柔性机械臂试探前行的碰撞响应控制策略

针对柔性机械臂在碰撞过程中的安全问题,仿照人类在黑暗环境中摸索前进的行为提出了一种试探前行的安全碰撞响应控制策略.控制器采用变刚度阻抗控制策略,先根据碰撞对象来调节系统刚度,以实现与被撞对象的软接触,然后控制器以当前位置为起点进行试探运动,若通过上一次碰撞点且无碰撞发生时,控制器恢复高刚度阻抗控制方式,以较高的精度到达目标位置.为了验证提出的控制策略,在4自由度机械臂上进行了碰撞试验,结果表明,该控制策略在无碰撞时具有良好的位置跟踪性能,在发生碰撞时能够有效地保护机械臂本体及被撞对象,从而克服了传统控制策略在碰撞时中止任务的缺点.因此,提出的控制策略是有效可行的.     

多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

一种轻型模块化协作机器人碰撞检测算法

为了实现人与协作机器人的安全协作,提出了一种不增加额外传感器和改变控制系统复杂性的碰撞检测算法.基于动力学模型和动量偏差构造了一个2阶外力矩观测器以实现对关节外力矩实际值的观测,并对观测值进行滤波处理,减小系统采样噪声对观测值的影响.考虑到关节外力矩包含外部碰撞力等效作用在关节上的力矩和谐波减速器产生的关节摩擦力矩,采用Stribeck摩擦模型对观测值中的关节摩擦力矩部分进行辨识,使观测值只受外部碰撞力影响.最后,基于一类轻型模块化协作机器人对该算法进行了仿真与实验,结果表明:观测值能够实时跟随外力矩变化,机器人正常运行时其保持在预设的阈值范围内,发生碰撞时发生突变超出阈值,从而验证了该算法的正确性.     

工业机械臂末端执行器自动化装配技术研究

工业机械臂的末端执行器在面临实际的装配任时总是出现低、柔顺性低等问题。此次研究创建了一种机械臂UR5的柔顺装配控制方法，结合欧拉拉格朗日法和齐次变换矩阵分析动力学模型和动力学模型，分析关节干扰力矩和外力两者的关系，依据改进的内环阻抗控制器和滑膜控制器设计滑膜阻抗控制器。UR5机械臂外力碰撞仿真实验结果显示，2,3,4关节的角加速度最大值分别为4.2rad/s*s, 3rad/s*s,-7.8rad/s*s。而1,5,6关节角加速度均为±0.1rad/s*s。     

液压伺服被动柔顺关节的柔顺特性分析

为了提高输出力矩较大的液压机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种液压伺服被动柔顺关节,首先介绍了该关节的结构、基本工作原理及液压控制系统动力学模型,然后借助MATLAB/Simulink工具箱建立关节系统模型并进行碰撞仿真实验,还通过模拟实验优化了相关参数。模拟结果表明,液压伺服被动柔顺关节具有良好的柔顺性,能够迅速对意外碰撞进行位置反馈调节。     

串联弹性驱动器的控制策略应用于工业机器人

为提高工业机器人的控制及示教水平,首先设计串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统和比例-积分-微分(proportion integration differentiation, PID)位置控制系统,然后搭建MATLAB仿真系统,最后采用串联弹性驱动器力跟踪实验的方法,研究了串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统的正确性和控制算法的可行性。结果表明:设计的机器人零力控制系统和控制策略能够提高机器人的柔顺性和控制效率。可见,基于力/位置混合的驱动控制方法,在实现机器人在到达指定位置的同时,能够提高机器人示教水平。     

六关节检修机械臂动态碰撞检测

该六关节机械臂被用于蒸汽发生器的检修工作.为了实现在狭小的工作空间内无碰撞的安全工作,如何判断和避免碰撞是关键问题.针对发生碰撞的2种情况:机械臂各关节和检修工具与蒸汽发生器水室内壁、挡板面和管板面间的碰撞;机械臂各关节之间以及与检修工具间的碰撞,采用基于AABB盒和等效空间圆柱体相结合的网络包围法,对可能发生碰撞的部位进行了系统分析和研究,将机械臂的碰撞检测问题转化为空间解析几何问题,大大简化了问题的求解,得到了碰撞检测算法,并用Visual C++予以实现.通过仿真分析和实验证明了该方法的有效性.     

