变抓取力的欠驱动拟人机器人手

由于传统的灵巧手自由度过多,控制复杂,驱动和控制系统体积过大,因而无法用于拟人机器人上。该文设计了变抓取力的欠驱动拟人机器人手TH-1。其食指采用了新颖的变抓取力手指机构,可实现稳定抓取。其拇指采用了新型的欠驱动手指机构,可以用较少驱动器获得较多的自由度。TH-1手的电机、驱动与控制系统等完全嵌入手掌,在外观与尺寸上均与人手相似,具有质量小、自由度少、控制简单、结构紧凑、适应性强等特点。实验结果表明:TH-1手可成功安装于TH-1拟人机器人手臂,可完成常见伸展、握拳和以适当的力稳定抓取不同尺寸物体等拟人动作。该文研究的变抓取力机构和欠驱动机构也可应用于其他传动类型的手上。     

一类欠驱动移动机器人动力学分析

带拖车的轮式移动机器人系统是典型的欠驱动、非完整系统．以带一节拖厢的卡车为具体分析对象，建立了其运动坐标系，在欠驱动、非完整动力学系统分析的基础上，提出了一种简化的Routh方程，并用简化的Routh方程分析了其动力学特性，给出了实际算例的仿真结果．     

末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手

为了实现自适应抓取效果、拟人化外观和具有末端强力抓取功能的机器人手,采用带轮传动、弹簧约束和活动套接的中部指段,设计了一种新型欠驱动手指机构。分析了该手指的强力抓取原理。由此设计了拟人机器人手——TH-3B手。TH-3B手外观、尺寸和动作模仿人手,有5个独立驱动手指、15个关节自由度、6个驱动电机,模块化程度高,结构紧凑,控制容易,质量小,成本低,对所抓物体的形状、大小自动适应,可以实现末端强力抓取,适用于拟人机器人上。     

欠驱动双足机器人稳定行走控制与策略

为了解决欠驱动双足机器人行走的控制问题,提出一种欠驱动平面双足机器人稳定步行控制方法和策略.首先,分析带有身体惯量的倒立摆模型的动力学特性,根据动力学模型和姿态信息,设计姿态稳定控制器,维持机器人身体姿态的稳定.然后,根据欠驱动量的动力学方程和行走速度反馈,设计行走速度稳定控制器.通过调整摆动腿步长的策略,实现速度稳定的连续行走.最后,在双足机器人上开展实验,验证了该控制方法和策略的有效性.     

一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.     

欠驱动船舶运动的非连续变参数镇定控制

为解决欠驱动船舶在风浪干扰下不同距离镇定控制及镇定参数优化问题,设计了非连续变参数控制算法.借助微分同胚变换及控制输入变换,将欠驱动船舶运动学及动力学模型转化为具有反馈链式级联形式的两个子系统,基于backstepping技术分别设计了反馈控制率.Lyapunov直接法证明该控制策略可使闭环系统所有信号全局一致渐进稳定.对干扰进行了Lyapunov补偿,得到原系统具有收敛参数可调的非连续反馈控制率.仿真结果表明,控制器对外界干扰具有鲁棒性;可以通过参数优化实现船舶不同距离镇定,并达到不同状态约束要求.     

非驱动关节机器人模型的设计与实现

介绍了一种基于PCI总线的非驱动关节机器人模型的设计方法,克服了传统的伺服电机装置进行位置控制的缺点,给出了驱动、保护电路和PCI控制卡的设计思路、过程及实现方法,并给出PCI控制卡的原理框图及驱动程序软件框图.同时就模型设计中的难点以及调试过程中碰到的一些问题进行了简要的说明.实验表明该模型是可行的.     

一种新型欠驱动型并联机器人的运动学分析与仿真

传统并联机器人具有自由度数量与驱动电机数量相等的问题,效率低下。为解决这些问题,提出了一种基于传统并联机器人的新型欠驱动型并联机器人。分析了欠驱动型并联机器人的结构特点与工作原理,应用空间解析几何与向量代数法,推导了机器人的运动学正解与反解。建立了运动学模型,应用MATLAB验证了运动学正解与反解的正确性,确立了最优工作空间。仿真结果表明,驱动电机数量为3时实现了机器人3或4自由度切换的功能,提高了机器人的抓取效率,具有工作空间大、运行速度快、定位精度高、制造成本低等特点,具有广泛的工业应用前景。     

引导混沌轨道的最优反馈控制

为改善最优引导控制的抗噪声能力,提出一种可用来引导混沌轨道的最优反馈控制模型,该模型考虑了引导控制速度、精度等综合指标.从非线性系统全局反馈控制的角度来看,这种方法提供了一种用最优控制方法来选择反馈控制有关参数的新思路.文中使用十进制编码的遗传算法进行最优控制问题的求解.大量以Hénon映射为引导对象的数值实验表明,最优反馈引导控制在抗噪声能力、问题求解难度方面都比传统开环模型具有更好的性能     

基于神经网络的欠驱动水下机器人地形跟踪控制

为实现欠驱动自治水下机器人(AUV)的精确地形跟踪控制,设计了一种自适应神经网络控制器.采用径向基神经网络估计时变水动力阻尼引起的AUV模型不确定部分和外界海流干扰,设计自适应学习律来实现神经网络权值的最优估计.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了跟踪控制系统的稳定性,设计的控制器可以使闭环误差系统渐近稳定且系统状态有界.仿真实验中选择实际测量得到的期望随机真实地形进行跟踪实验,并且要求AUV相对地形保持一个恒定的高度偏差.结果表明,该控制方法可以有效地降低模型非线性和不确定性引起的扰动,具有较高的跟踪精度,满足实际工程需求.     

