仿生机器蟹的模型建立及优化

在对河蟹腿结构观察和测量的基础上，通过对原始观察数据分析建立了简化的仿生机器蟹腿结构，确定了仿生机器蟹步行机构的初始结构参数，利用仿真软件建立系统的仿真模型，对初始结构参数做了进一步优化，优化结果对仿生机器蟹结构设计起到重要的指导作用。     

基于改进A~*算法的仿生机器鱼全局路径规划

针对传统A*算法搜索速度慢和规划路径不够优化的缺点,引入可扩展节点,对A*算法流程进行改进,以减少时间和空间复杂度,提高搜索效率,并对规划路径进行优化处理,以有效的缩短路径。对存在凹形障碍物的地图,采用后退—尝试的方法解决路径规划的失败问题,使之绕过凹形障碍物取向目标点,达到输出最短路径的目标。     

仿生机器蟹样机研究

文中介绍的仿生机器蟹具有8足,24个自由度,基于ARM的双层分布式递阶控制方式,通过多传感器获取环境信息,调节身体的姿态,目标是可以自主地在海滩、礁石区和崎岖不平的环境行走.文中介绍了仿生机器蟹原理试验样机研制的过程和主要研究方法,主要包括生物原形分析、模型的建立、运动学分析、步态问题、机械结构设计、控制系统设计和原理样机的试验等内容.在单步行足的控制实验的基础上,进行了原理样机的整机行走实验研究.仿生机器蟹能够实现前进、后退、横行、转弯等功能,并具有一定的越障能力.进行仿生机器蟹的研究,目地是建立多足步行机器人的研究平台.     

仿生机器蟹变结构力觉传感器的设计及数据处理

针对二十四自由度仿生机器蟹研制过程中面临的蟹腿微型化问题,设计了变结构的蟹腿力觉传感器,该传感器与蟹足的腿节、胫节集成为一体,在蟹腿运动过程中传感器结构发生变化,为数据处理带来了困难,为此利用FPGA设计了高速高精度的CORDIc离散三角函数发生器,实时解耦、计算,并给出了仿真结果,确保了精度和实时性.该传感器安装在仿生机器蟹上,使机器蟹能够在复杂的环境中探知障碍物的方位,验证了该结构传感器的有效性.     

基于仿生机器鱼的人工生命模型

为了构建具有自学习、自适应、自协调的人工生命体,结合对鱼类生理结构和行为机理的研究和分析,提出了基于人工生命的仿生机器鱼系统。将非接触式供电技术应用于水下供电,模拟鱼类生理活动,在仿生鱼上实现了动态、无连接、不间断的电能供给,并且基于鱼类行为的层次结构,实现了"动机-行为-动作"的3层行为决策系统,引入强化学习算法,模拟鱼类与环境交互的后天学习过程。通过实物仿生鱼的游姿优化实验,证明了研究和设计工作的有效性。     

SPC系列仿生机器鱼的高频拍动

着重介绍了SPC系列机器鱼采用的三种高频拍动控制算法,分析了每种控制方法的局限性。实验获得高频拍动曲线并加以对比分析,总结伺服拍动方式在高频拍动时仍存在的问题。提出用机械结构运动模拟机器鱼尾鳍拍动的解决方案,并通过仿真进行了验证。     

水下仿生机器鱼控制平台的研究

针对水下仿生机器鱼(简称机器鱼)实验以及应用等要求,结合图像识别、无线通信和人工智能等技术,设计了机器鱼控制平台。该控制平台通过HLS变换,二值化等算法,克服了图像出像麻点与光照不均等影响机器鱼控制的问题。通过对实验结果分析,进一步验证了该平台对机器鱼控制的正确性和有效性。该控制平台能为机器鱼的研究提供良好的环境。     

仿生机器鱼双侧近壁波动推进的水动力学特性研究

针对水下目标近距离作业需求,基于计算流体动力学方法建立了仿生机器鱼双侧近壁波动推进的耦合求解模型,分析了靠壁距离和斯特劳哈尔数（St）对仿生机器鱼水动力学的影响关系,揭示了壁面效应作用下的流场结构分布。结果表明：近壁面波动推进具有增推效果,同时也增加了无功功率输出。St数增大时,壁面效应对水动力学参数的影响越显著。研究结果对仿生机器鱼在非结构环境下的运动控制具有指导意义。     

基于粗糙集移动机器入微种群路径规划算法

针对机器人的路径规划，提出了一种将粗糙集和微种群遗传算法相结合的路径规划算法，该算法采用栅格法划分机器人的工作空间，十进制路径编码方式，在粗糙集生成初始路径的基础上，通过运用微种群遗传算法对这些初始路径进行优化后，得到了一条最优或近似最优路径，在Matlab环境进行的机器人路径规划仿真实验中，笔者用到的微种群遗传算法与一般遗传算法相比，具有优化效果明显，环境适应性强等优点，能够有效地提高机器人路径规划速度，结果表明作者提出的方法是正确和有效的。     

基于ADAMS软件两栖仿生机器蟹的动力学建模与仿真

针对两栖仿生机器蟹的结构特点，进行了机构动力学分析。利用ADAMS建立了系统的仿真模型，并在仿真模型的基础上，对系统动态性能进行了观察，结果表明：系统动态性能与步长和步迹曲线的选取有关，步长越小，步迹曲线按一定约束条件规划时，系统具有较好的动态特性。     

机器人的平面曲线轨迹规划方法

提出了一种满足笛卡尔空间与关节空间混合约束的机器人平面曲线轨迹规划方法.在笛卡尔空间讨论了控制节点的选取,节点间运动时间的分配,以及规划轨迹与要求轨迹的位置偏差和姿态偏差的估计方法;在关节空间讨论了三次样条函数插值及满足关节速度、加速度及力矩约束的方法.根据规划轨迹与要求轨迹偏离情况,非均匀地插入控制节点.通过增加有限的控制节点,有效地控制偏差,减少计算量.给出了完整的平面曲线轨迹规划算法.仿真实例验证了算法的有效性和可行性.     

