冗余机器人锁定故障关节的运动及力矩分配

冗余度机器人关节发生故障后,启动关节制动装置将故障关节锁定。为保持机器人末端路径不变,机器人关节位形发生重构,这一重构将引起剩余关节速度、加速度及力矩突变。对机器人故障关节发生故障前后的速度、加速度及力矩进行研究,结果表明冗余度机器人容错是通过对故障关节的速度、加速度及力矩再分配来实现的。采用最小范数控制算法使关节速度、力矩突变极小化,从而提高机器人关节运动的稳定性。     

七自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析

定义了位姿解耦的冗余自由度机器人位置关节空间流形和姿态关节空间流形,将位置关节空间流形和姿态关节空间流形进行配对得到冗余自由度机器人的自运动流形。利用定义的位置关节空间流形和姿态关节空间流形对七自由度自动铺丝机器人进行分析,分别得出七自由度自动铺丝机器人的位置关节空间流形和姿态关节空间流形,配对以后得出七自由度自动铺丝机器人的自运动流形,并进行了仿真验证,结果表明这种分析方法得到的自动铺丝机器人的自运动流形是正确的,而且对于其他类型位姿解耦的冗余自由度机器人自运动流形分析也是适用的。     

冗余度机器人研究动向

冗余度机器人，从运动学的观点来说是指完成某一特定任务时，机器人具有多余的自由度。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性，躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标，优化关节速度，加速度，力矩，能量等。冗余度机器人由于其自身众多优点而越来越受到人们的关注。本文介绍冗余度刚性机器人、冗余度柔性机器人研究的发展现状及存在的问题。     

冗余自由度机器人性能指标的二次特性及其优化方法

指出了冗余自由度机器人优化的多种性能指标及其加权综合指标对单个关节的关节加速度具有二次抛物线关系。由此，提出一种通过对抛物线插值寻求综合性能最优解的方法。同时，本文还将冗余自由度机器人运动学和动力学求优化解的过程，转化为非冗余自由度机器人运动学和动力学求解，以便直接利用各种高效率的非冗余自由度机器人计算方法。     

冗余自度机器人性能指标的二次特性及其优化方法

指出了冗余自由度机器人优化的多种性能指标及其加权综合指标对单个关节的关节加速度具有二次抛物线关系。由此，提出一种通过对抛物线插值寻求综合性能最优解的方法。同时，本文还将冗余自由度机器人运动学和动力学求优化解的过程，转化为非冗余自由度机器人运动学和动力学求解，以便直接利用各种高效率的非冗余自由度机器人计算方法。     

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。     

冗余度机械臂协调容错操作中的关节速度突变

针对两协调机械臂在发生锁定关节故障的容错操作中关节速度突变问题进行了研究。首先将原机械臂关节速度与退化机械臂关节速度之差定义为容错操作中的关节速度突变;然后基于这一指标提出了相应的容错运动规划算法;最后给出了两个平面3R机械臂进行容错操作的仿真实例。研究结果表明,该算法可以有效地避免在容错协调操作中两机械臂出现的关节速度突变,提高容错操作的运动平稳性,从而改善机械臂容错操作的运动学和动力学性能。     

并联机器人动力学建模及任务冗余优化

运用凯恩方法,以并联机器人动平台参考点的广义速度为系统的伪速度,在任务空间建立并联机器人的高效动力学模型.在此基础上,利用动力学模型中加速度项对具有任务冗余的并联机器人的驱动关节力进行优化.同时,根据并联机器人固有的结构特点,利用任务冗余的位形自由度,优化并联机器人的力传递性能,从而达到优化驱动关节力的目的.可以根据不同的情况选用合适的优化策略.     

高速运动机器人动力学分析与研究

当机器人运行于高速条件下时,整个系统将处于一种不稳定的状态。对高速运动条件下的机器人动力学进行了深入的研究。首先,对研制的6自由度搬运机器人平台硬件结构进行了介绍。在此基础上,对高速运动的机器人的动力学表达式式进行了分析,得到了造成机器人高速运动动力学效应的状态参量—机器人的关节角θ、关节角速度θ觶与关节角加速度θ咬,结合机器人样机的PID主控制器,定性探索了机器人的动力学参量与PID控制器参量间的关系规律,为后续的控制器设计提供依据。     

四足爬行机器人步态分析与运动控制

为了实现液压作动的四足步行机器人的稳定行走,根据运动稳定裕量原则规划四足机器人的直行步态,保证三足支撑机体时稳定裕量为100 mm;针对液压缸运动加速度突变导致机体冲击振动的问题,提出了利用S型曲线作为各自由度的运动位移控制规律的方法。按照JQRI00型四足步行机器人原理样机的结构建立了虚拟样机模型,应用仿真软件对所设计步态进行了仿真,分析了步态的运动学、动力学特征和位移控制方法的运动特征;在四足步行机器人原理样机上进行了试验,并将试验与仿真结果进行了比较。研究结果表明,所设计的机器人步态可行,保证了机器人具有较好的行走稳定性;将S型曲线用于位移控制,消除了液压缸运动加速度的突变,进一步提高了机体运行的平稳性。