车辆非线性8-DOF模型的简化分析

在对车辆侧向动力学的研究中,多采用非线性8自由度(8-DOF)模型,但车辆主要的4个自由度(纵向、侧向、横摆和侧倾)运动微分方程在使用中常需要不同程度的简化,针对这些简化形式,建立了完整的非线性8-DOF模型,对比了各类简化项对整车动力学响应特性的影响,最后给出一种合理的最简形式。

基于LQG控制的8-DOF车辆系统平顺性分析

文章利用计算机模拟路面激励,用滤波白噪声法建立了与实际路面统计规律相符的四轮时域随机激励模型,设计基于线性二次型高斯(LQG,LinearQuadraticGaussian)最优控制器的整车8-DOF人椅系统的控制器。通过Matlab仿真平台建立最优控制器的整车8-DOF人椅系统动力学模型,并进行仿真验证表明该最优控制器能够保证车辆的舒适度性能。

基于LQG控制的整车8-DOF系统振动分析

建立了整车8-DOF系统动力学模型,考虑了主动悬架控制,并增设了主动座椅控制,设计了车辆主动悬架系统的LQG控制器。基于Matlab仿真平台建立了整车8-DOF系统动力学仿真模型,对所得最优控制策略下的动态响应进行了仿真验证。仿真结果表明:为了改善人椅系统质心及车身质心的跳振性能需要在一定程度上弱化各轮轮胎动位移性能。从控制效能上来看,该最优控制器能够满足各行驶状态下对悬架性能的要求,改善了车辆的行驶平顺性。

A hybrid biogeography-based optimization method for the inverse kinematics problem of an 8-DOF redundant humanoid manipulator

目的:针对多自由度且关节结构复杂并带有关节位置物理约束的冗余仿人臂系统,研究其逆运动学问题的求解。创新点:提出一种BBO和DE算法相融合的混合生物地理学优化方法(HBBO),并将其应用于8自由度冗余臂逆运动学问题求解中,并取得了良好的求解效果。方法:冗余臂逆运动学问题可以转化为等效的最小化问题,并可采用数值方法求解。首先,提出一种BBO和DE算法相融合的混合生物地理学优化方法(算法3)。该方法使用混合迁移策略,即标准BBO迁移与DE/best/1/bin差分策略,生成新栖息地(算法1),并采用高斯变异操作改善群体的多样性(算法2)。然后,以冗余仿人臂末端位姿误差和"远离限位度"指标构建优化目标函数,采用混合生物地理学优化方法求解8自由度冗余臂逆运动学问题。与SGA、DE及BBO方法比较,本文方法求解该问题所获得的结果更优(图2、表3),仿人臂连杆构型也验证了其末端位姿满足期望要求(图4)。结论:提出了基于混合生物地理学优化(HBBO)的8自由度冗余仿人臂逆运动学问题数值求解方法。与常规方法比较,该方法求解精度更高。

冗余铺放机器人的自运动流形及逆解优化研究

针对用于复合材料铺放成型的八自由度冗余机器人系统的逆运动学问题,提出了一种求解其自运动流形及逆解优化的算法。首先,基于位姿分离思想定义了位置子流形和姿态子流形,采用几何求解法得到了基于自运动变量的参数化方程形式的位置子流形和姿态子流形;然后,根据机器人的关节约束和实际铺放工艺过程,对给定的铺放位姿进行了位置子流形和姿态子流形配对的仿真,并用流形中若干组逆解通过正向运动学得到了末端位姿矩阵(其结果均与给定位姿相符,从而验证了自运动流形求解过程的正确性);最后,在完成自运动流形求解的基础上,从机械臂运动的平滑性和关节运动变化量两个方面出发,提出了一种基于自运动变量参数化方程的全局优化目标函数;以飞机尾椎模型为实验研究对象,对其中一条铺放路径进行了逆解全局优化仿真,得到了自运动变量和机器人各关节角在铺放路径上的优化曲线,将仿真结果与一种多目标优化算法进行了比较。研究结果表明:针对相同的铺放路径,采用上述优化算法后关节角变化总量降低了11.25%;该算法能够有效地求解八自由度冗余铺放机器人系统的自运动流形,基于全局优化目标函数,其能够在自运动流形中寻找出自运动变量和机器人各关节的最优解。该算法同样也适用于其他位姿解耦的冗余机器人系统逆解问题的求解。

