输电线巡检机器人动力学建模与DME评价

以新设计的输电线巡检机器人为具体研究对象，采用D-H法推导出机器人的雅可比矩阵；然后建立输电线巡检机器人的Lagrange动力学模型，进而依据机器人动力学模型求得输电线巡检机器人的操作臂惯性矩阵，提出了基于操作臂惯性矩阵所建立的机器人动力学评价指标:动态可操作性椭球(DME:dynamic operability ellipsoid)评价指标；最后结合逆运动学的反解，建立了不同空间轨迹坐标下的动态可操作性衡量指标，获得机器人动力学性能最佳的越障轨迹.通过机器人跨越绝缘子障碍的实验证明了所提动力学评价方法的有效性.     

基于SLIP模型的液压驱动单腿机器人竖直跳跃控制

针对液压驱动足式机器人竖直跳跃控制,提出一种基于SLIP竖直跳跃动力学模型实现液压驱动机器人竖直跳跃的控制策略。分析SLIP竖直跳跃动力学模型并求解其动力学微分方程得到质心运动轨迹,将关节型单腿机器人竖直跳跃髋部的运动轨迹映射到SLIP模型质心的运动轨迹,通过机器人运动学逆解得到机器人关节运动轨迹,以此驱动关节运动;同时建立关节型单腿机器人竖直跳跃动力学方程和液压驱动执行器动力学方程,应用MATLAB/Simulink软件进行动态跳跃控制仿真并进行样机试验。研究结果表明:基于SLIP竖直跳跃动力学模型的控制策略可实现液压驱动单腿机器人持续稳定的竖直跳跃,为足式机器人动态步态行走控制研究提供参考。     

一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。     

基于六关节机械臂的推拿按摩康复机器人运动学研究

目的 将RBT-6T/S03S型6自由度工业机器人用于中医推拿按摩康复机器人的执行机构。方法 通过机器人位置反解,得出影响机器人工作空间的关节转角表达式,给出工作空间的数学描述。利用机器人运动螺旋系的线性相关性建立机器人奇异位形的判别准则,得到机器人发生奇异的运动学条件和奇异位形曲面解析方程,以避免机器人在奇异位形及其附近作业。借助MATLAB软件,探索机器人位置工作空间边界和奇异位形的分布曲面,直观地表示机器人工作空间的形状和大小,以及奇异位形对工作空间的分割情况。结果 为了满足作业任务的包容性要求,针对机器人的结构特点,提出描述机器人位置工作空间的方法。为改善当前按摩设备手法单一,无法实现适宜不同对象的个性化康复理疗方案的缺陷,设计出多关节多指推拿按摩机械手。结论 通过研究机器人手腕和多关节多指的运动学,实现了适宜个性化按摩理疗所需的手法,并为影响按摩效果的运动学和动力学刺激量的控制提供了理论基础。     

基于Matlab的六自由度工业机器人运动学逆解分析及仿真

在Matlab环境下对六自由度工业机器人进行运动学逆解研究,以ER7B-C10机器人为研究对象,使用D-H法进行各关节坐标系建立及参数设计,推导出正运动学方程。鉴于目前应用较为广泛的解析法求逆解仍然存在不足之处,运用几何法求解逆运动方程,在Matlab中利用Robotics Toolbox搭建仿真结构,直接调用Robotics Toolbox工具箱中ikine函数。由于迭代过程的收敛性导致验证过程中存在无解或少解的情况,因此对所求逆解的可靠性增加验证设计来证明几何法求逆解方法可行。对机器人模型在空间轨迹及各关节的位移、速度和加速度等内容进行了仿真分析,结果验证了ER7B-C10机器人运动的可行性,为后续分析机器人动力学、轨迹规划提供了运动学参考。     

仿人操作手动力学模拟

本文主要讨论了仿人操作手动力学正问题的模拟,即给定操作手末端执行器的运动和位姿,求解各关节的广义力。机器人动力学模拟涉及到机器人的轨迹规划、运动学反解,以及动力学建模和求解问题。对于球腕结构的六自由度仿人操作手来说,本文提出了用系统分解法进行运动学反解,用凯恩方程建立机器人动力学模型。本方法解算简便,经略微修改可适用于一般关节型机器人动力学模型。     

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.     

