磨削机械手约束运动的力/位置混合控制

分析了磨削机械手的运动约束，建立了有约束动力学模型，提出了一种不用力反馈传感器的新型力／位置混合控制方案，并通过仿真验证了该方案的有效性。

基于约束运动理论的航天员舱外救生中的姿态运动控制

航天员舱外救生或作业时相对母体航天器经常要进行大角度姿态机动或姿态保持,利用欧拉四元数描述姿态无奇异性且冗余度小。然而航天员舱外调姿时通常含有一定的约束或是沿着某种预定轨迹,而且欧拉四元数在计算过程中可能发散。基于Udwadia和Kalaba提出的约束运动理论,分析了航天员和航天器的相对姿态的描述方法,直接用四元数对航天员的姿态进行动力学建模,将四元数2范数为1的约束加入到动力学方程里。利用该约束运动理论推导和仿真了航天员姿态欧拉角奇异时的姿态跟踪控制方法。该控制方法对航天员肢体变化引起的转动惯量等参数的改变具有鲁棒性,能通过平衡解稳定参数的选取方便地对控制系统的性能进行调节,且计算量小。

圆锥螺旋线上的约束运动

圆锥螺旋线的参数方程出发,利用牛顿运动方程,研究了圆锥螺旋线上的理想约束运动和非理想约束运动,得到了圆锥螺旋线上的运动速度和约束反力。为解决一般复杂力学问题提供了一个范例。

质点在非光滑曲线上的约束运动

本文通过质点在非光滑曲线上的约束运动的典型问题,给出考虑摩擦时约束运动的基本规律.

视网膜显微手术机器人的约束运动规划及仿真

为了辅助医生完成视网膜显微手术中精细的手术操作,过滤颤抖、提高精度和稳定性,提出一种生成手术机器人空间运动约束的方法——虚拟固定器(VF).首先,通过引入手术环境约束和任务约束,采用加权、线性化的多目标约束条件,根据用户的输入设置目标函数,构造了视网膜显微手术中所需的6个虚拟固定器基元.在此基础上,以远程运动中心虚拟约束(RCM VF)的生成为例,通过约束运动基元的组合,推导了复杂约束运动的实现方法.各约束运动基元算法及复杂约束运动算法的仿真结果表明,手术器械可以按照虚拟固定器的定义实现特定的约束运动.最后,在各手术步骤中引入约束运动基元的基础上,在乒乓球和离体猪眼球上进行了手术操作实验,证明了在该虚拟固定器的引导下,视网膜机器人可以完成高难度的手术操作,验证了所提出算法的合理性和有效性.

受不可伸长轻绳约束运动的几个问题

众所周知,一切物体在外力作用下都和弹簧相似或多或少地会发生形变,并且在变形状态下对所接触的其它物体施以一定的弹性力,其大小决定于该变形物体的性质以及所发生形变的特性和大小,弹簧是中学生最熟悉的简单例子,它遵从胡克定律F=kN△l。

运动中的几何约束

通过几种典型约束运动问题的求解,提出了解决几何约束问题普适方法。即:首先对研究对象进行受力分析;其次找出与要解决问题相关联的未知数;再次列出与未知数个数相对应的方程;最后解方程得相关未知量。该方法特点是打破了抽象物体问题的复杂性、难解性,使相关问题具体化、简单化。

装配仿真系统中装配运动引导方法研究

针对在交互式装配过程中零件模型如何精确定位问题,提出了一种基于零件装配特征、体素特征信息的装配运动引导方法,介绍了该方法的设计思想,给出了该方法在装配仿真系统中的实现流程。并对特征信息的获取、装配意图自动捕捉、受约束运动的实现、碰撞检测、装配约束的建立等实现该方法的关键技术进行了较为详细的论述。

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.

基于自适应反演控制的遥操作系统仿真研究

为了提高遥操作系统约束运动时轨迹跟踪的静态品质和动态性能,采用Hunt-Crossley模型描述系统环境的不同动力学特性,分别设计静态和动态环境中的轨迹跟踪控制器。静态环境下,设计PID控制律实现轨迹跟踪,并求解镇定系统的PID增益取值范围。动态环境下,基于李雅普诺夫函数设计自适应反演控制律,并证明其稳定性。通过仿真对比分析了两种算法分别在静态环境和动态环境中的控制性能,结果表明:当采用PID控制时,系统在静态环境中的轨迹存在较小的超调量和跟踪滞后,而在动态环境中的运动轨迹具有明显的振荡;当采用自适应反演控制律时,系统在静态环境和动态环境中均能够实现精确、及时的跟踪控制,具有很好的静态和动态品质。