动力伞8自由度动力学建模与仿真

现有文献中的翼伞建模方法多数是针对不带动力情况下的翼伞建模,不能适应动力翼伞的飞行控制。为了实现动力伞的有效控制,首先要建立合理的动力学模型。假设翼伞承载物和软翼之间具有2个自由度,分别建立软翼和承载物体坐标系下的作用力和力矩的平衡方程,通过体坐标系转换和消除翼伞内部状态量,得到有利于实现翼伞控制的8自由度非线性状态方程。仿真表明模型的飞行曲线与飞行实验的结果相一致,验证了模型的有效性。

一种多用途8自由度机械手的运动学分析

在详细分析一种适用于排爆机器人的8自由度多功能机械手的运动特性和工作特点的基础上,运用坐标变换的方法建立了机械手运动学数学模型,提出了解决有关逆运动学问题的2种方法,并通过微分变换求出相应的Jacobian公式,其结论可为8自由度多功能机械手的运动学研究奠定理论基础,也可为机械手的成功研制提供技术支持。

基于逆虚拟激励法的整车平顺性

建立了8自由度整车的系统模型和数学模型,使用逆虚拟激励法在路面激励谱密度未知和车轮的垂直振动响应谱密度已知的情况下,计算出了整车车辆的车身垂直加速度功率谱密度、悬架动挠度和车轮相对动载.并用MATLAB语言编制了仿真程序,对确定路面上和未知路面上的平顺性分析结果进行了比较,结果表明在未知路面上采用逆虚拟激励法研究车辆的平顺性是可行的.该方法简单易懂,避免了构建路面激励的难题,在汽车振动领域值得推广.

轻型仿人机械手臂集成研发平台ArmPlant的设计与实现

建立了一个轻型仿人机械手臂集成研发平台ArmPlant,该平台基于ODE物理引擎计算,采用Visual C++、Matlab混合编程开发,集外形尺寸设计、质量分布、关节扭矩评测、运动学及逆运动学计算、动作规划与仿真、人体动作采集和再现、运动控制、样机硬件驱动、运动特性评测等功能于一体,可用于仿人机械手臂的快速研制过程。实践过程中,基于该平台设计并实现一款8-DoF仿人机械手臂,并选取物体连续抓取、人体动作跟踪再现这两个场景,对ArmPlant整体功能及机械手臂运动特性进行评测。仿真实验及样机实验均表明ArmPlant功能较完备、计算及控制准确、交互性强,能有效支持轻型仿人机械手臂的研发全过程,显著提高研发效率。

八自由度人-车-路耦合模型振动分析

过于复杂的多自由度汽车振动模型难以计算分析,为了获得尽量简化且保证一定精确度的模型,建立了八自由度人-车-路耦合振动模型,推导出振动微分方程,并运用SIMULINK软件将所建立的八自由度数学模型转化为仿真模型。通过运动仿真,得到车身及人-座椅系统的振动加速度、悬架动挠度和车轮动位移等响应曲线。经对所得图形数据的比较分析,选择的车型参数匹配是合理的。建立的汽车振动模型及其仿真程序和计算过程对研究车辆行驶的平顺性、对简化汽车振动系统模型有一定的参考价值。

钢丝绳传动5自由度机器人机构设计

提出一种用于物流系统的5自由度移动机器人系统,并对系统组成与功能进行了详细讨论。该系统机械臂由一种简洁高效的新型钢丝绳传动机构构成——行星8字形缠绕方式,整个结构紧凑高效,在减轻质量的同时提高对外做功的能力,并且解决了环形缠绕会产生的运动耦合联动问题,同时增加了关节的运动范围。还介绍了该系统的其他一些具体结构,如手部的丝杠螺母结构、钢丝张紧结构等。该新型钢丝绳传动结构在机器人研究方面具有一定的参考价值。