柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据.     

闭链级联式机器人基于旋量理论的动力学分析

闭链级联式机器人是一种复杂型式的机器人,对其进行动力学分析是实现对其进行运动控制的必要前提.闭链级联式机器人的结构特点是:任何一个闭链级联式机器人都存在一条主运动链,且主运动链为开链机器人;主运动链的各个关节均为被动关节或被测量关节,分别由相应的闭链驱动或测量.基于旋量理论的动力学分析方法是通过使用运动螺旋和指数积公式等数学工具建立起机器人的动力学方程,从而求取机器人的驱动力矩.由于闭链级联式机器人存在闭链,其动力学分析方法不同于传统的开链机器人,用旋量理论建立闭链级联式机器人的动力学方程的要解决两个关键问题:其一是闭链的分解,其二是惯性矩阵的求取.该方法也为解决单闭链机器人的动力学分析问题提供了基础.     

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.     

两轮自平衡机器人动力学建模与运动控制

为兼顾低成本、小体积,可实现负重行走的运动控制,设计了一种基于姿态传感器的两轮桌面式小型机器人SmallRot-I.介绍了机器人的系统构成,包括机械结构部分和电气结构部分.使用Lagrange方程对此机器人进行了动力学建模,并采用双闭环PID算法对此机器人分别进行了系统仿真和实物的控制.机器人负重保持自平衡行走和转向运动时的仿真结果和实物控制结果证明了机器人物理系统和控制方法的合理性与有效性.     

基于MATLAB的合作机器人(Cobot)动力学仿真

合作机器人(Cobot)是能直接与人合作的机器人.为了分析Cobot的动力学性能,应用牛顿-欧拉法,基于MATLAB对四自由度Cobot进行了动力学仿真.推导了Cobot的运动约束方程和动力学方程,构成了Cobot的约束矩阵方程.通过MATLAB函数来求解约束矩阵方程,建立了Cobot的动力学仿真模型,并对Cobot跟踪给定直线进行了仿真分析.仿真结果表明,该仿真模型具有Cobot机器人的特点,可以方便地获得Cobot的动力学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

空间机器人的可变增益滑模控制方法

针对空间机器人抓捕目标的轨迹跟踪过程,提出了一种基于可变增益的滑模控制算法,并利用MATLAB/Simscape对空间机器人的理论动力学模型和控制算法进行了仿真校验。首先,基于拉格朗日法构建了空间机器人的动力学模型,并给出了系统参数不确定时的动力学方程。设计了一种滑模控制器,在控制器中引入了可变增益,该增益可根据系统的不确定性和系统的运动状态进行调整,从而使控制器具有很强的鲁棒性。基于Simscape Multibody软件模块,对空间机器人的理论动力学模型进行了验证。在此基础上,针对多关节运动和系统模型不确定两种情形,利用可变增益滑模控制算法进行了空间机器人的轨迹跟踪仿真实验。实验结果表明,与传统的计算力矩法相比,本文提出的控制算法呈现出更高的运动控制精度和误差收敛速度。     

串联旋转关节空间机器人的动力学仿真系统

空间机器人由于基座可以自由运动,增加了自由度,其运动学和动力学模型比地面固定基座机器人要复杂得多,而且低轨航天器受重力梯度影响较大。首先推导了空间机器人的运动学方程,并采用拉格朗日方程建立了正动力学模型,然后基于牛顿-欧拉法推导了空间机器人的耦合动力学方程,给出了动力学非线性项的数值计算方法,还推导了空间机器人在轨运动时的重力梯度力矩。最后,针对一类串联旋转关节的空间机器人,采用模块化设计的思想建立了动力学仿真模型,利用所建仿真模型对空间机器人的操作任务进行数值仿真,分析了重力梯度力矩的影响,提出了减小这些影响的建议。     

柔性并联机器人运动学与动力学约束及系统方程

为了建立包含柔性杆件的并联机器人的动力学模型,利用运动弹性动力学理论及有限元方法.分析了柔性并联机器人各支链的弹性变形、弹性位移及其耦合关系,提出了柔性并联机器人的运动约束条件和动力约束条件,建立了平面柔性并联机器人的系统方程.以平面3-RRR柔性并联机器人为例,用SAMCEF软件验证了模型的正确性,二者最大相对误差小于9%,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性.     

RRRobot的非完整运动规划

六足机器人RHex(Hexapod Robot)在平坦的地形上具有良好的运动性能,但在崎岖的地形上运动时,可能会被困住而无法运动.利用机器人腿的摆动可以克服和摆脱这种困境.为此,将六足机器人模型简化为RRRobot(Rocking and Rolling Robot)模型,在系统角动量为零的情况下,动力学方程降阶为非完整形式运动学方程.系统的运动控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题.通过对腿的摆动设计从而使机器人本体达到转动的期望位置.数值仿真结果表明该运动规划对转动模型机器人是有效的.     

