一种绳驱动并联清洗机器人的控制策略研究

绳驱动并联清洗机器人可以有效地代替人工实现对外墙的清洗作业，但是由于其自身受到外界干扰较多，而且机器人的所有动作都要确保绳索处于张紧状态，因此与传统的并联机器人相比，研究绳驱动并联清洗机器人的运动控制问题更具有挑战性。考虑实际使用过程中系统受到的外力干扰问题,通过牛顿-欧拉法和拉格朗日方程建立包含绳索弹性的系统动力学模型；结合PD前馈控制和传统的PID控制，设计包含绳索张力优化算法的控制律，通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制算法的稳定性；通过数值分析验证了绳驱动并联清洗机器人在受到外力扰动时的理论跟踪性能，证明了该控制算法的有效性。     

绳驱并联机器人实时正解数值算法

提出一种求解冗余约束绳驱并联机器人实时正解的数值算法。建立八绳六自由度绳驱并联机器人运动学模型,并对其机构进行参数化,根据矢量封闭原则计算绳索长度。由反解方程导出非线性正解方程组,取运动平台的初始位姿作为初值,运用Dog Leg算法迭代求出位姿正解。取圆曲线作为运动平台的运动轨迹,实时仿真实验表明该算法可完成精确的位姿正解运算。实验结果显示5种位姿组合平均耗时均小于0.07 ms,满足求解绳驱并联机器人位姿正解的实时性要求。     

基于Fluent的飞行型绳牵引机器人气动特性分析

通过Fluent软件分析飞行型绳牵引并联机器人的气动特性,通过比较飞行型绳牵引机器人在采用4种动平台时的表面压力分布得到了动平台的最佳形式;研究了飞行型绳牵引机器人在不同攻角和速度条件下升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数的变化规律;研究了飞行速度为17 m/s时飞行型绳牵引机器人的气流速度分布状况。研究结果可为飞行型绳牵引机器人的结构设计和运动控制提供理论依据。     

面向UAV的绳驱动空中机械臂动力学建模分析北大核心

为解决空中机器人与外界环境交互作业问题,设计了一种面向UAV的绳驱动空中机械臂系统,并研究了其系统建模方法。首先,设计了绳驱动空中机械臂的虚拟样机,详细地介绍了其机械结构、工作原理以及绳索解耦方式;其次,综合牛顿-欧拉法、拉格朗日法、旋量理论、空间算子代数理论4种方法推导出了整个系统的正反向运动学模型和正反向动力学模型;最后,通过仿真算例对绳驱动空中机械臂的性能进行了模拟评估。结果表明,所建立的绳驱动空中机械臂系统模型是合理有效的,能较为准确地反映系统的动态特性,所提出的综合建模方法对其它多刚体系统的建模具有一定的参考价值。     

3DOF-PAM并联机器人设计与动力学建模

该设计依据气动肌肉特性和并联机器人理论,结合仿生学的设计方法,开发了一个3自由度气动肌肉并联机器人机构。基于气动肌肉的变刚度特性,将其简化为变刚度弹簧,并通过考虑其在机构运动过程中的质心变化特性,结合拉格朗日动力学方法对3DOF-PAM并联机器人进行动力学建模,运用MATLAB软件对建立的动力学模型进行仿真分析研究,分析3DOF-PAM并联机器人在不同负载下运动过程中的动力学特性,为气动肌肉驱动的并联机器人的高精度轨迹控制建立理论基础。     

3-RCR并联机器人的设计和运动分析

基于螺旋理论的约束螺旋和运动螺旋,对3-RCR并联机器人的三条运动支链进行研究,确定该并联机器人的自由度。通过动静坐标系的相互转换所建立的位置方程,获得3-RCR并联机器人的位置正逆解。基于MATLAB软件进行编程求解,得到正逆解的数值算例。     

基于OpenGL的三自由度并联机器人三维运动仿真系统

机器人三维仿真在机器人的研究开发中具有重要作用，是当前机器人研究领域中最新的研究方向之一。本系统利用Visual C 调用OpenGL图形函数对三自由度并联机器人及其工作环境进行建模和渲染。根据正解的结果显示其三维工作空间；并根据给定参考点轨迹及逆解的结果实时、动态的显示三自由度并联机器人的工作过程。     

三平移并联机器人机构的智能模糊控制研究

目前，有关并联机器人的研究多限于机构学、运动学和动力学方而的研究本文针对一种三平移并联机器人机构，在根据动平台运动要求，基于运动学分析实时求得各支路主动副期望角位移，建立了控制系统模型。设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的模糊控制器，仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪。仿真研究结果表明，该控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪，同时可削弱或避免常规模糊控制中的振荡现象和稳态误差。系统对参数摄动和外界于扰具有较强的鲁棒性。其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础。     

基于SimMechanics的新型3UPU UPS并联机器人仿真研究

针对一种新型3UPUUPS并联机器人进行了运动学和动力学分析,建立该并联机器人的运动学及动力学模型,在此基础之上运用Mat Lab中的Sim Mechanics模块精确建立该并联机器人仿真模块。根据该并联机器人的运动情况设计动平台运动轨迹,经逆解模块产生各个支链的运动轨迹,设计PID驱动控制器驱动该并联机器人进行仿真。最后将数值计算与仿真结果进行对比分析,结果表明:该种方式建立的机械模型和控制均都符合实际系统特性,并且避开了并联机构平台复杂的建模过程,对其他并联机构有很大的借鉴意义。     

