基于广义逆矩阵的机器人力与位置混合控制

推导了具有运动约束的机器人的拉格朗日动力学方程,该方程中包含了广义约束力。广义约束力被表达为机器人系统状态变量和广义输入力的显函数,力信息由此获得,因此无须使用力传感器即可同时控制机器人的力和位置。利用动力学冗余度（广义输入力的数目大于广义约束力的数目）,设计了基于广义逆矩阵的力与位置混合控制器。控制仿真结果表明,该控制方法具有较高的精度和较好的稳定性。     

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.     

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。     

冗余度机器人机构动力学仿真的高效优化方法

本针对冗余度机器人机构满足最佳广义驱动力优化问题的动力学仿真方法进行研究。首先,引入广义杆及其质量特征量。将动力学方程中惯性系数矩阵和哥氏力离心力及重力项的计算转化为广义杆关节广义驱动力的计算;其次,引入ｌａｇｒａｎｇｉａｎ乘子,在动力学仿真算法中避免了矩阵的奇异值分解（ＳＶＤ）。本方法具有递推性强,计算效率高等特点,适合于冗余度机器人的实时控制。     

应用Udwadia-Kalaba理论对开普勒定律的研究

本文运用Udwadia-Kalaba理论对天体运动进行了研究(尤其针对开普勒定律和万有引力定律).我们用一种创新的方法表明天体的运行轨道可能是圆,椭圆,双曲线或抛物线.并且,在UdwadiaKalaba理论基础上,运用运行轨道约束(椭圆,圆环,双曲线或抛物线)以及角动量守恒约束核实了任何天体运动都遵从万有引力定律.基于Udwadia-Kalaba理论,我们首先考虑无约束离散动态系统,其运动方程可应用牛顿力学或拉格朗日力学以广义坐标形式写出.然后推导各类约束的二阶约束方程.最后将额外的广义力约束(从二阶约束方程获得)施加到无约束系统上.对多体系统使用此建模方法,我们总能推导出Udwadia-Kalaba方程的显式解析形式.Udwadia-Kalaba方程可用于解决完整或非完整约束问题以及理想或非理想约束问题.如果质量矩阵奇异,Udwadia-Kalaba方程也适用.     

拟人机器人的建模

为解决机构复杂的拟人机器人运动学和动力学问题,提出了基于传统机理结合神经网络的建模方法．首先,从几何构造分析出拟人机器人各部分运动规律．其次,采用Lagrange—Euler方法结合对各部分交互作用力的定义得到动力学模型,交互力用神经网络来实现．最后,将此模型对应于实际的机器人参数,通过仿真证明了建模的有效性．结果表明此方法实用、有效．     

并联机器人多柔体系统协同建模与动力学仿真

基于协同的思想,提出了一种对机构的多柔体动力学进行建模和仿真的方法.以多体系统动力学为基础,建立了柔性机构的空间动力学方程.利用多体动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS建立了3-TPT型并联机器人的多柔体动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了动力学仿真研究.为了更加准确地说明分析结果,分别将刚性体和柔性体仿真结果进行对比,结果表明:由于杆件的柔性特点,其受力表现出了高度的非线性,这与实际相符.多柔体系统的仿真结果能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性,能够更准确地预测机构性能.这种方法为并联机器人的设计和优化提供了一种有效的分析方法.     

平面单腿关节型跳跃机器人建模及步态规划

为研究平面单腿关节型跳跃机器人的建模和步态规划问题,首先运用拉格朗日动力学方程推导了该机器人的解析动力学模型;然后提出一种单质心的机器人模型来进行跳跃步态规划,同时,在Matlab Simulation环境中建立包括地面模块的SimMechanics模型,使其成为平面单腿关节型跳跃机器人的仿真平台;最后,通过对给定参数的跳跃机器人3种模型的仿真及结果比较,说明以上这些模型的有效性与关联性。结果表明,平面单腿关节型跳跃机器人的3种模型协作能够满足其运动仿真和研究需求。     

欠驱动跳跃机器人运动规划

通过对欠驱动跳跃机器人的动力学模型的分析,结合机器人的雅克比矩阵及主被动关节之间的动力耦合关系,推导出了欠驱动机器人的伪逆运动学方程,对运动轨迹的优化数学模型进行降阶处理,并进行了运动规划的仿真分析.仿真结果分析表明了该方法的正确性及有效性,该运动规划方法对其他跳跃机器人的运动规划及控制方法的研究具有一定的理论参考价值,同时,亦可推广至平面多自由度的欠驱动机器人轨迹规划的问题上.     

重载工业夹持器约束建模与承载能力分析

针对重型工件的抓取操作问题,采用机器人抓取理论建立工件-夹持器系统的抓取模型,分析抓取模型求解中存在的静不定问题;基于准刚体模型,建立工件微分运动与接触变形之间的映射关系;分析夹持器在不同驱动形式和夹持过程中的约束特点,建立夹持器驱动关节和被动关节的力约束方程;引入关节刚度和接触刚度,建立工件-夹持器系统能量模型;采用拉格朗日乘子法建立静不定抓取力分析求解模型,给出了具有运动形式简单、约束复杂特点的一类夹持器的承载能力分析方法.以80t锻造操作机夹持器为实例进行了承载能力分析,仿真结果与实验结果相符合,验证了抓取力分析模型的正确性.     

