双臂机器人基于最优载荷分配的关节轨迹规划

基于最优载荷分配,针对双臂机器人协调运动的关节轨迹规划进行研究.首先给出双臂协调运动的运动学和动力学方程,引入广义杆及其质量特征量,将动力学方程中的惯性矩阵和哥氏力离心力重力项以及载荷影响转化为广义杆关节广义驱动力的计算;其次,引入Lagrangian乘子,在关节轨迹规划中避免了矩阵的奇异值分解.本文的规划方法具有递推性强和计算效率高的特点,适合于双臂机器人的实时控制.     

基于广义逆矩阵的机器人力与位置混合控制

推导了具有运动约束的机器人的拉格朗日动力学方程,该方程中包含了广义约束力。广义约束力被表达为机器人系统状态变量和广义输入力的显函数,力信息由此获得,因此无须使用力传感器即可同时控制机器人的力和位置。利用动力学冗余度（广义输入力的数目大于广义约束力的数目）,设计了基于广义逆矩阵的力与位置混合控制器。控制仿真结果表明,该控制方法具有较高的精度和较好的稳定性。     

双自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

分析了自由飞行空间机器人(FFSR)的速度和加速度的关系,推导出两个自由飞行空间机器人(FFSR)协调操作的动力学方程以及各机械臂的关节驱动力矩的计算方法。提出了基于机器人广义雅可比矩阵(GJM)实现对机械臂关节驱动力矩的控制方法。最后,用计算机仿真验证文中提出方案的可行性。     

FFSR的关节力矩递推算法及其捕捉目标研究

基于Ｌｕｈ等人针对地面机器人提出的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ法建立了计算飞行空间机器人（ＦＦＳＲ）关节驱动力矩的递推算法，结合基于广义逆稚可比矩阵的分解运动速度控制法了一种捕捉目标的力矩控制算法；计算机仿真验证了算法的有效性。     

潜游式管道机器人动力学分析

分析了管道机器人在充满液体的管道中运行时的受力状况,在此基础上建立了基于欧拉参数(四元数)的潜游式管道机器人六自由度空间运动的动力学模型。对于在特定的三维弯管道内沿规划路径游动的机器人,通过流体力学仿真软件Fluent计算出机器人的流场阻力并代入该动力学模型,在Mathematica环境下可计算出机器人的受力.利用该模型进行的动力学仿真得到了机器人在确定形状的弯曲管道中游动时所需的驱动力.欧拉参数(四元数)的引入有效地避免了奇异性.     

FFSR的关节力矩递推算法及其捕捉目标研究

基于Ｌｕｈ等人针对地面机器人提出的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ法建立了计算自由飞行空间机器人（ＦＦＳＲ）关节驱动力矩的递推算法;结合基于广义逆雅可比矩阵的分解运动速度控制法提出了一种捕捉目标的力矩控制算法;计算机仿真验证了算法的有效性．     

冗余度机器人的最优轨迹确定

研究了冗余度机器人的逆运动学,提出了用矩阵分块法解决冗余度机器人逆运动学,并将此法应用到基于速度和基于加速度的最优轨迹确定中,得出了便于实用的数值计算公式.此方法回避了求雅可比伪逆矩的繁琐过程,仿真结果表明此法是可行的.     

新型4自由度并联机构的动力学建模与分析

对虚拟轴工作台并联机构做了静力分析和动力分析.采用分析静力学的虚位移原理建立静力平衡方程,并用该方程计算了机构处于某种静力平衡状态下的平衡驱动力及力矩.采用影响系数矩阵及应用达朗贝尔原理建立了机构的动力学模型,并对并联机器人做了虚拟样机动力学仿真.机构的力分析为虚拟轴工作台样机的主动副驱动力设计提供了参考.     

基于轨迹约束的码垛机器人动力学分析及控制

针对码垛机器人动力学分析及控制问题,文章提出了一种基于轨迹约束的动力学建模和求解新方法,在求解的过程中避免了引入拉格朗日乘子等额外参数。将码垛机器人结构简化为平面闭链四连杆机构,建立平面二自由度无约束动力学模型,再以码垛机器人的目标轨迹作为系统约束,得到系统的约束动力学方程,该约束力即驱动机器人完成目标轨迹的驱动力,从而实现了机器人基于轨迹的动力学控制。通过Matlab仿真分析证明了该方法用于码垛机器人动力学分析与控制的有效性。     

冗余度机器人运动学和动力学同时优化

利用冗余度机器人的冗余特性对其运动学和动力学同时优化.在动力学水平上采用加速度加权范数法对机器人关节力矩进行合理分配优化,在运动学水平上采用了梯度投影算法对机器人的避奇异位形的性能进行优化,并给出了同解性的算法,从而实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.仿真结果表明:该算法不仅具有关节力矩合理分配的作用,而且还能实现运动学的优化,实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.     