6R机器人运动学分析及奇异处理研究

针对机器人逆运动学过程中存在运算复杂、多组解的选取问题,提出了一种6R机器人逆运动学的几何方法.在求解的推导过程中,采用几何法与双变量正切函数相结合避免了失解,针对有多组逆解的情况,采用"插补连续性"的最短路径与最优标志设置准则相结合选取一组最优解,同时考虑奇异位的避让,满足实际工程中的需要,在公司生产的多款机器人中获得了成熟应用.     

移动式混联喷涂机器人的动力学性能波动评价

面向汽车修理厂的汽车补漆应用需求,该文提出一种由3自由度并联机构、旋转关节和移动小车组成的喷涂机器人。基于运动学模型,利用虚功原理推导了3自由度并联机构的动力学模型。考虑动力学模型中重力项影响,构造面向动力学性能波动评价应用的波动衡量惯性矩阵,提出动力学性能波动评价的全域指标,并通过不同几何参数和惯性参数下机器人驱动力矩变化来验证评价指标的有效性。动力学性能波动指标可以直观地反映机器人在工作空间中动力学波动情况,可以应用于机器人优化设计与控制。     

机器人智能关节机电耦合系统瞬态动力学研究

为分析机器人关节在不同工况下的动态特性,建立了机电耦合动力学方程,利用集中参数法构建了机器人关节机电耦合动力学模型,模型方程考虑了传动系统的时变啮合刚度、驱动电机的电磁特性、齿侧间隙等因素．电机采用转速、电流双闭环比例积分(PI)控制,分析该模型在启动、遭受冲击和机器人关节正反转等非稳态过程下的动态特性．结果表明：机器人关节在启动过程中电机和齿轮传动系统受到冲击载荷,特别是当转速第一次达到设定转速时出现明显反冲现象,在第一级齿轮中啮合力变化最明显,电机按照指令正反转时表现出类似特性;在外部冲击载荷作用下,啮合力在低速级受到冲击影响最大,对于经常遭受冲击的部件应增大其使用安全系数．     

机器人履约系统任务分配与货架储位再指派联合优化

为优化移动机器人履约系统（Robotic Mobile Fulfillment System,RMFS）中移动机器人运行成本,提出一种考虑移动机器人任务分配和货架储位再指派的联合优化策略。以移动机器人完成任务成本最小为优化目标,构建考虑移动机器人重载和空载成本差异的数学模型,并用遗传算法对模型进行求解。经与返回原位置及返回距离拣选台最近位置两种策略进行仿真实验对比,结果表明联合优化策略可以有效降低移动机器人完成任务成本,提高拣选效率。     

淮北平原新近沉积层承载力评价标准验证性分析与可靠性研究

为了验证和完善淮北平原新近沉积层承载力评价标准,选取该地区粉质土、砂性土和成层地基等极具代表性的场地,系统地进行验证性试验研究。开展了平板载荷试验,以获得地基承载力直接性指标,并同步进行静力触探、动态平板载荷试验,得到不同地质条件下地基土的力学特征。通过测试结果的对比分析,表明承载力评价体系合理、高效,经验公式准确、可靠。该评价标准适宜作为淮北平原新近沉积层地基承载力评价的理论依据。     

