水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化

提出了由内部配重转动机构改变姿态的水下球形机器人BYSQ-2型的结构设计与优化方法. 根据BYSQ-2型的构型方案与设计指标设计水下球形机器人的机械结构,在确定推进器的型号之后,首先根据海军部系数原则对导管内径尺寸进行优化设计;然后根据整体平衡原则进行结构对称性设计与配重质量优化设计;最后根据计算结果制作BYSQ-2型样机,样机水池实验结果表明其性能达到了设计要求.     

水下球形机器人BYSQ-2的原理与动力学分析

介绍了一种新型内置姿态调节机构的水下球形机器人BYSQ-2的结构构型、工作原理和性能参数,并分析该机器人的动力学特性,最后研究了机器人外壳的姿态保持控制方法.BYSQ-2内部的双驱动转向机构与螺旋桨推进器配合,可完成水下空间六自由度运动;分别建立球壳和配重的动力学模型;基于流体动力学分析,建立球壳姿态保持控制模型,并将非线性控制模型近似线性化,然后用模糊自适应比例-积分-微分控制器(PID)方法控制配重的摆角,使球壳姿态保持稳定.仿真结果表明,该方法可获得良好的动、静性能,是一种简单有效的控制方法.     

一种全方位球形机器人的运动学分析

球形机器人是一种非完整系统，它利用电机作为动力输入，通过改变配重重心的位置实现了球形机器人全方位的运动。本文通过球形机器人运动学分析，考虑到运动过程中滑动摩擦等因素对运动的影响，建立了全方位球形机器人动力学模型，为该类机器人的结构与控制系统设计提供了理论依据。     

双偏心块驱动球形机器人原地转向运动控制

为了提高球形机器人的运动性能,将原地转向运动作为一种独立的运动方式,研究了一种双偏心质量块驱动球形机器人的原地转向运动控制方法．介绍了双偏心质量块驱动球形机器入的机构特点,利用达朗伯原理对机器人进行受力分析,阐述了双偏心质量块驱动球形机器人原地转向运动原理,建立了机器人的原地转向动力学模型．将原地转向运动分为起始、粘滞...     

仿生水下机器人运动控制方法研究

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.仿生水下机器人采用尾鳍提供前进动力和改变航向,比传统的桨舵具有高效性和高机动性.根据仿生水下机器人水池试验结果讨论了其运动性能,并在此基础上提出了仿生水下机器人运动控制方法,最后通过仿真试验验证了该方法.根据试验结果得出,针对现阶段仿生水下机器人的运动能力,其控制内容和控制方法是合理、有效的.研究和试验表明,符合实际的仿真模型与可行的运动控制方法使仿生水下机器人运动性能得到了不断的完善和改进;最终实现"仿生-Ⅰ"号的纵向速度控制、艏向控制和深度控制,从而使其具有大范围的转移能力.     

一种超小型碟型水下机器人设计

设计了一种超小型碟形水下机器人,该水下机器人利用两个螺旋桨,能够完成多个自由度方向的运动．与通常超小型水下机器人相比,该碟形水下机器人的特点是采用可两轴旋转的水平螺旋桨来同步实现机器人的升降与/或横向水平运动．详细分析与推导了超小型碟形自治水下机器人同步实现机器人的升降与横向运动的关系式,给出了实现横向运动应满足的控制力的条件;得出了保证碟形水下机器人横向运动应该满足的表达式．     

速度矢量坐标系下水下机器人动态避障方法

针对水下机器人能力有限问题设计了一种适应水下机器人能力的动态避障方法.以水下机器人对运动障碍物的相对速度信息建立速度矢量坐标系,在坐标系内,根据水下机器人速度矢量和障碍物速度矢量的相互关系以及水下机器人的能力,确定理论上能够避开障碍物的期望速度解集,然后按照满足碰撞时间条件的最小转艏避障原则求解水下机器人最优期望速度的大小和方向,使水下机器人能够以相对小的代价安全避开动态障碍物.仿真研究验证了此规划方法对躲避动态障碍物的有效性,该研究大幅度提高了水下机器人的智能水平.     

水下机器人试航速度的类物理数值方法预报

水下机器人试航速度是评价推进系统性能和续航能力的重要指标。针对水下机器人试航速度预报问题,提出类物理数值预报方法。建立水下机器人包含桨舵的全附体模型,采用多块动态混合网格方法进行网格构建和更新,编写用户自定义函数,求解六自由度方程和非定常雷诺平均NS方程进行水下机器人和螺旋桨力和速度的计算和传递,实现以螺旋桨旋转运动推进水下机器人自航的运动过程模拟。数值结果表明,水下机器人试航速度1.5m/s对应的转速为570r/min;自航模拟可见螺旋桨梢涡曳出,梢涡强度和螺旋桨推力随航速增加而降低。数值模拟再现了非定常运动过程中船桨舵相互作用机理,有利于水下机器人复杂操纵运动的精确预报。     

基于NSGA-II 算法的水下机器人水平面运动参数辨识

水下机器人水动力系数的获得是分析其运动及设计控制器的基础。由于水下机器人水平面具有运动强耦合、非线性的特点,采用简单遗传算法来辨识水动力系数时无法使得多个目标函数同时达到最优,所以采用带精英策略非支配排序遗传算法(NSGA-II)来对水平面运动模型进行辨识。利用辨识得到的系数反求水下机器人水平面速度,仿真速度与实测速度曲线吻合较好,表明NSGA-II辨识得到的水动力系数是有效的。     

