履带式机器人虚拟控制平台的研究与设计

针对目前多履带机器人运动规律的探索难以深入和运动效果的展示难以实现等问题,研究并设计了一种基于虚拟实现技术而建立的履带式机器人控制交互展示平台;结合该辅助平台的建立过程,探讨了履带式机器人的虚拟遥操作技术,以及其虚拟显示与实际控制的同步性问题,提出了履带式机器人构建接触模型的处理方法,给出了其虚拟端运动学仿真以及相关的数学模型,使得平台控制可以借助于虚拟的反馈为依据;所讨论的设计方法和技术途径可为构建和开发其他相似的仿真平台提供参考和借鉴。     

基于MBD的教育机器人运动仿真平台研究

针对目前教育机器人缺少仿真平台的问题,建立了一个基于多体系统动力学的教育机器人三维运动仿真平台.对教育机器人仿真平台所涉及的关键技术进行研究.根据教育机器人特点和运动仿真需求,提出教育机器人动态仿真平台的框架结构.在给出教育机器人拼接件几何模型和物理属性统一表达方法的基础上,基于多刚体系统动力学理论,建立教育机器人离散动力学模型和碰撞接触响应模型,并提出了相应的仿真方法,模拟教育机器人的物理行为.对教育机器人控制器、传感器及执行器进行仿真,构建了教育机器人虚拟控制系统,实现虚拟教育机器人的控制.最后,实际应用表明,仿真平台能够较好地满足教育机器人运动仿真的需要.     

基于Java 3D的自重构机器人仿真平台的构建

介绍了新设计的一种同构阵列式模块化自重构机器人的模块结构和运动方式,针对这种机器人系统,为了验证控制算法,构建了可视化的自重构机器人仿真平台。选用Java 3D作为开发工具,采用类的封装和线程技术,设计了仿真平台的软件结构,并实现了在界面上进行交互式地显示三维运动过程。在此平台上对模块的运动进行仿真,给出了一个4×2×2矩形阵列模块的平移仿真示例,验证了该仿真平台的有效性。此仿真平台界面简单,操作方便,能够实现算法仿真和运动显示。     

基于OPENGL足球机器人仿真平台数学模型及实现

足球机器人比赛是这些年兴起的一门高技术的对抗活动，其中涉及到众多的知识领域。由于实际的机器人足球系统比赛昂贵且复杂，给教学和科研带来不便，建立一个好的仿真平台具有方便便捷的优点，因此得到广泛应用。该文分析了FIRA微型组比赛中存在的运动，给出了其运动学、动力学分析以及相关的碰撞数学模型。在实现基于OPENGL的机器人足球比赛的仿真平台过程中，给出了一种简单的碰撞检测和处理方法。为构建和开发其他相似的仿真平台提供了一个参考。     

基于SimMechanics的新型并联机构仿真平台

针对一种新型六自由度并联机器人进行了运动学和动力学分析,并借助于MatLab的SimMechanics模块的系统动态建模功能,以六自由度并联机器人仿真模型为对象,设计了PID控制器形成闭环控制,最后构成一个仿真平台。结果表明：在平台上可以进行运动学、动力学、控制方法的研究。同时仿真平台由各模块组成,可以灵活改变各模块的参数和结构,并且避开了Stewart平台的复杂的建模过程,对所有并联机构的研究都有借鉴作用。     

虚拟仿真在机器人路径规划及跟踪上的应用

在机器人路径规划和跟踪的优化过程的研究中,路径规划、轨迹跟踪是移动机器人研究的重要内容.过去通常采用理想数学模型进行仿真,而机器人物理属性和路面模型等都不加以考虑,使得算法难以优化路径规划、跟踪的稳定性和精度.运用现代虚拟设计仿真技术,借助动力学软件RecurDyn建立移动机器人实体模型和路面模型,利用Matlab/Simulink设计控制器,构建一个虚拟仿真平台.通过推导,设计出输入输出反馈线性化的运动控制器,并在仿真平台上进行机器人路径规划和轨迹跟踪仿真,控制器效果得以优化验证.虚拟仿真不仅能缩短研发周期,降低研发成本,并为机器人研究设计提供有效依据.     

基于ADAMS的弧焊机器人运动仿真

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一。采用CAD软件Pro/E和机械系统动力学仿真软件ADAMS,对德国CLOOS公司生产的76AW型弧焊机器人建立了三维运动仿真模型。采用Denavit-Hartenberg方法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并采用Matlab编写了运动学正、逆解的程序。详细阐述了模型的建立方法及具体过程,实现了在ADAMS环境下的机器人焊缝路径的运动仿真。为机器人动力学及离线编程技术的研究提供了基础。     

基于RoboDK的工业机器人虚实结合实验的开发与实践

《机器人控制》是人工智能相关专业的前沿学科课程.为提高学生工业机器人的实践能力,基于RoboDK虚拟仿真软件构建了工业机器人虚拟工作平台.通过工作站建模、仿真程序编程、生成离线程序后在Dobot机器人上运行验证.虚实结合的实践过程培养了学生在工业机器人工程领域的应用和创新能力.     

