旋转式水下机器人的空间运动方程

本文提出了一种旋转自主式水下机器人的构想，简要说明了其系统结构和工作原理，分析了其在空间运动中所受力和力矩的情况，推导出其空间运动方程．通过计算机仿真对所推导的水下机器人空间运动方程进行了验证     

自治水下机器人全自由度仿真

由于自治水下机器人的复杂性，系统仿真技术变得越来越重要，系统地分析了自治水下机器人（AUV，Autonomous UnderwaterVehicle)的运动模型和空间运动方程，运用MATAB下的SIMULINK，设计了自治水下机器人的全自由度仿真工具箱，包括机器人本体运动，位姿求解和坐标系统转换等多个部分，可以方便地进行控制方法的全自由度的仿真。     

月球机器人运动学建模与运动收敛性分析

首先建立了月面坐标系中月球机器人的直角坐标运动学方程，并在此基础上推导出运动学方程的极坐标表达形式，然后，针对月球机器人的运动控制问题，推导了为保证月球机器人的运动全局渐近收敛其线速度和角速度所应满足的充分条件，并进行证明。     

水下机器人运动控制系统设计与分析

水下机器人要求体积小、运动稳定,其控制系统更是要求功耗低、性能可靠、操作简便.本文以STM32F407作为主控单元,搭建了水下机器人运动控制系统,并对整个系统进行了软件结构设计及数据采集流程设计,对推进器进行了数据测试,建立了ROV空间运动坐标系,得出了垂直面的运动方程并以此进行了纵倾角和深度值在阶跃响应下的仿真分析,进一步证实运动控制系统的稳定性及可靠性.     

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程．讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程．为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据．     

被动冗余度空间机器人运动学综合

分析了“被动冗余度”空间机器人主,被动关节之间的运动学耦合,得到了可用于运动 学规划的耦合指标;分析了“被动冗余度”空间机器人的运动学奇异问题,以及与对应全主 动关节冗余度空间机器人的运动学奇异的区别,得到的新的可操作性指标同样可用于机器人 的运动规划;推导出了“被动冗余度”空间机器人的最佳最小二乘运动学优化方程,通过“ 准自运动”实现被动冗余度空间机器人优化控制;通过对平面3DOF空间站机器人的仿真证实 了分析得到的结论．     

舵桨联合操纵水下机器人运动控制研究

水下机器人空间运动具有耦合性和非线性等特点,具有良好品质的运动控制器是水下机器人完成各种作业的前提.针对某舵桨联合操纵小型自主式水下机器人运动控制问题进行了研究.对速度,深度和艏向控制系统进行了介绍,根据控制需求,建立了水下机器人动力学模型,对执行机构进行了描述,设计了水下机器人滑模控制方案,采用变速趋近项代替一般指数...     

鲁棒H∞滤波器在AUV航向控制中的应用仿真

研究设计了一个鲁棒H∞滤波器来解决自治水下机器人（AUV）航向控制系统中部分难以测量状态变量的估计问题，并将其应用在AUV的航向控制系统中．建立了自治水下机器人在体坐标系下水平面运动的运动方程，并在特定的工作点对方程进行了线性化处理，得到了自治水下机器人的控制设计模型．基于线性矩阵不等式（LMI）方法对AUV航向控制系统设计了一个鲁棒H∞滤波器,并对该滤波器应用于AUV航向控制系统进行了仿真试验．仿真结果表明，该鲁棒H∞滤波器能够较好地抑制测量噪声的影响，较准确地估计出系统的状态变量，能够提高AUV航向控制系统的控制品质．     

鲁棒H∞滤波器在AUV航向控制中的应用仿真

研究设计了一个鲁棒H^∞滤波器来解决自治水下机器人（AUV）航向控制系统中部分难以测量状态变量的估计问题，并将其应用在AUV的航向控制系统中．建立了自治水下机器人在体坐标系下水平面运动的运动方程，并在特定的工作点对方程进行了线性化处理，得到了自治水下机器人的控制设计模型．基于线性矩阵不等式（LMI）方法对AUV航向控制系统设计了一个鲁棒H^∞滤波器，并对该滤波器应用于AUV航向控制系统进行了仿真试验．仿真结果表明，该鲁棒H^∞滤波器能够较好地抑制测量噪声的影响，较准确地估计出系统的状态变量，能够提高AUV航向控制系统的控制品质．     

小襟翼对自治式水下机器人潜浮运动的影响

无动力大纵倾角的下潜和上浮方式对自治式水下机器人具有很大的意义．但是这种潜浮方式却无法满足自治式水下机器人潜浮位置范围及航向控制的要求．采用在稳定翼上加装小襟翼的方法，即可以解决这一难题．本文介绍了小襟翼对自治式水下机器人无动力潜浮运动轨迹的影响，并通过自治式水下机器人的运动方程，结合“ＣＲ－０１”６０００ｍ自治式水下机器人的深海试验结果，对这一影响作了定性地分析．为通过试验找出最佳小襟翼提供了理论基础     

基于自适应UKF算法的小型水下机器人导航系统

针对海流扰动及姿态、航向误差角引起的无法确知的导航系统模型误差, 设计了一种带模型误差的自适应无迹卡尔曼滤波器(Adaptive unscented Kalman filter, AUKF)用于小型水下机器人(Small autonomous underwater vehicle, SAUV)推位导航系统. 首先提出了小型水下机器人三维运动连续时间模型; 然后针对该模型特点, 基于极大后验估值原理推导了AUKF算法. 仿真结果说明该算法能够克服海流扰动及姿态和航向误差引起的模型误差. 对比经典无迹卡尔曼滤波器算法, 采用该算法的小型水下机器人推位导航系统在复杂海况下的滤波精度显著提高.     

