二驱动球形机器人的全方位运动特性分析

介绍一种新型二驱动球形机器人,它使用两个电机作为输入,而球形机器人在平面运动具有三个自由度,所以属于非完整欠驱动系统.内驱动机构通过改变配重重心的位置实现了球形机器人沿任意方向的运动,且球形机器人的位姿影响了球形机器人沿不同方向运动的灵活性.阐述了它的结构特点,利用非完整系统力学理论对球形机器人运动学、动力学进行了初步分析.采用欧拉角和三维转动群知识对球形机器人的全方位运动学特性进行了分析.

BYQ-3球形机器人的动力学模型

在运动分析的基础上,基于矢量运算的Kane方程建模方法,建立BYQ-3球形机器人的完整动力学模型,并进行仿真和试验研究。分别确定球壳、框架和配重块的角速度和角加速度,以及球壳质心、框架质心和配重块质心的速度和角速度,推导球壳、框架和配重块的广义速率、偏速度、偏加速度、广义惯性力以及广义主动力,在此基础上建立BYQ-3球形机器人的完整动力学模型。通过建立转动关节的转动摩擦力矩和地面对球壳的滚动摩擦力偶矩模型对完整动力学模型进行修正。针对'长轴水平'条件下的直线运动,基于修正后的完整动力学模型进行仿真研究,同时利用BYQ-3球形机器人平台进行开环运动控制试验研究。仿真和试验结果表明:在考虑了摩擦因素后所建立的BYQ-3球形机器人的完整动力学模型是有效的。

基于三分支机器人关节空间轨迹规划的研究

采用分离系数方法对三分支空间机器人进行运动学数学建模,在此基础上,进行了关节空间中的轨迹规划,提出1种在关节空间应用分段低阶插值拟合路径曲线的规划算法,以改善轨迹控制精度.用计算实例验证了该算法的快速性和高精度.

带可伸缩操作臂的球形机器人的研制

针对目前球形机器人不具备操作能力的不足,介绍了一种带有可伸缩操作臂的新型球形移动机器人BYQ-IV,对该机器人的机械结构进行了详细的描述和分析,并给出了无线分布式的机器人运动控制系统和基于adhoc网络的人机无线通信系统,提出了基于状态反馈的运动控制方法.最后,通过对样机的实验分析验证了该设计和控制方法的有效性.

新型变结构球形机器人运动分析

针对已有的变结构球型机器人在连杆爬坡机构展开状态下无法进行转弯的缺点,改进了原有机构,使其成为一种在两种运动模式下都可以进行原地零半径转弯的新型球形移动机器人。由于新型机器人的后轮也能提供驱动力,因此其爬坡能力也大大增强。建立新型变结构球型机器人爬坡和转弯的力学模型,并用仿真软件分别对新旧几款球形机器人的爬坡运动进行仿真对比分析,通过仿真分析验证了力学模型的正确性和新型机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。在此基础上,对影响新型机器人爬坡能力的参数进行分析,为进一步提高机器人越障能力提供了理论依据。最后,通过样机试验进一步验证了力学模型的正确性、机器人的转弯灵活性和新机构对于增强机器人爬坡能力的有效性。

柔性关节摩擦和不确定补偿的小波神经——鲁棒复合控制

研究柔性关节的高精度位置跟踪问题。建立柔性关节二阶级联动力方程,并引入非连续摩擦力和干扰项,针对系统存在的柔性与摩擦并存、不确定参数摄动、外部干扰等复杂动力特性,提出一种复合控制策略。全局采用李雅普诺夫函数的Backstepping方法设计具有柔性补偿和L2干扰抑制性能的控制器;同时,针对常规神经网络无法辨识非连续性函数的问题,提出在局部采用小波神经网络对摩擦和不确定项进行补偿。该方法不仅避免了复杂的求导运算,而且无须检测关节角加速度和预知摩擦及不确定上界。闭环稳定性分析和数值试验表明,设计的控制器具有鲁棒稳定性和干扰抑制性能,可保证系统的跟踪误差和网络权值误差一致终值有界,且避免了柔性关节因摩擦引起的爬行和平顶现象。

基于容错策略的球形机器人控制系统

基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服控制子系统,以提高控制系统的可靠性。其中,冗余双备份伺服控制子系统是由两个相同的备份模块组成的,通过故障检测、故障定位以及系统恢复实现容错功能,而且冗余结构能够根据故障情况进行重组。基于时间容错和信息容错的技术设计球形机器人的软件系统,并设计监控软件监视软件系统的运行状态。球形机器人的控制系统试验表明基于容错策略设计的球形机器人控制系统是可行的、有效的。

一种基于电子经纬仪的机械臂运动精度测试新方法研究

基于电子经纬仪首次提出了一种全新的机械臂末端执行器位姿精度测试方法。利用该方法对一种6自由度机械臂末端执行器的位姿精度进行了实测,与用激光跟踪仪所测数据进行了对比,两者之间的最大差值小于1mm,结果表明这种方法切实可行。

