攀爬蛇形机器人越障静态机理研究

介绍了蛇形机器人运动模式的研究现状并提出了一种进行外攀爬的蛇形机器人结构,该蛇形机器人有16个PR-T模块单元,P-R-T模块是一种在P-R模块的基础上添加一个平移运动组件的模块。这种结构使得该机器人姿态调整运动与前进运动分离开来,使机器人运动控制更加简便。基于这种结构对蛇形机器人进行了运动学建模,通过对其越障运动规划与各P-R关节位置及关节转角的分析,提出了一种攀爬蛇形机器人越障方法。通过MATLAB软件进行攀爬蛇形机器人越障仿真,验证了越障方法的正确性。     

无根欠驱动冗余机器人动力耦合特性研究

无根多刚体系统和欠驱动冗余机器人系统实质上都属二阶非完整动力系统,其位姿空间约束方程不能满足控制要求,一般基于动力学方程对系统进行控制,即通过关节间动力耦合作用约束被动关节运动,因此此类机器人可控性分析的重点在于系统耦合运动特性研究。基于动力学虚设机构法及非完整系统微分变分原理,建立了无根欠驱动冗余机器人的动力学模型;针对虚设关节、主、被动关节进行动力学模型解耦,推导出了系统的二阶非完整约束方程及被动关节的加速度表达式;在此基础上,通过定义表征被动关节耦合运动的性能指标,针对不同位置主动关节输入参数对被动关节可控性的影响进行了仿真分析,得到了提高无根欠驱动冗余机器人可控性的有益结论,为实际欠驱动冗余机器人输入控制提供了参考。     

蛇形机器人的转弯和侧移运动研究

介绍了沈阳自动化研究所研制的蛇形机器人机械结构和控制结构。在分析蛇形曲线的基础上,提出幅值调整法、相位调整法和侧移调整法三种新方法,来处理蛇形机器人侧向滑动带来的方位偏转和完成蛇形机器人自主转弯控制,并给出几种方法的量化关系,建立动力学仿真模型进行了运动仿真。幅值调整法虽然使蛇形机器人转弯角度受到限制但却保证了运动的连续性和稳定性。相位调整法能够使蛇形机器人准确地完成转弯运动。侧移调整法能够实现蛇形机器人前进过程中的侧向位置调整,同时保证运动方向的准确性。将上述方法应用到蛇形机器人的控制中,用仿真和试验验证了以上方法的有效性。     

基于虚拟样机技术的柔性并联机器人建模与仿真

基于虚拟样机原理,利用SAMCEF软件对柔性并联机器人进行运动学、动力学建模和仿真,为柔性并联机器人的分析和设计提供了一种新方法.该方法建模简单,可视化强,后处理功能强大,可用于验证其它建模方法的理论分析结果.首次提出一种基于SAMCEF软件的柔性并联机器人固有频率的计算方法,可迅速计算柔性并联机器人在整个运动周期中的各阶固有频率.     

蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦机理及推进条件

针对带有从动轮的蛇形机器人,考虑实际结构中从动轮在蛇形机器人关节连杆上的安装位置,建立蛇形机器人蜿蜒运动的动力学模型。提出一种库伦-粘滞混合摩擦力模型,整体的库伦摩擦力特性和临界点处的粘滞摩擦力特性,避免了库伦摩擦力模型本身的非光滑性,以提高动力学模型的求解效率与计算稳定性。基于改进的动力学与摩擦力模型,利用摩擦系数比来表征法向与切向摩擦力的各向异性程度,通过对蜿蜒运动的仿真分析,讨论了摩擦系数比对前向运动速度与推进效率的影响规律,并对运动过程中蛇形机器人各个关节模块的速度和摩擦力变化进行了分析,明确了蛇形机器人蜿蜒运动的摩擦学机理,解释了蛇的蜿蜒抬起运动能够有效减少摩擦阻力而适用于高速运动的原因。最后通过带从动轮的蛇形机器人样机实验,对实现蜿蜒运动的摩擦学推进条件进行了验证。研究对于实现蛇形机器人的结构优化,步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。     