On nonassembly in the optimal dimensional synthesis of planar mechanisms

This paper presents a general method for treating nonassembly in the optimal synthesis of planar mechanisms. The synthesis is performed with gradient based optimization algorithms and the sensitivities are calculated analytically through the method of direct differentiation. The analysis is based on the well-established and general method of computational kinematics. In this study the residuals of the joint constraint equations are minimized rather than equated to zero. This makes it possible to perform the kinematic analysis for any proposed design even though it may not be possible to assemble the mechanism. Several examples are provided. Received July 25, 2000     

五轴数控31/21/2轴倾斜面加工算法

针对五轴机床对带倾斜面类零件加工时编程难度大且精度较低的问题,采用31/21/2轴加工方法,通过定义可以简化加工编程的空间特性坐标系建立了任意结构五轴机床31/21/2轴加工的运动学模型.利用齐次变换矩阵和正向、逆向运动学相结合的方法详细论述了基于特性坐标系的适合三种典型五轴机床的31/21/2轴加工算法.此算法把31/21/2轴加工的空间编程问题转化为倾斜面平面编程问题,不仅简化编程而且可提高机床加工能力和生产效率.通过仿真实验验证了该算法的可靠性和高效性.     

Extended observer form: simple existence conditions

The paper focuses on the problem of transforming the discrete-time single-input single-output nonlinear state equations into the extended observer form, which, besides the input and output, also depends on a finite number of their past values. The simple necessary and sufficient conditions for the existence of the extended coordinate change and the output transformation, allowing to solve the problem, are formulated in terms of certain partial derivatives, related to the input–output equation, corresponding to the state equations. Moreover, a certain algorithm for transforming the state equations into the observer form is proposed.     

弧焊机器人TCF参数的标定

本文介绍了一种利用机器人正运动学方程和空间坐标变换关系来求解机器人的末端 执行器参数的方法．通过应用于本实验室的九自由度弧焊机器人的操作机（６DOF）对此方 法进行了验证,并给出了实验结果,而且分析了此标定方法的优点及不足之处．     

Transformation of Nonlinear MIMO Discrete‐Time Systems into the Extended Observer Form

The paper addresses the problem of transforming discrete‐time multi‐input multi‐output nonlinear state equations into the extended observer form, which, besides the inputs and outputs, also depends on a finite number of their past values. Necessary and sufficient conditions for the existence of the extended coordinate transformation are formulated in terms of differential one‐forms, associated with the input‐output equations, corresponding to the state equations. The difference between the single‐input single‐output and multi‐input multi‐output cases is described. The applicability of the conditions is illustrated by an example.     

Transformation of nonlinear discrete-time system into the extended observer form

The paper addresses the problem of transforming discrete-time single-input single-output nonlinear state equations into the extended observer form, which, besides the input and output, also depends on a finite number of their past values. Necessary and sufficient conditions for the existence of both the extended coordinate and output transformations, solving the problem, are formulated in terms of differential one-forms, associated with the input–output equation, corresponding to the state equations. An algorithm for transformation of state equations into the extended observer form is proposed and illustrated by an example. Moreover, the considered approach is compared with the method of dynamic observer error linearisation, which likewise is intended to enlarge the class of systems transformable into an observer form.     

柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的建模及控制

研究了柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的动力学建模问题．运用拉格朗日方法和动力学原理建立了柔性两轮自平衡仿人机器人的动力学模型．使用弹簧模仿人的腰椎,并考虑了机器人的柔性腰椎弯曲;这是与以前机器人的不同之处．对得到的动力学模型进行了线性化处理,并建立其状态空间方程;由此建立的动力学模型结构简单,易于对机器人进行有效控制．仿真实验验证了系统的稳定性,对其实验结果进行的详细分析验证了系统建模和LQR控制器设计的合理性和有效性．     

Helicoseir as Shape of a Rotating String (II): 3D Theory and Simulation Using ANCF

This paper is the second one devoted to studying the dynamical behavior of a rotating uniform string with one fixed top point. Two-dimensional shapes of relative equilibrium for a string were analyzed in our paper [3] both analytically and numerically and found to be instable. This fact disagrees with the experimental appearance of this so-called helicoseir problem because one can easily demonstrate that its stable motion is possible. In this paper, spatial nonlinear equations of motion are derived and shown that a 2D equilibrium equation is one of their partial cases. The equations are, however, very complicated that is why we decided at first to analyze the motion numerically by a finite element approach called the absolute nodal coordinate formulation (ANCF). We developed a new 12-dof element of a thin string based on the Euler-Bernoulli theory. The simulation shows that the undamped spatial motion of the helicoseir is stable and looks like self-excited oscillations near the flat instable configurations that were obtained previously. This stability is destroyed when external damping is added to the system. Some examples of bifurcation instability fore spatial motion are presented; they satisfy the bifurcation diagram obtained in the previous work. Unfortunately, numerical simulation cannot give answers to some interesting questions, e.g. dependence of parameters of the self-excited oscillations on the angular velocity of rotation. Thus, further analytical research of this problem is desirable.     

基于面积坐标和解析试函数的薄板元

为体现离散法与解析法的互补和渗透,构造基于第二类四边形面积坐标的广义协调薄板元AATF-BQ4;根据薄板理论的控制方程,采用Kirchhoff直法线假设求解基本解析解,并作为试函数构造单元AATF-BQ4.数值算例表明,单元AATF-BQ4具有较高的精度和较好的稳定性,适用于实际工程计算应用.