遥操作系统中预测显示技术研究

通过虚拟预测技术对现有预测显示方法进行调研分析,提出了一种分类方法,有效地解决了遥操作中时延问题。针对目前计算机视觉领域的快速发展,提出一种基于视频流的在线重建模型的预测显示方法,该方法能够适应于非结构化的甚至是完全未知的环境,不仅能够解决机器人遥操作实验的时延问题,同时能够满足实时性的需求,文中指出了其关键技术。同时,实现了一个基于重建模型的预测显示原型系统,基于不同的时延条件,对通过时延视频构建的预测图像和真实采集到的图像进行了对比,验证了该方法能够补偿时延的影响,具有很好的预测效果。

空间三臂机器人在操作中的平衡问题

就三臂空间机器人的一臂与航天器固抓、一臂操作、第三臂作平衡协调操作的问题进行了理论研究 ,取得了在线动量和角动量守衡意义上的平衡操作结论 .对一个在气浮平台上运动的简单的三臂空间机器人的实例进行了仿真计算 ,证明该方法是可行的 .

基于CANopen协议的双轮移动倒立摆控制系统

研究了实验室双轮移动倒立摆机构,引入并分析了CANopen协议的通讯协议在控制系统中的应用。提出了一种改进型的控制系统方案,并详细分析了CANopen协议的设置方法,解决了控制系统中快速性和稳定性的问题。并通过测试实验验证了信息传递的可靠性,以及伺服系统对电机控制的准确性和实时性。实验结果表明,系统达到了倒立摆长期稳定控制的效果和载人功能。

四足步行机的全方位行走探讨

本文对缩放式四足步行机器人(简称步行机)的全方位行走问题进行了探讨。给出了一种拟定全方位行走的方法,同时,给出了用该方法拟定出步态的可行性条件和垂直方向稳定性条件。举例摸拟了步行机按拟定出的全方位步态的行走。

超声波-电容液位检测装置的研制

本文介绍了两种传感器:超声波传感器和电容传感器,分析了它们的优缺点,现将两种传感技术有机的结合起来设计了一种新型的液位检测装置。并对该装置的工作流程、安全性和稳定性进行了分析。

空间自由漂浮机器人运动实时控制

为满足空间自由漂浮机器人实时的运动控制,提出了一种高精度的实时控制算法。该算法不需要在笛卡儿空间进行复杂的速度逆解,而是实时采集手眼相机反馈数据,在关节空间进行位置逆解,得到机器人各关节控制变量,不断调整自身姿态向目标点靠近。对比分析了该算法的复杂性和可行性;经过在实验板上的实际运行,验证了算法的准确性和快速性。

四足步行机器人的弯道行走探讨

本文根据地面情况,先拟定出能使步行机稳定行走的步态,然后找出可实现的步态可行集,只要在这个可行集内按转弯步态行走,就能保证步行机器人沿弯道稳定行走。本文给出了转弯步态的拟定方法,同时还给出了步行机器人步态可行性的判别条件。

四足步行机结构参数P、Q的关系与稳定裕量S的分析

本文探讨了四足步行机的各腿在机体上安置参数的关系并给出各腿安置参数 P 和 Q 的差值△K 的选取范围.当各足的运动范围长和宽不相等时,本文给出了△K 的合理取值.另外,还研究了各腿重量和步行机的行走速度对稳定裕量 S 的影响。给出了相应的稳定裕量的增加量.

基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿

为了修正关节测试平台中由圆光栅安装偏心所产生的测量误差,建立了圆光栅偏心测角误差补偿模型并对安装偏心检测方法进行研究。首先,根据圆光栅测角与偏心参数间的几何关系,推导出圆光栅测量误差补偿模型。然后,描述了采用双读数头对比接收正弦信号间相位差,检测偏心参数的方法和原理;通过合成信号的李萨茹图形,检测出关节测试平台内圆光栅的偏心距及偏心方向。最后,根据所推导的偏心测角误差补偿公式对测试系统进行修正。对比实验结果表明:修正后的圆光栅测角精度大幅提高,测量精度提高了近5倍,满足关节测试平台的测量精度要求。

基于A＊算法的空间机械臂避障路径规划

针对空间机械臂在轨操作任务需求,提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性,根据障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上,利用A*算法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索,实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。

一种球形机器人运动轨迹规划与控制

阐述一种非完整欠驱动系统的控制设计和运动规划策略 ,研制出一种全新的全方位行走机器人 ,由于其具有特殊的灵活性 ,可应用于各种不同的场合 .

空间机器人目标捕获过程中碰撞运动分析

针对空间机器人目标捕获过程中的碰撞问题,提出了一种碰撞运动分析算法.基于空间机器人运动学和动力学模型,利用碰撞过程中产生冲量的原理建立了碰撞动力学模型.针对具体的碰撞模型,利用空间解析几何的方法进行了空间机器人与目标物之间的碰撞检测,设计了碰撞发生后机器人的运动分析算法.最后,通过仿真实验验证了该算法的正确性和适用性.