球形机器人动力学建模及运动特性分析

利用凯恩方法建立了非理想条件下球形机器人的动力学模型。分析了关节摩擦、滚动摩阻力矩、球壳不圆对球形机器人运动特性的影响,给出了球形机器人运动过程中球壳打滑问题产生的原因,仿真结果为球形机器人控制策略和机械设计提供了理论依据。     

球形机器人系统建模与仿真

针对目前球形机器人的完整动力学模型不能应用现有的非线性控制方法的问题,通过合理的抽象和简化,采用拉格朗日法选取适当的广义坐标,推导出一种完整的三维动力学模型,并将其转化为二阶非线性微分方程,相较其他的动力学模型降低了复杂度,为基于动力学模型的控制策略研究提供基础。同时针对该模型采用一种并联PID控制方法,在Simulink仿真实验中证明在此动力学模型基础上该控制策略能实现机器人的平衡控制与运动控制,并具有较好的响应特性和稳定性。     

3-DOF平面并联机器人的动力学研究

针对并联机器人中各构件之间复杂的运动关系,对一种3-DOF并联机器人进行动力学分析,基于拉格朗日方程法建立了其动力学模型,通过等效转动惯量,给出了系统动能表达形式,列写出系统运动微分方程,以四阶龙格库塔法给出了其解析解。结果表明,运用此方法对这一类机器人进行动力学研究,建模和分析过程较为简捷、方便,不失为并联机器人动力学分析的一种有效方法。     

球形机器人的跳跃运动分析

球形机器人除了能进行滚动运动外,还可以实现跳跃运动。跳跃运动方式与滚动运动方式的结合,可以扩大其活动范围,进而提高球形机器人的机动性和灵活性,拓展其应用领域。因而球形机器人的跳跃运动是一种重要的运动方式。在分析球形机器人滚动行走的基础上。推导出了球形机器人的起跳每件;利用拉格朗日方程得到了球形机器人跳跃运动微分方程;通过求解该跳跃运动微分方程得到了球形机器人跳跃高度和跳跃长度的公式。最后,对球形机器人的跳跃运动进行了仿真。这些工作的完成为球形机器人跳跃运动的进一步研究打下了基础。     

球形机器人非线性PID控制器研究与设计

针对一种非完整约束的典型欠驱动系统对象球形机器人,计算系统二阶非线性微分方程形式的动力学模型并验证其正确性,为非线性控制器的设计与研究提供基础。设计一种并联非线性PID控制方法,该方法将球形机器人系统看做两个单输入系统的组合,并针对每个单输入系统设计并联非线性PID控制器。在Simulink仿真实验中,证明了该控制策略能够实现机器人在平衡点附近的平衡控制与运动控制,同时在存在外界干扰情况下该控制器仍具有较好的响应特性和稳定性。     

3-RRRT并联机器人逆动力学分析

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人运动学与动力学建模及分析方法,以支链构件相对运动坐标和动平台绝对运动坐标作为广义坐标,建立了3-RRRT型并联机器人的运动学模型,结合带乘子的凯恩方程建立了3-RRRT型并联机器人的动力学模型,并利用M atlab软件平台进行了动力学数值仿真,进而为3-RRRT型并联机器人的控制策略研究提供参考。     

带高速旋转飞轮的球形机器人结构设计与运动稳定性分析

为提高欠驱动的球形机器人在低速运动时的稳定性,提出一种安装高速旋转飞轮的球形机器人.该机器人的机械结构主要由球形外壳、内框、长轴电动机、短轴电动机和旋转飞轮构成.给出该机器人的简化模型和结构参数.在运动学分析的基础上,采用带约束的拉格朗日方程建立该机器人的动力学模型,并对该动力学模型进行简化.模型分析结果表明:飞轮高速旋转产生的陀螺效应可减弱外界干扰力矩的影响,保证球形机器人在低速运动时航向角的稳定性.在塑胶跑道上进行直线定位运动试验,当飞轮高速旋转时,与飞轮停止时相比,机器人运动过程中的航向角偏差和航向角速度波动减小,运动结束时机器人中心偏离直线的位移减小.试验结果证明了该设计的有效性.     

树型机器人动力学解析模型

提出了一种建立树型机器人动力学解析模型的方法。首先将树型机器人拆解为数个开链机器人 ,在建立起各开链机器人动力学解析模型的基础上 ,通过引入“等效”机器人的概念 ,并采用逐级装配的方法 ,获得了树型机器人动力学模型矩阵元素的数字 -符号表达式 ,并给出一实例进行说明。     

一种3自由度移动机器人的动力学模型

3自由度移动机器人可以以一定姿态沿任意的方向运动 ,实现平面上的自由运动 ,成为全方位移动机器人(Omni directionalMobileRobot) ,它能够对位置和方位进行独立的跟踪控制 ,具有很高的灵活性和机动性。本文针对具有两个可操舵驱动轮的 3自由度移动机器人利用Kane方法建立了在理想状态 (下不产生打滑及横滑现象 )的非线性动力学模型 ,为设计路径跟踪及避障控制器提供了有力的依据。     

