5连杆双足机器人建模和控制系统仿真

步行机器人作为一种载运工具适应地况能力强,结构复杂,运动控制难.实现类人型机器人动态行走,必须对机器人进行动力学建模、步态设计和稳定姿态控制算法设计.研究了一种5连杆双足机器人的动力学建模和控制系统仿真方法.建立两足步行机器人腿的可参数化仿真模型,对5平面双足机器人的运动情况和控制输入输出进行仿真,得出试验结果.并对影响步行机器人稳定性能的参数进行分析,为后面机器人样机的研制提供理论及数据依据.     

可重构星球探测机器人的OpenGL仿真实验平台研究

采用基于Visual C 和OpenGL的建模和运动仿真方法，对可重构星球探测机器人系统的三维运动仿真实验平台进行了研究，建立了一个多机器人系统的仿真实验平台。开发的实验平台可用于探索和验证机器人系统的工作原理、工作空间、多机器人协调算法、重构方法、系统集成技术等。在该平台上进行了机器人的运动学仿真和协调运动研究，验证了该仿真平台的有效性和机器人系统体系结构的合理性。     

仿生水下机器人运动仿真技术研究

以哈尔滨工程大学仿生水下机器人“仿生-Ⅰ”为研究对象,建立了其运动仿真模型。采用水下机器人六自由度空间运动模型,对仿生水下机器人与传统水下机器人区别较大的推进系统、操纵系统以及附加质量的变化等进行了阐述。利用该模型进行的运动仿真结果和“仿生-Ⅰ”水池试验吻合的较好,表明该仿真模型是符合实际的。本研究也为仿生水下机器人运动控制研究提供了平台,对今后的工作有较大的现实意义。     

微小型水下机器人操纵性能与运动仿真研究

以某微小型水下机器人为对象,对其进行受力分析,并考虑海流环境的影响,以空间六自由度运动方程为基础建立其运动仿真模型.通过带附体的模型试验,得到水下机器人阻力曲线和各主要水动力系数,应用面元法预报了其控制面的水动力特性,在此基础上建立了水下机器人的运动仿真系统,对其在水平面和垂直面内的操纵性能进行了预报,仿真试验结果表明此水下机器人具有良好的操纵性能,运动仿真系统可以作为控制器设计与调试的试验平台.     

水下机器人的S型模糊神经网络控制

模糊神经网络控制已经成功应用于水下机器人运动控制中,但其运算过程和训练算法比较复杂,对嵌入式硬件要求也较高.根据带翼水下机器人的运动特性提出了S型模糊神经网络控制方法,并推导了网络权值学习算法,最后以XX水下机器人为研究对象进行了仿真实验.试验结果表明,与基于高斯型隶属函数的模糊神经网络控制器相比,在没有过多损失整体控制品质的情况下,其网络算法得到极大简化,运算速度得到了提高,反应能力增强,非常适用于对精确定位能力和运动速度要求不高,但要求高机动性的水下机器人.     

欠驱动双足步行机器人运动控制与动力学仿真

以欠驱动双足步行机器人为对象,提出一种基于落脚位置控制的运动控制算法,并对其行走控制过程进行动力学仿真。首先基于三维线性倒摆模型(3D-LIPM)控制机器人的落脚位置,建立其行走姿态的虚拟约束,利用有限时间收敛反馈控制器对行走过程进行控制,实现了机器人的动态稳定行走。最后结合MATLAB的符号运算、SIMULINK和虚拟现实技术对其控制过程进行运动学和动力学仿真。实验结果表明控制算法是可行的。     

水下滑翔机器人实时仿真平台研究与开发

为检验水下滑翔机器人系统的整体性能及载体在水下的运动学和动力学特性,提出了采用半物理仿真方式建立水下滑翔机器人实时仿真平台的设想.介绍了建立实时仿真平台的硬件结构,并对水下滑翔机器人实时仿真平台的搭建过程作了简要的说明.仿真平台系统包括虚拟水下滑翔机器人系统和虚拟显示系统两部分,其中虚拟显示系统包括:MultiGen Creator建立的三维载体模型和海底地形;Vega生成的实时视景程序;基于MFC的视景仿真程序.     

液压四足机器人的仿生运动控制研究

动物的节律运动具有规则的运动形式和良好的稳定性、适应性,因此这种运动方式适合用于腿式机器人的运动控制.针对四足机器人难以协调控制的问题,通过对高等动物神经学理论和节律运动的研究、改进与仿真,设计了一种基于中枢模式发生器(CPG)的运动控制方法,并借助Matsuoka振荡神经元模型建立了完整的四足机器人坊生运动控制网络模型.以自激行为产生不同相位的节律运动信号并控制执行器进行相应的动作,实现了一系列典型的四足机器人运动步态和足端轨迹的生成与转化,有效地解决了机器人四足协调运动控制的难题,提高了机器人在复杂环境中的运动和适应能力.     

