基于状态观测器的球形机器人状态反馈控制系统设计

基于能量耗散形式下的拉格朗日方程,建立了基于状态观测器的球形机器人的动力学方程,得出这是一个非线性的仿射系统。根据机器人的实际运动情况和理论仿真曲线对方程进行了线性化处理和仿射变换,在新建立的平衡点处应用线性理论进行控制系统的设计。考虑到某些状态变量的不可测量性,构建了状态观测器对系统的全维状态进行实时观测,在此基础上设计了系统的状态反馈控制器。仿真结果表明了所设计控制器的有效性。     

基于动态滑模函数的球形机器人稳定平台控制

论文针对北京邮电大学自主研制的球形机器人BYQ-7b,依靠内部驱动单元产生的偏心力以及惯性力来保证球体的运动。为了保证球形机器人的内部平台在运动过程中能够平稳可控,研究一种球形机器人的稳定平台控制方法。基于拉格朗日方程建立球形机器人的动力学模型,通过对模型的线性化处理,提出了一种基于动态滑模函数的控制方法,保证系统输出信号精确跟踪期望值,使球形机器人的内部能够快速形成一个稳定平台。最后通过仿真验证了该控制器的有效性。     

双偏心质量块驱动球形机器人的直线运动控制

设计一种双偏心质量块驱动的球形机器人,运动时球体同时受到内部驱动单元产生的偏心力和惯性力的作用.由于独特的球形外壳与地面之间近似点接触,机器人在动静状态转换过程中,摩擦阻力无法抵消因内部驱动单元微小的运动误差而带来的机器人运动状态的改变.为了使球形机器人直线运动能够平稳启停且速度可控,研究一种双偏心质量块驱动球形机器人的直线运动控制方法.基于拉格朗日方程建立直线运动的动力学模型,分析动力学参数之间的关系,提出一种基于高斯函数的平滑轨迹直线运动控制方法,通过仿真从理论上验证控制方法的正确性.设计直线运动反馈控制器以保证实际控制信号精确跟踪期望值,通过仿真和样机试验验证控制器的有效性.     

基于容错策略的球形机器人控制系统

基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服控制子系统,以提高控制系统的可靠性。其中,冗余双备份伺服控制子系统是由两个相同的备份模块组成的,通过故障检测、故障定位以及系统恢复实现容错功能,而且冗余结构能够根据故障情况进行重组。基于时间容错和信息容错的技术设计球形机器人的软件系统,并设计监控软件监视软件系统的运行状态。球形机器人的控制系统试验表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是可行的、有效的。     

基于ADAMS的球形机器人加速特性分析

针对以配重改变重心为驱动的球形机器人进行了加速特性分析.通过牛顿一欧拉法建立了该类球形机器人直线运动的动力学模型,并对该非线性的动力学方程进行了简化,从而得到其加速度的振动微分方程.基于该方程分析了球形机器人的加速特性,以及机器人不同结构参数对其加速特性的影响.最后,利用ADAMS对球形机器人在硬质平坦路面上的运动进行了仿真,获得并分析了不同结构参数条件下球形机器人的加速度曲线,实验结果验证了动力学模型的有效性和准确性,为球形机器人的结构优化设计提供了依据.     

基于ADAMS的球形机器人的运动学分析

利用Pro/E建立了带臂球形机器人的虚拟样机模型,并结合ADAMS仿真软件对带臂球形机器人进行了运动学分析,包括机器人的圆周运动和爬坡运动,以此测出各驱动力矩的数值,为后期制作物理样机电机提供选型依据.     

球形机器人的跳跃运动分析

球形机器人除了能进行滚动运动外,还可以实现跳跃运动。跳跃运动方式与滚动运动方式的结合,可以扩大其活动范围,进而提高球形机器人的机动性和灵活性,拓展其应用领域。因而球形机器人的跳跃运动是一种重要的运动方式。在分析球形机器人滚动行走的基础上。推导出了球形机器人的起跳每件;利用拉格朗日方程得到了球形机器人跳跃运动微分方程;通过求解该跳跃运动微分方程得到了球形机器人跳跃高度和跳跃长度的公式。最后,对球形机器人的跳跃运动进行了仿真。这些工作的完成为球形机器人跳跃运动的进一步研究打下了基础。     

球形机器人研究综述

介绍了自然界中存在的滚动运动,阐述了球形机器人运动方式的仿生学原理,将现有的球形机器人按驱动方式的不同分类,介绍了球形机器人的研究现状,并对其潜在应用和未来的研究工作进行了总结和展望.     

球形管道机器人设计

球形管道机器人是将球形机器人的结构应用于管道爬行这一背景中设计的一种机器人。它利用了球形机器人运动全向性、转弯灵活的特点,解决了目前管道机器人中普遍存在的转弯困难、运动速度慢的问题。介绍了球形管道机器人的机械结构,在水平面内对机器人做了运动原理分析。针对管道应用的特点介绍了机器人对于各种交叉管路的识别并具体分析了转弯过程。     

内外驱动兼备的球形机器人结构设计

球形机器人是机器人运动方式的突破,其最大的特点是运动方式特殊,球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性,球形机器人能用最少的自由度以欠驱动的方式实现全方位运动.针对目前球形机器人能源供给问题,提出一种内外驱动兼备的充气球式球形机器人,以外部自然风力为主要驱动力、内部电机驱动为辅助动力,兼具外部风能驱动和内部电机驱动的优点,较好地解决能源供给和自主运动的问题.通过对运动原理和设计方案的分析研究,完成球形机器人的结构模型及主要零部件设计.     

