三维虚拟机器人运动仿真系统设计

通过对三维虚拟机器人运动仿真系统的发展进行介绍和分析, 描述了基于零件拼装的三维虚拟机器人运动仿真的有效方法。针对三维虚拟机器人零件结构特点和拼装功能, 对虚拟机器人零件的图形建模方法、虚拟机器人运动及传感器功能仿真进行了分析设计, 重点分析了运动仿真过程的设计方法。实验结果表明, 系统能够很好地遵循物理特性实现虚拟机器人的运动仿真, 且性能较优。     

三轮全向机器人运动特性分析

在建立三轮全向机器人运动学模型的基础上,对机器人直线运动和圆弧运动的基本运动形式及特性进行了分析和仿真,研究了机器人在平动直线运动时的最大速度分布与加速度分布空间,在机器人圆弧运动的分析中,首先对其平动和自转两种形式进行了讨论,进一步通过仿真分析验证并表明机器人在圆弧运动叠加自转的情况下,当经过两点间的距离大于某一范围时,其时间最优路径是弧线路径而非直线路径的结论,这有利于在机器人足球比赛中提升机器人的机动性以及实现局部最优路径规划。     

蛇形机器人水下3D运动建模与仿真

由于蛇形机器人具有多关节、超冗余自由度的特点,以及水环境高度复杂非线性化,使得蛇形机器人的水下3维步态难以通过实验进行验证、分析及优化针对这些问题,根据蛇形机器人样机"探查者Ⅲ",搭建了水下运动的仿真分析系统.首先,分析了蛇形机器人水下运动时不同姿态下的水静力,计算了机器人受到的附加质量力和黏滞阻力的线性项和非线性项,并研究了流体力矩对水下运动的影响.然后,基于Morison方程建立了机器人与水交互的力学模型.最后,在仿真分析系统中对逐节下潜步态进行仿真,分析机器人的运动性能,并进行相应的实验.通过前进速度、下潜速度、运动趋势的对比表明:该力学模型能比较准确地模拟机器人与水环境的交互作用,仿真分析系统能用来验证和分析蛇形机器人的水下3维运动步态.     

机器人自组网的运动控制模型仿真研究

机器人自组网具有较高的军事和民用价值;基于机器人通用运动学模型,对传统自组网的节点运动模型——随机路点和随机方向移动模型进行了修改,为机器人自组网中的节点建立了运动控制模型,并建立了机器人自组网的网络模型,对几种运动模型进行了仿真分析;结果表明,在机器人自组网的仿真场景中网络性能有所恶化;达到了较为真实地仿真机器人自组网的目的,得出的结论对机器人自组网的仿真研究具有一定的参考价值。     

KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真

为研究KUKA机器人的运动情况,讨论了机器人的运动学问题,建立了KUKA KR6机器人坐标系。采用改进的D-H法,确定机器人的连杆运动参数,对机器人的正、逆运动学问题进行分析。利用MATLAB的Robotics Toolbox模块建立机器人模型,完成了KUKA KR6机器人的运动学仿真。通过对空间轨迹仿真,分析了机器人运动过程中的关节稳定性,如位移、速度、加速度变化等。KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真,为机器人焊接系统的马鞍形焊缝焊接提供了理论基础。     

基于ADAMS的并联机器人运动学和动力学仿真

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了Stewart型并联机构的虚拟样机模型,包括对并联机器人各部件的简化方法、在ADAMS中的模型描述及仿真过程控制,并利用该虚拟样机模型对并联机器人进行了运动学和动力学分析。为并联机器人系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数。实现了在计算机上通过使用CAE仿真软件朱对并联机器人的运动和动力性能进行分析,为并联机器人的设计提供了一套有效的分析方法。     

一种新型球形机器人虚拟样机的设计及运动仿真

提出了一种采用双齿轮齿条传动机构的新型球形机器人设计方案,该方案在球形机器人同一直径方向上安装两组齿轮齿条传动机构作为内部驱动装置,论文详细介绍了该球形机器人的机械结构,并通过受力分析对其直线运动和转弯运动的运动原理进行了理论分析。联合使用SOLIDWORKS和ADAMS,建立了球形机器人的虚拟样机并进行运动仿真。受力分析和运动仿真结果验证了该球形机器人结构的可行性,为物理样机后期制作提供依据。     

