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．     

基于惯性测量单元的欠驱动球形机器人惯性参数辨识

针对欠驱动球形机器人,提出基于惯性测量单元的惯性参数辨识方法。首先,根据Kane方法建立欠驱动球形机器人的动力学模型;其次,利用该模型中的三个欠驱动方程推导出球形机器人惯性参数辨识模型;最后,以一种新型的球形机器人为实验平台,根据安装在球形机器人框架上的惯性测量单元实测信息,对本文方法进行实验验证。实验结果表明,辨识结果具有合理性。该方法简单可行,为其他欠驱动机器人惯性参数辨识提供了一种新的思路。     

柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据.     

太阳能电池自动布贴机器人动力学分析与仿真

对空间太阳能电池片自动布贴机器人的大尺寸机构系统进行了深入研究,考虑关节运动为全约束运动,利用Eu ler变换法和Lagrange方程对机器人的两个主要运动系统导向定位系统和布贴系统进行了运动学和动力学建模分析,导出了描述两运动系统的雅可比矩阵以及显示形式的动力学方程,通过仿真证明了数学模型的正确性,为进一步研究该机器人的运动控制和轨迹规划问题打下了基础.     

库仑摩擦力对球形机器人运动状态影响的分析

将机器人分解为球体滚动和单摆摆动两个系统进行分析,分别建立了沿直线行走时,在受纯滚动约束和此约束被打破时的动力学模型,分析了单摆系统对球体滚动系统的影响,推导出保证球形机器人纯滚动时的条件,并利用摩擦锥的概念将之推广到三维空间.最后针对仿真实例推算出球形机器人纯滚动约束的条件,以及当纯滚动约束条件破坏时运动状态变化曲线.     

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.     

一种全方位球形机器人的运动学分析

球形机器人是一种非完整系统，它利用电机作为动力输入，通过改变配重重心的位置实现了球形机器人全方位的运动。本文通过球形机器人运动学分析，考虑到运动过程中滑动摩擦等因素对运动的影响，建立了全方位球形机器人动力学模型，为该类机器人的结构与控制系统设计提供了理论依据。     

并联6-SPS机器人动力学分析

并联 6-SPS机器人是一种特殊结构形式的机器人 .通过对其动力学问题进行探讨 ,给出了并联6-SPS机器人系统的动能、惯性张量、惯性力的矩阵表达形式 ,利用动力学普遍方程建立了运动控制方程 ,得到了机构 6个液压缸的驱动力和上平台所受广义力之间的关系式 ,并进行了计算机仿真计算 ,为并联机器人的结构设计和动力控制提供了依据 .该分析方法简明、实用 ,公式形式整齐 ,便于编程计算 .     

空间柔性机器人动力学分析的快速积分算法

以空间柔性机器人为研究对象,分析了机器人柔性多体系统动力学建模过程,研究了根据广义动力学方法所建立的大型微分-代数方程的快速数值积分算法.本文采用Lagrange方法研究了空间柔性机器人的动力学模型,通过判断系统中铰的类型(主动关节和被动关节),建立机器人系统的微分-代数动力学方程,最后采用线性多步积分算法对建立的大型微分-代数方程进行高效率求解. 仿真算例的结果表明,本文研究的线性多步积分算法对求解大型微分-代数方程速度快,效率高,为空间机器人实时动力学仿真打下坚实的基础.     

柔性机器人的模糊神经网络控制研究

对具有未知或变化动力学特性的两连杆柔性机器人的轨迹跟踪问题进行了研究。采用Lagrange-Euler方程建立了柔性机器人的动力学方程。鉴于柔性机器人的高度非线性和复杂性,用智能控制策略对系统进行控制,其中在系统的反馈控制回路上设计了模糊逻辑控制器,在前馈回路上设计了动态回归神经网络控制器。在三组不同阶跃输入条件下,对模糊逻辑及智能控制器进行了仿真研究。结果证明该方案可使系统性能得到极大的改善。     

一种具有稳定平台可全向滚动的球形机器人设计与分析

提出了一种具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置．该球形机器人由装在球体内部、相互垂直布置的两台伺服电机驱动,可在平面上全向滚动．在球形机器人内部有一个稳定的仪器、设备搭载平台,这个平台在球体全向滚动过程中始终保持稳定的姿态而不随球体一起滚动．介绍了该球形机器人的结构原理,基于其运动的非完整约束,利用广义欧拉角给出了其运动微分方程,建立了该球形机器人的运动学模型,结合实例对该球形机器人进行了运动分析和仿真．     

球形机器人的爬坡与弹跳能力

首先分析了球形机器人的爬坡能力,进行了爬坡实验。然后利用相平面法对球形机器人弹跳前的运动进行了分析，得到了起跳条件；利用质点系的达朗伯原理得到了球形机器人弹跳后的动力学模型。最后制作了一套弹跳实验装置，并对该模型进行了仿真和实验。仿真和实验的结果验证了分析的正确性及球形机器人弹跳运动的可行性。     

球形巡检机器人的动态平衡控制

提出一种解决球形巡检机器人动态平衡控制的方法．利用微分同胚和输入变换建立级联非线性系统模型,设计了基于sigmoidal函数的状态反馈控制律．该方法能够保证闭环系统的状态全局渐近收敛到期望的邻域内．仿真和实验结果表明该方法可行．     

四轮移动机器人轨迹跟踪的最优状态反馈控制

对具有量测噪声、模型噪声和输入信号干扰的四轮移动机器人轨迹跟踪的最优状态反馈控制进行研究.建立系统的运动学与动力学方程和轨迹生成方程,导出了相应的离散状态方程式,采用卡尔曼滤波器对伴有高斯白噪声的系统状态方程进行了状态估计,提出一种基于李亚普诺夫稳定性的最优状态反馈控制策略.给出了补偿输入信号干扰的自适应算法.仿真结果表明,所提出的控制算法,在四轮移动机器人轨迹跟踪中,能有效地抑制系统的模型、量测和输入信号中的随机噪声和扰动,提高系统的跟踪精度和动态响应速度,使系统具有优良的静、动态特性．     

串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统

空间机器人由于基座可以自由运动,增加了自由度,其运动学和动力学模型比地面固定基座机器人要复杂得多,而且低轨航天器受重力梯度影响较大。首先推导了空间机器人的运动学方程,并采用拉格朗日方程建立了正动力学模型,然后基于牛顿-欧拉法推导了空间机器人的耦合动力学方程,给出了动力学非线性项的数值计算方法,还推导了空间机器人在轨运动时的重力梯度力矩。最后,针对一类串联旋转关节的空间机器人,采用模块化设计的思想建立了动力学仿真模型,利用所建仿真模型对空间机器人的操作任务进行数值仿真,分析了重力梯度力矩的影响,提出了减小这些影响的建议。     

水下球形机器人BYSQ-2的原理与动力学分析

提出了一种新型水下球形机器人BYSQ-2的结构构型,其内部转向机构与螺旋桨推进器配合可完成基于惯性系的水下六自由度运动。由于外形的球对称性,BYSQ-2的运动方程较为简单,且流体动力学计算没有耦合项。由于配重在运动过程中绕水下球形机器人中心旋转,因此分别研究配重和其它部件的动力学特性,便于系统的建模分析和控制研究。     

微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。     

微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。