避免约束奇异的平动并联机器人设计方法

构造一种基于螺旋理论的空间机构综合方法,分析了并联机器人发生平台约束奇异的原因。利用三条支链对平台所提供的特殊正交约束,得到了一种彻底避免运动平台奇异的纯平动三自由度并联机器人。给出满足这一条件的所有结构组合,运动副组成类型和空间装配原则。最后,依据这一理论设计出2个新型三自由度并联机器人作为范例。     

用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化

为了提升四足机器人腿足的运动性能,设计一种具有并联弹性驱动器(Parallel Elastic Actuator, PEA)的腿足关节,通过模仿四足动物的肌腱作用原理,将拉簧并联在小腿连杆和大腿连杆之间,在膝关节处实现了并联弹性驱动,具有尺寸小、质量和惯量低的特点。建立了PEA膝关节的动力学模型,并借助该模型,在预设跟踪任务轨迹下,综合考虑峰值力矩、峰值功率和能量利用率,对拉簧的刚度系数进行多目标优化,得到全局最优的拉簧刚度为5 510 N/m。为了对比本PEA关节与电机直驱关节的性能,从仿真和实验两个方面进行验证。利用Gazebo机器人仿真环境,使用带有刚度的滑动副来实现PEA拉簧的效果,通过物理引擎模拟获取关节电机的输出力矩、输出功率、机械能耗;搭建PEA膝关节实验平台开展样机实验,获取膝关节电机的电源输入参数,如输入电流、输入功率、电源能耗。实验结果表明：PEA对比电机直驱关节,在0.5～2.0 s的轨迹周期下,电机输出方面可以减少峰值力矩40%～79%、峰值功率52%～89%和机械能损耗40%～89%,电机输入方面可以减少峰值电流46%～77%、峰值电功率43%～76%和电能损...     

并联机器人动力学与控制仿真研究

并联机器人控制问题一直以来都是一个开放领域,在这方面的研究还比较少.文中以6-UPS型Stewart平台为研究对象,利用牛顿-欧拉方法建立了并联机器人的动力学模型,并提出了基于控制法则的动力学分解方法,推导出并联机器人的控制率方程,设计了基于动力学模型的控制器.采用PID校正方法对并联机器人的轨迹进行跟踪,给出了运动平台做圆周运动时轨迹跟踪曲线,仿真实验结果表明,轨迹跟踪效果比较理想,控制方案是正确的.为进一步的并联机器人控制及性能改进奠定了良好的基础.     

水下编队航行机器人的前馈加反馈控制器设计

介绍了一种能够实现水下机器人编队的分布式控制方法。在基于跟随机和领航机间的相对运动模型上,首先设计了前馈控制器及其内部模型以补偿视为外部信号的领航机信息,然后利用反推法设计了反馈镇定控制器,同时还设计了能够观测所有误差信号的状态观测器以实现反馈控制。算例仿真表明了应用设计的编队控制律,各个水下机器人能够较快地形成希望的编队,并按希望编队队形稳定航行,仿真结果验证了此种控制方法的有效性。     

一种机器人轨迹跟踪的迭代学习控制方法

针对机器人轨迹跟踪问题,提出了一种带遗忘因子的迭代学习控制算法.给出了学习算法收敛的充分条件,该算法在不改变学习控制器结构的前提下,对要求跟踪的新的期望轨迹,利用系统的历史控制经验,合适地选择了初始控制输入,使系统的输出能尽快地收敛于新的期望轨迹,从而达到了改善系统跟踪性能的目的.仿真结果表明了该方案的有效性.     

微装配机器人姿态调整的设计

针对微装配机器人在装配任务中末端执行器对装配姿态的要求,将姿态调整结构安装在三自由度微动平台机械手的末端,使原有的机械手在空间三自由度定位的基础上,实现俯仰,摇摆,旋转三自由度的姿态调整.工作区任意位置定位后,在不改变位置的基础上,可调整任意姿态.     

