康复训练机器人重心控制系统的运动学分析和仿真

简单介绍了一些关于绳驱动的特点和原理以及国内外关于绳驱动的研究成果,在此基础之上提出了基于绳驱动的重心控制系统整体机械结构方案以及工作原理.系统的整体控制方案是分为两级,上位PC机作为系统的管理,作为下位机的单片机只是负责采集反馈脉冲和给出PWM信号. 论文根据机构简图推导出系统的运动学模型,并且利用MATLAB和Simulink对机构进行了运动学仿真,对仿真结果进行了分析.这对进一步研究机构的作业空间和动力学以及控制奠定了基础.     

仿青蛙跳跃机器人运动学研究

提出了仿青蛙跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对青蛙运动的研究,提出了仿青蛙机器人单侧跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人起跳与腾空两个阶段,其前肢和后肢的运动学方程,进行了正、逆运动学研究。分析机器人四肢的运动空间,并通过实例计算,验证了研究结果和生物学实测结果相一致,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。得出的结论将为仿青蛙跳跃机器人的设计及控制提供理论基础。     

ZSTU拟人灵巧手设计与仿真

仿生人手的构造和功能,设计了ZSTU拟人灵巧手并进行了运动学和动力学仿真。内置型ZSTU拟人灵巧手由伺服电机驱动,手指的结构和布置接近真实手,每个手指有4个自由度。先构建了ZSTU拟人灵巧手的虚拟样机,依据机器人运动学和动力学原理,进行了多种手势、抓持操作、单指工作空间的运动学仿真和手指动力学仿真。仿真结果表明：ZSTU拟人灵巧手结构合理,有较大工作空间,可实现多种灵巧操作。     

面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模

传统运动仿真的虚拟建模缺少针对复杂系统中信息子系统与物理子系统的动态性融合建模。融合传统运动学虚拟建模与信息计算的优势，针对运动仿真的精度和实时性难以满足实际工业制造需求的问题，提出面向复杂系统运动仿真的信息物理融合建模方法，并以机械臂的运动学控制为仿真案例进行验证，解决了实际环境中机械臂的驱动与仿真环境虚拟机械臂运动不一致的问题。搭建了复杂系统运动仿真虚实映射平台，集成了虚拟建模环境CoppeliaSim，融合实际机器人的运动反馈，和虚实映射计算模型，确定工业机器人运动方程的唯一位姿解。实验结果表明本文提出的方法实现了工业机器人的虚实映射实时运动仿真。     

6-SPS型并联机构正向求解研究与仿真

研究6-SPS型并联机器人机构的运动学正向求解方法,推导了6-SPS型并联机器人运动学模型,提出了一种位姿和速度正向求解的方法,在此基础上,运用基于Moore-Penrose广义逆的牛顿迭代格式编制了MATLAB运动学正向求解程序,并进行了运动学正向求解数值仿真,结果表明求解程序快速有效。     

6自由度柔索并联机器人的动力学建模与抗扰控制

大型射电望远镜柔索-馈源舱粗调子系统的改进方案通过8根柔索长度的协调变化来控制馈源舱的6自由度运动.首先进行了该机器人的运动学分析,并分别建立了末端执行器和驱动系统的动力学模型;其次,考虑柔索强度和电机负荷的约束条件,给出了以索力范教为目标实时优化求解索驱动力的方法;在此基础上,针对系统的非线性、强耦合特点以及随机风荷对系统的扰动,提出了-种新的复合控制策略.即利用基于绳长关节空间的PD修正前馈控制器引入非线性状态反馈补偿,通过干扰观测器观测外部扰动对电机跟踪性能的影响,进行振动抑制.数值结果表明方法的有效可行.     

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.     

