仿生拱泥机器人运动过程计算机仿真研究

提出了利用计算机仿真技术研究仿生拱泥机器人运动规律的思想。以建立的仿生拱泥机器人运动数学模型为计算机仿真模型,对仿生拱泥机器人工作时的运动过程进行了计算机仿真研究。编制了大量仿真程序,获得了较好的仿真结果。通过运行相应的仿真程序,可以在计算机上直接观察到仿生拱泥机器人运动的全部过程,也可以观察到仿生拱泥机器人各部分工作的逼真情况。在此基础上,可以进行仿生拱泥机器人运动学、动力学仿真和仿生拱泥机器人虚拟样机的研究工作。同时,相应的研究工作也为改进基于蠕动原理仿生拱泥机器人试验样机的设计,并为设计基于蠕动原理仿生拱泥机器人工作用机和进行仿生拱泥机器人的应用分析奠定一定的理论基础。此外,这些工作也为研究其他仿生机器人提供了一定的条件。     

蠕动转向机构的设计与分析

拱泥机器人是一种能在水下泥土环境中按照规划轨迹完成攻打千斤洞作业的新型水下特种机器人,蠕动转向运动的实现是拱泥机器人设计中的一个重要环节.为了有效地实现拱泥机器人的转向运动,根据并联机器人机构结构综合理论,设计3自由度蠕动转向关节,该关节具有推进、跟进和转向3个功能,运动过程分为推进动作和跟进动作两个部分.分别针对两种动作的运动学逆问题进行详细分析,给出数学模型及其求解过程,并建立该关节的虚拟样机模型.利用MATLAB软件求解运动学逆问题,利用ADAMS软件求解运动学正问题,并对关节运动学正逆问题进行实例分析.仿真数据表明,该关节设计合理,数学模型正确,为拱泥机器人的运动学、动力学及优化设计研究打下了基础,并为控制系统的设计提供了理论依据.     

仿生拱泥机器人运动数学模型研究

介绍了基于蠕动原理仿生拱泥机器人的用途和基本工作原理。对基于蠕动原理仿生拱泥机器人的运动路线进行了分析,并推导出运动路线的表达公式。在此基础上,分段建立了基于蠕动原理仿生拱泥机器人整体运动的数学模型。这些数学模型可以用作基于蠕动原理仿生拱泥机器人运动过程计算机仿真研究的仿真模型,同时也为改进基于蠕动原理仿生拱泥机器人试验样机的设计打下了一定的数学基础,并为设计基于蠕动原理仿生拱泥机器人工作用机和进行仿生拱泥机器人的应用分析打下了一定的理论基础。     

拱泥机器人运动特性分析与仿真

针对拱泥机器人在泥土环境中前进时所受转向阻力矩大的特点,结合并联机构承载能力强、运动反解容易等优点,提出采用Tricept型并联机构作为拱泥机器人转向机构的方案,以提高拱泥机器人的驱动能力.给出拱泥机器人机构的整体方案,建立拱泥机器人各杆件坐标系的变换矩阵.通过对拱泥机器人运动特性的分析,建立拱泥机器人运动轨迹的数学模型,利用计算机仿真技术模拟出拱泥机器人运动的整个过程,并给出拱泥机器人在有无障碍物情况下转向关节的角度变化.仿真结果为拱泥机器人在机构设计与路径规划研究等方面提供了依据,为拱泥机器人的运动学、动力学的分析与仿真以及虚拟样机的建立打下了一定的理论基础,同时也为其他仿生机器人的运动特性分析提供了一种有效方法.     

拱泥机器人位置的模糊控制与仿真

为了减小拱泥机器人运动轨迹误差,对位置控制系统建立了数学模型,进行了参数自调整模糊控制器设计,利用MATLAB/Simulink对控制系统进行建模及仿真.仿真结果表明机器人具有良好的姿态调节能力.     

从动轮式移动机器人结构及运动学分析

溜冰机器人是基于人溜冰原理而设计一种从动轮式机器人，对溜冰机器人的结构进行了设计，对这种结构的机器人运动学进行了分析，建立了机器人的运动学模型，得出了机器人滚轮运动约束条件和机器人运动约束条件。     

自主移动清洁机器人运动学性能研究

设计了自主移动清洁机器人的运动机构，建立了机器人的运动学模型，并对机器人的运动学性能进行了理论分析与实验研究。     

双足溜冰机器人运动原理与运动学分析

利用轮滑原理，研制出双足腿轮式溜冰机器人。针对机器人自由度较多，不存在固定基座，常规的方法不宜进行其运动学分析的困难，引入右脚等效滚轮相对于参考坐标系的坐标转换矩阵，建立了双足溜冰机器人统一的运动学模型，推导了机器人正逆运动学公式。通过步态规划仿真实验，验证了运动学模型及其推导公式的正确性。     

