合作机器人的控制策略及仿真

合作机器人（cobot）是与人在同一作业空间内直接进行物理合作的机器人。为了实现cobot直接与人合作作业,根据cobot的特点,建立了不完全约束关节机构的模型和cobot的控制模型,提出了cobot的控制策略。建立了控制策略的仿真模型,对cobot跟踪给定直线和圆弧进行了仿真研究。研究结果表明：这种控制策略是可行的,它能在人机合作的条件下使cobot跟踪期望轨迹。当操作力为0时,cobot静止不动,因此不会因为机器人失控而伤害操作者,满足了人机合作的要求。这种控制策略可以应用在外科手术、物料搬运和零件装配的合作机器人中。     

基于合作4人博弈的足球机器人协作防守模型研究

主要研究基于合作4人博弈的足球机器人协作防守模型.首先,在对已有仿真足球机器人比赛的防守策略进行研究的基础上,提出了针对仿真足球机器人5vs5比赛中协作防守战术的基于合作4人博弈的协作防守方法;然后,针对比赛实际情况,建立了合作4人协作防守对策模型,并给出了算法描述;最后,通过仿真实验验证了该算法的正确性和有效性.     

基于生产者主体模型的生产单元人员协作策略仿真

围绕人员协作策略角度提升生产单元的组织柔性,提出一种面向生产者协作行为的人机集成仿真模型。首先,基于复杂适应系统理论建立动态生产环境下生产单元的生产者主体模型,并对生产者主体间的协作行为进行阐述。其次,将生产者主体模型与基于离散事件驱动的制造过程模型集成为人机集成仿真模型,从而实现制造过程中以动态、协作为特征的生产人员协作策略的仿真。最后,将提出的人机集成仿真模型应用于某摩托车发动机生产单元的仿真试验中,对几种协作策略进行了定量仿真分析,验证仿真方法的有效性。     

人机环耦合效应下卫星天线装配概率风险分析

卫星天线展开机构装配工序复杂，主要依赖人工装调，装配过程中可靠性安全性风险因素众多且相互耦合，直接影响天线装配质量和效率。为此，提出一种基于贝叶斯网络的概率风险评价方法。首先，在全面识别装配过程风险因素的基础上，构建事件树模型，并采用贝叶斯网络建立考虑人机环风险耦合的中间事件可靠性模型。然后，采用人因可靠性等方法进行模型量化与不确定性分析，并开展敏感性分析与风险重要度排序。最后，以某型星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)天线展开机构为例，说明了所提方法的工程适用性。该方法可为飞船、运载火箭等人机耦合系统的风险分析与量化提供一定的参考。     

步态康复机器人动力学李群李代数建模及仿真

结合刚性支撑与柔性驱动设计气压驱动步态康复机器人,为探究机器人和患者构成的人机共融系统动力学特性,基于李群李代数理论建立了不同步态相下人体步行动力学模型、机器人和人机系统动力学模型,对被动、主动助力、主动抗阻3 种不同康复训练模式中的驱动特性和能量特性进行了分析。仿真求解出机器人关节驱动力矩、人体关节主动力矩,验证了李群李代数法建模的正确性及动力学模型的有效性,为驱动控制系统构建及交互控制策略设计提供理论参考依据。     

五杆式人机合作机器人控制策略仿真研究

轨迹控制策略是人机合作机器人实现人机合作的重要条件.介绍了五杆Cobot的机构及其控制系统,提出了基于速度约束和位置约束的人初合作机器人轨迹控制策略,建立了相应的控制模型.两种控制策略均具有被动和约束的特征,主要区别是_产生控制量的方法不同.利用MATLAB对两种控制策略跟踪直线和圆弧轨迹进行了仿真,结果表明,两种控制策略均可实现人机合作的要求,但位置约束控制策略轨迹约束精度更高一些.     

