滚-跳多运动模式球形机器人的动力学仿真研究

复杂的探索环境对探测机器人的通行能力提出了更高要求,具有多种运动模式的球形机器人是探测机器人领域的研究热点之一。通过对球形机器人内部构件质量分布的调节,设计了一种基于单摆驱动式的滚-跳多运动模式球形机器人,其具有滚动、转向、爬坡与跳跃4种基本运动能力;随后,又根据球形机器人的设计方案建立了球形机器人4种基本运动动力学方程。利用Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems （ADAMS）软件构建该球形机器人虚拟样机并对其进行了滚动、转向、爬坡与跳跃的动力学仿真,最后以此为依据计算滚动、转向、爬坡与跳跃运动性能的仿真值,并制作实验室样机验证了动力学仿真的正确性。     

电磁驱动球形机器人的原理及性能分析

提出了一种电磁驱动全方位运动球形机器人驱动原理：通过电磁磁芯与永磁磁钢之间的吸引或排斥力,带动内部驱动机构绕主轴旋转,实现球形机器人的前进和后退;由电机带动飞轮一起旋转,实现电磁驱动球形机器人的转向运动,两种运动合成即可实现球形机器人的全向滚动。对球形机器人的滚动条件、越障能力、爬坡能力、转弯特性等作了静力学分析。为提...     

基于虚拟样机的双足机器人步行联合仿真

为了提高双足机器人设计的效率与可靠性,利用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立双足机器人的机械动力学模型,利用Matlab建立控制系统,通过ADAMS与Matlab的接口模块,实现了基于ADAMS与Matlab联合步行双足机器人仿真平台的建立.结果表明,仿真得出机器人在平地行走过程中各关节的力矩变化情况,获得了最高转速、有效转速、最大转矩、有效转矩等机器人运动的关键参数,为双足机器人物理样机的电机和减速器选型提供了理论依据.     

泥沙淤积环境下清淤置换模块设计及检测效率分析

针对泄水消能建筑物水底泥沙淤积、水体能见度差导致的水下检测难题，该文研究了一种适用于积淤水底、浑浊水质条件的清淤置换模块，并对其机构设计和检测效率进行分析。基于水底泥沙起动条件与淹没式水射流特性，运用Euler多相流模型对清淤置换模块进行水动力分析，并通过水沙两相流数值仿真和实物试验相结合的方式对比分析。该文验证了清淤置换模块中升降机构的必要性，得出置换检测壳体底部离沙高度为60 mm时，机器人清淤检测效率最高，可在1.56 s内将检测区域内厚度为100 mm的淤积泥沙清除90%,完成清淤-检测作业的总用时为9.56 s。清淤置换模块的推广应用可显著提升现有水下机器人的环境适应性和检测能力，推动水下检测技术的发展。     

基于神经网络的滑模控制在水下机器人中的应用

在水下机器人的控制中,对强耦合非线性运动进行精确建模和解析是极其困难的,本文采用神经网络对水下机器人水动力引起的不确定项和干扰的上限进行自适应逼近学习,然后采用滑模变结构方法对水下机器人航向进行控制,并进行了跟踪仿真和静态水池实验,结果表明:该种控制方法具有一定的效果。     

基于水下机器人的动力学分析研究

针对水下机器人的动力学模型进行分析,通过对状态坐标系和欧拉角变换的研究,进而进行了水下机器人动力学建模的分析,其中动力学分析包括质量和惯性的描述,科氏力和向心,流体动力学阻尼,以及重力和浮力。最终通过对系统进行SIMULINK仿真,建立六自由度仿真模型,并得出仿真结果,并通过仿真结果的分析,验证了系统的可行性。     

球形机器人准静态学分析及其路径规划方法

针对现有球形机器人在动力学分析及控制系统设计时遇到的计算量大、实时性差的难点,提出将机器人的转向和向前驱动运动分开独立执行的设计原则.根据球体滚动中的实际情况,利用转速矢量的投影关系,建立了机器人的两输入、五输出的准静态学运动方程,当要求转速不高的情况下,可以对球形机器人进行基于运动学的控制.提出了一种在运动解耦方式下的点对点直线插补式路径规划方法,这种方法可以逐点逼近任意要求的轨迹,具有一定实际工程应用价值.     

