冗余自由度协作机器人运动规划研究

针对传统快速探索随机树(Rapidly Exploring Random Tree,RRT)路径规划算法在新枝点扩展上缺乏目标性和时间复杂度高的问题,以具有偏置构型的7自由度冗余机器人Rethink Sawyer为研究对象,利用引力势函数,对新枝点的扩展进行调节,提出了具有导向性的变步长双向RRT扩展算法完成协作机器人运动规划.采用阻尼最小二乘Newton-Raphson方法对Sawyer机器人逆运动学进行数值求解.通过机械臂运动学模型和运动规划算法仿真、ROS平台的运动规划实验,验证了改进RRT算法进行路径规划的正确性,在操作过程中有效地避免了与约束框架碰撞,降低了机械臂运动规划的时间复杂度.     

飞行视景仿真系统研究与实现

针对视景仿真系统开发费用大、周期长的缺陷,提出了一种利用开源的Irrlicht图形渲染引擎的开发方法.首先,基于飞机六自由度运动模型,提出了Irrlicht环境中飞行运动数学表示和C++语言描述方法;通过对Irrlicht的二次开发,构建了交互式飞行视景仿真系统的模块化功能结构,仿真了一个逼真的飞行三维视景.基于以上设计,通过键盘输入命令来改变飞行状态,从而驱动Irrlicht图形渲染引擎,最终实现了飞机运动的交互式飞行视景仿真系统.通过试验可以证明,飞行视景仿真系统具有良好的交互性和实时性,可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便等优点.     

新型二自由度关节设计及其多电机消隙控制

提出一种基于三电机驱动的新型二自由度机器人关节.基于双电机消隙原理,提出一种二自由度关节多电机消隙机制,并针对消隙后的其他非线性因素的扰动影响设计了基于线性自抗扰算法的速度控制器.样机实验结果证明了关节结构的合理性,表明本文算法可为位置外环提供稳定性和鲁棒性较强的速度内环,可提高二自由度关节的位置精度.     

一类非自衡对象的典型反馈型PID控制

针对一类非自衡对象,提出了一种基于典型反馈模型的PID控制器(TF-PID);采用全极点型逼近方法对被控对象的时滞环节做近似处理,并在内模控制原理的基础之上导出一种基于典型反馈模型的PID控制器参数整定策略,从而得到PID控制器的整定参数;仿真结果表明,所设计的控制方法具有更优的设定值跟踪性能和干扰抑制性能,并且实现二者分离控制。     

高精度解耦六自由度机械臂逆运动学解法

根据6自由度机械臂正交解耦的结构特点,采用位姿分解方式,将6自由度逆运动学降为3自由度位置逆运动学、3自由度方向逆运动学;利用欧儿里德范数导出机械臂定位、定向的逆运动学解析解,使机械臂高速、准确运动.在定向控制方面,提出一种以单位四元数为目标输入的控制形式,只需计算两个角度逆解,既简化计算,又利于实际操作;利用逆运动学计算机械臂的工作空间和奇异点空间,借助移动机器人车体自由度弥补因计算以及关节长度不够引起的奇异位形,极大扩展了机械手臂的有效运动区域.     

列车驾驶模拟器体感模拟研究

以列车驾驶模拟器的六自由度运动平台的运动体感模拟仿真系统为对象,根据人体感知理论和体感模拟滤波原理,提出了基于经典滤波算法的体感模拟仿真算法,推导出离散化的时不变线性系统仿真模型,设计出适用于实时控制系统的控制算法,为自主开发六自由度运动系统提供了很好的参考和仿真工具。     

某型飞行器六自由度仿真研究

针对飞行器制导和姿态控制分立式三自由度仿真存在的不足,研究并给出了飞行器的六自由度运动模型。应用面向对象技术,建立了飞行器制导与净态控制联合的六自由度仿真模型,根据仿真结果,分析了仿真系统的信性,最后根据了所研究仿真系统的特点。     

融合长短时记忆机制的机械臂多场景快速运动规划

针对快速扩展随机树(rapid-exploration random trees,RRT)算法难以有效解决多场景环境下的机械臂快速运动规划问题,提出一种融合长短时记忆机制的快速运动规划算法.首先,采用高斯混合模型(Gaussian mixture models,GMM)在规划的初始阶段通过随机采样构建环境的场景模型,并利用该模型进行碰撞检测,以提高运动规划效率;然后,根据人类的记忆机制原理,对多场景的不同GMM按照即时记忆、短期记忆和长期记忆进行存储,并通过场景匹配算法实现不同场景GMM的快速自适应提取,提高对变化环境的适应能力;最后,通过在Matlab以及ROS仿真环境下6自由度柔性机械臂的运动规划仿真实验对所提出的算法进行验证.实验结果表明,所提出算法可以快速提取场景的记忆信息,有效提高多场景环境下的运动规划效率,具有较强的适应性.     

多舵机控制在类人机器人上的应用

舵机控制器是机器人的重要部件.采用一种新颖的利用单片机产生多路控制舵机用PWM的方法,利用单片机内部定时器,采用分时复用技术,在不增加任何硬件电路的前提下,用单片机实现多达24路PWM输出.该方法取代了传统的使用分立元件产生PWM波的方法,大大减少了分立元器件数目及电路连线,改善了系统可靠性,提高了控制精度,并成功用在17自由度仿人机器人的控制系统中.     

一种全新的夹具定位方案设计算法

系统地提出了一种全新的夹具定位方案设计算法．建立了描述加工尺寸与应限制自由度之间关系的自由度约束原理;巧妙地将齐次线性方程组解的性质和工件的各种定位方案联系起来,提出了定位合理性的判定定理;最后提出了不合理定位方案产生原因的判定依据,以指导工艺人员能够合理地设计夹具．利用定位方案的分析与综合方法不仅能够验证定位方案的合理性,而且还能用来指导定位元件数目及其位置的合理设计．这种方法既适用于夹具定位合理性分析,也适用于机械手手指的定位合理性分析．