网络遥操作新型七自由度数据臂的设计

为了改善数据臂的操作性能,采用面向手臂关节的设计思想,设计了一种用于网络遥操作的新型七自由度数据臂.利用ADAMS构建了右手臂结构模型,分析了腕关节和肩关节的自由度,并建立数学模型.利用该数据臂控制虚拟机器人在虚拟场景中完成抓取棒料实验,结果表明:该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,具有部分关节力反馈功能.该数据臂成功应用于网络遥操作主从臂控制仿真平台,取得了良好的效果.     

家居人形机器人多自由度手臂运动仿真

设计研发了家居人形机器人多自由度手臂,用D-H(Denarit-Hartenberg)法建立了手臂末端位姿变换矩阵及位姿方程.采用微型直流减速电机作为手臂关节驱动输入,根据实测微电机的电流-电压波形确定手臂运动仿真的输入电机特性,应用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)进行多自由度手臂运动仿真.仿真计算了微型直流减速电机的扭矩、电流、转速特性,以及在此特性情况下手臂末端的位移、角速度、角加速度变化曲线.在此基础上,改变手臂各个关节质量以及质心位置的设计,仿真得出改变设计对手臂末端的角速度、角加速度的影响,为应用微型直流减速电机作为家居人形机器人手臂关节驱动及控制提供技术基础.     

基于随机有限元的修正剑桥模型可靠性研究

目的研究修正剑桥模型中作为体系控制性输入随机变量的初始等向正常固结曲线斜率对作为控制性输出随机变量的地基土体宏观固结沉降量的可靠度影响.方法基于Monte Carlo法的基本原理,编制Python脚本程序,驱动ABAQUS构建以修正剑桥模型为本构模型的一维地基固结沉降随机有限元分析体系.以修正剑桥模型中初始等向正常固结曲线INCL的斜率作为体系控制性输入随机变量,地基土体固结沉降量作为体系控制性输出随机变量.通过统计回归分析两者之间的相关性,最终确立了固结沉降量的概率分布模型与可靠度指标.结果基于确定性有限元分析的固结沉降量计算结果仅有60%的保证率.降低控制性输入随机变量的变异系数大小可以提高控制性输出随机变量的可靠度指标.当正常固结曲线INCL的斜率服从Gauss分布时,土体宏观固结沉降量不拒绝Generalized Extreme Value-III分布.结论修正剑桥模型能够科学合理地再现复杂应力路径下土体的应力-应变关系,并揭示出模型参数的离散性将引起地基土体宏观沉降的随机性.     

4WD电动车的滑转率识别及防滑控制

实时地根据路面附着状况选择最优的滑转率控制目标是电动车防滑控制策略的关键.文中针对双转子电机四轮驱动电动车的特点,采用自适应Kalman滤波估计车速信息和轮胎驱动力信息,并利用该信息实时计算附着率-滑转率曲线的斜率,以对路面附着状况进行准确评估.然后以估计的路面信息和踏板输入信息为模糊控制器输入,利用带速度修正因子的模糊控制方法对驱动电机输出转矩进行控制,以提高电动车在各种道路条件下最大限度地利用附着系数的能力,获得最佳的驱动防滑控制效果.     

煤矿井下MIMO系统建模与信道容量分析

针对矿井巷道,给出了一种MIMO相关性信道的建模方法.该方法利用电磁渡在巷道内传播的冲击响应,得到单输入单输出系统的频率响应,从而扩展得到多输入多输出频率响应矩阵;结合相关函数的定义,计算出相关系数;构建出MIMO系统多天线之间的空间相关矩阵;生成MIMO信道的相关矩阵.通过MATLAB仿真,将相关信道和瑞利信道的容量累计概率分布对比,证明了相关性的存在降低了信道的容量,增加天线数目和间距可以降低相关系数,增加信道容量.     

基于绳驱动的多段柔性连续体机械臂的运动学与实验研究

经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法,建立了任务空间和驱动空间的正逆运动学映射模型。以任务空间变量连续体机械臂末端位置为神经网络的输入量,驱动空间变量驱动绳的拉伸量为神经网络的输出量,拟合出了连续体机械臂末端位置和驱动绳拉伸量的映射关系。最后,进行了连续体机械臂的弯曲运动和轨迹跟踪实验。实验结果表明：双段连续体机械臂弯曲角度可达180°,验证了连续体机械臂具有大角度弯曲能力;在连续体机械臂末端的圆轨迹跟踪实验中,连续体机械臂的末端在x轴、y轴、z轴方向的平均绝对位置误差为1.743、1.334和1.172 mm,验证了连续体机械臂的运动学模型的有效性。     

4WD电动车滑转率识别及防滑控制研究

实时地根据路面附着状况选择最优的滑转率控制目标是电动车驱动防滑控制策略的关键。针对双转子电机四轮驱动电动车的特点,本文首先采用自适应Kalman滤波估计车速信息和轮胎驱动力信息并利用该信息实时计算出附着率－滑转率曲线的斜率k,以对路面附着状况进行准确评估。以估计的路面信息和踏板输入信息为模糊控制器输入,利用带速度修正因子的模糊控制方法对驱动电机输出转矩进行控制以提高电动车在各种道路条件下最大地利用附着系数的能力,获得最佳的驱动防滑控制效果。     

机械手臂结构设计与其性能分析

机械手臂应用到机器人工业化操作中,具有工作空间大,灵活性好等优势,但同时,由于机械手臂的串联结构,驱动功率、能耗等范畴也存在一些问题。在这种结构模式下,关节处成为机器人末端负载的主要承受点。在操作过程中,机械臂的驱动功率、能耗方面也会有增加。对此,本文从机械手臂结构设计及其性能的角度进行分析,分别进行了结构设计、驱动能耗分析、刚度特性分析。     

绳驱动仿生软体机械臂结构设计与弯曲特性仿真

提出了一种基于绳驱动的波纹状软体仿生机械臂,机械臂本体由软体硅胶制成,具有高灵活性、较好的环境适应性及人机交互安全性等特点.该机构通过利用柔顺机构学原理将软体机械臂设计为波纹状,既优化了机械臂受到绳驱动时的弯曲特性,又兼具圆柱型软体机械臂的承载性能.相比传统的刚性机械臂,软体机械臂没有任何刚性关节,因此引入了分段恒曲率假设对其定义,结合软体机械臂特点利用有限元分析软件进行仿真分析,验证了其在驱动绳不同长度变化量下的弯曲特性及受力情况.     

质量平衡原理在机械臂设计中的应用

机器臂的设计对机器人的操作性能具有决定性的影响，运用质量平衡原理，利用关节驱动电机自身的质量对自行研制的YJP—1型机器人的操作臂进行了优化设计，实验结果表明，该设计方法对减小机械臂动力系统的藕合惯量影响，减轻驱动电机负载具有良好的效果。