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.     

变刚度储能助力髋外骨骼设计及助力效果仿真

被动储能助力外骨骼充分利用人体自身能量,减少人行走时的能耗。针对目前被动储能助力外骨骼多采用定刚度关节,在分析人行走过程中关节能量流动特性及刚度变化特点的基础上,设计了一种被动变刚度储能助力髋关节外骨骼,建立了人–外骨骼耦合模型,仿真得到人体在平地上步行功耗最小的最优刚度,以及在变刚度条件下人体总功耗、大腿主要肌肉肌力变化。研究结果表明：外骨骼的不同刚度会影响穿戴者行走过程中的能耗,在下肢屈曲和伸展过程中分别采用最优刚度,可进一步减少人体能耗。该结果对被动外骨骼设计中的刚度需求具有重要参考意义。     

板带轧机变刚度控制的应用及仿真

变刚度系数是板带连轧机厚度自动控制系统中一个重要的参数。通过对变刚度厚度控制原理和控制模型的研究,辅助于必要的仿真手段,研究了不同的变刚度系数对消除入口厚度偏差、轧制力扰动以及轧辊偏心等三种情况的影响。最后,综合考虑三种控制效果,对变刚度系数的合理取值作了定量的研究和分析。     

助餐机器人轨迹规划研究

在真人使用一种助餐机器人样机进餐时餐勺位姿参数变化的基础上,用三次样条插值和三次多项式插值对机器人助餐全过程进行了轨迹规划。仿真证明规划的关节曲线光滑连续,保证机器人末端餐勺运动平稳、人性化,为机器人控制系统研究打下一定基础。     

基于旋转角度的角色运动建模与控制

要创建深度沉浸的跑步竞赛虚拟环境,则必须建立逼真的虚拟人行为模型.根据跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动的特点,提出一种基于旋转角度的运动行为模型,用于计算人体运动时不同部位的位置,进而求解跑步运动行为.基于该模型开发了一个跑步仿真程序用来仿真虚拟人的跑步动作与姿态.根据该模型构建了数字娱乐划船器,通过三维模型数据的转化、运动者参数的实时采集、虚拟人运动参数的计算,实现了角色的控制.该建模与控制方法可用于网络健身游戏、虚拟人体动画、虚拟机器人的建模与仿真.     

新型6-(P-2P-S)并联机器人逆动力学仿真分析

针对一种新型6-(P-2P-S)并联机器人,介绍了该并联机器人初始正交位姿部分运动解耦的结构特点,推导出广义速度和系统内各刚体运动速度的运动学传递关系.应用拉格朗日方法分别对运动平台、连杆和驱动杆进行动力学计算,建立了该并联机器人的动力学模型.该并联机器人动力学模型是一个多变量、变参数的非线性系统,完整编写了该动力学模型的仿真程序,进行了逆动力学仿真实例分析,研究了驱动力变化规律,验证了该机构部分运动解耦的结构特点,进而为该并联机器人的控制策略研究提供参考.     

柔性关节空间机械臂建模、控制与仿真

关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用.精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础.以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型.分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数.并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明.为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真.仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求.     

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。     

变刚度双足机器人半被动行走控制研究

为研究半被动双足机器人的平面稳定行走控制问题。以三自由度变腿刚度的双足弹簧-质点模型为对象,采用变刚度弹簧所提供的力和髋关节的转动力矩作为行走动力源,并采用拉格朗日方法建立了系统的动力学方程。通过PD控制器设计髋关节转矩进而对上体的旋转角度进行控制,通过反馈线性化方法分别设计了双足机器人在单支撑和双支撑阶段因变弹簧刚度产生的控制外力。在理论分析的基础上,进行了仿真研究。结果表明：文中研究的路径跟踪控制方法可以实现双足机器人在水平面的稳定周期行走并且具有较强的鲁棒性。     

基于碰撞接触的弹管多体动力学建模与仿真

基于接触碰撞理论,建立了火箭武器发射过程中弹管接触碰撞的多体动力学模型,该碰撞模型充分考虑了影响碰撞刚度和阻尼的因素,尤其是碰撞速度较高时速度对碰撞刚度的影响不能忽略。通过仿真计算,获得了通过一般试验方法较难测试到的碰撞接触力及火箭弹在管内的复杂运动情况。仿真结果为火箭武器的设计和分析提供了一定的参考价值。     

改进A*算法的机器人能耗最优路径规划方法

为了降低移动机器人在运动过程中的能耗, 提高在能源补给有限时的任务执行率, 提出了一种改进A^*算法的机器人能耗最优路径规划方法。首先, 根据四轮差速驱动移动机器人的运动学约束, 建立了其运动的能耗模型。然后, 根据起始状态和目标状态约束求解生成运动基元, 采用能耗模型计算运动基元的能耗值, 构建了能耗运动基元集。其次, 基于传统A^*算法, 改进提出了一种能耗最优路径规划方法, 该方法在规划进程中以能耗运动基元集中定义的节点之间的连接关系进行节点扩展, 而以能耗值作为节点之间的通行成本, 从而保证获得一条全局能耗最优路径。最后, 离线地图仿真测试和机器人实验结果表明所生成的路径总能耗可降低约28.24%, 从而验证了算法的有效性。     