空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台方案研究

在研制空间飞行器导航系统的过程中,搭建导航仿真平台能够有效地节约成本并缩短研发周期.在模块化、通用化和标准化设计原则的指导下,利用多台计算机和相应的数据总线开发了空间飞行器分布式通用组合导航仿真平台.在空间飞行器导航系统特性分析的基础上,提出了捷联惯性导航系统、GPS、脉冲星导航系统、磁强计和星敏感器组合导航方案,设计了仿真平台的结构,论述了仿真平台的硬件设计、软件开发和算法,并探讨了仿真平台的扩展性能.试验表明该仿真平台能够逼真地模拟空间飞行器导航系统,并为设计者提供有益的建议.     

带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真

在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统.根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块.这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统.以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统,带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比.实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计.     

基于OpenGL的机器人虚拟漫游系统开发

基于OpenGL图形库具有的强大三维渲染能力，开发了一个机器人虚拟漫游环境，提出了一种基于PC的机器人虚拟漫游框架，重点描述了建立三维场景及漫游系统中观察者与机器人的位置控制方法，实现了观察者与机器人的三种不同相对运动状态。实验结果表明，该系统取得了良好的仿真效果。     

基于虚拟样机技术的航天器配重设计与实现

将航天器的质量、质心和转动惯量调配到一定目标范围内,可以降低航天器姿态控制的难度,提高航天器姿态控制的准确性,利用虚拟样机技术和数值优化技术的相关软件设计了航天器配重仿真优化方法,能够对航天器进行构件设计,仿真装配、动力学分析和可变装配参数优化,能够支持构件可变质量优化和装配位置优化,最后通过空间机器人地面气浮仿真平台的配重实例验证了配重方法的正确性,结果表明该方法可以有效地对航天器进行配重优化。

Abstract：

The mass, centroid and moment of inertia of spacecraft, regulated at a certain target range, can reduce the difficulty and improve accuracy in spacecraft stance control. The relative software of virtual prototyping and numerical optimization techniques were used for designing the methods of simulation and optimization in spacecraft balance. The methods could make spacecraft devised in components, simulation assembly, dynamic analysis and parameter optimization of variable assembly and support the components of variable quality optimization and assembly location optimization. The accuracy of balancing platform was validated by the balancing example of space robot ground floatation simulation platform. The result shows that spacecraft can be effectively balanced and optimized by this method.     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

图像反馈机器人视觉伺服系统仿真

机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可以直接用于机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理，通过创建子系统(sub-system)使得Marlab和Simulink有机结合，基于机器人Matlab仿真工具箱(Robotics Toolbox for Matlab)实现了六自由度Motoman-SV3工业机器人图像反馈视觉伺服系统的Simulink模型。采用该模型进行了机器人跟踪三维空间螺旋运动目标的仿真实验，结果验证了该方法的有效性。     

基于HEDT的移动机器人路径规划算法

移动机器人在未知的、动态的环境中进行路径规划必须考虑到环境地图构建的不完备性和算法的实时性.针时这种情况,提出了一种基于启发式拓展距离转化的移动机器人路径规划算法.算法在未知的环境中,通过启发信息和实时探测静止或移动的障碍物信息构建不完备的栅格地图,对移动的障碍物采用延后处理策略,实时地搜索最优路径并驱动机器人运动到目标点.当发生下降阻碍时,则仅对需要的范围传播权值变更信息.算法适用于大范围的时变环境,并具有良好的收敛性.仿真实验验证了算法可行性和正确性.     

基于TOA和TDOA的三维无源目标定位方法

提出了一种基于到达时间(time of arrival, TOA)和到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。     

空间绳系机器人释放动力学与控制仿真研究

空间绳系机器人作为一种新型空间飞行器,为近距离目标捕获提供了一种全新的捕获方式。作为关键技术之一的空间绳系机器人释放动力学与控制目前尚未引起广泛关注。通过建立空间绳系机器人释放动力学模型,研究了绳系机器人稳定释放的控制技术。对非线性释放动力学模型全局反馈线性化,设计了绳系机器人释放的主动学习控制器,控制器根据规则在线学习自整定控制器参数,使绳系机器人沿切向稳定快速释放,解决了绳系机器人沿切向释放不稳定的问题。机器人作为一个独立的控制系统,可完成沿任意方向的释放。数字仿真验证了机器人能够满足释放过程中对主动控制律的要求,说明稳定释放控制策略的有效性。     

主动适形移动机器人自主导航仿真研究

介绍了采用虚拟样机技术建立主动适形移动机器人（Active Terrain Adaptive Vehicle，ATAV）联合仿真平台的设计过程。并以轮-履带-腿式复合型移动机器人为例，在联合仿真平台上对ATAV自主导航控制策略进行仿真研究，提出了基于包容结构的ATAV自主导航控制算法。仿真实验结果验证了控制算法的有效性。     

双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统

介绍一种双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统。用户通过图形编程界面对机器人编程和任务规划，在三维仿真环境中预宽和分析规划结果，最后将优化程序下载到真实机器人中进行控制。采用Java3D和VRML实现三维仿真；基于RT-Linux平台保证仿真控制的实时性；实现了多机器人机制以支持机器人的流水线协作。该系统现在支持日本安川电机株式会社的双臂移动机器人产品。