一种波纹管蛇形机器人的结构设计及运动分析

针对仿蛇机器人结构复杂,关节寿命短的问题,文中设计一款波纹管蛇形机器人结构.利用Solidworks建立蛇形机器人三维模型,然后构建了蛇形机器人的D-H坐标系及简化模型,并对模型进行了关节约束分析及动力学分析,推导了波纹管蛇形机器人的动力学模型.并且通过ANSYS和Adams对蛇形机器人进行了磨损仿真和运动仿真,仿真结果表明,波纹管避免了蛇形机器人直接与地面接触,减少了蛇形机器人的运动磨损量,提高了使用寿命,且在运动时其速度、加速度过渡平滑,速度能在1s内达到最大值100mm/s,在零点处无反向变化;力矩变化无冲击,蛇体长度变化平稳,无侧滑及停滞等不正常状态,运动效果较好.     

一种周期性运动蛇形机器人的运动规划及实验研究

设计完成了一种可作周期性前进运动的蛇形机器人,按照蛇形机器人运动要求,分析规划了其运动模式,对其关节角运动周期性等关键问题进行了较为深入地研究。最后,在建立蛇形机器人动力学模型的基础上,设计制作了蛇形机器人,并进行了实验研究。研究结果表明:所用规划方法为蛇形机器人的运动设计提供了一种成功的思路,其运动实现取得了良好的效果。     

小型蛇形机器人的蠕动运动分析与仿真

提出一种由8个关节组成的小型蛇形机器人,研究了蛇形机器人关节轴平行于地面的蠕动运动机理。依据蜿蜒曲线理论,对蛇形机器人蠕动的运动学和动力学进行了分析与仿真,得出了蠕动运动轨迹和所需最大驱动力矩,验证了蠕动运动轨迹规划方案的可行性。     

基于ADAMS的蛇形机器人运动仿真研究

本文主要对蛇形机器人关节结构进行模块化设计,对结构特点进行分析,给出结构参数。对蛇形机器人主要的爬坡运动进行运动分析和动作规划,并利用ADAMS软件对运动情况进行仿真,分析了爬坡运动参数和关节力矩变化情况,为蛇形机器人的运动规划提供了较为完整的技术依据。     

蛇形蠕动机器人行波运动和动力学研究

根据自然界蛇的体骨结构,建立了一种串联连杆结构的蛇形机器人,连接处选用双轴舵机,起到旋转副的作用。在Serpenoid曲线的蠕动步态模型基础上,利用MATLAB对进行仿真,分析了关键参数对蛇形曲线的影响,分析了曲线离散化对蛇形曲线的影响,通过Adams对蛇形机器人的行波运动进行了动力学仿真,分析了蛇形机器人在行波向前时特定关节与地面的作用力和关节扭矩情况。     

具有万向机构的蛇形机器人运动控制

设计了一种能够使蛇形机器人运动更灵巧、奇异点更少和运动能力更强的机构．对具有三个自由度的新型蛇形机器人单元进行了改进，在单元上增加被动轮机构，使其具有万向机构的特点。该单元不仅能够用被动轮驱动机器人运动．而且增加了类似于主动轮的驱动机构．克服了被动轮驱动能力弱的缺点，增强了机器人的运动能力。在分析非完整约束的基础上，对蛇形机器人的运动学和冗余度进行分析，提出了控制该类蛇形机器人运动的分解矩阵方法和分组交替运动法。     