机器人仿真系统运动学逆解算

对目前应用的机器人运动学方程进行分析研究，揭示了采用传统运动学建模方法建立的运动学方程中存在的问题，并提出了改进措施。结合遥操作机器人仿真系统进行计算机仿真，结果表明了改进措施的正确性。     

基于COSMOSMotion与MATLAB的机器人运动学仿真

根据MOTOMAN-HP20D-6型机器人的结构特点，建立D—H连杆坐标系下的机器人运动学模型．利用MATLAB中的机器人工具箱RoboticsToolbox求解机器人运动学正解和逆解，对机器人进行轨迹规划。并在COSMOSMotion中进行运动学仿真与分析。     

3-RRRT并联机器人位置正解的快速解法

研究3-RRRT型并联机器人的运动学及正向求解方法.根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型.提出了一种位置正解的数值求解方法,推导了位置正解迭代格式,并利用MATLAB进行了位置正解数值仿真,结果表明求解程序稳定、快速、有效.     

基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法

机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型,其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解,单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人,基于旋量理论建立起机器人运动学模型,利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法,提出一种机器人运动学逆解算法,并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例,利用该算法进行运动学逆解,验证了算法的正确性。     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。     

基于BP神经网络的机器人逆运动学新算法

以瑞典ABB公司生产的IRB140型小型工业机器人为例,对空间六自由度多关节机器人进行了运动学分析,建立了该类型机器人的运动学模型,并提出了一种基于BP神经网络改进算法的机器人逆运动学的求解方法。对IRB140型机器人的仿真研究表明,用此改进的BP神经网络算法反解机器人运动学不仅求解过程简单,学习收敛速度快,还可以避免传统反解方法中的许多棘手问题。     

轮腿式移动机器人的运动学分析

针对轮腿式移动机器人在非平整地面上的姿态控制问题,提出了移动机器人在非平整地面上的位姿分析通用方法。根据移动机器人的结构特点和姿态调整原理,建立了移动机器人在非平整地面上转向行驶时的运动学模型,得出运动学方程。采用坐标变换法,推导出移动机器人在非平整地面上的位姿方程及其运动学正解和逆解,在此基础上推导出移动机器人的姿态与工作平台的姿态之间的运动学关系。     

“穿地龙”机器人及其位姿检测系统的研究

在讨论了“穿地龙”机器人的结构和工作原理的基础上,提出“自主式”机器人位姿检测的方法,并建立了机器人位姿检测的软硬件系统,推导了机器人在土中位姿计算的数学模型。土中穿孔实验证明这种位姿检测的方法可准确、方便、可靠地检测机器人位姿,这对“穿地龙”机器人工况条件下的实际轨迹控制和进行“穿地龙”机器人的应用分析打下了一定的理论基础。     

LVDT传感器在钻井泵阀体运动学测试中的应用

钻井泵阀是重要的易损件，其工作性能的好坏与其运动学、动力学特性有直接关系。为研究阀体的运动学特性，介绍了ＬＶＤＴ传感器的制作方法，以及测试钻井泵阀体运动规律的微机测试系统和测试原理、方法。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

工业机器人定位误差补偿方法与实验研究

针对工业机器人绝对定位精度低无法满足实际应用要求,并综合考虑国外机器人控制系统不开放,而无法在控制器里修改运动学参数的问题,提出一种定位误差补偿方法,基于修正的DH模型,利用激光跟踪仪和奇异值分解法识别出运动学参数.通过改变运动学参数重新进行正解运算,所得的新位置赋予机器人,使其运动到目标点,从而提高定位精度.将这种方法应用在STAUBLI TX90XL型工业机器人上进行实际的测量和补偿.实验结果显示,经过补偿可使机器人平均绝对定位精度由1.685 mm提高到0.215 mm,从而表明该方法的有效性.     

仿袋鼠机器人跳跃运动步态的运动学

提出了仿袋鼠跳跃机器人机构模型及运动学研究的方法。基于对袋鼠的运动结构及录像资料的研究,提出了仿袋鼠机器人单腿四杆跳跃机构的分析模型,采用D-H法,建立了机器人着地与腾空两个阶段的运动学方程, 进行了正运动学研究,给出了机器人在跳跃过程中的运动位姿及躯干质心的运动轨迹表达式,并利用雅可比矩阵建立了机器人躯干质心与关节之间的微分运动关系及速度分析方法。采用Matlab编程,结合实例对机器人进行了运动仿真运算,对结果进行了分析讨论,解释了袋鼠跳跃运动跃远度大而耗能低和运动稳健的运动机理。研究结果与录像观察和生物学实测研究结果相吻合,从而证明了这一仿生跳跃机构模型的可行性和仿生机构运动研究方法的有效性。