可移动六自由度并联机构的位姿参数辨识及误差分析

针对可移动的空间六自由度并联机构的位姿辨识问题,通过测量多种位姿状态下运动平台上任意一个测量点的绝对坐标,构建运动学方程组并进行优化求解,实现了未知方位的并联机构位姿参数辨识以及测量点在动系中的坐标辨识,再根据测量点的目标位置,求解出各驱动杆的调整量,从而实现并联机构位姿的运动控制。采用Trust-Region Dogleg优化算法实现了冗余方程的求解,并且通过实验进行了验证。仿真和实验表明,对测量点坐标的辨识精度高于对并联机构自身位置的辨识精度。当并联机构自身运动误差不大于0.02 mm时,运用此方法并联机构在绝对坐标系中的定位误差能够控制在0.3 mm以内。     

新型四足并联军用机器人步态控制算法及仿真

在多关节步行机器人控制策略中,全部采用中央模式(CPG)网络进行控制的方法具有参数繁多、网络结构复杂的特点;机器人的工作环境通常多变且复杂,对机器人的灵活性和抗干扰能力提出了更高的要求,故仅采用单一的控制模式很难满足上述需求。针对上述问题,在机器人控制上把基于CPG的控制方法和基于虚拟模型的控制方法进行综合,对单腿为3-UPS机构的四足并联军用机器人设计了一种新型步态控制算法,用CPG完成机器人的基础步态,完成输入输出之间的非线性振荡器网络模型的搭建,并将模型的输出与关节电机的驱动力矩构成映射关系;再用虚拟模型生成行走时保持机器人平稳姿态所需要的足端虚拟力,并将足端虚拟力映射为关节驱动力矩。通过V-REP与MATLAB软件对该步态控制算法进行联合仿真实验。仿真结果表明：所提出的步态控制算法有效;新算法的优势在于简化控制网络的同时还能保证机器人在行走过程中拥有较强的灵活性和抗干扰能力,这种新型控制模式为四足并联军用机器人的步态控制提供了新的思路与方法。     

机器人技术在装甲车辆上的应用

机器人技术是实现战车无人化的一项重要技术.随着机器人技术的不断发展,自主式移动机器人技术应用在装甲车辆上将逐渐成为可能.这涉及到的诸多方面的研究成果有局部与全局导航方案的研究、基于感知的位置判断、障碍物的检测和避障的新方法以及多传感器信息融合等.阐述了机器人技术在装甲车辆上的应用,介绍了其相关技术,对装甲车无人化的现状及发展进行了概述.     

由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人步态规划和稳定性分析

针对四足机器人研究中的承载能力低、行走平稳性差问题,设计了一种由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人。采用解析几何法和坐标变换法对机器人站立腿和摆动腿进行运动学建模,根据足端位置逆解求得了髋关节变量,进而提出一种无膝关节四足机器人的直行步态、定点转向步态和爬楼梯步态规划方法。基于运动学模型和步态规划方法,通过数值仿真分别得到步态周期内瞬时稳定裕度数据和重心高度变化数据,结果表明四足机器人有较好的稳定性。机器人步态试验验证了该步态规划方法的合理性和有效性。     

高精度机载光电跟踪系统的自适应模糊控制

机载激光制导武器能精确命中目标是由于引导武器运动的激光束能准确、稳定地照射在目标上。而实现这一点的关键是受陀螺稳定平台系统稳定的激光束在机载运动、振动和目标运动的条件下 ,能准确、稳定地跟踪目标。本文讨论了这种陀螺稳定平台系统实现高精度自适应稳定跟踪的模糊控制设计方法 ,仿真证明了该设计方法是有效的。     

基于DSP的柔索驱动并联机构控制系统

针对某被动防护系统对平台姿态的控制要求,设计了一种新型的柔性绳索并联机构,并为该机构设计一款控制系统。建立基准坐标系和动平台固连坐标系,在上述坐标系下分别用球坐标角和欧拉角表示动平台的姿态,并给出2种姿态表示的转换关系。分析该机构的运动反解模型,建立关于索长的 PID控制模型。通过电机转动角度改变绳索的长度。根据建立的模型与控制要求设计控制系统的软件和基于DSP的硬件。实验和仿真验证结果表明：该控制系统各个模块工作稳定、高效,控制模型正确、有效,达到控制要求,实现了预期的功能。     