家居人形机器人多自由度手臂运动仿真

设计研发了家居人形机器人多自由度手臂,用D-H(Denarit-Hartenberg)法建立了手臂末端位姿变换矩阵及位姿方程.采用微型直流减速电机作为手臂关节驱动输入,根据实测微电机的电流-电压波形确定手臂运动仿真的输入电机特性,应用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)进行多自由度手臂运动仿真.仿真计算了微型直流减速电机的扭矩、电流、转速特性,以及在此特性情况下手臂末端的位移、角速度、角加速度变化曲线.在此基础上,改变手臂各个关节质量以及质心位置的设计,仿真得出改变设计对手臂末端的角速度、角加速度的影响,为应用微型直流减速电机作为家居人形机器人手臂关节驱动及控制提供技术基础.     

水下爬行机器人多目标路径规划的研究

文章提出使用一种基于三角网格的fast marching(TFM)算法解决水下爬行机器人在2.5维水底地表环境下的路径规划问题,在制定规划算法的费用函数时,考虑了地形特征因素、水下爬行机器人的运动限制、任务本身要求等多个目标的决策和限制。通过仿真实验,验证了该算法在2.5维复杂水底地表环境下可以生成一条连续、平滑、最优的路径,并且可以根据不同的任务目标规划出满足任务要求的最优路径。蒙特卡罗实验表明,该算法运行速度非常快,可以进行在线规划。     

水下多电机协同推进及其动态面反步滑模控制

复杂多变暗流湍急的水下环境会造成水下机器人姿态失衡,严重时会破坏船体稳定造成偏航.针对大幅度转弯工况与应对外部随机扰动等问题,提出一种归一化的比例同步系数分配方法,构造虚拟主轴多电机协同控制系统的输入,实时调配各个从动轴推进电机的参考转速;针对该方法中异速差异大、动态响应高的需求,设计有限时间动态面反步滑模控制器,提升...     

水下机器人控制系统设计与仿真

设计一款小型有缆水下机器人,搭建以滑模控制器为核心的软、硬件平台,改进有缆水下机器人传统滑模控制器定向、艏向与姿态控制在平衡面不稳定的情况,把定深控制器、艏向控制器和姿态控制器计算得到的控制量并联输出,作为脉冲宽度调制调节量对电机调速.用Matlab/Simulink仿真软件对定深控制、艏向控制和姿态控制进行滑模控制器算法仿真,仿真结果验证了有缆水下机器人滑模控制系统的有效性和稳定性.     

一种新的不下机器人运动控制方法

对神经网络和模糊理论在水下机器人运动控制中的应用进行了探讨,提出了神经网络多步预测模型的非线性广义模糊预测控制算法,用神经网络方法实现了对水下机器人这一非线性系统的在线计算、滚动优化和在线控制,采用强化学习方法来构筑模糊控制系统中的神经网络,给出了神经网络多步预测模型及相应的控制算法和操作过程,计算机仿真结果验证了本文所提方法的有效性。     

基于SolidWorks与Adams的焊接机器人动力学仿真

本文先用拉格朗日法对一款六自由度焊接机器人进行动力学分析,得出该机器人各个关节的峰值力矩理论值。并运用Solid Works建立了该款机器人的三维装配模型,将其导入到Adams后进行动力学仿真分析,在Adams中仿真出焊接机器人在不同工况下各个运动情况,得出各个关节处的力矩图。并将仿真出的峰值力矩与所求的理论峰值力矩对比,验证仿真数据的正确性。将仿真结果与该机器人各个驱动关节处电机经减速器减速后的输出力矩对比,验证电机选型的合理性。     

球形机器人水下系泊状态水流干扰运动分析

为了使球形机器人能在复杂水域安全工作和利用能量,对其锚定状态下受水流干扰的运动规律进行分析.首先针对机器人的形体结构特点,应用线性波理论和Morision方程对流体载荷进行描述,并以机器人锚定系统方程为基础,引入波浪水动力、重摆扰动力和绳索弹性力项,建立了球形水下机器人锚定状态波流联合激励的动力学模型.然后在搭建的虚拟仿真验证系统中对机器人的位移、绳索拉力和重摆摆角进行仿真和验证,总结出绳索锚定角和拉力随流速增加呈非线性变化规律及机器人在波浪幅值影响下的波动特性,结合绳索张紧和松弛状态交替现象分析绳索拉力和重摆摆角异常波动原因.研究结果为球形机器人对流体波浪能的吸收和转化提供理论基础.     