极大似然法在水下机器人系统辨识中的应用

主要探讨了极大似然参数估计法及其松驰算法,将它们应用于水下机器人运动模型的辨识中,利用水下机器人的海上类Z型试验数据,辨识得到某智能水下机器人水动力系数,并对比了两种算法的结果,可看出松驰算法有更好的收敛性,然后用辨识得到的水动力系数建立了水下机器人的运动模型,用运动仿真进行了模型验证,仿真结果表明辨识得到原数学模型是可靠的,本方法对于水下机器人操纵与自适应控制的研究有较大的实际意义。     

一种具有稳定平台可全向滚动的球形机器人设计与分析

提出了一种具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置．该球形机器人由装在球体内部、相互垂直布置的两台伺服电机驱动,可在平面上全向滚动．在球形机器人内部有一个稳定的仪器、设备搭载平台,这个平台在球体全向滚动过程中始终保持稳定的姿态而不随球体一起滚动．介绍了该球形机器人的结构原理,基于其运动的非完整约束,利用广义欧拉角给出了其运动微分方程,建立了该球形机器人的运动学模型,结合实例对该球形机器人进行了运动分析和仿真．     

一种全向滚动球形机器人的动力学分析与仿真

研究了一种全向滚动球形机器人的动力学建模、分析与仿真方法．根据机器人所受的非完整约束,建立了其运动学模型．根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程,建立了其动力学模型,给出了消去未知Lagrange乘子的策略．得到了该球形机器人的完整动力学模型,即控制机器人运动的强耦合二阶微分方程组．建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型．运动实例的动力学分析和仿真结果验证了该方法的有效性．     

基于惯性测量单元的欠驱动球形机器人惯性参数辨识

针对欠驱动球形机器人,提出基于惯性测量单元的惯性参数辨识方法。首先,根据Kane方法建立欠驱动球形机器人的动力学模型;其次,利用该模型中的三个欠驱动方程推导出球形机器人惯性参数辨识模型;最后,以一种新型的球形机器人为实验平台,根据安装在球形机器人框架上的惯性测量单元实测信息,对本文方法进行实验验证。实验结果表明,辨识结果具有合理性。该方法简单可行,为其他欠驱动机器人惯性参数辨识提供了一种新的思路。     

一款微小型球形机器人的动力学分析

利用拉格朗日方程等力学手段,分析了一款微小型球形机器人滚动和转动的运动特点,以及跳跃运动的起跳条件.分析该类机器人的进动形式的运动形态,建立了整合运动的通用动力学模型,实现了机器人沿任意曲线运动.对机器人进行了虚拟样机仿真,实验验证了上述分析的正确性.该研究为机器人非线性控制打下了基础.     

球形机器人的爬坡与弹跳能力

首先分析了球形机器人的爬坡能力,进行了爬坡实验。然后利用相平面法对球形机器人弹跳前的运动进行了分析，得到了起跳条件；利用质点系的达朗伯原理得到了球形机器人弹跳后的动力学模型。最后制作了一套弹跳实验装置，并对该模型进行了仿真和实验。仿真和实验的结果验证了分析的正确性及球形机器人弹跳运动的可行性。     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

基于支持向量机方法的球形机器人定位控制

提出了一种基于支持向量机方法的球形机器人运动控制算法。该控制算法可模拟人工操作员的行为进行机器人的精确定位控制,无需计算机器人的动力学模型。给出了该算法的实现过程。重复实验结果表明,该算法可以实现球形机器人较精确的定位运动控制。     

使用零力矩点反馈的双足机器人惯性参数辨识

为解决基于关节力矩的双足机器人参数辨识方法辨识精度不高,基于完整的足底力信息和运动捕捉数据的辨识方法对实验条件要求较高的问题,提出基于ZMP(zero moment point)数据的双足机器人惯性参数辨识方法。将理论ZMP与实际ZMP的位置偏差作为目标函数,考虑参数范围和机器人总质量两类约束条件,建立只使用双足机器人自身传感器采样数据的惯性参数辨识优化模型。针对所建模型无法拆分成线性形式的问题,推导目标函数关于参数矢量的梯度矢量和海塞矩阵,并给出了基于最速下降法和牛顿法的优化求解算法。使用GoRoBoT-II机器人的双足部分,进行腿部杆件的惯性参数辨识实验,将所提出方法得到的辨识结果与传统基于关节力矩的辨识结果进行对比,发现基于ZMP的辨识方法的结果更接近于三维几何建模得到的参数标称值,且理论ZMP与实际ZMP的偏差均值为4.6 mm,小于传统基于力矩辨识方法的12.4 mm,说明所提出的基于ZMP的惯性参数辨识方法能够得到比传统方法更好的结果。     

基于欧拉角描述下的球形机器人动力学建模与分析

给出了平面——球系统中描述球体姿态的三个欧拉角的具体定义,在此基础上确定了完全描述球形机器人系统的七个状态变量,指出机器人在运动中所受的三个非完整约束,应用拉格朗日乘子法推导出球形机器人动力学方程.针对建立的动力学方程进行了机器人前向滚动状态下的仿真分析,验证了建立模型方法的正确性以及方程形式的有效性,为球形机器人进一步的控制奠定了理论基础.