汽轮机调节汽阀关闭过程动力学模型研究

国产300MW汽轮机调节汽阀连杆机构主要由一个门杆、三个连杆和一个活塞杆组成。用凯恩方法建立连杆机构动力学模型,当连杆转动角均为微量时采用拉格朗日方程得到连杆机构近似模型。研究表明,近似模型能比较准确地描述门杆与活塞杆的平动和一个连杆的转动,但不能反映另外二个连杆的摆动变化。尽管如此,近似模型对连杆机构工程设计仍然有一定的参考价值。     

基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学建模

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作用的弗劳德—克里洛夫力、鱼体游动过程中的阻力特征,建立仿鱼机器人的动力学模型。数值实例表明,利用该动力学模型,能够有效地实现给定鱼体各环节的运动参数求解作用力矩、给定作用力矩求解运动规律,进一步设计仿鱼机器人各环节的运动规律,寻找一种实现鱼体推进力最大和推进效率最高的规划方法。该动力学模型的建立为研究仿鱼机器人的运动控制算法和规划算法,揭示鱼体利用流场能量的动力学机理提供了重要理论支撑。     

从动轮式溜冰机器人动力学分析

利用轮滑原理 ,设计了腿轮混合结构从动轮式溜冰机器人。在考虑滚轮与地面之间摩擦力和滚轮切向纯滚动假设基础上 ,利用Maggi方程建立了机器人非完整系统动力学模型 ,并使用加速度空间法和纽马克法对所得运动微分方程进行了二阶解耦和求解 ,并给出实际算例。该建模方法对非完整系统动力学分析具有一定的借鉴意义。     

新型变结构球形机器人运动分析

针对已有的变结构球型机器人在连杆爬坡机构展开状态下无法进行转弯的缺点,改进了原有机构,使其成为一种在两种运动模式下都可以进行原地零半径转弯的新型球形移动机器人。由于新型机器人的后轮也能提供驱动力,因此其爬坡能力也大大增强。建立新型变结构球型机器人爬坡和转弯的力学模型,并用仿真软件分别对新旧几款球形机器人的爬坡运动进行仿真对比分析,通过仿真分析验证了力学模型的正确性和新型机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。在此基础上,对影响新型机器人爬坡能力的参数进行分析,为进一步提高机器人越障能力提供了理论依据。最后,通过样机试验进一步验证了力学模型的正确性、机器人的转弯灵活性和新机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。     

球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制

采用Lagrange方法建立球面3-RRR并联机构基于动平台姿态参数的动力学模型。考虑在计算过程中采用线密度、厚度忽略等近似计算及工作过程中机构的磨损等微小变化造成的参数不确定性,进一步建立带参数不确定性的动力学模型。针对其在振动测试中的重复性动作等特点及参数不确定性设计鲁棒-自适应迭代学习控制器,并对此控制器进行稳定性证明。该控制器利用自适应算法对未知定常数的强大学习能力来补偿系统动力学模型的参数不确定项;利用迭代学习算法对期望轨迹进行零误差重复跟踪。由于该控制器吸取了系统动力学模型的已知信息,避免了一般模型未知系统迭代控制时必须满足的Lipschitz约束条件。仿真结果表明,在此控制器的作用下球面3-RRR并联机构能够很好地重复跟踪期望轨迹。     

三自由度并联机器人机构动力学研究

介绍了一种新型三自由度并联式机器人机构,对其运动学和动力学进行了分析和计算,并结合一个实际例子进行了计算机仿真,这些工作将对该机构的控制和结构优化设计提供帮助。     

混联支路并联机器人动力学建模方法

混联支路并联机器人具有独立运动输出、高刚度、控制解耦等优点,但支路中闭环结构的存在也增加了运动学分析和动力学分析的难度.基于此,通过将支链与动平台完全断开以及将混联支路完全退化为串联支路或树状支路,提出基于虚功原理和等价树状结构的混联支路并联机器人动力学建模方法,推导出封闭形式的混联支路并联机器人逆动力学和正动力学模型,动力学模型的维数等于机器人的自由度数.利用最小惯性参数和递推牛顿-欧拉法可以减少支路逆动力学模型的计算时间,应用该方法对两种混联支路并联机器人(2-P(Pa)R-1-PUU和3-PU*)进行运动学分析和动力学分析,该方法适用于各类混联支路并联机器人,可以指导混联支路并联机器人的结构参数设计和驱动器选配,并可用于机器人的实时动力学控制.     

连续型机器人的动力学建模与仿真

提出一种新型的连续型机器人动力学建模方法。首先利用NiTi合金丝超弹性的性质建立了机器人的三维实体模型,并以末端受纯弯矩为研究对象,根据欧拉—伯努利方程,得到了机器人的变形曲线方程。然后通过求解变形曲线对时间的导数,得到其上任意点的速度,进而推出连续型机器人的动能表达,再根据已有的公式导出机器人系统的势能及广义力的表达式。在此基础上,利用拉格朗日方程建立连续型机器人的动力学模型。最后通过算例仿真验证了该方法的可行性。     

一种球形机器人的运动特性分析

本文中的球形机器人是一种新型行走机器人,属于非完整欠驱动系统。它利用两个电机作为动力输入,通过改变配重重心的位置实现了球形机器人沿任意方向的运动。由于已有的研究结果无法使球形机器人的运动控制按照一个系统的运算法则运行,所以本文规划了多种球形机器人的基本运动轨迹。从理论上计算球形机器人按照规划轨迹运动的反解和控制方法,为球形机器人的实验提供了理论依据。