双臂机器人操作复杂工件的协调运动研究

针对双臂操作球形关节连接的复杂工件的协调运动,建立双臂在关节空间的动力学方程和工件的动力学方程,以广义接触力（包括球形关节的约束力）的最小范数为目标,实现最小载荷的优化分配;以关节广义驱动力和广义加速度的线性组合构造复合目标函数,实现满足最小关节广义驱动力的轨迹规则。     

多臂抓取工件的受力分析

基于机械臂与工件的硬点和软指两种接触方式,对工件的受力进行分析,建立臂与工件保持接触应满足的约束条件;通过臂动力学方程和关节广义驱动力约束,给出多臂协调抓持力不等式约束,并对抓持力的分配进行初步讨论。     

单柔性杆末端运动控制的一种逆动力学方法

给出了一种适合单柔性杆机构运动控制的逆动力学分析方法。该方法采用有限元法建立机械的分析模型,用子结构法降低问题的分析规模,得到一个可以直接求解的反映末端轨迹与关节输入力矩关系的二阶微分方程。该方法的计算量比较小,适合用于柔性臂末端点运动轨迹的实时控制。     

跳跃机器人浮动基动力学模型及试验

研究了平面腿型跳跃机器人浮动基动力学模型的建立、仿真及试验问题.将跳跃机器人模型抽象成由三根均质连杆组成的平面跳跃机构,建立3个坐标系研究跳跃运动的变约束性.分别对支撑相和腾空相的运动模型进行分析,建立了Lagrange动力学方程.由于支撑相足尖与地面满足Pfaffian约束,因此将机器人足尖平移坐标与关节变量统一作为广义坐标,建立显含力约束的跳跃机器人浮动基动力学模型.确定跳跃运动约束方程和相互识别条件.通过仿真和样机试验说明了跳跃机器人浮动基动力学模型的正确性.     

多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析

在给定离地任务要求的情况下,针对多关节冗余自由度跳跃机器人起跳机理及运动规划与优化问题进行了研究.以速度方向可操作度为性能指标,将期望的离地质心速度和加速度映射到关节空间,作为关节空间规划的边界条件.采用Fourier基函数参数化关节空间轨迹,从正运动学方程出发,结合驱动约束条件,利用粒子群优化算法搜索和寻求使能量利用率最大的参数值,实现起跳性能的优化.利用计算机仿真证实了此种方法的可行性.此外还建立了滑模控制器,实现起跳阶段轨迹跟踪控制仿真分析,为具有冗余自由度的多关节跳跃机器人的运动规划提供了一种有效的方法.     

人体下肢摆动相冗余肌力分析

为探讨人体步态的形成机理,建立了人体下肢摆动相包含髋、膝和踝关节（ＨＫＡ）的肌骨动力学模型,模型中考虑了８ 组下肢主要肌肉。引入约束最优化方法求解冗余肌力分布问题,并通过数值计算说明了关节被动力矩对冗余肌力分布解的影响。在此模型和算法的基础上,探讨摆动过程中各组肌力的变化规律及其在形成正常步态中所起的作用,并从能量角度分析了所有肌肉总能耗与摆动相周期的关系,结果表明该步态存在一个与之相对应的最低能耗摆动相周期,即存在一最佳步速     

基于Kane方程的3SPS+1PS并联仿生髋关节试验机动力学研究

针对一种以空间对称3SPS+1PS并联机构为核心模块的髋关节试验机,为分析其动力学特性,基于凯恩方程法,从并联机构的运动学出发,建立了各主动支链与动平台中心点速度、加速度之间的关系。选取动平台中心点的速度和姿态角的导数为广义速率,得到了各构件的偏角速度、偏速度,考虑并联试验机的摩擦环节,建立了库伦摩擦模型;并通过得到的广义惯性力、广义主动力和广义摩擦力建立并联试验机的动力学模型。通过对动力学模型仿真得到主动支链的驱动力和驱动功率,并分析其动力学特性及摩擦力的影响。     

MATLAB在异形曲面加工中的应用

设计某双臂机器人结构用于异形曲面加工 .为确定该机器人各关节的驱动电机型号 ,以加工椭球为例进行动力学分析 ,用MATLAB语言编程 ,用逐点比较法求出两机械手各关节处应施加的最大驱动力 (力矩 ) .该方法解决了机械手在整个曲面空间中实施连续加工时的力矩计算问题 ,提高了计算速度和准确性 .     

机器人机电一体化设计方法与应用研究——运动学及力学分析

对JZF防爆机器人进行了运动学、动力学和机械力学的分析研究,将机械系统结构参数和运动学参数(可计算与不可计算参数)与广义力(惯性力、弹性力、阻尼力)联系在一起,并通过振动实验模态识别方法求得不可计算参数.编制了仿真软件包,从系统的角度计算和优选驱动部件——执行元件和机械系统的结构参数,使机械参数与电控参数达到最佳匹配。