时空坐标转换理论与时栅位移传感器研究

剖析了各种调制式位移传感器工作原理和数学模型,按照“用时间测量空间”的思路,借助于伽里略变换,首次提出“带时间考查点对运动双坐标系”思想,将位置之关地时间之差进行测量,最终抽象总结成为一套时空坐标转换的新理论,由此指导设计出一种全新的位移传感器－时栅。     

基于广义坐标的冗余度机器人运动轨迹的规划

在有障碍的工作环境中 ,为了使机器人到达其目标位置 ,并实现正常作业 ,就必须进行无碰撞轨迹规划。本文介绍了一种广义坐标法 ,它能快速获得两空间凸形物的距离。因此 ,它在避障轨迹规划中是一种运算速度较快的计算方法。     

基于坐标变换的导轨CCD测距系统参数标定

对导轨CCD测距系统标定方法进行了研究,运用坐标转换运算求取了主点坐标、面阵CCD的纵横比和相机位于导轨左右位置时的位置关系,改进Tsai标定法对镜头焦距和镜头径向畸变进行了标定。设计了导轨CCD测距系统的标定实验,实验结果表明,标定后导轨CCD测距系统的测距精度有所提高,标定方法实用有效。     

一种改进的Bursa模型在坐标转换中的应用

在数字化测量中经常面临坐标转换的问题,转换参数在很大程度上影响着最终测量精度。在采用bursa模型求取转换参数时一般是通过3个以上公共点利用最小二乘法求取,但其中的系数矩阵往往是病态的,使转换参数并不可靠。现采用7参数法,对布尔沙模型进行泰勒展开,建立了适用于大旋转角的线性化坐标系转换模型。     

基于坐标转换的回转表面形状误差最小二乘评定

针对回转表面评定中最小二乘拟合对迭代初值依赖性强、对回转轴方向和测点分布具有限制的不足,提出了一种基于最小二乘法的回转表面通用评定方法,该方法通过被测表面上离散点坐标的旋转和平移,将非线性优化模型线性化。通过实例进行了试验验证,结果表明,该方法简单易行,鲁棒性好,可快速有效正确地评定任意轴线方向的回转表面形状误差。     

一种用于球罐焊接机器人焊缝实时跟踪的线阵CCD传感器

根据球罐焊接机器人焊缝跟踪的要求和特点,设计了一种基于线阵CCD的视觉传感器。传感器所用线阵CCD的分辨率高,光电处理系统均由硬件实现。传感器与焊接机器人组成的焊缝跟踪系统焊缝偏差检测精度好、实时性好,并且可以避免焊接时弧光的干扰,能够满足球罐制造时多层多道焊接焊缝跟踪的工艺要求。     

基于高精密控制的六轴机器人坐标转换算法

为研究六轴机器人控制坐标从球面叠加坐标系向三维直角做标记进行机器学习坐标转换的核心控制算法,将机器学习算法引入六轴机器人控制为核心思路,通过有外部变量干预的多列神经网络控制系统革新六轴机器人自带控制系统,实现系统内球面坐标控制模式向三维直角坐标控制模式的革新.当达到100000次训练后,基于神经网络的革新控制算法可以实...     

基于单片机的六足机器人多路舵机控制系统设计

分析了仿生多足机器人应用特点及其多关节协调控制的功能需求,设计了基于单片机的六足机器人多路舵机控制系统,硬件控制核心采用STC89C52单片机,关节驱动使用高扭矩舵机,并采用32路舵机控制器用于腿部关节的协调控制。通过试验设计,实现了六足机器人一个步态周期内的直线行走、定点转弯的模拟运动。试验结果表明,该系统控制效果良好,动作平稳,且协调性较高,具有一定的参考价值。     

基于蛙跳式柔性三坐标测量系统误差理论分析

数字化精密测量技术是数字化制造技术域得到推广使用,而科学研究和机械制造行业的技术进步又对三坐标测长仪提出更多新的要求,随着柔性三坐标测长仪的日益广泛应用,人们不仅关心测长仪的结构、原理和测量坐标的计算方法,同时更关心测长仪的精度分析及影响精度的各种因素.在柔性三坐标测量系统的理论分析基础上,推导出蛙跳式坐标转换方法,解决大尺寸零部件的测量问题,对蛙跳法进行论述,并建立坐标转换数学模型,推导出蛙跳后新坐标系相对原坐标系的坐标转换关系及n次蛙跳后的一般坐标转换公式.在引入矢量和矩阵的范数和条件数后,给出蛙跳后的测量误差的计算公式和坐标转换公式.在此基础上,分析蛙跳球的位置、蛙跳步长对大尺寸测量精度的重复影响,指出蛙跳球的最佳取位和每次蛙跳的最佳步长.