基于激光雷达的多关节机器人姿态自动控制研究

为了避免机器人坡面行进姿态与平坦地形直行姿态出现较大偏差,保证多关节机器人运动稳定性,研究基于激光雷达的多关节机器人姿态自动控制方法;结合激光雷达定位导航技术,构建CPG单元振荡器模型,根据运动步态生成原则优化处理足结构参数,完成多关节机器人的运动姿态参数设定;根据姿态参数设定结果实现运动坐标转换,利用动力学方程的简化与分解表达式,确定非线性耦合项参数化处理结果,整合所得变量数据建立反馈控制器连接闭环,利用反馈控制器连接闭环自动控制多关节机器人姿态;对比实验结果表明,在激光雷达技术作用下,机器人上、下坡步长与平坦直行步长之间的误差最大值仅为10%,机器人行进过程中不会出现明显晃动情况,多关节机器人运动稳定性较高。     

具有谐波减速器的机器人关节建模与动力学参数辨识

针对串联机器人,提出了一种改进的机器人关节模型,并采用该模型开展了机器人动力学建模与辨识工作。建立了机器人动力学模型,对机器人关节结构进行分析,改进了关节模型,并通过谐波减速器的输入力矩近似估计其摩擦力矩。选取傅里叶级数为激励轨迹并优化其参数,通过控制关节按照所得轨迹运动,采集并处理相关数据,并基于加权最小二乘法分别辨识机器人关节模型参数与连杆动力学参数。通过关节预测力矩对所得参数进行验证,结果表明,基于改进关节模型的机器人动力学模型精度得到明显提升。     

基于肌电信号的上肢多关节连续运动估计

为了建立联系肌电信号与上肢关节连续运动量的一般化模型,首先利用Vicon视觉系统分析了人体上肢的运动特性,然后采集与上肢运动直接关联的肌肉表面肌电信号,并从中提取肌肉活跃度特征;在此基础上,采用主元分析算法对关节运动解耦,并计算决定关节运动的肌肉活跃主元,最后通过拟合高阶多项式构建了映射肌肉活跃度到上肢多关节角度的运动模型.大量的实验结果验证了利用本文建立的模型可以精确估计人体关节连续运动角度,而且本文方法的估计性能优于传统神经网络.     

考虑关节柔性的模块机器人动力学参数辨识

提出了一种基于3维运动测量系统Optotrak3020的柔性关节模块机器人动力学模型参数辨识方法.首先将机器人的动力学模型参数化为不包括刚度力矩的线性形式,避免了参数矩阵的标定问题.激励轨迹基于有限的傅里叶级数函数,采用自适应遗传算法得出了优化的傅里叶级数系数.机器人每一关节单独跟随优化激励轨迹进行运动,同时电机位置、...     

3关节单杠体操机器人的动力学参数辨识

在采用拉格朗日方法确定了3关节单杠体操机器人动力学模型结构的情况下,动力学参数的精确辨识对机器人实时控制的实现显得十分重要.为实现对体操机器人多个动力学参数的精确辨识,在传统的遗传算法中,通过引入混合编码、海明距离、可变精度的交叉操作、正交试验设计、动态编码和反馈式突变等思想,再加上特殊设计的适应度函数,形成了一种改进的遗传算法.该算法在统计上更加合理,鲁棒性更强,更容易搜索到接近全局最优的可行解.通过体操机器人各个关节自由运动实验与模型数值仿真实验数据的实际比较,验证了所提出改进遗传算法的有效性,实现了3关节单杠体操机器人模型更为优化的动力学参数辨识.     

基于递归神经网络的人体肌肉控制模型研究

在研究了人体运动的基础上提出了一种基于改进的Elman网络模型的人体肌肉动力学模型,给出了网络的学习算法,并以运动员举重提铃动作的下肢肌肉运动为研究对象,建立了最优关节力矩逼近的Elman肌肉动力学网络模型.结果表明该模型通过预测肌肉神经控制激活参数,较好地拟合了关节力矩曲线.     

运动辅助的CPG控制及其关键参数分析

针对运动辅助过程中主/从运动生成的问题,在原有松岗（Matsuoka）数学模型的基础上引入适应系数建立了一个新的CPG模型,获得了理想的主/从关节目标轨迹;利用仿真分析手段调查研究了CPG模型的关键参数对其输出振荡的影响规律;以单关节运动辅助为控制对象,建立了相应的人机交互运动系统的动力学模型,利用基于MATLAB的仿真试验对CPG控制的有效性进行了验证。结果表明,根据CPG各个参数与输出的变化规律,适当调节各个参数可以获得理想的输出;CPG生成的运动轨迹有效规避了传统助力机器人控制模型中复杂的运动学和动力学解算;可根据实际需求调整外部参数[C]从而有效地生成辅助装置主/从运动模式;控制方法对单关节运动辅助具有明显效果。     