基于影响系数原理的六足机器人运动状态分析

采用螺旋理论与影响系数原理对六足爬壁机器人进行运动学分析。首先,对六足机器人单腿应用螺旋理论建立机器人运动学模型;其次,在螺旋理论基础上,利用影响系数原理提出一阶和二阶影响系数矩阵,对机器人末端进行速度和加速度分析,此外该文提出用4个加速度影响因子分析对加速度变化的影响。最后,运用ADAMS建立虚拟样机得到直线行走步态下各关节运动参数数据,并通过华南理工大学研发的实际六足爬壁机器人实验验证了运用螺旋理论分析六足爬壁机器人运动学的正确性和合理性。仿真结果表明,角加速度和一阶影响系数矩阵的变化对加速度的变化起主要作用,为步态轨迹规划提供了有价值的参考。     

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.     

移动机器人网络运动协调的控制与仿真

研究移动机器人网络运动协调的仿真框架与分散控制律的设计。建立了传感范围有限、差速驱动移动机器人网络的数学模型:单个机器人的运动由运动学与动力学方程描述,且驱动力矩和速度有限;有向图和proximity图分别描述机器人间的通信网络和互感网络。设计了基于MATLAB/SIMULINK的运动协调仿真框架,并在此基础上设计了带速度约束的平行运动与自组织编队生成协调控制律。仿真结果证明控制器设计的有效性和仿真框架对不同分散控制律的适用性。     

三维地形中人体运动生成方法

给出了一种适应于三维地形的虚拟人体运动控制方法。首先提出了一种新的足迹生成方法，然后以足迹作为约束，基于简化的三段运动模型，分别用不同的方法生成各部分运动：用曲线拟合身体质心运动轨迹；采用增加约束条件的逆运动学方法生成下肢运动；采用正向运动学插值方法生成上肢运动。综合人体的质心运动、下肢运动和上肢运动，合成了和谐的人体运动。最后，介绍了部分实现与实验结果。实验表明，该方法实时性好，逼真性高，适用于实现复杂三维地形环境中实时三维人体运动的生成与控制。     

机械手逆运动学神经网络建模与仿真

采用多层前向神经网络来建立机械手逆运动学模型。在分析了用简单遗传算法学习神经网络存在求解速度慢、精度低及有量化误差等缺点的基础上，提出采用改进遗传算法来学习神经网络，用于机械手逆运动学求解。此方法采用实数值编码，并采取动态变异操作。仿真结果表明，该方法有效地弥补了简单遗传算法的不足，能快速达到全局收敛，从而大大提高了机械手逆运动学求解的精度。     

基于多目标遗传算法的冗余机械手逆解算法

提出一种新型的多目标优化遗传算法,该算法采用两种精英机制,加快了收敛速度,避免了在一般多目标遗传算法中难以处理的适应值分配过程,减小了计算资源的消耗。把所提算法应用于带有N个关节的冗余机械手运动学逆解问题,与传统的机械手逆解方法相比,所提算法不仅能够使得终端执行器精确到达期望位置,而且同时优化了机械手关节转动角度、柔顺性、安全性三个目标。仿真结果表明了所提算法的有效性。     

多连杆柔性关节机械臂的神经滑模控制

钟对多连杆柔性关节机械臂,设计了基于高斯径向基函数神经网络（GRBFNN）的滑模控制器,该控制器利用神经网络的逼近能力,将各关节的切换函数作为网络的输入,控制器完全由连续的RBF神经网络实现。利用该控制器与线性二次型跟踪器以及传统滑模控制器对三连杆柔性关节机械臂进行轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明：线性二次型跟踪器具有一定传输时延,滑模控制器跟踪轨迹有明显抖振,而神经滑模控制器取消了切换项,消减了抖振,具有良好的跟踪效果和稳定性。     

6-3-3并联机构部分工作空间奇异性分析与仿真

建立了6自由度6-3-3并联机构的运动学逆解模型,给出了该机构奇异性判别矩阵。基于其运动学逆解和奇异性判别矩阵行列式数值是否为零,提出了对该机构部分工作空间进行奇异性仿真的方法并使用MATLAB语言开发了该机构部分工作空间奇异性仿真程序。最后给出了四个算例。研究为该并联机构的轨迹规划提供了技术基础。     