管桩-塔脚机械型连接接头及其轴向性能分析

为解决传统桩-塔脚现浇型连接接头存在的受拉性能差、施工周期长等问题,提出了一种新型预应力混凝土高强管桩(precast high-strength concrete pile,PHC)管桩-塔脚机械型连接接头。先通过理论分析对新型连接接头中的圆筒和腹板最小厚度进行确定,再利用ABAQUS软件对其进行轴向性能有限元分析,并将其与传统现浇型连接接头进行对比。研究结果表明:当圆筒厚度为10 mm、腹板厚度为10 mm时,其能满足单项承载力要求、整体承载力要求及经济性要求。在受压荷载下,传统现浇型连接接头最终因塔脚全域受压屈曲而破坏;机械型连接接头最终因连接主体中的圆筒和腹板全域屈服而破坏,其可满足同型号管桩-塔脚的受压设计承载力要求,且可选择增大圆筒厚度和腹板厚度来提高整体受压承载力。在受拉荷载下,现浇型连接接头最终因预埋件中锚筋与混凝土锚固力不足而发生拔出破坏,拉伸位移均为预埋件刚体位移,连接接头具有很差的延性。机械型连接接头最终因啮合式连接接头中的连接销受拉变形过大而破坏,其受拉承载力远大于现浇型受拉承载力且具有较好的延性。     

防屈曲支撑节点板平面外稳定承载力数值分析

设计8种不同种类节点板的模型,考虑几何非线性和材料非线性,对模型的偏心加载平面外稳定承载力进行有限元分析,研究不同构造形式对于节点连接部位承载能力的影响因素.研究结果表明,影响节点平面外刚度和承载能力的因素中,螺栓的布置是最重要的关键因素之一.螺栓布置要尽可能使节点板的塑性铰线沿着面内最长的路径扩展开,才能充分发挥节点板的承载能力.此外,节点板平面尺寸宜设计小些,尺寸大的板反而会减小面外承载力;节点板的加劲肋会影响节点板的应力分布和塑性扩散.     

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.     

基于改进遗传算法的FAST促动器油缸装配机器人运动学

促动器作为500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)主动反射面变形的驱动装置,共计2225台,是世界罕见的野外台站大规模应用的设备群.针对促动器油缸组件的实际装配需求,采用D-H法建立油缸装配机器人的关节空间;采用解析法求出装配机器人逆运动学的部分解析解;采用基于自适应多种群的遗传算法通过建立多目标函数得到了其余数值解.结果证明,给出的逆运动学模型正确;相比单种群、定算子概率、定迭代次数的传统遗传算法,给出的改进自适应多种群遗传算法稳定性好、收敛快、求解精度高.研究结果为FAST液压促动器油缸装配机器人末端执行器的运动轨迹规划打下坚实基础,也为相似机器人的运动学研究提供思路.     

空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划

许多工程机械的工作装置属于冗余度机器人的范畴,该类机械施工控制自动化所涉及到的轨迹规划问题,一直受到人们的重视·采用冗余度机器人运动学的最小关节力矩法,对空间4R冗余度机器人的关节轨迹的运动规划进行了分析仿真·实验表明该方法实际可行,运动学和动力学的工作特性良好·     

基于可靠度理论的嵌岩桩自平衡转化系数研究

嵌岩桩作为桩基础的重要分支，在基础工程领域已得到广泛使用，其竖向承载力通常认为由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。统计了5个实际工程中合计62组分别采用传统静载法和自平衡法的嵌岩桩竖向极限承载力对比测试数据。对测试数据进行了归一化处理之后，采用贝叶斯优化计算了服从对数正态分布的模型因子统计参数。挑选了合适的可靠度指标求解方法计算了不同自平衡转换系数对应的嵌岩桩竖向承载力的可靠度指标，分别探讨了活载效应与恒载效应比值、安全系数以及荷载效应统计参数等因素对可靠度指标的影响。结合各行业规范并考虑最不利原理确定了嵌岩桩竖向承载力合适的目标可靠度，给出了该目标可靠度对应的自平衡转换系数推荐值。     

基于栅格地图-蚁群算法的机器人最优路径规划

通过栅格法建立栅格地图作为机器人路径规划的工作环境,采用蚁群算法作为机器人路径搜索的规则．将所有机器人放置于初始位置。经过NC次无碰撞迭代运动找到最优路径．到达目标位置．为防止机器人在路径搜索过程中没有达到最大迭代次数时路径大小已不发生变化而陷入局部最优。可通过对各路径上的信息素进行增减来使机器人路径搜索跳出当前值继续搜索．直到迭代完毕,获得最优路径．