工业机器人负载动力学参数辨识方法

为了解决负载变化导致的机器人控制性能降低的问题,本文在分析负载动力学参数对各关节力矩的影响的基础上,提出了一种仅驱动机器人的第3、4、5、6轴运行激励轨迹的辨识方法.首先,基于最小惯性参数集线性化工业机器人动力学模型;其次,在分析负载参数对各关节力矩的影响的基础上,选取相应的运动关节轴,设计适用于负载辨识的有限项傅里叶级数的优化激励轨迹;然后,在空载和带3种不用负载情况下运行激励轨迹,采集关节角度和关节力矩数据,并将数据通过低通滤波器处理;最后,基于动力学线性模型使用加权最小二乘法辨识负载动力学参数.机器人运行验证轨迹,通过计算负载力矩计算值和测量值的差的均方根(RMS)来评价负载辨识结果.同时将该方法与CAD (computer aided design)方法对比,结果显示前者最多可以将后者RMS值降为原来的16%,且该方法对不同负载辨识结果稳定有效.该方法避免了驱动所有关节轴运动的方式,减小了机器人耦合带来的误差,同时缩短了激励轨迹参数优化时间,有效提高负载动力学参数的辨识效率和效果.     

多关节机器人工作空间仿真方法

多关节机器人的工作空间是反映机器人运动能力的一个重要指标。提出了一种简化的多关节机器人工作空间仿真方法,可以不用求解正运动学方程,只要根据简单的机器人关节变换参数就可以通过仿真迅速得到其运动空间。以Brokk50机器人为例,首先建立其D-H变换坐标图并确定变换参数,然后以Matlab为仿真工具建立仿真模型并验证参数正确性,最后运用提出的新方法快速求出其运动空间。从而能够为多关节机器人的设计改进、遥操作和轨迹规划等工作提供参考。     

新型蛇形机器人蜿蜒运动的动力学分析

为提高蛇形机器人执行各种运动的能力,研制了新型蛇形机器人系统．重点研究了该蛇形机器人的动力学．建立了机器人的运动学模型,并根据运动学模型提出了控制蛇形机器人蜿蜒运动的复合运动控制方法．用拉格朗日方法建立动力学模型,对不同参数下蛇形机器人的关节力矩特性和摩擦力特性进行了分析比较,为蛇形机器人的有效运动提供了理论依据．     

A Linear Approach for Experimental Dynamic Parameter Estimation of Planar Mechanisms

Because of joint constraints, not all standard dynamic parameters of amechanism affect its dynamic response. The set with the minimum numberof standard dynamic parameters or linear combinations of standarddynamic parameters that is sufficient to uniquely determine the dynamicresponse of the mechanism is defined as a set of base dynamicparameters. Accurate knowledge of base dynamic parameters is crucial foraccurate dynamic analysis. This paper presents a new experimental methodto estimate base dynamic parameters based on linearized dynamic modelsand frequency analysis techniques. Rather than using traditionaltrajectories, the system to be estimated is excited with a hammer forcecausing oscillation in several small neighborhoods that are optimized.It is locally treated as a linear system. Base dynamic parameters areextracted from the frequency response function (accelerance). It isshown that all base dynamic parameters of nonlinear systems can beestimated with this new method. This is a general method that can beused in the estimation of general mechanisms. The method is successfullytested on a computer simulated response of a planar four-bar mechanismin four optimal spring-loaded static equilibrium positions with 10 dB ofsuperimposed noise.     

Optimal dynamic pricing and replenishment policy for perishable items with inventory-level-dependent demand

An inventory system for perishable items with limited replenishment capacity is introduced in this paper. The demand rate depends on the stock quantity displayed in the store as well as the sales price. With the goal to realise profit maximisation, an optimisation problem is addressed to seek for the optimal joint dynamic pricing and replenishment policy which is obtained by solving the optimisation problem with Pontryagin’s maximum principle. A joint mixed policy, in which the sales price is a static decision variable and the replenishment rate remains to be a dynamic decision variable, is presented to compare with the joint dynamic policy. Numerical results demonstrate the advantages of the joint dynamic one, and further show the effects of different system parameters on the optimal joint dynamic policy and the maximal total profit.     

基于库伦-粘性摩擦模型的大腿假肢动力学参数辨识

基于模型的智能假肢控制方式具有物理意义明确、参数变量少的优势,但受建模误差、模型不确定等因素的影响,其控制精度仍有待进一步提高,而有效措施之一便是假肢先验动力学建模与辨识.本文针对实验室新设计的动力大腿假肢,研究了基于库伦-粘性摩擦的大腿假肢动力学参数辨识问题.首先,基于拉格朗日方法建立了具有固定传动比动力膝关节和非线性传动比动力踝关节的大腿假肢动力学模型;其次,采用库伦-粘性摩擦模型来描述假肢动力学模型中的关节摩擦行为;最后,通过粒子群优化算法辨识了大腿假肢的动力学参数.结果表明,相比于基于3D建模软件的估计参数,基于辨识参数重构的膝、踝关节电机扭矩与实测扭矩的均方根误差分别降低了93.55%和80.83%,模型精度得到了显著提高.这一结果不仅验证了本文假肢动力学建模与参数辨识方法的有效性,也为假肢后续的高精度控制提供了技术支撑.     