装药水下沉底爆炸压力场特性研究

对水下爆炸冲击波进行了概述,分析了影响冲击波传播的因素和球形装药中心起爆时出现驼峰的原因.利用AutoDyn软件对装药在自由场与沉底爆炸二种工况的压力场特性进行了数值模拟,计算中采用透射边界条件代替压力流出边界条件和提高能量守恒误差容许值的办法.仿真结果表明,装药自由场爆炸中,冲击波传播没有方向性;在装药沉底爆炸时,冲击波存在明显的水底反射效应,水底反射对药包上方范围起到增强作用,而对水底附近起削弱作用,当测点与水平夹角大于60°时,冲击波压力峰值增加到一个相对稳定值.     

基于ADAMS的某球形机器人运动分析

研究了一种转向和驱动行走两种运动分开的全方位运动球形机器人,对其模型进行简化建立了ADAMS虚拟样机模型.基于ADAMS仿真软件对模型进行了运动仿真分析,分析了球形机器人的直线运动速度变化规律,以及摆长、摆速等因素对球体运动速度的影响,得出配重和摆速是影响球体速度的主要因素.     

对一种新型平动电机在恒定转速下的转矩仿真

针对北京邮电大学自动化机器人试验室提出的一种新型平动电机,给出了该电机的机械模型及简单电路模型。用MATLAB建立了该电机在磁路不饱和的情况下的模型,在恒转速的情况下用神经网络预测控制方法对电机的转矩实现控制。仿真表明,该控制策略能对电机的转矩有效的控制。     

控制动作下带缆遥控水下机器人的水动力特性

首先利用模糊神经网络算法构建了基于完整的带缆遥控水下机器人水动力数学模型的控制器,对水下机器人多自由度上的轨迹和姿态进行控制;然后,针对传统螺旋桨推进力分析方法中的缺陷,引入神经网络相关理论并结合计算流体方法对推进力和转速之间的相互关系进行辨识和换算;在此基础上构建了一个完整的、包括模糊神经控制器、机器人水动力数学模型以及推进力和转速换算模块的带缆遥控水下机器人控制系统;最后,在考虑系统各部分间相互影响的前提下进行了水动力特性的整体分析和计算.数值计算结果表明,所建立的控制系统可以对带缆遥控水下机器人进行有效的轨迹和姿态控制,文中方法可以从整体的角度分析一定控制动作下水下机器人的水动力响应.     

基于μC／OS—Ⅱ的球形机器人控制软件设计

球形机器人是一种外壳为球形的新型的机器人,依靠球壳内部的驱动单元实现滚动行走,具有很强的稳定性和机动性,其在工业、军事和民用上有着广泛的应用前景．首先介绍了结构简化球形机器人的整体软件功能;其次,设计实现了球形机器人本体控制系统,并将嵌入式实时操作系统μC／OS—Ⅱ移植至本体控制芯片TMS320F2812中,通过实验测试表明移植正确可行;最后设计应用任务,通过嵌入式实时操作系统的调度实现球形机器人各项功能．实验结果表明,该球形机器人具有良好的实时性,其后期维护和功能扩展方便易行,其软件具有良好的稳定性和可靠性．     

基于OpenGL和3DS MAX水下机器人运动可视化研究

超小型水下机器人运动可视化仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位.基于三维建模软件3DS MAX和OpenGL,在个人PC机上的视景仿真系统开发出来.利用建模软件建立水下机器人模型,并将其转换为OpenGL的C代码,在VC++开发环境中实现了水下机器人模型的控制与显示、三维场景的模拟以及场景与模型的结合.仿真结果表明:该系统能够逼真地反映水下机器人在场景中的运动情况.