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．     

考虑一阶径向畸变的摄像机参数标定

针对GRB-400机器人视觉系统,建立完整的摄像机一阶径向畸变模型。首先用GRB系统的Matrox图像采集卡采集标定点坐标,然后利用径向排列约束方法 （简称RAC）建立线性方程组求解摄像机的径向畸变参数。基于此畸变参数实现图像校正,以提高对目标物体的定位精度,从而提高机器人视觉系统对摄像机标定参数变化的鲁棒性。实验结果表明：该方法有较高的标定精度。     

基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真

为提高两足机器人的设计效率,降低设计成本,验证步态规划的正确性,在研制两足机器人物理样机前,应对其进行虚拟样机仿真.首先在ADAMS环境中建立简化的两足机器人动力学模型,然后在Matlab/Simulink中建立控制系统,最后利用二者之间的接口实现基于ADAMS和MATLAB的两足机器人的步态联合仿真,在仿真过程中观察两足机器人的行走过程,验证设计方案的正确性,为其物理样机的研制提供依据.     

路径规划中两个多面体的快速碰撞检测算法

如何进一步提高碰撞检测的速度在智能机器人路径规划中非常关键,为此给出了一种新的碰撞检测算法;它是以空间中的平面方程为基础,将一组平面方程进行几次代数变换得到一组常数不等式,观察这组常数不等式中是否含有矛盾不等可判定机器臂是否与空间中的障碍物相撞。     

关于足球机器人系统的工作模式及通讯机制的探讨

机器人足球比赛融合了实时视觉技术、机器人控制、无线电通讯、多机器人协作等多个领域的技术,是研究多Agent系统的标准实验平台,总结了机器人足球比赛中的关键技术,基于Agent思想,对足球机器人系统的两种主要的工作模式即基于视觉的集中控制模式和基于视觉的半自主控制模式进行了分析和比较,探讨了足球机器人的通信机制和推理过程,这些思想不仅适用于机器人足球比赛系统,而且对其它智能机器人系统同样具有指导意义。     

基于中间件技术的异构机器人系统设计及实现

基于C++CORBA中间件的技术规范和具体应用，对异构机器人系统的集成技术进行了研究，以ACE/TAO作为开发平台，构建了一个基于CORBA技术的异构机器人互操作系统，实现了分布式环境下具有不同硬件结构、操作系统、通信协议和编程语言的机器人之间的互相通信，系统界面友好、操作简便，可移植性和可维护性强，并且便于升级，该系统的研发成功为多异构机器人的协作提供了最佳的技术路线。     

多自主移动机器人系统协调及合作控制实验平台

为了验证多自主机器人协调及合作控制方面的先进理论和算法,进行室内多自主移动机器人实验平台的设计及开发.提出基于全局视觉定位系统及单计算机多线程操作的方式来模拟多自主机器人系统的分布式控制以及基于相对信息的局部控制.全局视觉系统的使用是为了比较理想地获得机器人间的相对位置信息并且能够记录多机器人群体的运行状态,而多线程则是为了能够实现对分布式控制策略的最佳仿真.每个线程相当于一个移动机器人的控制单元,而且该线程只使用该机器人能够获知的局部信息.最终该实验平台的硬件及软件在提出的框架下得以实现.同时,通过实验研究,结果表明该实验平台可以完全适用于模拟多自主移动机器人的分布式控制.     

非驱动关节机器人的位置闭环控制研究

以具有非驱动关节的水平2自由度机器人为研究对象,利用拉格朗日动力学方程,建立了具有非驱动臂的两关节机器人的动力学数学模型,利用求解非线性方程的有效方法——平均值法,对已经建立的二阶非线性微分方程的数学模型进行了平均化处理,实现了数学模型的化简,同时提出了一种非线性闭环反馈的控制方法并对此控制方法进行了仿真,在控制仿真中,实现了对非驱动关节机器人系统的期望控制目标,并验证了模型化简和控制方法的有效性。     

110kV输电线路巡线机器人控制方法及实现

首先对巡线机器人的控制系统进行了简单介绍，然后重点阐述了一种新型的基于分布式专家系统的高压架空输电线路自动巡线机器人的控制方法和实时实现. 提出了一种基于规则和证据的可信度的分布式专家系统的协调算法. 采用CLIPS，C和VC++等计算机语言实现了该控制方法. 在线运行实验表明，该控制方法不仅可以控制机器人自主跨越输电线路上的各种典型障碍，而且对于特别复杂的环境，如跨越转弯跳线时，通过两个专家系统的协作，机器人的巡线工作也能顺利进行.     

Dynamics model of underwater robot motion control in 6 degrees of frccdom

In order to analyze underwater robot control system dynamics features, a system 6-DOF dynamics model was founded. Underwater robot linear and nonlinear hydrodynamics were analyzed by Taylor series, based on general motion equation. Special control system motion equation was deduced by cluster of inertial items and non-inertial items. For program convenience, motion equation matrix format was presented. Experimental principles of screw propellers, rudders and wings were discussed. Experimental data least-square curve fitting, interpolation and their corresponding traditional equation helped us to obtain the whole system dynamic response procedure. A series of simulation experiments show that the dynamics model is correct and reliable. The model can provide theory proof for analyzing underwater robot motion control system physics characters and provide a mathematic model for traditional control method.