机器人运动分析和动力学建模的一种简明方法

文章提出并讨论了一种利用旋转矩阵的导数矩阵分析机器人运动和推导机器人动力学模型的方法，文中推证的一组刚体旋转矩阵与角速度矢的关系式是该方法的基础，所提方法在文中的运用表明，它可以取代以往过于繁琐的图解法和递推法，成为一种简明有效的机器人运动分析和动力学建模方法，作为该法运用结果，文中分别给出了ｎ自由度机器人雅可比矩阵和动力学模型的一种简明封闭式，这里的方法可作为一般刚体运动分析和动力学建模理论的补     

三自由度柔性受限机器人的动力学建模

为了提高处于受限运动状态的柔性机器人的控制精度，研究了一类三自由度柔性受限机制人的动力学建模问题，将其抽象为一平面三连杆受限机器人系统，利用D^,Alembert-Lagrange原理得到了一组由机器人各关节转角和柔性连杆的振动方程表示的该机器人的动力学模型。该模型在形式上与传统的无约束刚性机器人的动力学模型非常相似，具有模型精确的特点，从而为有效地控制此类机器人系统的运动和位姿提供了理论依据。基于此动力学模型，采用MATLAB对该机器人系统进行计算机编程仿真计算。仿真计算结果表明，该机器人系统的模型是可行且有效的。     

基于子空间方法的非均匀多采样率系统辨识

针对非均匀多采样率系统的建模问题,根据因果关系,建立了非均匀多采样率系统的状态空间模型.对于含有提升变量的状态空间模型,提出基于子空间技术的辨识方法.首先,由系统的输入输出数据建立由Hankel矩阵组成的扩展状态空间方程;其次,利用斜交投影的原理,以及奇异值分解,通过子空间辨识算法确定增广观测矩阵和状态向量;最后,通过最小二乘方法确定模型的参数矩阵.该方法简单有效且对初值具有鲁棒性.仿真实例验证了方法的有效性.     

两类平面并联机构凯恩动力学建模与比较研究

研究了冗余驱动平面4-RRR并联机构与非冗余驱动平面3-RRR并联机构的刚体动力学建模及其性能比较.首先,从运动学角度出发,推导了两种机构的运动学逆解模型.其次,基于Kane方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法.该方法简捷、高效,可有效简化动力学建模过程,并可获得结构紧凑的系统动力学模型,对于控制策略的构建极为便利.最后,在MATLAB编程环境下,分别从运动学与动力学性能指标、逆刚体动力学仿真等方面对两种机构进行了比较分析,验证了冗余驱动在规避奇异、提升系统动态性能等方面的有效性,为后续基于模型的控制策略设计奠定了理论基础.     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

基于动力学的电力线巡检飞行机器人运动规划

提出一种以动力学模型为基础的电力线路巡检飞行机器人运动规划方法,采用随机优化的思想解决有限时间内不完整系统的问题,本质上是一种在快速扩展随机树算法的基础上融入飞行机器人动力学模型的运动规划算法,初步解决了电力线巡检飞行机器人运动规划问题.运用Matlab工具进行仿真实验,验证了方法的可行性和有效性.     

半结构环境中电力作业机器人机械手鲁棒轨迹跟踪控制

在输电线路高电压、强电磁干扰的恶劣半结构环境下,为有效抑制扰动信号及各种不确定性因素对电力作业机器人机械手轨迹跟踪精度和运动稳定性的影响,提出了一种基于H∞控制理论的机器人机械手鲁棒轨迹跟踪运动控制方法.通过机器人控制体系结构的分层,利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人的不同动力学行为进行了动力学建模,获取了机器人动力学行为和动力学参数的映射模型,在此基础上推导出了扰动及不确定性因素情况下关节运动控制的状态空间表达式,并以此构建立了机械手H∞轨迹跟踪控制模型,利用线性矩阵不等式（LMI）求解了相应的轨迹跟踪H∞控制器,最后通过仿真实验验证了H∞控制的有效性.现场作业试验进一步验证了该控制方法的工程实用性,同时该控制方法具有通用性好、适应性强、易于扩展的显著特性.      

两指并联微操作手的动力学建模及仿真分析

设计一种由直线超声电机驱动的两指并联微操作手,建立其刚柔耦合动力学模型,并进行仿真分析.采用分支结构建模法,将微操作手分为1个圆盘手指子系统和3个对称的运动链子系统,分别推导其动能和势能,利用拉格朗日方程对微操作手进行动力学建模.构建微操作手的刚柔耦合仿真模型,由反向和向前动力学仿真计算得到电机输入和手指操作末端的位移...     

一种可变直径软体机器人的设计

为了解决刚性机械手安全性低、适应性差的问题,设计一款具有抓取功能的软体机器人。该软体机器人由三个呈圆周 120°分布的软体驱动器和一个夹具组成,夹具可以实现自动化改变直径以适应不同大小物体的抓取,经测算软体机器人可以抓取直径范围为 45mm~97mm 的物体。夹具和软体驱动器都采用3D打印制造,具有成本低、制造简单、易于大规模生产的优点。软体机器人采用气压驱动,当给驱动器充气时,三手指同时弯曲抓取物体,具有很好的稳定性。对于软体驱动器建立了相应的力学模型,得到了弯曲角度与输入气压的关系,并利用ABAQUS 有限元仿真软件对驱动器弯曲特性进行仿真。对比发现,理论建模和仿真分析在驱动器弯曲角度具有很高的吻合性。     

液压并联机器人的键图建模

键图是一种能够统一处理多能量范畴工程系统的有效方法,该文针对液压驱动并联机器人提出了一种新颖的全系统键图仿真模型。基于牛顿-欧拉法建立运动平台的键图模型,根据伺服阀和液压缸的流量方程及力平衡方程建立阀控缸作动器的键图模型,按照因果关系规则将二者集成为全系统的键图模型。实例仿真表明该模型较真实地反映了系统的动态特性,可用于液压并联机器人的动力学分析和控制系统设计。