提高零传动滚齿机系统刚度的研究

高速、高精度零传动滚齿机的刀具轴和工件轴直接与电机轴连接,从而避免了齿轮组的回转误差和齿侧间隙等对回转精度和动刚性的影响。但是刀具轴或工件轴的等效转动惯量极小,使得负载转矩波动引起的回转振动很大。在伺服机构中设计一种可调式惯性阻尼器,直接附加在电机转轴上,惯性阻尼器的阻尼系数可以通过惯性轮和电机轴之间的间隙来调整。建立了附加惯性阻尼器的伺服系统的数学模型,并且通过理论分析和系统仿真,验证了可调式惯性阻尼器对于零传动滚齿机系统刚度提高的有效性。     

大型变速风力发电机组的自适应模糊控制

控制技术是风力发电机组安全高效运行的关键。风力发电机组是复杂多变量非线性系统,具有不确定性和多干扰等特点。本文提出使用模糊逻辑推理系统得到低风速时的发电机参考转速,该方法无需测量风速,避免了风速测量的不精确性。根据机组的运动方程,采用最近邻聚类学习算法建立发电机电磁转矩自适应最优模糊控制,低风速时获得最大风能利用系数。算法综合考虑风力发电机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。高风速时,变论域自适应模糊控制器控制桨距角,机组能准确地保持在额定功率发电。仿真结果表明了本文提出方法的有效性。     

On Minimum Norm Control for an Elastic Robot System

In this paper, we discuss a robot system formulated as a vibrating elastic system. By regarding the damping coefficient of structure as the control variable and adjudging its optimality by norm minimum, we have proved the existence, the uniqueness and the approximation of the optimal control element by utilizing space L2(0,L) 's the reflexivity, the smoothness and the strict convexity.     

振动压路机的一种非线性动力学建模与仿真

根据压实作业的实际情况,建立了可以反映土壤弹塑性变形和振动轮跳振的不同压实阶段特点的土壤非线性力学模型。一次近似的前提下,利用谐波线性化方法将滞回非线性力线性化为等效阻尼和等效刚度。通过数值仿真,对振动压路机-土壤系统的动力学特性进行了研究。压实前期土壤处于弹塑性变形阶段,振动轮与土壤保持接触;压实后期随着土壤密实度的增大,振动轮发生跳振,系统产生亚谐波振动,一定条件下出现混沌,合理地调整激励频率和激励幅度则可以有效地抑制振动轮混沌。     

曲面零件抛光机器人的力/位混合控制方法

提出了一种针对复杂曲面零件的工业机器人抛光力/位混合控制方法,该方法可以实现稳定的力控制和精确的位置控制,保证不同法向量处材料去除率的一致。根据规划好的具有法矢量的轨迹,结合传感器反馈的力信号和法矢量方向的PI控制器,机器人沿曲面法矢量方向修正运动轨迹间接地实现刀具和曲面间接触力的控制。研究表明安装不同抛光刀具的机器人抛光系统具有不同的系统刚度,为了保证系统刚度不同的抛光系统具有较好的接触力跟踪性能,提出了自适应PI控制算法,对抛光系统刚度进行评估和PI参数的调整。仿真和实验结果表明该方法可以很好地实现曲面零件的抛光。     

基于ANSYS的曲轴—滑动轴承系统动力学模型的研究

在考虑滑动轴承油膜刚度和阻尼的基础上,利用ANSYS建立了大功率低速船用柴油机曲轴转子-轴承系统的动力学模型.研究了转速变化时系统固有频率的影响规律,计算了系统的前6阶振型,用ANSYS谐响应分析法,研究了系统的不平衡响应.研究发现不平衡质量可以激起轴向振动;系统的振动多以耦合振动方式出现;此类曲轴固有频率很低,只能在低速条件下工作和加工.通过对曲轴转子振动规律的研究,为曲轴精加工时切削用量的选择提供理论依据.     

Tracking controller for robot manipulators via composite nonlinear feedback law

A composite nonlinear feedback tracking controller for motion control of robot manipulators is de-scribed. The structure of the controller is composed of a composite nonlinear feedback law plus full robot nonlinear dynamics compensation. The stability is carried out in the presence of friction. The controller takes advantage of varying damping ratios induced by the composite nonlinear feedback control, so the transient performance of the closed-loop is remarkably improved. Simulation results demonstrate the feasibility of the proposed method.