液压挖掘机工作装置仿真研究

简述了AMESim软件的性能和特点，对挖掘机工作装王的液压系统和机构在AMESim环境下进行了建模，设王了模型中的主要参数，实现了其液压系统动态仿真和机构的二堆动力学仿真．并采用试验的方式对仿真模型进行验证和改进，对仿真结果和试验结果进行了详细分析和比较，给出试验和仿真曲线，并在AMEViewer中显示仿真模型的运动。所得到的动臂、斗杆和铲斗液压缸无杆腔的压力误差在10bar以内，因此能够实现较精确的工作装置运动仿真，同时也验证了该模型的有效性。     

采摘机械手虚拟设计与仿真系统的研究

在产品虚拟设计与仿真系统的开发中,为了实现智能设计,虚拟设计与企业产品设计的协同性、同一性和可重用性,实体建模属性的统一规范和标准定义十分必要。第一,首次提出和制定了可以用于虚拟产品建模与仿真的命名规则标准,为虚拟机械产品的设计提供参考。第二,构建水果采摘机械手虚拟设计与仿真系统的体系结构,建立了机械手机构设计模块,它包括机构的参数化设计和知识重用;第三,构建了机械手设计知识库和三维仿真模块;第四,已知机械手视觉获取目标的三维坐标,用软件实现反求机械手运动及其算法,并实现虚拟环境下的机械手对目标定位和采摘的三维仿真;第五,开发了水果采摘机械手虚拟设计与仿真系统。最后,通过三维仿真和实验样机对关键技术进行了验证。

Abstract：

In the development of product virtual design and simulation system, in order to achieve the cooperativity, identity and reusability of intelligent design, virtual design and enterprise product design, the unified standard and standard definition about solid modeling properties were necessary. First, the virtual product naming standards used for modeling and simulation as a reference for the virtual mechanical product design were firstly proposed. Second, the structure of the fruit picking manipulator virtual design and simulation system was constructed, and a manipulator mechanism design module was developed, including the parametric design and knowledge reuse. Third, the knowledge base and 3-D simulation module were constructed. Fourth, through the known 3-D coordinates of objects obtained by manipulator visual, the inverse about manipulator movement and algorithm were realized by software, and the 3-D simulation about the object positioning and picking was realized in virtual environment. Fifth, the fruit picking manipulator virtual design and simulation system was developed. Finally, 3-D simulation and experimental prototype were used to validate the critical technologies.     

双臂空间机器人的通用运动学路径规划算法

提出了一种基于通用运动学模型的双臂空间机器人在自由浮游状态下捕捉目标并避免碰撞障碍物的路径规划算法。过去的双臂空间机器人路径规划问题主要研究双臂的避碰问题 ,而忽略了机器人本体的避碰问题。实际上 ,当机械臂运动时 ,机器人本体也在相对运动 ,这个相对运动随机械臂质量与本体质量之比的增大而增大。利用通用运动学模型计算出双臂空间机器人的各点 (包括本体 )的速度 ,并在路径规划过程中根据机器人本体的速度计算出本体平动的距离 ,克服这个平动来避免与障碍物碰撞。最后 ,通过路径规划算法的计算机仿真结果证明了所提出路径规划算法的可行性     

Task-Space Tracking Control of Robotic Manipulator Via Intermittent Controller

An intermittent controller for robotic manipulator in task space was developed in this paper. In task space, for given a desired time-varying trajectory, the robot end-effector can track the desired target under the designed intermittent controller. Different from most of the existing works on control of robotic manipulator, the intermittent control for robotic manipulator is discussed in task space instead of joint space. Besides, the desired trajectory can be time-varying and not limited to constant. As a direct application, the authors implemented the proposed controller on tracking of a two-link robotic manipulator in task space. Numerical simulations demonstrate the effectiveness and feasibility of the proposed intermittent control strategy.