冗余移动机械手避障能力评估及避障轨迹规划

在由移动平台和冗余机械手组成的移动机械手实体基础上建立了它的运动学模型,在可操作度学说基础上运用避障矩阵和避障可操作椭球来衡量机械手中间关节在执行末端轨迹任务时的形状变化能力和避障能力。为了评估机械手整体构型的避障能力,采用避障操作构型指数,该指数为移动机械手避障轨迹规划提供了一种途径。     

全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制

针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手,首先通过对机械结构和运动特性的分析,建立一体化运动学模型,并利用拉格朗日力学法建立动力学模型,分析这两种模型的运动性质.然后根据所建立的模型,分别设计轨迹跟踪控制器,并对控制器的稳定性予以证明.在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中,通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型,定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用,并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿.仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性,而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法.     

全方位移动机械手运动控制Ⅱ——鲁棒控制

研究考虑全方位移动机械手系统动力学未知情况下的鲁棒控制问题.首先,在原有动力学模型的基础上,建立考虑外部干扰的移动机械手动力学模型.利用神经网络无穷逼近能力,设计估计器对系统结构不确定性进行在线辨识.然后,提出一种不依赖神经网络先验知识的鲁棒轨迹跟踪控制策略,从理论上证明其稳定性,并且该控制器能够有效阻止非模型有界干扰的影响,实现了对全方位移动机械手系统中不同动力学特性的移动平台和机械臂的协调控制.同时,为了减轻神经网络在线学习的计算量,提出一种分离式的神经网络结构,对系统结构不确定项中的两个独立矢量进行分别辨识,有效地提高了神经网络的训练效率.最后,通过计算机仿真结果验证了所提出控制律的有效性,能够快速稳定地实现全方位移动机械手系统的协调轨迹跟踪控制.     

履带式移动采摘机械手控制算法及仿真研究

机械手的运动空间有限且相对固定,通过增设移动平台的移动机械手可弥补该不足.以履带式移动机械手为研究对象,对移动平台进行建模;推导出履带式移动机械手的运动学方程,针对移动平台和机械手分别设计了自适应模糊控制和RBF神经网络控制,利用MATLAB进行数字化仿真,并对实验数据进行分析,验证所提出算法的可行性.为农业机械工程化提供依据,也为履带移动机械手的协调控制奠定基础.     

移动机械手的智能控制

针对移动机械手的高度非线性、强耦合的特性,依据智能控制理论,本文提出了一种移动机械手的模糊神经网路的控制方法.整个控制系统由两部分组成,包括机械手的模糊控制以及移动平台的模糊神经网络控制,并对其进行仿真.实验结果证明该方法对移动机械手的轨迹跟踪的有效和准确性.     

一种移动机械手分级协调路径规划方法

针对移动机械手的动态不均匀性及运动冗余性，参考人类完成任务时的行为，本文提出了一种分级协调路径规划法，以及一种动态加权的优化策略，对移动机械手的路径进行离线规划。在避障的前提下保证了移动机械手性能指标最优。在VCV 下通过OpenGL进行了仿真，取得了令人满意的结果。     

红外传感器在移动机械手避障功能中的应用

自主导航是移动机械手的重要特点,实现导航的必要条件是了解其所处的环境,可通过激光扫描仪的SLAM程序完成。由于激光扫描仪的视场限制,为了避开障碍物,移动机械手还需安装一个传感器辅助系统,以保证移动机械手的安全。文章利用红外传感器构成传感器辅助系统,当测量距离小于移动机械手设置的极限安全距离时将报警并停止移动。测试结果表明：红外传感器适用于室内场合,反应较灵敏且价格低廉。     

移动机械手的稳定性及补偿方法现状与发展趋势

介绍了移动机械手的几种稳定性分析及补偿方法的原理,建模过程以及个别方法的仿真实验,对影响移动机械手稳定性的各种因素进行了分析．对研究稳定性分析及补偿方法的意义及各种方法的应用进行了论述．并对移动机械手稳定性分析及补偿方法的研究趋势进行了展望。     

计及悬架和路面扰动下的轮式悬架移动机械手动力学研究

对轮式悬架移动机械手进行动力学研究。综合考虑移动载体的线弹性-阻尼悬架和不平路面等工况,结合轮式悬架移动机械手的约束方程,提取了系统独立坐标变量和关联坐标变量,构建出包含构件坐标变量的轮式悬架移动载体的驱动力模型,建立了轮式悬架移动机械手动力学模型,采用数值仿真对比研究了不同载体移动速度、不同线弹性-阻尼悬架和不同路面对动力学模型的影响。研究结果表明,载体的移动速度对其沿垂直方向的波动的中心位置影响大,悬架刚度和路面扰动对移动载体沿垂直方向的波动范围、移动载体的倾角变化范围、移动载体的驱动力的变化范围均有影响。

     

风机叶片打磨机器人的动力学控制

针对风机叶片打磨加工的特性,设计了可替代人工作业的机器人系统.在对风机叶片打磨机器人系统进行动力学建模的基础上,分别提取出移动平台和机械手的动力学模型.针对两个子系统分别采用了滑模控制和PD(比例微分)反馈控制.最后进行了仿真实验,通过对实验结果的分析得出:所建立的控制器可实现对风机叶片打磨机器人的有效控制,仿真结果符合移动机械手系统的相关特性.     