水陆两栖蛇形机器人的研制及其陆地和水下步态

针对沼泽、浅滩等复杂环境对蛇形机器人的环境适应需求,在广泛分析国内外水陆两栖蛇形机器人研究最新进展的基础上,研发一种新型水陆两栖蛇形机器人。该机器人由9个具有密封设计的万向运动单元组成,保证了样机在陆地和水中均能灵活运动。基于简化的蛇形曲线得到水陆两栖蛇形机器人的基本二维运动步态即蜿蜒运动。对两个垂直平面上,即水平面和竖直面上基本步态进行复合,由基于启发式思想的三维步态生成方法,得到包括侧向蜿蜒等运动的水陆两栖蛇形机器人的多种陆地步态和水下步态,其中S形翻滚运动和螺旋翻滚运动为蛇形机器人的两种新型步态。通过步态试验验证了水陆两栖蛇形机器人的陆地和水下运动能力。在试验过程中,对陆地和水下步态的性能做出分析,分析结果对水陆两栖蛇形机器人在陆地和水下运动的位置和姿态控制具有重要意义。     

蛇形机器人的机构设计及运动分析

蛇形机器人以其独特的身体结构和运动形式能够适应各种复杂环境。为了验证蛇形机器人的运动能力,设计了一种前进中可做周期性运动的蛇形机器人,重点讨论了其关节机构的设计和运动原理;通过建立蛇形机器人运动的数学模型,并结合其运动的周期性,详细分析了三连杆模型的运动步态特性。研究结果表明,三连杆运动步态提高了蛇形机器人的运动能力。     

基于耦合算法的类人机器人模仿学习控制方法

为提高类人机器人模仿学习的准确性及效率,建立了一种改进的粒子群算法优化超限学习机的模仿学习模型。采用非线性动态系统对示教时的相关数据进行建模;以动态自适应策略改进粒子群算法的惯性权重,并利用改进后的粒子群算法对超限学习机的网络参数进行寻优;利用该耦合学习模型对模仿学习动态系统的参数进行学习,并重现了模仿学习动作。实验结果表明,该耦合算法应用在类人机器人模仿学习方面具有很好的拟合精度、自适应性及泛化能力,重现模仿学习动作时的平均误差为0.0172。     

蛇形机器人的研究与发展综述

对国内外蛇形机器人进行了研究和分析,将其分为形态研究、运动学和动力学模型、步态控制及稳定性等研究内容,从二维运动和三维运动角度,对研究内容进行了综述、分析和总结。结合蛇形机器人的结构和运动步态特点,对国内外研制的蛇形机器人进行了分类,最后对蛇形机器人的研究发展进行了展望。     

Comparative study of tracking control for a mobile manipulator: Nonholonomic and dynamic cases

This paper gives an in-depth treatment of the modeling and control of a mobile manipulator which consists of a robotic manipulator mounted upon a mobile robot. By neglecting slip of the platform's tires, nonholonomic constraints are introduced into the equations of motion. By considering wheel slip, the assumption of nonholonomic motion is violated. Nonholonomic and dynamic models of a mobile manipulator are developed and compared using the Lagrange-d'Alembert formulation and the Newton-Euler method, respectively. The dynamic model which considers wheel slip incorporates a nonlinear tire friction model. The tracking problem is investigated by using imput-output linearization for the nonholonomic model. For the dynamic model, a robust control method based on a matching condition is developed to eliminate the harmful effects of wheel slip, which acts as a disturbance to the system. Then, the effect of wheel slip on the tracking of commanded motion is identified via simulation. The effectiveness of the proposed control algorithm is demonstrated through computer simulation.     

Trajectory planning of mobile robots using indirect solution of optimal control method in generalized point-to-point task

This paper presents an optimal control strategy for optimal trajectory planning of mobile robots by considering nonlinear dynamic model and nonholonomic constraints of the system. The nonholonomic constraints of the system are introduced by a nonintegrable set of differential equations which represent kinematic restriction on the motion. The Lagrange’s principle is employed to derive the nonlinear equations of the system. Then, the optimal path planning of the mobile robot is formulated as an optimal control problem. To set up the problem, the nonlinear equations of the system are assumed as constraints, and a minimum energy objective function is defined. To solve the problem, an indirect solution of the optimal control method is employed, and conditions of the optimality derived as a set of coupled nonlinear differential equations. The optimality equations are solved numerically, and various simulations are performed for a nonholonomic mobile robot to illustrate effectiveness of the proposed method.