一种水下足式机器人的设计方案研究

海洋蕴含着丰富的自然资源,对海洋资源的合理开发与运用可以极大的缓解能源短缺问题,但由于海洋的复杂环境所带来的资源开发难度也不容忽略;针对这系列问题,对一种新型水下航行器进行研究,开展了水下足式机器人的总体设计分析,并通过三维建模对机器人进行结构设计;利用ANSYS对机器人关键运动部件进行应力分析,对机器人的设计进行完善;利用FLUENT软件进行流体模拟仿真,计算得到机器人腿部在水下运动时的受力特性;使用Adams软件对机器人的运动进行动力学仿真,计算机器人腿部扭矩输出特性;结合仿真结果对机器人的硬件系统进行选型,完成水下足式机器人的总体设计。     

利用SOLIDWORKS实现焊接机器人设计和仿真

正运用虚拟样机技术在SOLIDWORKS软件平台上设计出焊接机器人模型,按照机构的结构几何尺寸,创建零件并进行虚拟样机装配。直接在运动仿真模块SOLIDWORKS Motion中通过设定运动参数进行运动仿真,并分析其运动空间、运动状态和作用力矩等。结果表明,利用SOLIDWORKS系列软件可以对焊接机器人三维实体建模和运动特性分析,验证机构设计的合理性,为焊接机器人的实际样机的试制奠定了基础。     

基于MBD的教育机器人运动仿真平台研究

针对目前教育机器人缺少仿真平台的问题,建立了一个基于多体系统动力学的教育机器人三维运动仿真平台.对教育机器人仿真平台所涉及的关键技术进行研究.根据教育机器人特点和运动仿真需求,提出教育机器人动态仿真平台的框架结构.在给出教育机器人拼接件几何模型和物理属性统一表达方法的基础上,基于多刚体系统动力学理论,建立教育机器人离散动力学模型和碰撞接触响应模型,并提出了相应的仿真方法,模拟教育机器人的物理行为.对教育机器人控制器、传感器及执行器进行仿真,构建了教育机器人虚拟控制系统,实现虚拟教育机器人的控制.最后,实际应用表明,仿真平台能够较好地满足教育机器人运动仿真的需要.     

基于ADAMS的仿生六足机器人运动仿真

为研究仿生六足机器人的运动,根据六足甲虫的结构特点和运动特征,在不同运动形式下质心的位移、各关节的转矩等参数随时间的变化情况,利用三维建模软件SOLIDWORKS和机械系统动力学仿真软件与ADAMS联合建立仿生六足机器人的仿真模型,并对其进行直行和定点转弯运动仿真分析,通过对所得到的运动学和动力学数,验证了仿生六足机器人结构的合理性和运动的可行性,同时也发现了运动中存在的一些问题,为仿生六足机器人物理样机的研制提供了理论依据。     

基于滑模控制器的双臂机器人控制仿真

针对工业机械臂运动控制中由于建模误差和未知干扰导致的控制误差问题,基于机器人力矩控制方法,采用滑模控制理论,利用关节角运动误差,设计并搭建机器人控制系统。以安川Motoman-SDA20机器人为例,对该机器人进行了运动学与动力学分析,搭建相关数学模型,并针对该机器人系统设计了滑模运动控制器。在机器人仿真环境VERP与Simulink中搭建联合仿真平台,对虚拟环境中的机械臂进行运动控制仿真试验,验证了算法的有效性。试验对比了逆运动学控制与滑模控制算法效果,同时对滑模控制算法在机械臂定点运动与轨迹跟踪中的控制效果进行了验证与分析。该控制算法计算过程简明、便于设计。利用VERP仿真平台,获得了更加直观的效果,实现了存在较大建模误差与较小控制频率下的机械臂位置控制,角度误差在0. 3 rad以内。该研究对于机器人控制算法的研究与仿真环境的搭建具有借鉴意义。     

蛇形机器人蜿蜒运动控制分析

针对蛇形机器人的蜿蜒运动控制,首先分析了关节角度约束对运动控制函数参数取值的限制,确定了满足机械结构的运动控制参数范围;之后在Adams仿真环境下,建立蛇形机器人的三维虚拟运动模型,进行蜿蜒运动仿真,通过分析幅值控制参数对蛇形机器人弯曲度、运动速度和运动轨迹偏移的影响,提出了调整幅值参数的方法;实验结果表明,调整方法的有效性,从而实现蛇形机器人蜿蜒运动控制的优化。     

基于群论的六足机器人运动空间研究

针对六足机器人相对复杂的机械结构,提出一个简化模型结构,利用等条件约束把腿支链转化为滑动连杆.其次,针对简化后的模型,依据其运动约束方程,分析研究六足机器人可达空间以及姿态空间.在群论基础上,结合六足机器人的运动约束模型,着重分析机器人初始状态的对称性与其运动空间对称性的关系,并通过分层搜索算法,求解六足机器人运动空间.最后通过仿真数据分析六足机器人运动空间随不同参数调整的变化情况,对比分析机器人不同初始状态与其运动空间的关系,同时对运动平台的姿态空间及其截面进行分析.分析与仿真结果表明,利用群约束模型可以对复杂并联机器人运动空间进行更详尽的分析,得到包括空间对称性、姿态空间以及空间截面的详细信息.     