六自由度双臂机器人动力学分析与运动控制

人形机器人运动过程中稳定持物是机器人领域的一个关键研究内容,作为人形机器人中的重要研究方向,六自由度双臂机器人合作抓持重物的稳定性和安全性难以保证。通过对机器人持物运动过程中的受力和运动分析,提出了基于配置构型评估和动力学分析的控制方法,有效解决了持物过程中的稳定性问题。通过对轨迹点的局部最优调整抓取姿态,利用双臂操作过程中受力分析,借助典型的Lu Gre摩擦模型,构建摩擦力和滑动接触数理模型,并进行动力学分析,在此基础上,提出了相应的控制方法。通过数值仿真,验证了在此控制方法下六自由度双臂能够平稳有效的持物运动。     

可重构模块化机器人研究

可重构模块化机器人是机器人学的一个新的发展方向,其研究的核心和基础问题是可重构机器人的模块设计以及模块组合的运动规划。设计了一种新型可重构模块化机器人,该机器人具有独特的平面连接机构,实现了结构、驱动、运动和功能的模块化,能够根据需要重新构形,完成实时任务。分别介绍了模块单元的机械结构设计、连接机构以及基于CAN总线的控制系统结构。构建了基于OpenGL技术和VC++开发平台的机器人仿真实验系统,仿真机器人构形和运动,验证了模块设计的正确性和整体运动构形规划方法的有效性。     

Adaptive creeping locomotion of a CPG-controlled snake-like robot to environment change

In this paper, we present a biomimetic approach which is based on Central Pattern Generator (CPG) to solve the difficulty in control of a snake-like robot with a large number of degrees of freedom. A new network with a feedback connection is proposed, which can generate uniform outputs without any additional adjustment. The relations between the CPG parameters and the characteristics of output are also investigated. A simulation platform is also established for the analysis of the CPG-based locomotion control of a snake-like robot. To figure out adaptive creeping locomotion of the robot to the environment with changed friction or the given slope, the relations of CPG parameters and locomotion efficiency by the proposed curvature adaptive principle have been discussed.     

一处室内轮式自主移动机器人的导航控制研究

介绍了一种室内移动机器人CASIA-I.对该机器人的运动机构做了较为详细地阐述, 针对该运动机构给出了机器人的运动方程和一种导航控制算法,并根据该算法进行了软件仿真 和实物实验.在软件仿真和实物实验两种环境下,机器人都能够实时避开障碍物奔向目标.仿真 和实验表明:该移动平台具有良好的可靠性,且该导航控制算法是一种有效的导航算法.     

仿生六足爬行机器人运动控制技术研究

在对生物神经系统结构与功能进行分析和借鉴的基础上,采用模块化分散递阶控制技术对仿生六足爬行机器人进行实时控制,解决了仿生六足机器人实时精确运动控制的问题,并在机器人关节控制模块中运用了模糊小波神经网络控制,实现了机器人肢体运动的快速精确跟踪;通过Matlab进行的轨迹跟踪仿真试验证实：机器人步行足的运动轨迹与期望曲线基本吻合,具有较好的跟踪特性,且误差曲线快速收敛,静态误差趋近于零;由此表明,该机器人控制系统可靠性高,实时性强,具有较好的动、静态特性,以及良好的抗干扰能力和自适应能力,克服了传统控制方法存在的控制模型难以建立、对环境适应能力差等缺点,为仿生六足爬行机器人的进一步研究奠定了坚实的基础。     

八足步行机器人参数的仿真计算

通过对八足步行机器人的研究,希望建立一个对复杂地形高度适应、有一定承载能力的步行机器人平台。该机器人在行走过程中,摆动腿为串联结构,而支撑腿则与地面、躯体形成具有冗余输入的多环并联机构,由于分析困难,因此借助先进的动力学仿真软件ADANS对其进行仿真计算。该文在八足步行机器人初始结构参数基础上,建立了三维机器人仿真模型,以灵活度为评价指标对机器人结构进行优化,并对优化后的模型作了运动学仿真分析,最后关于角度值的测量对原理样机的控制起到指导作用。研究表明ADAMS／VIEW模块可以方便、直观、准确地计算步行机器人运动情况。     

基于Webots的蛇形机器人翻滚运动仿真及实现

针对蛇形机器人的侧向翻滚运动,给出一种建立正交关节蛇形机器人三维空间运动模型的方法,提出了一种更为简单的实现蛇形机器人侧向翻滚运动的舵机输入函数.通过选择不同的控制参数,可以实现蛇形机器人"U"字形和"V"字形侧向翻滚运动.在Webots移动机器人仿真软件上进行正交关节蛇形机器人翻滚运动仿真,并在蛇形机器人本体上进行试验,验证了所提控制规律的有效性.     