水平运动的三自由度欠驱动机器人的位置控制

以水平运动的三自由度欠驱动机器人为研究对象,对其位置控制问题进行研究．基于分层控制思想提 出一种模糊控制系统,将欠驱动机器人末端位置控制问题进行分解,末端位置由主动关节的旋转与被动关节的伸展 或收缩组成．第1 关节按照规划的曲线运动,第2 关节和第3 关节通过动力学耦合作用运动到期望位置．主动关节 2 的控制力矩或控制电压通过对模糊逻辑控制器的输出量进行加权求和得到．采用该控制原理,通过数值仿真和实 验实现了3R 欠驱动机器人在操作空间中末端点到点的位置控制．     

基于dyna971的数控镗铣机床动态模拟仿真

落地式数控镗铣机床结构复杂,为保证机床具有良好的动态性能,在开发设计该类机床时要进行整机的动态模拟仿真分析。针对这一要求,提出一种实际设计中实用化程度较高的机床动态模拟仿真思路,首先对数控落地镗铣机床样机进行模态试验,获取床身〖CD*2〗滑座、滑座〖CD*2〗立柱、立柱〖CD*2〗主轴箱等结合面的模态参数,在对模态参数进行有限元方法优化识别后,利用COMBIN14单元模拟优化后的结合部参数建立机床整机有限元模型。在dyna971软件平台对整机有限元模型进行动态模拟仿真,从模拟仿真分析结果可以看出机床在受到外界作用力时,其输出的应力和应变变化波形平稳,说明经过上述分析而设计出的机床具有良好的动态性能。目前,该研究成果已应用于此类型机床的批量生产。     

面向动态流程工厂模型的快速分层层次细节法

分析了现有基于面片的分层层次细节算法在处理大规模动态流程工厂模型时存在的预处理时间过长、更新操作耗时等不足.提出一种新的基于基本体元的快速分层层次细节方法.该方法在体元级别对设备和元件进行聚合,对管线进行分割,建立场景图,然后基于几何参数和形状特征计算各体元的层次细节.利用管子及其元件的拓扑连接关系构成"组合管子",在体元级别对其进行合并简化.实验结果表明,对具有10M左右面片复杂度的动态流程工厂模型,该方法在普通PC机上能够在保证一定绘制质量的前提下将模型绘制速率平均提高3倍左右,并且将预处理时间控制在7min以内.     

基于蚁群算法和特征融合的空间目标分类

针对支持向量机核参数和误差惩罚因子较难选择以及采用单一特征分类效果较差的问题,提出了一种基于蚁群算法与特征融合的空间目标分类算法,克服了以往反复试验以确定其参数的缺点,优化了特征。该方法分类正确率达90%左右,与采用单一特征分类的结果相比,效果较好。验证了方法的有效性。     

Measurement and analysis of structural dynamics properties of robotic joint transmission system

The flexibility of a robotic manipulator is considered an important factor, especially the joint compliance for improving the accuracy and operating speed of a robot application. In this article, two methods are employed to identify the structural dynamic characteristics of each joint transmission system of an ITRI-U type robot. The driving system of each joint is modeled as a mass-spring-damper mechanism that has a second-order dynamic mathematical equation. Then, the response experiments of hammer impact excitation and motor driving actuation are done and the difference between them compared. Those are used to simulate two different operation situations, the robot colliding with the environment and the discontinuing dynamic operation impacts. The system's parameters of each joint axis are obtained by the system identification technique. From the experimental results, the angular error of the motor shaft can be compensated by the control gain of the motor controller. However, the small damping ratio of the robotic mechanism limits the magnitude of servo gain. If the servo gain increases, the robot arm has oscillation phenomenon during dynamic operation. In addition, the error due to joint elasticity cannot be overcome by the current industrial robotic controller. Therefore, a suitable controller should be designed to compensate the dynamic effects of joint compliance with the identified parameters.     

机器人操作臂奇异路径约束最优轨迹规划

路径约束最优轨迹规划的关键是引入标量路径参数来降低优化问题的维数 ．当路径穿越奇异点时，由于关节位移难以表示为任务空间路径参数的解析函数，给常规的 路径参数化方法带来困难．本文引入一种新的参数化方法，采用路径跟踪方程解曲线的弧长 为参数，解决了奇异点邻域的路径跟踪问题，把奇异路径轨迹规划转化为常规规划问题，并 采用动态规划方法求解轨迹规划问题．仿真表明，本文提出的参数化方法与动态规划结合起 来，是解决奇异路径最优轨迹规划的有效途径． 