实车实验系统。仿真与实验结果表明,控制策略能有效控制系统压力,参数匹配结果能满足转向控制要求,车辆按照目标相对转向半径实现了准确快速转向。     

重型半挂车侧倾稳定性仿真与分析

针对重型半挂车侧倾稳定性问题,建立了车速可变的八自由度动力学模型。在变车速情况下进行了阶跃转向输入下的仿真,并分析了重型半挂车结构参数和车速对其侧翻稳定性的影响。仿真结果表明:牵引车驱动轴为侧倾稳定性危险车轴,当车速过高或前轮转角过大时,首先离地;增大各轴轮距、降低簧载质量质心高度、提高半挂车悬架侧倾刚度、降低牵引车悬架侧倾刚度能够有效地提高重型半挂车侧倾稳定性。     

Research on Vehicle Control Technology Using Four-Wheel Independent Steering System

In recent years,the vehicle stability has beenstudied with strong interest in four-wheel steeringtechnology[1].Along withthe further research,someproblems of four-wheel steering became obvious.Be-cause the deduction of the vehicle turning mathemati-cal model is always on the basis of bicycle model,whichleads to both rear wheel steering angles are thesame while vehicle steering[2,3].Evenif the actuatorfor rear wheel steering just drives a tie rod linkage,the designfor thislinkageis rather diffi…     

双足溜冰机器人动态稳定性判据研究

根据轮滑原理设计出双足从动轮溜冰机器人,使用D-H方法给出运动学方程.将机器人腿划分为支撑腿和摆动腿两种类型,考虑本体平衡条件和滚轮运动约束条件,并且假设摆动腿滚轮处于最大静摩擦状态,推导出机器人滚轮与地面三种不同接触情况下的运动稳定性判据.仿真和实验证实了稳定性判据的正确性和可行性.