基于ADAMS的电磁驱动球形机器人运动仿真研究

提出了一种双电磁线圈驱动球形机器人驱动原理:通过电磁磁芯与永磁磁钢的吸引或排斥力,带动内部驱动机构绕主轴旋转,实现球形机器人的前进和后退；由电机带动飞轮一起旋转,实现电磁驱动球形机器人的转向运动,两种运动的合成即可实现球形机器人的全向滚动.通过对球形机器人越障能力和爬坡能力进行理论分析,研究了等效摆质量m与球形机器人质量(M+m)的比值以及等效摆的长度r与球形机器人半径R的比值对球形机器人性能的影响.基于ADAMS虚拟样机技术,对球形机器人的运动性能进行了仿真实验研究.     

基于振荡器模型的蛇形机器人的步态仿真

自然界中的生物蛇具有多种周期性运动方式如蜿蜒运动、直线运动和侧移运动等,步态的多样性极大的提高了自然蛇对复杂环境的适应性.生物学家通过研究证明脊椎动物的这种节律性运动方式是由中枢神经模式发生器(CPG)控制的.针对蛇形机器人高自由度的机械结构和不同步态的运动特点,利用Hopf振荡器模型的稳态特性建立了蛇形机器人的CPG步态模型,通过ADAMS仿真实现了1种九连杆八关节机器人样机的蜿蜒运动和三维空间内的侧向蜿蜒运动,并讨论了 2种步态之间的切换.仿真分析结果证明该CPG模型在实现蛇形机器人2种步态控制上的有效性.     

基于OpenGL的仿人机器人步行仿真研究

已有的仿真建模中,为了减少复杂性,大多将人足模型简化为点或圆弧,这与实际情况相差较远.在C++Builder 6.0环境下利用“Open GL”图形库建立了3D仿人型机器人双足步行仿真系统,用多关节串联机构模拟足部,实现包括由前脚掌支撑、足部转动的多种步态方式,并分析步行中各种步态间的转换,根据机器人脚跟、脚尖与地面接触状态的变化动态切换不同的步态方式,符合人足步行的实际情况,增强了机器人步行的灵活性与拟人性.该系统的控制部分采用位置反馈与正弦驱动相结合的行走控制方法,通过对人足模型的多关节动力学建模,有效地实现了机器人的稳定步行仿真,并实现了步行过程中的实时步态调整.     

仿人跑步机器人的控制与仿真

提出了仿人跑步机器人在跑步时关节力矩控制和前向速度控制的方案.对于机器人关节力矩的控制,通过推导机器人的三维动力学方程以及机器人质心和双脚的轨迹,采用阻抗控制的方法实现;对于机器人前向跑步速度的控制,通过在起跳阶段起始时刻调节"虚拟腿"与铅垂线的夹角实现,这种控制方法的优点是简单易行.最后采用虚拟样机软件ADAMS建立了仿人跑步机器人的三维模型,通过仿真证明了这种方法的有效性.     

欠驱动双足步行机器人通用仿真软件的开发

设计了欠驱动步行机器人开放式通用仿真、实验测试软件平台,应用MATLAB对具有膝关节的多自由度欠驱动双足行走机器人进行了运动.动力学建模与数值仿真,利用姿态还原算法重建机器人行走的运动学过程,应用计算机通信接口实现与机器人原型机的双向通信与控制连接,并应用VC++/OpenGL实现了人机交互界面和机器人行走的3D动画演示,研究成果对欠驱动双足机器人仿真、控制开发以及实验研究具有重要的应用价值.     

独轮车机器人的动力学建模与非线性控制

为了实现对于独轮车机器人非线性系统的姿态控制.以独轮车机器人车体的俯仰角度、横滚角度和航向角度作为广义坐标,基于拉格朗日定理提出了一种独轮车机器人的非线性动力学模型.并使用MIMO仿射非线性系统描述了该动力学模型.基于MIMO仿射非线性系统的精确线性化理论设计了独轮车机器人的控制算法,实现了对于输入的解耦.基于该动力学模型和控制算法搭建了仿真系统,仿真结果验证了动力学模型的正确性和反馈线性化控制算法的有效性.     

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.     

模块化自重构机器人变形算法的仿真研究

自重构机器人是一个由众多模块组成的非线性复杂系统,非线性造成的计算复杂性使得传统的控制算法难以解决机器人的运动和变形规划问题。我们提出了一种全离散变形方法,针对不同的系统和不同的任务建立不同的模块运动规则,再由模块根据局部感知信息和相应的运动规则同步运动来获得合理的运动序列,实现全局变形。这可以大大简化自重构机器人变形的复杂性,简化变形步骤,并且实现自重构机器人的自组织变形。本文建立了仿真平台对几个典型的2维系统的变形算法问题进行了研究和验证。     

基于Matlab的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台

针对仿生控制的特点,构建了一种Matlab环境下的双足机器人动力学仿真及仿生控制平台。为了充分利用关节自身的被动特性,描述了由非外界约束引起的自由度变化,以及双足机器人在运动相态间的合理切换。同时,考虑到碰撞是机器人运动的固有特性,建立了包括碰撞在内的混合动力学模型,最终实现控制器与机器人、环境的耦合。在此平台上,对设计的仿生控制算法进行了仿真：借助机器人自身运动状态和环境交互信息,协调各个关节的动作时序,实现了低能耗的稳定行走。结果表明,该平台为双足机器人仿生控制及其运动特性分析提供了有效的仿真手段。     

模糊控制策略在避碰运动系统中的应用

目前多机器人避碰运动已经被广泛研究,其控制策略也多种多样.主要解决基于全景视觉传感器的多机器人多目标系统中机器人之间以及机器人和静态障碍物之间的避碰问题,提出了单个自主运动机器人的结构模型、自主机器人周围物体的态势模型以及移动机器人动态速度的快速检测方法.机器人的运动决策采用基于Step-Forward策略的模糊推理机制,实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径,最终达到目标点.仿真结果表明了该算法应用于移动机器人在动态复杂环境中的无碰撞运动具有正确性、实用性和智能性等优点,同时该算法计算量小,运算速度快,提高了机器人控制的响应速度.     