仿蚯蚓移动机器人离散步态控制与相位差控制特性比较

从机器人的运动特征、稳态平均速度和波动特性3个方面,对仿蚯蚓移动机器人的离散步态控制策略和相位差控制策略进行比较研究．首先,通过学习蚯蚓的形态学特征,基于舵机－弹簧钢片复合结构,设计并制作了可以执行拮抗变形的仿蚯蚓机器人单元,并将其串联得到一个8单元仿蚯蚓移动机器人．以该机器人为平台,从理论和实验角度研究了机器人在离散步态控制和等相位差控制下的平均速度和运动特征．研究发现,对于2种控制策略,实验得到的平均速度都与理论预测定性吻合,但机器人单元在运动过程中有可能发生显著的向后滑动,使得实验得到的平均速度低于理论预测的平均速度．随后,从波传播的角度对2种控制策略进行了比较．2种控制策略都使得机器人单元的变形以波动的形式沿机器人进行传播,传播方向与机器人运动方向相反,与蚯蚓的后退蠕动波机理保持一致．对于离散步态控制,波传播的波形、波速、波长和周期都与步态参数密切相关;对于相位差控制,波形和周期都由作动规律决定,不能通过相位差进行调节,但波速和波长与相位差成反比．从控制效果来看,机器人在最优的等相位差控制模式下可以实现更高的平均速度,且与蚯蚓的连续特征保持一致,具有一定的优势．     

Design and control of a climbing robot based on hot melt adhesion

Robust climbing in unstructured environments has been one of the long-standing challenges in robotics research. Among others, the control of large adhesion forces is still an important problem that significantly restricts the locomotion performance of climbing robots. The main contribution of this paper is to propose a novel approach to autonomous robot climbing which makes use of hot melt adhesion (HMA). The HMA material is known as an economical solution to achieve large adhesion forces, which can be varied by controlling the material temperature. For locomotion on both inclined and vertical walls, this paper investigates the basic characteristics of HMA material, and proposes a design and control of a climbing robot that uses the HMA material for attaching and detaching its body to the environment. The robot is equipped with servomotors and thermal control units to actively vary the temperature of the material, and the coordination of these components enables the robot to walk against the gravitational forces even with a relatively large body weight. A real-world platform is used to demonstrate locomotion on a vertical wall, and the experimental result shows the feasibility and overall performances of this approach.     

基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台

设计并开发了基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台.该平台整体设计框架包括Web浏览器层(客户端)、服务器层、仿真环境层(机器人端)三个层次,采用JavaWeb和MVC设计模式开发Web应用,利用V-REP远程API和Python编程实现机器人控制服务器和图像服务器.操作者通过Web浏览器即可完成对V-REP中仿真机器人的控制,同时相应图像信息传输至Web浏览器,从而实现基于Web的机器人远程交互控制.该虚拟仿真平台对于机器人控制相关的实践教学有着重要意义.     

小型仿人机器人THBIP-II 的研制与开发

为了解决仿人机器人小型化、集成化带来的技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构人类生活环境 中的应用,本文研制并开发了新一代小型仿人机器THBIP-II,给出了THBIP-II 的系统组成,包括机械结构、控制系 统和感知系统．THBIP-II 高700mm,重18 kg,共配置24 个自由度,采用模块化关节和同步带加谐波减速器的传动 结构实现机器人的小型化,其控制系统为典型的分布式控制系统．同时,本文建立了THBIP-II 三维仿真平台,基于 力矩最优的3D 参数化步态规划方法,成功实现了步长为15 cm、步速为0.075 m/s 的平地行走和稳定的踢球动作．     

桥梁缆索检测蛇形机器人攀爬运动分析与实现

为方便实现对桥梁缆索的检测和日常维护任务,利用蛇形机器人良好的适应性,通过研究其控制规律,给出了一种简单的并可实现蛇形机器人沿缆索进行螺旋攀爬运动的控制函数.分析了螺旋攀爬运动中控制参数与螺旋参数之间的关系,利用粒子群优化算法对控制参数与螺旋半径、螺旋上升角、螺距之间的关系进行优化拟合,给出了拟合函数.通过Webots...