Reference Trajectory Generation for 3-Dimensional Walking of a Humanoid Robot

Humanoid walking planning is a complicated task because of the high number of degrees of freedom (DOFs) and the variable mechanical structure during walking. In this paper, a planning method for 3-dimensional (3-D) walking movements was developed based on a model of a typical humanoid robot with 12 DOFs on the lower body. The planning process includes trajectory generation for the hip, ankle, and knee joints in the Cartesian space. The balance of the robot was ensured by adjusting the hip motion. The angles for each DOF were obtained from 3-D kinematics calculation. The calculation gave reference trajectories of all the DOFs on the humanoid robot which were used to control the real robot. The simulation results show that the method is effective.     

空间关节机器人轨迹规划

提出了一种简捷的空间关节机器人运动轨迹的优化方法。对求解机器人运动学逆问题较为有效。通过实例分析，它所得运动参数不但满足作业要求，而且使机器人以最佳状况进行作业。     

非平行初始状态自动泊车轨迹生成方法

研究车身姿态非平行初始状态下的自动泊车系统轨迹生成方法。 结合车辆运动学模型和融合动力学约束条件,分析泊车过程车辆运动路径;利用图像信息匹配车身初始姿态,最后基于全局规划生成由三段圆弧构成的完整泊车轨迹。 与传统最小半径轨迹生成法进行对比表明非平行初始状态轨迹生成算法具有更强的鲁棒性。 实车试验结果表明,车辆初始姿态角在±15°范围内,6.0 m×2.3 m车位环境下,文中算法泊车成功率达到90%。      

基于轨迹线性化控制方法的全驱动自主式水下航行器轨迹跟踪控制

基于轨迹线性化控制(Trajectory Linearization Control,TLC)方法研究了全驱动自主式水下航行器（AUV）的轨迹跟踪控制.利用微分方程奇异摄动理论中的时标分离思想,将全驱动AUV的轨迹跟踪控制系统分成快、慢回路,分别基于轨迹线性化思想设计出快、慢回路控制器;利用Lyapunov稳定性理论对闭环控制系统进行了稳定性分析,通过AUV爬升转弯过程的仿真验证了该控制方法的有效性.     

基于零力矩点的四足机器人非平坦地形下步态规划与控制

为提升四足机器人在非平坦地形中的行走能力,根据零力矩点理论分析机器人行进过程的稳定条件,利用稳定裕度的概念,在支撑多边形中求取最优稳定点来规划零力矩点. 为避免walk步态中频繁调整躯干姿态导致的能耗和行进速度损失,提出了在次优支撑三角形中求取最优稳定点的方法. 针对斜坡地形中机器人运动性和稳定性的矛盾,设计了综合性能更高的躯干姿态和支撑点位置. 为适应不同坡度和躯干角度,通过对零冲击足端轨迹规划方法进行改进,实现了以目标支撑点为中心的斜坡零冲击规划目标. 仿真试验结果表明,该规划控制方法能够实现机器人在不同斜坡中的稳定行走.      

Dynamic Optimization Algorithm for Flying Trajectory of a Free-flying Space Robot

A new method of dynamic optimization for the flying trajectory of a free-flying space robot based on its flying motion characteristics is presented. The continuous flying trajectory is broken into a number of segment and the control efforts and the duration of the segment are chosen as the optimization parameters. The objective function is made by using the weighted sum of the fuel used and the time spent, and the constraint equations are selected. Finally, the internal point punishment function method is adopted in the optimization program, and the results of computer simulation are given.     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制方法

针对轮式移动机器人轨迹跟踪这一典型控制任务,提出了基于模糊控制规则的滑模控制方法。该方法采用等速趋近律,利用连续函数代替符号函数获得切换控制律,最后运用Lyapunov理论证明系统的稳定性。仿真结果表明该方法不但能够有效的跟踪机器人的参考轨迹,还能有效的减少在控制中的抖振现象。即使存在外界干扰的情况下,也具有良好的控制品质。     

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.     

基于加速度传感器的机器人最优学习控制

为工业机器人提出了一种最优学习控制法。这种控制法用加速度误差校正驱动器运动。并提出了一种基于几何级数的极限条件估计学习控制过程收敛条件的理论方法。所提出学习控制法的有效性通过PUMA562机器人的计算机仿真结果得到了证实。     

机器人的自适应神经全局滑模轨迹跟踪控制

针对具有不确定性的机器人系统,提出一种自适应神经全局滑模轨迹跟踪控制方案.控制器采用一种新的全局滑模面,使得系统在整个响应时间内都具有鲁棒性;并基于径向基函数神经网络自适应学习不确定性的未知上界,从而自适应调整控制律的切换增益.而且基于Lyapunov稳定性理论证明这种新型控制器能够保证机器人系统关节角位置矢量和角速度矢量的跟踪误差渐近收敛于0.仿真结果表明提出的控制策略能够使机器人系统仅在0.5 s内就实现快速的轨迹跟踪,可见该方案是可行且有效的.