先进机器人中的动力学与控制专刊序

围绕柔性机械臂动力学建模方法、空间机器人捕获动力学、多智能体控制、仿生跳跃机器人设计与分析等研究主题,本专刊介绍了先进机器人动力学与控制领域的一些最新研究成果.     

时滞系统非线性动力学研究进展

综述了近年来时滞系统非线性动力学的研究进展,重点阐述了时滞系统的稳定性与分岔、时滞系统的混沌及其控制、时滞系统随机动力学研究、时滞网络系统的动力学方面的一些理论和方法的研究结果,结合研究现状展望了若干值得关注的问题.     

灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控制综述

灵长类仿生机器人是通过智能机械手段模仿灵长类运动的一类机器人,针对其悬臂运动仿生的控制研究是该领域的热点.综述了目前灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控制的研究方法,给出了悬臂运动仿生控制的一般方法与基于"动态伺服"理论的悬臂运动仿生控制策略,提出了悬臂运动仿生控制中亟待解决的若干问题,并对今后灵长类仿生机器人悬臂运动仿生控...     

仿生机器人的研究

对国内外仿生机器人的研究和开发做了全面的综合概括和总结,从运动机理的建模、感知信息的处 理、控制计算的优化、能量代谢的效率和仿生材料的合成，分析了仿生机器人的关键技术问题，阐述了未来仿生机器 人的发展趋势与方向.􀁱 􀁽     

仿生振动翼推进器模糊控制实验研究

在水洞中对月牙尾鳍状的振动翼进行了水动力学实验，并讨论了St 数、相对攻角、无量纲振幅、相位 差为涡流控制参数的振动翼仿生推进的涡流控制方法．在尾鳍推进器平台上进行自由航行实验，结果表明，通过模 糊控制方法主动控制振动翼的St 数以及其余涡流控制参数，可以有效地减小平台的功耗，获取更高的游动速度，平 台游动速度最高达1.87 m/s，同时振动翼尾鳍的St 数被控制在0.4 ～ 0.5     

基于虚拟样机技术两栖仿生机器蟹的仿真研究

采用“虚拟样机”技术,建立一个集三维实体设计、动力学建模、控制、可视化仿真于一体的两栖仿生机器蟹机算机仿真环境,对两栖仿生机器蟹的静力学、运动学以及动力学进行了仿真研究,获得了较理想的仿真结果,为进一步进行机器蟹研究工作提供了新的条件。     

带电作业用便携式仿生机械臂作业路径的自动化控制方法

为增强对机械臂作业路径的控制效果,本文提出带电作业用便携式仿生机械臂作业路径的自动化控制方法。在测定仿生机械臂参数后,建立机械臂的有限元模型,更直观地表达便携式仿生机械臂的动态变形过程;结合近似逆动力学模型与CMAC控制技术,控制带电作业用机械臂的运动轨迹。实验结果表明,应用本文方法后,机械臂轨迹跟踪效果较好,避撞成功率也高于传统方法。     

仿生隔振器设计方法研究进展

基于仿生学的思想,通过模仿生物系统的结构几何构成特性,创新优化隔振模型是当今隔振领域的热门问题.本文基于仿生灵感来源的不同,对现有的仿生隔振器进行了系统的分类,并对不同设计原理的仿生隔振器恢复力本构与隔振性能做了详细的阐述和对比,旨在通过隔振器隔振频带的横向对比厘清几何构型与可调参数的影响,以此厘清隔振器几何设计和隔振性能的关系.并且,本文展望了未来仿生隔振器的发展前景和研究方向.     

仿生机器人运动步态控制:强化学习方法综述

仿生机器人是一类典型的多关节非线性欠驱动系统，其步态控制是一个非常具有挑战性的问题。对于该问题，传统的控制和规划方法需要针对具体的运动任务进行专门设计，需要耗费大量时间和精力，而且所设计出来的控制器往往没有通用性。基于数据驱动的强化学习方法能对不同的任务进行自主学习，且对不同的机器人和运动任务具有良好的通用性。因此，近年来这种基于强化学习的方法在仿生机器人运动步态控制方面获得了不少应用。针对这方面的研究，本文从问题形式化、策略表示方法和策略学习方法3个方面对现有的研究情况进行了分析和总结，总结了强化学习应用于仿生机器人步态控制中尚待解决的问题，并指出了后续的发展方向。     

周期激励下广义离散Duffing系统的多稳态分析

具有硬边界的动基座双自由度动力学系统在受到基座周期性激励与随机冲击扰动时,振子与边界碰撞后的强非线性特性导致系统产生复杂的混沌行为.本文基于Soft Actor-Critic强化学习框架,构建了同时实现振动控制与基座运动跟随的智能算法,研究了宽频域范围内含有硬边界约束的动基座双自由度系统的动力学控制效果.通过构建包含相对位移、控制力的复合奖励函数,实现动力学系统精度较高的轨迹跟踪与振动抑制.结果表明,该算法可以实现频率范围跨2个数量级(0.01Hz到1Hz)的有效振动控制,并通过与PID控制方法的比较,展现了该方法在复杂环境中的稳定性与泛化性.     

一类非线性隔振器振动传递特性分析

非线性输出频率响应函数是由Volterra级数发展而来的一个新概念.对一类具有反对称阻尼特性的隔振器,通过该概念推导出了振动传递性与系统非线性参数之间的显式解析关系；进而系统地研究了非线性阻尼参数对隔振器的力传递性能和位移传递性能的影响.研究结果表明,虽然非线性隔振器在受正弦信号激励下会出现高次倍频分量,但对于其传递性...     