0.6 m 风洞研究性试验平台测控系统

为适应空气动力学基础应用研究需求,建成0.6 m风洞研究性试验平台,并研制与之配套的测控系统.采用西门子的SIMATIC T-CPU315T为控制核心,构建一个四自由度的运动控制系统,通过以太网和其他子系统进行通信完成试验流程.详细介绍了项目的实施情况和解决的技术难题,说明调试及应用情况,给出主要结论.测试结果表明:新研制的系统性能均满足设计指标、控制精度高,标模测力试验结果良好、满足国军标值.     

自动机械传动系统起步过程中离合器的自适应控制策略研究

本文对自动机械传动(AMT)及自动变速操纵系统(ASCS)中的关键技术(离合器控制)进行了研究,提出了离合器的自适应控制策略.该策略不同于当前所采用的控制策略,它根据离合器输出轴转速和发动机转速与离合器输出轴转速差,得到理想离合器输出轴加速度,并通过控制离合器驱动机构的行程增量,使得实际离合器输出轴加速度和理想的相一致.该策略可实现起步过程中的自适应控制,满足驾驶员平稳、快捷的要求,同时具有所需输入信号少的特点,试验证明这一策略是完全可行的.     

基于旋量理论的移动机械手动力学建模

应用旋量理论可以方便地建立固定基开链或闭链机器人系统的动力学模型,但是,能否和怎样把它用在移动机械手等这些非固定基系统的动力学建模还值得探讨。本文基于旋量理论研究了移动机械手系统的动力学建模方法。首先通过构造虚拟连杆把移动机械手转换成等效的固定基单自由度关节的开链系统。然后应用刚体旋量的指数积公式导出移动平台的运动约束方程,通过建立移动机械手各刚体的雅克比矩阵,推导出刚体和整个系统的动能。最后利用Lagrange-d′ Alemert原理建立了移动机械手系统的动力学模型。     

导弹发射车主动控制悬架多ェ况减振研究

某车载导弹武器系统拟采用任意点无支撑发射方式,采用主动控制悬架可以使运输发射车重要部位同时满足导弹发射和机动状态的减振要求。对于发射和机动两种工况,分别应用最优控制和自适应控制理论设计控制器,并给出了作动器的切换策略。仿真计算显示该方法有较好的减振效果。     

基于模型预测控制与阻抗控制的受限机构操作方法

针对移动机械臂对受限运动机构操作的需要,提出一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)和阻抗控制(impedance control,IC)的移动机械臂全身运动规划与控制的实时方法。允许移动机械臂在操作过程中感知环境的动态变化并进行全身避障,形成使移动底盘和机械臂协调良好的运动以及使移动机械臂与环境的交互具备柔顺性。移动机械臂开门操作的仿真实验结果表明：该方法在移动机械臂全身运动规划、阻抗控制方面具备有效性,具有良好的应用前景。     

基于PMAC的稳定平台伺服系统设计

研制了一套基于PMAC运动控制卡的陀螺稳定平台系统。该系统以PMAC为核心控制模块,光纤陀螺为速度环反馈传感器,光电编码器为位置环反馈传感器,实现了稳定平台的位置跟踪和伺服稳定两个功能。介绍了系统的工作原理和控制结构,分析了系统的软硬件设计,以及伺服控制算法描述。实验结果表明,该系统完全达到稳定平台性能要求,系统稳定性好且控制精度高。     

车辆悬架的半主动自适应模糊控制方法研究

本文采用自适应模糊方法设计车辆悬架半主动控制器。以模糊控制原理为基础,融合自适应方法,将模糊系统辨识和模糊控制结合起来,在模糊控制器内采用“软反馈”,并对自适应模糊的控制规则进行修正。该法简化了运算,提高了半主动悬架控制的实时性,使系统的控制性能不断改善,达到最佳的控制效果,较好地解决了乘坐舒适性与驾驶安全性间的设计矛盾。