变形机器人倾翻稳定性仿真分析

凹凸不平的非结构环境中,移动机器人由于系统的倾翻将导致系统损害、作业失败等一系列问题。变形机器人可以通过构形的变化来提高系统的稳定性和抗倾翻能力。理论分析了移动机器人的倾翻问题,提出稳定锥方法和倾翻性能指数对移动机器人的静、动态稳定性进行综合判定,讨论了三模块履带机器人变形过程中的倾翻稳定性变化,同时仿真比较了机器人的五种能动构形在仰俯、偏转、倾斜等干扰组合作用下的倾翻性能。理论与仿真研究为变形机器人投入到实际应用提供了参考。     

模块化自重构机器人变形算法的仿真研究

自重构机器人是一个由众多模块组成的非线性复杂系统,非线性造成的计算复杂性使得传统的控制算法难以解决机器人的运动和变形规划问题。我们提出了一种全离散变形方法,针对不同的系统和不同的任务建立不同的模块运动规则,再由模块根据局部感知信息和相应的运动规则同步运动来获得合理的运动序列,实现全局变形。这可以大大简化自重构机器人变形的复杂性,简化变形步骤,并且实现自重构机器人的自组织变形。本文建立了仿真平台对几个典型的2维系统的变形算法问题进行了研究和验证。     

轮腿式机器人倾覆稳定性分析与仿真

在复杂的三维地形中,移动机器人的抗倾覆能力非常关键.针对非结构化环境对小型移动机器人的运动要求,设计了一种具有多驱动模式的轮腿式机器人.该机器人采用对称结构,有四个独立的运动单元,能够变化多种构型.采用动态能量稳定锥方法和倾覆稳定性指数对机器人的稳定性进行综合评价.分析了机器人变形过程中的稳定性变化,以及存在路面干扰和惯性力干扰时机器人六种典型能动构形的动态倾覆稳定性.仿真试验表明,该机器人的多种能动构型有利于提高其倾覆稳定性.     

基于改进模拟退火算法的机器人最优构形研究

研究了机器人标定中最优测量构形的选择,目的是利用改进的模拟退火算法来选择机器人的一系列最优测量构形,以最小化参数估计中测量和建模误差的影响。为加快算法收敛速度,设计了一个合适的冷却进度表,并分析了冷却进度表中各因素交互作用对算法试验性能的影响。把实验结果与局部搜索算法的结果进行了比较分析,验证了该算法的实用性。     

卫星编队构形重构的螺旋控制策略

系统地探讨利用螺旋控制策略实现卫星编队的构形重构问题，并给出等速螺旋控制、加速螺旋控制、对数螺旋控制、加速对数螺旋控制等几种可行的控制策略．首先将相对运动方程的解看作某种螺线，代入到Hill方程中，推导出控制律，并进行仿真分析；继而通过理论推导，探讨初始状态和构形重构时间对重构结果的影响，给出构形重构条件；然后对各种螺旋控制策略进行比较；最后通过一个三星编队的构形重构实例，验证了利用螺旋控制策略实现卫星编队构形重构的优良性能。     

可重构机械臂鲁棒模糊神经补偿控制仿真研究

基于精确模型计算力矩控制,考虑了可重构机械臂的动力学系统中存在的大量不确定性,提出了鲁棒模糊神经智能控制算法辨识补偿结构和非结构不确定性,给出了模糊神经网络的权值、隶属度函数参数以及综合误差的分立量估计Lyapunov稳定性在线调节律。通过Lyapunov稳定性理论证明了提出的RNF补偿算法的最终一致有界性,以RR(Revolute-revolute)和RRP(Revolute-revolute-prismatic)两种构形的可重构机械臂为例,通过仿真研究了算法对轨迹跟踪的有效性。     

带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真

在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统.根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块.这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统.以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统,带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比.实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计.     

可重构星球探测机器人的OpenGL仿真实验平台研究

采用基于Visual C 和OpenGL的建模和运动仿真方法，对可重构星球探测机器人系统的三维运动仿真实验平台进行了研究，建立了一个多机器人系统的仿真实验平台。开发的实验平台可用于探索和验证机器人系统的工作原理、工作空间、多机器人协调算法、重构方法、系统集成技术等。在该平台上进行了机器人的运动学仿真和协调运动研究，验证了该仿真平台的有效性和机器人系统体系结构的合理性。     

自主运行卫星编队构形重构控制策略仿真分析

采用模糊逻辑控制器与LQR相结合的控制策略来解决自主运行卫星编队构形重构问题。首先,基于Hill方程,利用LQR理论设计控制器;然后,设计模糊逻辑控制器,利用编队运行中的导航信息、通信信息以及任务优先级信息,对控制器增益进行模糊调节。该控制策略可以有效实现编队构形重构,且能在燃料消耗量与任务优先级和构形差异之间达到折衷。仿真结果表明了方法的有效性。     

仿人机器人跑步运动的仿真

提出一种仿人机器人跑步运动仿真的新方法。首先建立惯性坐标系、参考坐标系和物体坐标系,在此基础上对机器人进行运动学分析。针对跑步机器人在起跳阶段和飞行阶段存在不同约束的特点,采用拉格朗日动力学方法建立机器人跑步的变拓扑结构动力学方程,并对机器人脚着地时冲击现象进行分析。在跑步运动规划的基础上根据运动学和动力学分析给出机器人跑步运动仿真的算法。最后对一个跑步动作进行仿真,实现了前向速度为1.2m/s的跑步动作,证明了这种方法的有效性。     

带Mecanum轮的移动机器人全向移动控制研究

分析了一种配有Mecanum轮移动机器人的全向控制方法.该方法有效的控制了Mecanum轮机器人平台,对实验对象输入的导航参量设定值(X、Y方向的平移速度与转动角度)转化为机器人各轮的控制转速设定值,并通过机器人本体仿真模块对电机以及机器人模型的仿真解算,得到机器人的实际位姿状况.再反解出移动机器人的实际导航参量,用于机器人的导航位姿闭环控制.     

