高压双分裂输电线路四轮机器人动力学 建模与仿真研究

电力机器人服役于超高压强电磁特种作业环境下,机器人动力学模型是机器人机械结构设计、电气系统设计及控制器设计的关键,且动力学模型的精确度和复杂度直接影响机器人控制性能和机器人的运行速度。针对高压双分裂输电线路四轮移动带电作业机器人常规动力学建模方法计算量大、复杂、不利于机器人机构和控制器设计的问题,提出了一种基于分层递推结构的机器人动力学建模方法。通过分解作业过程中机械臂的运动,利用拉格朗日动力学建模方法对机器人的机械臂基本动作进行了动力学建模,得到了机械臂基本动作的统一动力学模型,通过递推得出了四轮移动机器人的完整动力学模型,最后,通过机器人作业现场获取的关节电机实时数据,在MATLAB软件中进行仿真实验,结果验证了本文机器人动力学模型的正确性,为机器人物理样机开发、控制器和关节驱动机构的设计与选型提供了理论依据。     

基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真

为提高两足机器人的设计效率,降低设计成本,验证步态规划的正确性,在研制两足机器人物理样机前,应对其进行虚拟样机仿真.首先在ADAMS环境中建立简化的两足机器人动力学模型,然后在Matlab/Simulink中建立控制系统,最后利用二者之间的接口实现基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真,在仿真过程中观察两足机器人的行走过程,验证设计方案的正确性,为其物理样机的研制提供依据.     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.     

基于ADAMS的七自由度机器人动力学分析及仿真

针对七自由度机器人结构特点,以拉格朗日法为理论基础建立了机器人动力学方程,并对机器人进行了动力学分析。基于ADAMS仿真软件构建机器人虚拟样机模型,对七自由度机器人进行了动力学仿真,获得了各个关节驱动力矩的函数曲线,验证了模型设计的合理性。基于MATLAB软件对动力学模型进行数值分析,绘出其力矩曲线,并与ADAMS仿真曲线进行对比,验证理论计算的正确性。为机构设计提供数据和结构方面的参考,为进一步研发7自由度机器人设备提供可靠有力的依据。     

两轮自平衡机器人运动控制研究

轮式移动机器人是典型的不完整控制系统,其自身的不确定性影响控制的性能.以两轮自平衡机器人为研究对象,建立了机器人的运动学与动力学模型.利用多惯性传感器信息融合建立的基于T-S模糊模型的模糊控制器有效地解决了两轮自平衡机器人平衡控制的问题,并同时对轨迹跟踪的问题进行了探讨.仿真结果表明,通过多惯性传感器的信息融合建立的控制器对于机器人的平衡和跟踪问题是有效的,并在实际的实验中得到了验证.     

一款微小型球形机器人的动力学分析

利用拉格朗日方程等力学手段,分析了一款微小型球形机器人滚动和转动的运动特点,以及跳跃运动的起跳条件.分析该类机器人的进动形式的运动形态,建立了整合运动的通用动力学模型,实现了机器人沿任意曲线运动.对机器人进行了虚拟样机仿真,实验验证了上述分析的正确性.该研究为机器人非线性控制打下了基础.     

一种全向滚动球形机器人的动力学分析与仿真

研究了一种全向滚动球形机器人的动力学建模、分析与仿真方法．根据机器人所受的非完整约束,建立了其运动学模型．根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程,建立了其动力学模型,给出了消去未知Lagrange乘子的策略．得到了该球形机器人的完整动力学模型,即控制机器人运动的强耦合二阶微分方程组．建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型．运动实例的动力学分析和仿真结果验证了该方法的有效性．     

月球车连杆式差速平衡机构的运动学分析

为了提高月球车运动时车体平稳性和车轮承力平衡性,设计了连杆式差速平衡机构,利用ADAMS软件建立了该机构的三维仿真模型,对其进行了运动学建模、计算和运动仿真,分别获得了机构主要构件运动计算数据曲线和运动仿真曲线,对比验证了建立的运动学模型的正确性和设计的差速平衡机构对车体运动平稳性的作用,样机实验结果与理论计算及仿真结果较好吻合,进一步验证了分析方法和结论的正确性.     

