水下无人航行器机械手系统动力学建模与协调运动轨迹优化

针对水下无人航行器和机械手系统,研究了动力学建模与协调运动的轨迹优化技术.基于水下无人航行器和机械手系统的运动学模型,使用Newton-Eulerian方法反向递推得到系统的动力学模型,系统分析了恢复力矩和耦合作用力,并以动力学模型为基础,通过对偶原理结合遗传算法建立了水下无人航行器和机械手系统协调运动的轨迹优化算法.仿真结果表明,在没有协调运动轨迹优化和航行器姿态控制的情况下,手臂的俯仰和摆动对航行器产生比较大的影响,所建立的协调运动轨迹优化算法通过航行器和机械手协调运动较大地减小了作业过程中恢复力矩对航行器的作用,使得航行器具有更多的控制力保持作业中的姿态并应付外界扰动,通过和微粒群算法的比较证明了该算法的优越性.     

面向作业任务的AUV用自主式机械手结构设计

论述了研制的自主作业水下机械手的总体、结构设计特点和主要性能技术指标.机械手装备于自主式潜水器(AUV)上,具有五个自由度,直流力矩电机驱动,最大作业水深为100m.机械手具有结构轻巧、运动传递精确、手爪可更换和被动柔顺功能等特点.可在计算机控制下面向对象自主作业.讨论了机械手的运动学计算、计算机仿真和调试试验情况.     

移动机械手的整体运动学建模与控制

移动机械手由一个机械手固定安装在一个移动平台上构成.移动平台和机械手的不同物理特性使移动机械手的建模和协调控制成为机器人领域的难点之一.本文对移动机械手进行了运动学分析,给出了其整体运动学建模方法;针对移动机械手的非线性和强耦合特点,设计了PD反馈控制器;仿真实验证明该控制器具有良好的控制效果.     

自由漂浮空间机器人动力学建模与仿真研究

空间机器人相比固定基座机器人,增加了6个自由度,且空间机器人的机械臂与基座之间存在动力学耦合问题。因此,其动力学建模较为复杂。针对自由漂浮空间机器人系统进行了运动学和动力学方程的推导,给出了动力学方程求解的详细算法,并采用Spacedyn工具箱对动力学模型进行了数值仿真。仿真结果表明建立的动力学模型可方便的进行自由漂浮空间机器人的运动分析。     

基于弹簧模型的柔性机械手动力学建模及仿真

针对目前柔性机械手动力学建模方法计算复杂和精度难以控制的问题,提出一种新的基于弹簧和刚体的单杆柔性机械手模型的动力学建模方法.该方法通过简化杆件,将杆件分解为若干由弹簧连接的刚体,引入弹簧的弹性势能代替杆件实际变形产生的弹性势能,代入拉格朗日方程建立柔性机械手动力学模型.基于该动力学模型完成机械手末端运动轨迹及机械手运动角度、角速度的计算机仿真,并将仿真结果与应用二阶假定模态法建立的机械手动力学模型得到的结果比较,验证了新模型的可行性.     

面向作业任务的AUV用自主式机械手结构设计

论述了研制的自主作业水下机械手的总体、结构设计特点和主要性能技术指标。机械手装备于自主式潜水器（ＡＵＶ）上,具有五个自由度,直流力矩电机驱动,最大作业水深为１００ｍ。机械手具有结构轻巧、运动传递精确、手爪可更换和被动柔顺功能等特点,可在计算机控制下面向对象自主作业。讨论了机械手的运动学计算、计算机仿真和调试试验情况。     

一种4自由度高速并联机械手动态特性分析

以一种可实现SCARA运动的4自由度高速并联机械手(Cross-Ⅳ机械手)为研究对象,将运动学理论和虚拟仿真相融合,研究一种分析高速/高加速运动机构轨迹误差的系统性策略和方法.以运动学逆解模型为基础,获得Cross-Ⅳ机械手在给定运动轨迹和运动规律时的驱动关节位置数据曲线.利用三维CAD模型,通过有限元软件ANSYS和机械动力学软件ADAMS联合建模,创建Cross-Ⅳ机械手的刚柔混合模型.将驱动关节位置数据代入刚柔混合模型,仿真得到系统重力和惯性力引起的构件弹性形变导致的末端轨迹误差,并分析各向轨迹误差和综合误差随负载、运动规律和工作平面不同的变化规律,为机械手轨迹规划、运动规律优选和误差控制提供理论支撑和分析方法.     

SY-Ⅱ水下机器人-机械手系统的协调运动控制

为减小机械手的运动对水下机器人-机械手系统(UVMS)悬停抓取造成的影响,以SY-Ⅱ型UVMS为平台,针对其系统结构建立了一套基于模型的协调运动控制方法.根据牛顿-欧拉反向递推算法建立了包含因机械手运动引起的耦合力和恢复力的扰动力模型.将全局运动学控制律和基于扰动力模型建立的动力学控制律相结合构造了具体的协调运动控制器,通过该方法对影响机器人姿态的扰动力进行估计和补偿.在SY-Ⅱ型UVMS上进行了协调控制方法与S面控制方法的对比实验,结果表明:相比于S面方法,所构造的协调运动控制方法通过对姿态误差的实时估计和补偿,基本保持了姿态的稳定,证明了该控制方法的优越性.     

模拟驾驶系统中动力学模型的研究与仿真

采用动力学和运动学分析方法对汽车所受的力进行研究,得出其动力学方程,从而对汽车驾驶进行仿真,并对车辆动力学仿真运动模型实验建模,将实验的数据发送给视景计算机,由其驱动视景变化,视景计算机对车辆运动进行碰撞检测,将碰撞结果反馈给主机进行所受外力的计算,由此仿真模拟驾驶系统的运动.通过实验所建立的模型基本满足模拟驾驶系统的要求.     

矢量喷水推进式水下机器人的建模仿真与验证

为提高小型水下航行器的机动性与可控性,构建了一种基于矢量喷水推进系统的新型多自由度水下机器人。为使该机器人具有理想的运动特性和优异的操控性能,对其进行了理论建模、数值仿真与实验验证。首先建立其运动学和动力学模型,分析多矢量推进作用对机器人运动姿态和航行效果的影响,据此研究机器人多矢量喷水推进协调控制的策略与方法,实现机器人自主升沉、旋转、水平移动等多姿态水中运动。此后,采用MATLAB和ADAMS对所建模型和虚拟样机进行了数值仿真,并且对机器人实物样机进行了水下运动验证实验。仿真分析与实验验证的结果表明,该机器人的运动特性和操控性能符合高机动性和高可控性的设计要求。