基于模糊控制的WSN移动节点自主导航算法

设计了一种利用无线传感器网络(WSN)节点间通信信号强度信息(RSSI)及网络拓扑结构实现移动节点自主导航的方法。将机器人作为WSN的移动节点,利用RSSI势场量化的坐标空间描述机器人状态及目标位置,有效避免将RSSI值转换为距离时带来的模型误差。由若干个信标节点组成一个基于模糊控制的分布式导航系统,每个信标节点都是一个独立的模糊控制单元,最后由决策控制中心综合各信标节点的输出量决定机器人的航向。仿真和现场实验都表明该方法的有效性。     

移动机器人的快速终端滑模轨迹跟踪控制

针对基于动力学模型描述的非完整移动机器人轨迹跟踪问题,给出了一种快速终端滑模控制器设计方法,该方法结合反演(backstepping)设计和快速终端滑模控制的思想,实现了非完整移动机器人全局快速轨迹跟踪控制,并且能够在有限时间内完全跟踪上期望轨迹。该方法将系统分解为低阶子系统来处理,利用中间虚拟控制量简化了控制器的设计,具有直观的稳定性分析,设计方法简单。仿真结果验证了该控制器的正确性和有效性。     

全方位轮式移动机器人控制器设计与实现

全面介绍了一种全方位移动机器人的控制系统体系结构及软件的控制策略 ,包括采用的超声和激光传感器系统、网络化无线通讯系统、基于上下位机的计算机控制系统等方面。重点介绍了基于LM6 2 8的系统的伺服控制方法 ,并给出了机器人运动实验的结果 ,证明了系统的可行性。该系统适合在非结构化动态环境中进行分布式多Agnet(智能体 )、多机器人的协作与协调、移动机器人路径规划与避碰等研究。     

多自主移动机器人计算机仿真系统的设计与实现

提出了一种多移动机器人计算机仿真系统的设计方案，开发并实现了在局域网上以服务器-客户端模式工作的基于二维平面模型的多移动机器人仿真系统，该系统提供的环境建模及实时修正功能，参数可调的传感器模型，通讯协议，算法设计相对独立的特点极大地方便了多移动机器人系统的研究工作。     

一种3自由度移动机器人的跟踪新策略

在证明了3自由度移动机器人系统具有可逆性的前提下，利用神经网络α-阶积分逆系统线性化解耦能力，将严重非线性及耦合的3自由度移动机器人系统解耦成3个SISO(single input—single output)的子系统，采用线性控制理论设计了路径跟踪控制器，实现了位置和方位的独立跟踪，同时提高了控制算法的实时性。最后通过路径跟踪仿真实例验证了算法的可行性和有效性。     

移动机器人激光全局定位系统的算法研究

介绍了一种新型的移动机器人激光全局定位系统.重点讨论了结构化环境中移动机器人的全局定位方法,提出了一种新的基于最小二乘法的迭代搜索定位算法.全方位移动机器人平台上进行的定位实验,证实了该算法的有效性.     

带Mecanum轮的移动机器人全向移动控制研究

分析了一种配有Mecanum轮移动机器人的全向控制方法.该方法有效的控制了Mecanum轮机器人平台,对实验对象输入的导航参量设定值(X、Y方向的平移速度与转动角度)转化为机器人各轮的控制转速设定值,并通过机器人本体仿真模块对电机以及机器人模型的仿真解算,得到机器人的实际位姿状况.再反解出移动机器人的实际导航参量,用于机器人的导航位姿闭环控制.     

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。     

基于解耦控制的SCARA机器人轨迹跟踪控制器设计

SCARA型机器人的控制问题由于其动力学模型中没有重力矩项的作用而得以简化,由于在实际应用中经常要求其高速运动,则对具有强耦合的哥氏力与向心力的控制就成为制约其系统性能的重要问题。提出通过线性变换对机器人系统解耦,将高阶系统转化为解耦的低阶系统进行控制的方法,并且应用极点配置对解耦的系统求解机器人控制器。该方法无需测量关节速度和加速度,只需要测量关节位置信号。所提出的控制器既能保证闭环系统全局渐进稳定,又能通过对线性化系统闭环极点的配置来获得期望的闭环系统响应性能。仿真实验证明了所提出的控制器设计方法的可行性。     

非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制

针对动力学模型描述的非完整移动机器人系统，研究了其在未知参数和不确定性干扰下的轨迹跟踪控制问题，基于反演技术和自适应滑模控制的思想设计了具有全局渐近稳定的轨迹跟踪控制律。谊控制律将系统分解为低阶子系统来处理，利用中间虚拟控制量和部分Lyapunov函数简化了控制器设计，并具有直观的稳定性分析．满足了移动机器人的轨迹跟踪要求，且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。仿真结果验证了所设计控制器的有效性和正确性。