基于免疫遗传算法的车间天车调度仿真模型

研究了多机多任务的车间天车调度问题, 提出了一种结合免疫遗传算法的仿真模型 解决方案. 该方案建立了能反映天车实际工作环境运行特征的仿真模型, 根据天车作业 跨的工位与天车位置关系进行模型空间抽象, 用可变的天车任务优先级来解决天车运行 过程中空间约束导致的多机多任务冲突; 仿真模型用于评估各种调度方案, 免疫遗传算 法则使调度方案在不断的迭代中持续优化. 以某钢厂一主作业跨的天车调运任务问题制 定天车调度方案进行模型检验, 对求解的可行天车任务分配方案, 进行比较分析, 说明 了模型方法的有效性与工程应用的可行性.     

基于CATIA的人员作业仿真建模、人因分析与优化

基于人体生理特性、人体测量和作业空间设计的分析研究,利用CATIA软件建立虚拟模拟环境,进行精确的企业现场人员作业仿真,对人员操作进行人因分析,并进一步优化人员操作,以提高作业效率、降低劳动强度、减少动作疲劳,获得最佳的人员作业标准.以国内某制造企业相关工位的作业为例,通过仿真、分析和优化,提出了作业改进方案,改进后的作业最大限度地满足了动作经济原则和操作舒适性原则,提高了工位生产效率.     

骨骼服直接力控制方法研究与仿真

骨骼服是一种将机械动力装置的机械能量与人的智能相结合的机器人.骨骼服控制中的难点问题是,能够有效控制骨骼服使其跟随人体运动,并保持人机之间的作用力最小.针对该问题提出了一种直接力控制策略,其特征有两点,一是在人机之间安装力传感器,使得控制器了解人的意图;二是控制器不需要精确的骨骼服数学模型,简单实用.仿真结果说明所设计的控制器能实现骨骼服对人体运动的跟踪,同时有效降低人机之间的作用力,并对环境变化和负荷变化具有一定的鲁棒性.     

基于人机协作的无人集群搜索方法研究

人与机器人交互是当前一项研究热点,人与无人集群协作搜索是人机交互的典型场景,通过结合人的复杂推理能力和无人集群的重复精确执行能力以完成更为复杂的任务。以不确定场景下高价值目标搜索为背景,给出了人与无人集群协作搜索问题概念定义;为描述多Agent系统如何在人工辅助下进行选择目标区域进行探索,构建了一种先验态势不确定情况下多Agent动态规划问题模型;提出了一种基于顺次分配的动态规划算法。并对该方法进行了仿真实验,实验结果表明：该算法性能明显高于基准算法。     

合作机器人的关键技术及仿真研究

根据合作机器人(Cobot)与人合作的特点,对其不完全约束关节机构和虚拟轨迹控制两项关键技术进行了建模及仿真研究.建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型,对该机构的被动约束特性进行了仿真分析.根据Cobot虚拟轨迹控制的原理,提出了基于操作力的虚拟轨迹控制方法,给出了Cobot跟踪给定轨迹的仿真结果.研究结果表明,不完全约束关节机构具有被动的特性,能够约束Cobot的运动;基于操作力的虚拟轨迹控制方法能使Cobot跟踪期望轨迹,满足人机合作的要求.研究Cobot的关键技术对我国开发机器人产品、改进人机合作技术等均具有重要的实际意义.     

基于虚拟现实技术的援潜救生仿真系统研究

援潜救生是一项必要而又复杂的系统工程,存在着很多不确定因素,为了对救援方案进行评估、验证,提高救援能力,应用虚拟现实技术,建立了援潜救生仿真系统。系统采用离散调度方法获取初始调度方案,通过人因工程分析、动力学及流体力学计算等反映实体的物理行为,利用人机接口与系统进行交互,验证与完善初始救援方案。构建了数据输入、场景建模与场景驱动的系统框架,并对系统的关键技术进行了详细描述。该仿真系统的实现为海上救援提供了必要的理论依据及直观的视觉表现。     

基于多层规划的单边多目标装配线平衡调度模型

平衡汽车装配线能够提高企业生产效率、稳定产品质量、降低生产延迟; 缩短装配线总作业时间可以提高汽车装配数量.根据单车型单边装配工艺要求, 以最大工位持续时间最小和总作业时间最短为目标, 建立了基于多层规划的多目标混合整数规划平衡调度模型, 得到了平衡率最高且总作业时间最少的调度方案.通过分析模型的寻优思想, 得到了一个快速、有效的装配线平衡调度模型.算例证明了该模型求解速度的高效性和所得调度方案的有效性.     