眼科显微手术机器人研究进展及关键技术分析

部分眼科手术由于人类生理颤抖及精细操作限度,手术成功率较低,成功完成手术任务必须融合机器人技术。为促进我国眼科机器人技术的研究和发展,在论述眼科机器人研究意义的基础上,总结国内外眼科手术机器人的研究进展。对研究眼科机器人所涉及的机器人机构设计、微力感知与控制、眼组织的生物力学建模、约束空间运动规划、精密运动控制等关键技术进行了详尽的分析。在总结角膜移植手术机器人研究成果及分析眼内手术机器人关键技术的基础上,指出今后的发展方向、研究思路和面临的挑战,包括末端操作器的集成、新型手术器械的开发等,阐述将眼科手术辅助机器人应用于临床仍需要解决的问题。对于医疗外科机器人及相关的研究工作,具有一定的指导意义。

基于蜕变因子控制的机构构态转换原理及应用

在分析国内外变自由度、变结构机构研究成果的基础上,提出了蜕变因子-变约束运动副的概念:变约束 运动副通过控制两运动副元素的接触状态,改变运动副提供的约束数,使其具有可自动转换成高副和低副的功能。 开发出七种蜕变因子。给出了蜕变因子控制的概念,建立了'蜕变因子控制机构构态转换原理',通过原始机构选 择、组合和蜕变因子约束数U的自动控制,形成了具有特殊功能的蜕变机构。减速超越离合器和往复摆动增力扳 手的研制,验证了这一原理在机械装置创新设计中的理论指导作用。

支持组合夹具虚拟组装的元件精确定位技术

针对现有虚拟装配定位方法存在约束识别效率不高和处理不方便的问题,通过分析组合夹具的特点,研究了虚拟环境下进行组合夹具组装的元件精确定位技术.首先提出了基于功能域的装配约束识别方法,通过捕捉装配意图,快速而准确地识别出装配件与已装配元件之间的几何约束关系;其次研究了约束求解方法对装配件的空间位姿进行调整,使之满足建立的装配约束,同时基于约束矩阵进行运动自由度的表达和归约,分析待装配件的约束状态;最后研究了夹具元件虚拟组装过程中的运动导航算法,对设计者的装配操作进行引导.文中方法已经成功地应用在组合夹具虚拟组装系统中.

基于DSP的机器人末端力控制系统设计

工业机器人的运动分为自由运动和受力约束运动两种不同的运动类型;受力约束运动不仅要进行精确的位置控制,而且要对接触力进行精确控制;文章对机械臂的末端力控制系统进行了研究;采用了高精度电动滑台作为力控制系统的执行机构,在电动滑台末端增加了柔性单元,从而克服了系统柔性不足的缺点,并且依据Lyapunov稳定性理论确定系统的二阶参数,使用Narendra提出的稳定自适应设计方法构建了电动滑台的数学模型;对机械臂末端柔顺系统的系统设计及算法进行了研究,消除了外界噪声对系统的干扰,解决了力控制的基本控制策略问题,优化了力控制时系统的响应特性。

一种新型2-CPR/RRR平面移动并联机构的设计与分析

为了解决并联机构因结构耦合产生的强运动耦合性等问题,设计了一种含有恰约束运动链的新型2-CPR/RRR平面移动并联机构。基于螺旋理论研究了机构的自由度和输出特性,利用机构的几何关系建立了其位置矢量方程,推导出了不同形式主动输入情况下机构的运动数学模型;使用了Admas和Matlab分别对机构进行了运动学仿真,验证了理论分析的正确性;最后给出了该机构的一种3D打印机应用实例。研究结果表明:当以圆柱副的角位移作为主动输入时,速度雅可比矩阵为对角阵,因此机构具有无耦合运动特性;当以圆柱副的线性位移作为主动输入时,速度雅可比矩阵为单位阵,故机构具有完全各向同性的运动学特性。

从一道理论力学习题的解法说起

在研究单个质点的约束运动问题时,总是根据牛顿第二定律来求出质点受到的约束反力,并注意到很多情况下质点运动对约束反力会产生影响。对于质点组的约束问题,因约束反力是质点组受到的外力.所以常用质心运动定理来求,这是一般方法。另外,根据具体问题还可用其它方法,如动量定理,变质量物体的运动方程等。将牛顿第二定律推广到质点组可得质点组的动量定理,而质心运动定理。

年轻人不妨学做老年人

同样一碗米饭,你觉得香糯可口,而老人却觉得味如嚼蜡。我不喜欢吃水分太多的米饭,喜欢那种放在碗中,颗粒可见的饭,有嚼劲。家中煮饭,也是如此。一日,母亲造访,用餐时只见母亲饭吃得极慢,当时未在意。到了晚间,母亲问我可有胃药,她说有些不适。细问之下,方知自己大意了,"作梗者"