一种全向滚动球形机器人的运动分析与轨迹规划

设计了一种全向滚动球形机器人的内驱动机构,4台直线电机分别在4个空间对称的轮辐上径向移动,改变系统重心位置,驱动球形机器人在平面上全向滚动.基于球体纯滚动的非完整约束和步进直线电机运动的离散特性,建立了球形机器人的运动模型,给出了控制其运动的二阶微分方程组,进而提出了该球形机器人的轨迹规划算法.结合实例进行了运动分析和轨迹规划仿真,表明这种运动分析模型是正确的,并且简化了球形机器人的驱动装置,降低了能耗.     

焊接机器人在三维空间的无碰撞轨迹规划

研究解决了基于欧式空间焊接机器人碰撞轨迹规划问题的有效途径几何图形法．该方法适合于机器人在以线段和圆弧为边界障碍物环境下运动的轨迹规划算法．借鉴二维空间的几何图形法解决了三维空间机器人无碰撞轨迹规划问题．     

7自由度仿人手臂运动学研究

介绍了服务机器人7自由度仿人手臂运动学分析的方法，对逆运动学求解采用两种方式：一种是将7自由度退化成6自由度来求运动学逆解；另一种是将机器人手臂分成臂和腕两部分，采用位姿分离法来求运动学逆解，体现了冗余度特性．两种方法简化了逆运动学求解，计算量都比较小，适合实时控制．     

7自由度仿人手臂运动学研究

介绍了服务机器人7自由度仿人手臂运动学分析的方法,对逆运动学求解采用两种方式:一种是将7自由度退化成6自由度来求运动学逆解;另一种是将机器人手臂分成臂和腕两部分,采用位姿分离法来求运动学逆解,体现了冗余度特性.两种方法简化了逆运动学求解,计算量都比较小,适合实时控制.     

机械手的一种轨迹规划

提出了机械手在作两圆柱相贯线运动时的一种有效轨迹规划方法;在抓手位置描述的基础上,用几何法完成了空间位姿的描述,使抓手位置的描述简单明了,减少工作量;利用变角速度实现理想的运动效果,并计算出迪卡尔空间的路径点;对关节变量作了多项式插值,充分满足各节点处的速度值;本方法不局限于机器人的具体结构和类型,具有一定的通用性。     

The collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm

In the research of path planning for manipulators with many DOF, generally there is a problem in most traditional methods, which is that their computational cost (time and memory space) increases exponentially as DOF or resolution of the discrete configuration space increases. So this paper presents the collision-free trajectory planning for the space robot to capture a target based on the wavelet interpolation algorithm. We made wavelet sample on the desired trajectory of the manipulator’s end-effector to do trajectory planning by use of the proposed wavelet interpolation formula, and then derived joint vectors from the trajectory information of the end-effector based on the fixed-attitude-restrained generalized Jacobian matrix of multi-arm coordinated motion, so as to control the manipulator to capture a static body along the desired collision-free trajectory. The method overcomes the shortcomings of the typical methods, and the desired trajectory of the end-effector can be any kind of complex nonlinear curve. The algorithm is simple and highly effective and the real trajectory is close to the desired trajectory. In simulation, the planar dual-arm three DOF space robot is used to demonstrate the proposed method, and it shows that the algorithm is feasible.     

液压驱动四足仿生机器人的结构设计和步态规划

论文主要介绍了山东大学机器人研究中心研发的液压驱动四足仿生机器人。目的是设计能够适应复杂地形环境,具有高动态、高负载能力的液压驱动四足机器人。基于骡／马的生物仿生,构造了具有被动结构、基于液压驱动的四足机器人腿关节结构,满足了机器人稳定控制和高负载能力的需要。基于四足机器人的运动学和逆运动学模型,规划了机器人稳定的对角小跑动步态。实际液压驱动四足机器人平台的实验验证表明了机器人结构设计的合理性和步态规划的有效性。     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

飞机表面自动喷涂机器人系统与喷涂作业规划

提出了一种适用于飞机等具有大型自由曲面产品自动喷涂的机器人系统,介绍了该系统的机械结构布局与控制系统结构,在分析喷涂作业流程的基础上,对喷涂作业规划方法中的关键技术如飞机位姿标定、喷枪轨迹规划等进行了研究,并基于CATIA二次开发技术,开发了控制系统软件,将喷涂作业的所有环节对应的软件操作均无缝地集成到CATIA平台中。在模拟工件上进行喷涂试验,结果表明:该机器人系统自动化程度高,运行稳定可靠,能有效提高涂层质量。