悬挂约束下线缆装配仿真建模

线缆装配是虚拟装配的重要部分.以悬挂约束状态下待装配的线缆为研究对象,利用悬链线理论推导、建立了二维线缆静态模型.在已知线缆长度和线缆两端点位置的前提下,分析了反求线缆该模型关键参数的快速算法,利用该算法,可以快速确定二维线缆模型,满足线缆装配仿真的实时要求;在此基础上,利用相应的坐标变换算法将二维线缆模型转换为适用于三维虚拟现实平台坐标系的悬挂约束下的3D线缆装配仿真模型.利用建立的线缆装配仿真模型,当线缆端点位置发生移动时,可实时获取各点坐标值,计算、刷新3D线缆装配仿真模型,实现线缆的3D线缆动态建模仿真,同时可以计算出线缆关键点的张力大小,用来指导现实中线缆的装配.     

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.     

驾驶员辅助系统的辅助级别判定

从驾驶员辅助系统与驾驶员的协作和协调角度,研究智能驾驶员辅助系统辅助级别判定的静态和动态判定方法、模型结构.提出了基于任务分解、功能划分的辅助级别判定原则和方法,建立了基于概率统计的效费评估模型,通过人机效费差值确定辅助级别.通过数学模型的模块化,在辅助系统人机接口中集成效费评估模型,实现了辅助级别的动态判定,为人机功能变自主权限管理提供依据.通过仿真试验验证了量化模型的工程合理性和可实现性.     

基于设计者智能主体模型的产品开发过程仿真

产品开发过程仿真是对产品开发过程进行预测、管理、评价和改进的有效手段.为了对产品开发过程中的人与组织因素进行仿真,提出了一种设计者驱动的产品开发过程仿真原理.重点对设计者智能主体模型进行了研究,采用INTERRAP混合结构建立了设计者智能主体结构模型,用分层有色随机Petri网描述了设计者的个体行为过程与协作行为过程.最后进行了系列仿真实验,初步证明了模型的有效性.基于设计者智能主体模型的过程仿真可在过程预测与评价、人因及组织分析、设计过程改进等方面发挥重要作用.     

基于ADAMS的农田信息采集机器人仿真分析

针对精确农业中实时数据缺乏的问题,提出了一种新型的农田信息采集机器人。为改进机器人的物理样机,运用动力学仿真软件ADAMS,建立了机器人的参数化虚拟样机。采用虚拟传感器和脚本仿真技术,对机器人的越障过程进行了仿真,表明机器人有较高的地形适应能力。提出性能评价指标和参数化分析方案,对机器人进行了多变量的试验设计,最终得到了各参数优化后的机器人模型。仿真分析是新型机器人设计和优化的一种高效、可靠的方法。     

虚拟装配中基于公差约束的碰撞检测方法研究

为了更好的仿真零部件的装配过程,给出了一种基于公差约束的碰撞检测方法及响应策略:首先给出了虚拟零部件的层次模型表达构建方法;其次提出了基于体分解的空间层次包围体表达方法,给出了压缩包围体冗余空间的算法;再次给出碰撞穿透深度的计算方法,通过比对最大穿透深度值与零部件间公差范围,产生不同的碰撞响应策略;第四以孔-轴装配为例,给出了虚拟空间中未受约束与受约束零部件的装配方程最后通过仿真给出了孔-轴零部件之间的装配过程.实验结果表明,在装配的碰撞检测过程中引入公差约束信息,可以增进装配仿真的真实感,提高装配效率.     

基于Kane法的五杆式人机合作机器人动力学分析及仿真

人机合作机器人(Cobot)是一种新型的机器人,它可以和操作者在同一作业空间内直接协同作业.以Kane方法和五杆Cobot的运动学为基础,以机座关节所连的两个运动杆件的角速度作为广义速率,推导出各杆质心的偏速度和各杆的偏角速度,进而推导出五杆Cobot自由模式和约束模式时的动力学方程.利用MATLAB进行了数值仿真,仿真结果表明,该机器人具有被动和约束的特点.该动力学方程可以应用于Cobot的控制特性分析、仿真等方面.