基于弹簧负载倒立摆模型的仿袋鼠机器人稳定跳跃控制

仿生跳跃机器人具备很强的越障和环境适应能力,但是由于机器人运动过程中较短的可控时间以及腾空阶段运动的不确定性,运动的稳定性对于仿生跳跃机器人至关重要.本文对仿袋鼠机器人跳跃运动过程中的稳定跳跃控制问题进行了研究.首先采用双质量弹簧负载倒立摆模型(spring-loaded inverted pendulum,SLIP)模型对袋鼠机器人的结构进行简化,建立了机器人系统的动力学模型,并对机器人的运动过程以及着地相与腾空相的切换条件进行了分析.然后采用解耦控制的思想,将SLIP模型的运动控制分解为水平速度控制和跳跃高度控制两个方面,分别通过控制着地角度实现对水平运动速度的控制,通过能量补偿实现对跳跃高度的控制.最后在ADAMS仿真环境中建立机器人模型并进行了机器人运动仿真实验.实验结果表明,本文提出的方法可以实现仿袋鼠机器人稳定的周期性跳跃运动.     

快速运动过程中双足机器人脚对地冲击的利用

人类在快速起停或跑动过程中,往往利用脚对地的冲击来提高运行速度。双足机器人在快速运动过程中,不可避免地会对地产生冲击,现有的双足机器人大多是进行平稳运动,限制了双足机器人速度的提高。该文建立了双足机器人的冲击模型及径向平面内的运动学模型,并分析了双足机器人脚对地的各种冲击效果,利用这些冲击结果来提高双足机器人的运动速度并进行了仿真实验,仿真实验结果证明双足机器人可以模仿人类对地冲击的利用来提高双足机器人的运行速度。     

Stanford机器人动力学性能分析与仿真

文中对 Stanford 机器人进行了动力学性能分析和实体及运动仿真.首先运用影响系数法建立机器人的影响系数矩阵,利用同时基于Jacobian 矩阵和 Hessian 矩阵的动力学性能指标进行分析,给出动力学性能指标图谱.在此基础上,运用MATLAB软件对Stanford机器人进行实体和速度、加速度仿真.根据性能分析和仿真结果,说明我们用同时基于Jacobian矩阵和Hessian矩阵的动力学性能指标进行分析Stanford机器人动力学性能的正确性,以及MATLAB的可视化技术在机器人领域中的应用和发展前景.     

同构阵列式自重构机器人的仿真与控制

针对同构阵列式模块化自重构机器人的特点,说明该机器人系统是一个分布式的多智能体系统,结合agent技术,对自重构模块的组成进行了分析,并提出一种能够准确描述该类机器人的拓扑结构、运动、位置及模块间连接关系的特征向量矩阵;对自重构模块的翻转、平移运动和元模块的构成及运动形式进行了描述,搭建了分布式多智能体的控制结构,结合模块的空间矢量进行路径规划,利用Java3D技术建立了可视化的模块化自重构机器人仿真环境,在此平台上对模块的运动进行了仿真,验证了该控制算法和仿真平台的有效性。     

一个基于微机的交互式机器人仿真系统

本文介绍了一个基于微机的交互式机器人仿真系统(IMBSSR),该系统由若干个主程序和子程序模块组成,能对机器人进行运动学、动力学和轨迹规划仿真分析,并能显示机器人结构简图和运动特性曲线,文中详细介绍了该仿真系统的结构和所采用的算法并给出了程序框图。     

小型地面侦察机器人移动载体技术研究

本文就侦察机器人移动载体作了详细分析，提出了提高机器人地形适应能力的带前摆臂的双节地面移动机器人结构，并对机器人越障过程中机器人整体及前摆臂的受力情况进行了分析，得出驱动力矩及各杆件的受力情况，为双节地面移动机器人技术的研究工作提供了一定的理论依据。最后进行机器人载体运动仿真分析，对爬越楼梯和穿越狭缝的作业环境进行仿真，通过三维动态显示直观地看出机器人载体机构的运动情况及行驶通过性情况。