从摆的非线性振动方程的派生性质求它的运动

探讨了摆的非线性振动方程的新解法．由此方程和初始条件着手,可推导出一系列派生性质,它们包括：最大位移,最大速度,初始加速度和相平面上的相轨线．把近似运动表成Fourier级数的形式,其中圆周频率也是待定的．令近似运动满足这些派生性质,便可以定出待定的Fourier系数和圆周频率．文中提出了4参数法和5参数法,即：4个或5个待定的Fourier系数和圆周频率．分析计算表明,4参数法己有较高的精度,5参数法的结果己和精确解相差甚微．     

基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制

本文研究了基于非线性能量阱的深海柔性张力腿的振动抑制问题.考虑端部参数激励和非线性能量阱(NES)作用下的张力腿力学模型,采用哈密顿变分原理推导出非线性振动控制的运动微分方程,利用伽辽金法进行离散化.通过参数分析和数值仿真计算,得到柔性张力腿的横向位移模态振动响应,同时还对比分析了NES与调谐质量阻尼器的减振性能.结果表明,相同情况下NES具有更为显著的减振效果,并且可以通过调整NES吸振器的参数,达到最优振动控制效果.     

滑动式磁力耦合车路能量收集装置设计、建模与实验

风致振动能量俘获技术是振动能量俘获技术领域的一个研究重点方向,具有解决无线传感器自供电的潜力.本文研究了非线性三稳态风致振动能量俘获系统的输出特性,并建立了动力学模型,对比分析了具有对称和非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统输出特性.分析结果表明,具有非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统初始工作风速较低,实现大振幅振荡的工作风速区间较宽.此外,分析了系统在不同外接电阻、等效质量和等效刚度线性项条件下的输出特性,通过分析发现,在定风速条件下,系统的输出电压随着外接电阻的增加而增加,当外接电阻大于10 MΩ时,输出电压的变化趋于平缓.最后,通过分析发现系统的等效质量和等效刚度线性项会对系统初始工作风速和有效工作风速区间产生影响.     

Generalized Nonlinear Stiffness Identification on Controlled Mechanical Vibrating Systems

A new algebraic parametric identification method in time domain for multiple degrees‐of‐freedom mechanical vibrating systems with high‐order nonlinear stiffness is proposed. Parameters of mass, damping and linear and nonlinear stiffness are estimated on‐line and, simultaneously, using transient real‐time position measurements and active control force signals. Parametric identification can be applied for real‐time estimation of both symmetrical and non‐symmetrical stiffness. Parametric identification is combined with adaptive planned motion control on Multiple‐Input‐Multiple‐Output nonlinear mechanical vibrating systems. Analytical and numerical results prove the effectiveness and efficiency of the proposed on‐line algebraic parametric identification approach.     

轮-带驱动系统单向离合器减振机理实验分析

以安装有单向离合器的轮-带驱动系统为研究对象,采用实验的方法研究系统中单向离合器对多楔带振动特性的影响.通过实验对比有无单向离合器的状况,明确单向离合器对轮-带动力系统的减振效应.并实验对比了多楔带初始张力对减振效果的影响.分析实验结果发现,装有单向离合器的轮-带驱动系统,多楔带的振动随转速变化呈现出非线性振动特性;单向离合器对轮-带动力系统多楔带的横向振动起到了显著的减振作用.     

粘弹性传动带非线性振动实验研究

利用实验方法研究粘弹性传动带的非线性振动.实验装置中的粘弹性传动带是同步带,通过伺服电机进行驱动,当电动机转速在某一恒定值上下变动时,带中的张紧力也会呈现周期性变化.通过改变传动带中张紧力的频率和幅值,得到了粘弹性传动带的频率响应曲线和周期运动、倍周期运动以及混沌运动的波形图和相图.     

用微分求积法分析输液管道的非线性动力学行为

将微分求积法(Differential Quadrature Method,简称DQM)应用于输液管道的非线性动力学分析,采用此法研究了受非线性约束输液管道的分岔现象和混沌运动问题.从悬臂输液管道模型出发,利用微分求积法形成管道的动力学方程.以分岔图、相平面图、时间历程图和Poincare映射等分析手段考察了系统参数(管内流速)变化对管道振动形态的影响.结果表明,在所研究的系统中存在出现倍周期分岔现象和混沌运动的参数区域,这与前人的研究成果具有一致性.这为一类结构的非线性动力响应问题提供了一种新的研究思路.     

磁流变悬架汽车的非线性振动特性分析

研究了具有磁流变阻尼器悬架系统汽车的非线性动力学行为.汽车采用七自由度模型,磁流变阻尼器采用Sigmoid模型,路面激励为四轮有不同相位差的正弦激励.根据第二类Lagrange方程建立了汽车振动微分方程,采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真.以激励频率为参数分析汽车振动响应分岔过程,并通过时间历程图、相位图等分析了汽车在不同频率范围的振动特性,结果表明在特定的激励频率区间汽车发生混沌运动.分析结果可为基于磁流变阻尼器的车身振动控制提供理论指导.     

Nonlinear oscillations in a linear stochastic oscillator

The influence of the dependence between the characteristics of an ergodic Markovian switching process and a phase coordinate on oscillator behavior are studied in the paper. Translated from Kibernetika i Sistemnyi Analiz, No. 3, pp. 174–176, May–June, 2000.