基于SolidWorks & SimMechanics对3 UPU并联机器人运动学仿真及控制

基于螺旋理论,对3-UPU型并联机器人运动特性进行分析,运用SolidWorks软件建立机构模型,通过模型转换接口技术实现3-UPU型并联机器人SimMechanics可视化建模。并进行模糊PID控制系统设计,结合可视化模型实现3-UPU型并联机器人系统仿真。通过与传统PID控制仿真对比研究表明:3-UPU型并联机器人模糊PID控制系统具有控制精度高、响应速度快、动态性能好等优点,为少自由度并联机器人的可视化和控制系统研究等方面奠定理论研究基础。     

缆索检测机器人的系统设计与动力学仿真研究

针对目前国内外斜拉锁缆桥表面缺陷检测机器人在实施检测任务时攀爬能力不理想这一实际状态,为进一步改进检测机器人工作过程中的稳定性、提高相应的驱动力矩,提出了一种新型的电驱动缆索检测机器人系统设计方案.基于三维建模软件Solidworks创建了缆索表面检测机器人虚拟样机,在ADAMS/View环境下对虚拟样机进行了运动学仿真分析,得出了合理的运动学参数,最后制作了物理样机并进行了试验.试验表明,该检测机器人的攀爬能力得到了明显的改进,为今后缆索表面检测机器人总体性能的改进和优化设计提供了重要的依据.     

非结构化环境中基于栅格法环境建模的移动机器人路径规划

以非结构化环境中移动机器人路径规划问题为研究对象,阐述了基于栅格法进行环境建模和基于人工势场法进行路径规划的思想及方法。基于MATALAB,通过边走边测和完全遍历两种策略的栅格法进行环境建模,使环境中的信息能够实时更新以保证环境模型的准确性,同时基于人工势场法进行路径规划。结果表明:在非结构化环境中,基于栅格法环境建模和人工势场法结合路径规划的方法规划出来的路径具有很好的实用性、合理性、实时性和环境变化适应性。     

在役缆索自动检测

缆索检测是保证斜拉桥等大型斜拉结构安全的关键。在缆索机器人基础上，对缆索表面检查、内部检测和维护等进行了讨论。系统采用电磁检测方法，巳在徐浦大桥缆索机器人现场试验中成功进行了实践。     

基于MATLAB的高速重载斜齿轮时变摩擦力计算研究

为探究高速重载下斜齿轮时变摩擦力的求解计算与变化规律,基于最小弹性势能原理与动势能转化关系,提出一种时变载荷计算模型,并对时变接触线长度、摩擦因数等摩擦力参数模型进行计算与分析.运用切片法对时变摩擦力公式进行推导,并将计算结果与现有算法的结果进行对比分析.运用MATLAB软件对同一周期内高速重载工况下最大时变摩擦力的变...     

面向双机器人打磨过程的运动规划研究

针对双机器人轮毂打磨系统的运动规划问题，建立双机器人协调相对运动的运动位姿约束模型，并利用激光跟踪仪及七点法的标定方式分别解决模型中对于双机器人基座标系和工具坐标系的标定问题。选取轮毂边缘面，搭建仿真平台对运动模型进行验证，最后搭建基于dSPACE控制器的双机器人协调打磨实验平台，进行了协调打磨位置跟踪实验，结果表明：打磨机器人位置跟踪精度在4 mm以内，证明了模型的准确性与可行性。     

基于即时学习算法的铸坯质量预测方法

传统铸坯质量预测大多基于全局建模方法,存在自适应能力较差、预测精度不稳定等不足。为此,提出了一种基于即时学习算法的铸坯质量预测方法,主要特征为构建基于即时学习算法的局部模型,以取代传统全局模型,实现建模和预测同时在线进行,更适应于场景复杂、工况多变的连铸生产过程;根据连铸生产数据的时变性特点,在相似度计算中引入时间权重因子,强化样本数据与待测数据的相关性,更有利于提高铸坯质量预测模型精度。以国内某钢厂65号高碳钢铸坯三角区裂纹为例,具体说明即时学习算法在铸坯质量预测局部模型构建中的应用,并与铸坯质量预测全局模型的预测结果进行对比分析及评价。结果表明,基于即时学习算法的局部模型在评价指标上均优于全局模型,全局模型的预测准确率为65%,基于即时学习算法的局部模型准确率提升至90%,进一步阐明基于即时学习算法的局部模型用于铸坯质量预测的有效性。     

并联机构中虎克铰的刚度计算

以具体的虎克铰结构为对象,建立并联机构中虎克铰的刚度模型。构造虎克铰的姿态矩阵,分析并联机构运行过程中虎克铰的姿态反解、虎克铰姿态与作用力的关系。建立虎克铰上支座、下支座的刚度矩阵,利用弹性势能等效原理与坐标齐次变换关系,获得虎克铰沿并联机构支链轴向的等效刚度。研究结果为并联机构中虎克铰的刚度建模提供了一定依据。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。