PROPERTY IDENTIFICATION OF SINGULARITY LOCI OF GOUGHSTEWART MANIPULATOR

The pro'blem of identifying the property of singularity loci of Gough-Stewart manipulators is addressed. After constructing the Jacobian matrix of the Gough-Stewart manipulator, a cubic polynomial expression in the mobile platform position parameters, which represents the constantorientation singularity locus of the manipulator, is derived. Graphical representations of the singularity locus of the manipulator for different orientations are illustrated with examples. Further, the singularity locus of the manipulator in the principal-section, where the mobile platform lies, is analyzed. It shows that singularity loci of the manipulator in parallel principal-sections are all quadratic expressions including a parabola, four pairs of intersecting straight lines and infinite hyperbolas. Their geometric and kinematic properties are also researched as well.     

Dexterity analysis for omni-directional wheeled mobile manipulator based on double quaternion

The unified analysis of omni-directional wheeled mobile manipulator(OWMM) through the dimensionally nonhomogeneous Jacobian matrix may lead to unreliable results. The existing researches focus on the integrated performance evaluation of OWMM, without taking the influence of velocity difference into consideration. This paper presents a new approach to formulate the dimensionally homogeneous Jacobian matrix and a new index for OWMM. First, the universal transformational matrix of the link coordinate frame is derived based on double quaternion. The degree of locomotion of a mobile platform and the degrees of manipulation of a manipulator are treated equally as the joints of a redundant composite robot. Then the integrated modeling of OWMM is established, and the non-dimensional Jacobian matrix is obtained from the above matrix. Next, by examining the concept of directional manipulability, a new index is proposed to evaluate the directional manipulability of OWMM along the specified task direction. Furthermore, for the same task and the time of simulation, the kinematic performance of the fixed base operation of the manipulator and the operation of OWMM are analyzed by numerical simulation. The results suggest that the proposed approach is equivalent to the method of traditional kinematic modeling, with the error of numerical solution being 10-7 , and the varying frequency of DMTR is higher than that of the condition number. This indicates that DMTR is more effective to reflect the variation of the task direction. The proposed method can be used to analyze the manipulating capability of OWMM, and has a simple structure and generality in the unified analysis of OWMM.     

五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型

泄漏对堵移动机械臂由移动平台和安装在平台上的机械臂组成,建立移动机械臂的运动学模型是设计泄漏封堵移动机械臂的理论基础.根据槽罐泄漏机械臂必须完成的动作,建立了五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型,利用逆运动学的求解,进行了该模型的Matlab仿真,结果表明该运动学模型是可行的.     

移动机械臂的输出跟踪控制

移动机械臂通常由移动机器人和装在移动机器人上的机械臂组成。它既具有移动机器人的可移动性又具有机械臂的操作灵活性,有极高的实际应用价值。本文针对由二轮驱动的移动平台和二连杆机械臂组成的移动机械臂的输出跟踪问题,利用滑模控制原理为其设计了动态滑模控制器。首先给出了移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为4个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的动态滑模控制器的设计方法。仿真实验表明,所设计的动态滑模控制器不仅能很好地跟踪给定轨迹,而且能有效地削弱滑模控制系统的抖振。     

障碍环境下轮式移动操作机随机路径规划方法

针对移动操作机系统的高度冗余性和受非完整约束的特点,将随机路径规划方法应用于移动操作机系统的避障路径规划,首先求出移动平台的一条满足非完整约束的简单路径,然后以此路径作为位置约束,以操作臂的位形空问为采样空间进行随机无碰路径规划,最终实现了移动操作机在满足路径规划约束条件下的无碰操作运动。最后以平面移动操作机为例,通过计算机仿真说明了该方法的有效性。     

Collision-free control of mobile manipulators in a task space

This work offers the solution at the control feed-back level of the end-effector trajectory tracking problem for mobile manipulators subject to state equality and/or inequality constraints, suitably transformed into control dependent ones. Based on the Lyapunov stability theory, a class of controllers fulfilling the above constraints and generating a collision-free mobile manipulator trajectory with (instantaneous) minimal energy, is proposed. The problem of collision avoidance is solved here based on an exterior penalty function approach which results in continuous and bounded mobile manipulator controls even near boundaries of obstacles. The numerical simulation results carried out for a mobile manipulator consisting of a non-holonomic unicycle and a holonomic manipulator of two revolute kinematic pairs, operating both in a two-dimensional unconstrained task space and task space including the obstacles, illustrate the performance of the proposed controllers.     

并联机器人奇异位形研究

介绍一种并联机器人奇异位形分析计算的新方法。该方法以动平台瞬时运动为基础,建立奇异位形条件,从而获得简化的奇异位形判别方程式,以６自由度三角平台并联机器人和三支链并联机器人为例对这一问题进行研究。