轮式牵引机器人优化设计及运动特性分析

为定量评价轮式牵引机器人在同一管径水平井内的动态运动特性与越障性能,建立了轮式牵引机器人爬行模块的受力模型,优化了结构及尺寸参数,实现了机器人ADAMS整体建模,并构建了对象机器人驱动机构、支撑机构及牵引阻力的Simulink控制模型。提出了轮式牵引机器人的ADAMS/Simulink联合仿真建模方法,进行了对象机器人运动特性及越障性能仿真分析。仿真结果表明结构优化后提高了该型机器人在水平井内的动态运动特性,验证了其较好的越障能力,且仿真计算与理论分析结果基本一致。     

多重约束下智慧仓储机器人配置仿真优化研究

针对智慧仓库的仓储机器人配置问题,构建了基于排队论的离散事件仿真模型,在保证系统可靠性和服务强度的前提下,考虑到故障对系统的影响,以距离成本、时间成本、空闲成本和购置成本所构成的总成本最小化为目标,提出了一种基于FlexSim平台的离散事件仿真优化方法。通过分析系统平均队长、订单平均逗留时间等指标,将直观化的系统瓶颈与运行实际数据相结合,求得系统成本最小的配置策略。结合实例,对算例中的智慧仓库机器人配置方案进行求解。结果表明,基于FlexSim平台的离散事件仿真寻优方法,能够求解仓储机器人配置的优化方案,并能保证模型方法的计算效率。     

基于神经网络的移动机器人路径规划方法

针对动态环境下移动机器人路径规划,提出了一种基于递归神经网络的实时路径规划方法。利用神经网络表示机器人的工作空间,每个神经元都只有局部侧连接。目标点位置神经元具有全局最大的正活性值,该活性值通过神经元之间的局部侧连接逐渐衰减地传播到整个状态空间,障碍物及其周围区域神经元活性值则被抑制为零。目标点全局地吸引机器人,障碍物局部地将机器人推开实现避障,从而能够在动态环境下产生最优规划路径。仿真结果表明该方法具有较好的环境适应性和实时性。     

基于目标搜索任务的群机器人路径规划

微粒群算法具有搜索效率高,收敛速度快的特点,可应用于基于目标搜索任务的群体系统。人工势场法可用于移动机器人的避障导航,提出一种在环境未知情况下基于机器人多传感器结构的人工势场法MSAPF,和一种具有群机器人系统特征的SRPSO算法,将二者相结合,应用于群机器人系统的目标搜索任务,在搜索目标的同时实现避障导航路径规划,通过对多组不同数量机器人的仿真实验验证了此方法的有效性。

Abstract：

Particle Swarm Optimization algorithm has high searching efficiency and constringency speed,and can be used for the target-searching swarm intelligence system.The artificial potential field （APF） is an effective local path planning method for the mobile robot.The MSAPF （multi-sensor-based APF）,integrating with the SRPSO （Swarm-Robot PSO） algorithm was proposed,used for realizing the path planning of swarm robot system while searching the target.The efficiency has been proved by the simulation experiments with different individual quantity of swarm robot.     

面向可重构制造单元的仿真建模技术研究

针对传统仿真建模方法无法适应可重构制造单元频繁调整的特点,提出了模块化控制模型与数据驱动相结合的仿真建模方法。首先采用层次化建模技术将生产系统复杂的管理和控制过程分解为车间层、单元层和设备层,各层次内部采用面向对象仿真建模技术将基本建模元素与仿真控制逻辑分离,构建过程控制模型;然后在对仿真建模各阶段需要的数据进行分析和分类的基础上,采用系统集成和人机交互的方式及时获取仿真数据,利用变化了的数据驱动各层次控制模型,快速构建生产系统重构后的仿真模型。最后,以某研究所的机加车间为例,验证了该方法的实用性和通用性。     

The Configuration Optimization for Multilimbed Robots with the Viewpoint of Maximum Loading Capacity

This paper presents a method for optimizing the configuration of a multilimbed robot (the robot with both arms and legs) which works with a big load. A least-effort criterion is proposed as the base of optimization. When the applying Cartesian force and the task point are given, the best configuration of the robot will be easily found through a series of imaginary motions of the robot and some simple computations. The imaginary motion varies with the working environment related to the construction of the robot, the task point and the force direction. The working environment could be predicted by the proposed inequalities, so that the way of motion could be decided in advance.     

D-H参数表生成三维机器人模型仿真系统

一般情况下机器人各关节的几何关系可通过Denavit-Hartenberg(D-H)参数表来描述。提出了采用D-H参数表生成机器人三维虚拟模型的方法,实现了机器人的可视化。仿真系统提供的视图控制功能和场景漫游功能实现了多角度、多位置观测机器人模型的几何结构,并为机器人操作人员提供了训练仿真平台。该系统可以作为机器人学习和机器人结构设计的辅助工具。