3-TPT并联机器人动力学仿真研究

为了分析并联机器人动力学特性,采用ADAMS虚拟样机技术对3-TPT并联机器人的正逆向动力学问题进行了仿真研究.利用三维实体建模工具Pro/Engineer软件建立了并联机器人的三维实体模型,借助Pro/E软件和ADAMS软件的接口模块Mechanism/Pro,将三维实体模型导入到ADAMS并创建虚拟样机模型.分别对机器人的驱动杆、约束链的运动及受力等相关问题进行了仿真研究,获得了机器人动力学特性规律曲线.该虚拟样机技术对复杂机械动力学问题的研究具有借鉴作用.     

全方位移动下肢康复机器人的虚拟样机建模和仿真

通过对全方位移动康复机器人的运动学和动力学分析,建立机器人的动力学控制模型,同时采用虚拟样机技术建立机器人多刚体动力学三维模型,并通过定义输入输出变量及其接口,与Matlab软件进行机电一体化联合仿真．通过仿真表明康复机器人数学模型的正确性．     

双臂单腿跳跃机器人的动力学建模与仿真

总结了已有单腿跳跃机器人的局限性,提出了一种新型弹性单腿跳跃机器人系统.该机器人采用双臂驱动,弹性伸缩腿中不安装驱动原件,系统依靠内部动力学耦合实现动态站立平衡、起跳、稳定连续跳跃运动.对欠驱动非完整约束动力学系统进行了运动学和动力学建模.用MATLAB对本机械系统进行了仿真,验证了模型的正确性,为机器人的运动控制和结构优化奠定了理论基础.     

非完整约束下腿轮式机器人的路径跟踪控制

在分析一种腿轮式机器人运动原理的基础上,建立了机器人在非完整约束作用下的动力学模型并讨论了路径跟踪控制问题．由于机器人受到非完整约束,线性控制方法难以实现准确的路径跟踪,为此设计了基于滑模控制的路径跟踪控制器,实验结果证明了所提出控制方法的有效性．     

四足机器人跳跃步态控制方法

针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹簧阻尼模型,蹬地阶段使用虚拟模型调整腿部对地推力方向,摆动相使用贝赛尔曲线规划足端轨迹。通过在动力学仿真软件中构建与液压驱动四足机器人SCalf-II同尺寸、同质量的虚拟样机对所提出的方法进行仿真验证与测试,结果表明机器人在5个周期后形成了有较强周期性的Bound步态,前进方向速度波动较小,各关节运动范围、速度、力矩均在SCalf-II设计指标之内,从而验证了该方法的正确性和有效性。     

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．     

欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化

针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人. 欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练. 建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数. 根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比. 实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性.     

自平衡自行车机器人的运动学分析

针对一种自行车机器人进行了运动学分析,得到了自行车机器人横滚角度与倾倒角度和驱动速度之间的函数关系。从理论上给出了能够调整机器人稳定所需要的驱动速度的下界。只要驱动速度高于此临界值,就能够通过车把保持车体平衡。计算机仿真结果表明,当机器人具有不同横滚角度和车把转角的姿态时,要将其调整回平衡态所需的驱动速度处于以该临界值为下限的一个区间。基于这种运动学关系进行了自行车机器人的运动控制实验。通过将横滚角度理论计算值与自行车机器人的实验数据进行对比,发现这两者是基本一致的。从而通过实验验证了所提出的上述运动学分析的正确性。     

空间机器人的可变增益滑模控制方法

针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/Simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不确定时的动力学方程。设计了一种滑模控制器,在控制器中引入了可变增益,该增益可根据系统的不确定性和系统的运动状态进行调整,从而使控制器具有很强的鲁棒性。基于Simscape Multibody软件模块,对空间机器人的理论动力学模型进行了验证。在此基础上,针对多关节运动和系统模型不确定两种情形,利用可变增益滑模控制算法进行了空间机器人的轨迹跟踪仿真实验。实验结果表明,与传统的计算力矩法相比,本文提出的控制算法呈现出更高的运动控制精度和误差收敛速度。     

基于MPU6050的双轮平衡车控制系统设计

双轮平衡车是一个高度不稳定两轮机器人,单独使用陀螺仪或者加速度计都不能提供有效而可靠的信息来保证车体的平衡.介绍了以STC12C5A60S2单片机作为核心控制器的双轮平衡车控制系统设计方案,采用MPU6050六轴传感器采集角度和角速度信号,应用卡尔曼融合滤波方式和PID控制算法,以实现双轮平衡车的平衡和简单的直立行走.