基于一种碰撞检测算法的液压机械臂柔顺性分析

为了提高液压机械臂的人机物理接触安全性,本文提出一种基于碰撞检测算法的柔顺性评价方法,首先设计了一种动量偏差观测器用于在无外加传感器的条件下间接获取碰撞力,然后借助机械臂碰撞仿真系统对动量偏差观测器的有效性进行验证,最后建立了外力矩观测值与机械臂柔顺性相关参数的多元非线性回归模型。结果表明,通过动量偏差观测器能够准确观测机械臂碰撞力的变化情况,且外力矩观测值与机械臂柔顺性相关参数之间存在明显的函数拟合关系,利用其可对液压机械臂柔顺性进行有效评价。     

含非定点碰撞的平面多自由度机械臂系统运动学与动力学研究

研究多自由度平面机械臂系统的非定点碰撞问题。据机械臂系统的几何特点, 得到相对简单的检验何时、何处发生接触碰撞的方法, 避免一般多体系统确定接触碰撞点的繁琐的迭代搜索过程。运用拉格朗日方法推导非碰撞及碰撞阶段的动力学方程, 并引进牛顿恢复系数, 建立描述含有光滑碰撞过程的机械臂系统运动过程的一般性框架。最后对算例进行数值模拟证实该方法的有效性。     

基于无源观测器的机器人笛卡尔空间力/阻抗控制方法研究

许多由机器人完成的任务都需要机器人与外部环境接触。在如抛光、去毛刺和装配作业中都需要执行精确的力控制。由于环境模型的不准确在力控制过程中当机器人与环境脱离接触时可能与周围环境发生激烈碰撞。针对此问题提出了基于无源观测器的力控算法。通过分析系统无源性, 研究了笛卡尔空间力/阻抗控制的稳定条件。发现只有力控制器的输出会破坏系统的无源性,根据系统无源性的分析结果设计了使用无源性观测器的力/阻抗控制器。在MATLAB仿真环境中对力/阻抗控制控制算法和基于无源性观测器的力/阻抗控制进行仿真验证。仿真结果表明基于无源性观测器的力/阻抗控制器在机器人末端工具与环境脱离接触时能够有效降低机械臂移动速度,减小对周围环境的冲击力。     

碰撞时间的定量计算

证明了两个等质等大光滑球体作一维移动完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞时,碰撞时间分别为△τ=4R/u1 u2和△τ=2(1 e)R/u1 u2,并将结果推广到任意球体碰撞的情形。     

新型搅拌设备中粒子运动与碰撞的三维仿真

针对国家粉体中心的需求,本文在MFC框架上嵌入OGRE引擎渲染技术及现今流行的3DS MAX仿真技术,为某高危险物品的生产流水线中的搅拌吸收过程建立三维仿真系统,从而能够真实再现加工过程。首先利用3DS MAX仿真软件为搅拌设备建立三维仿真模型;然后使用定量粒子小球模型设计并实现了粒子小球在连接管与套筒夹层之间以及出料口的运动,通过检测物料颗粒间的碰撞统计出了碰撞次数和碰撞点坐标;最后,将设计的设备仿真模型及其内部的物料粒子系统加载渲染,得到逼真的物料混合吸收效果。     

对录入程序中的网络冲突问题的探讨

结合编写实用程序的经验，本文对用ＦＯＸＰＲＯ编写多用户实用录入程序中的网络冲突进行了探讨，主要包括如何减少网络冲突，冲突出错处理以及预防死锁等问题。     

关于应答式以太网的改进方案

简要叙述了应答式以太网协议，针对其不足提出了两种改进方案，并给出了详细的算法流程。     

自报式水文遥测系统信号碰撞问题的概率分析

本文研究自报式水文遥测系统的信号碰撞问题。建立了两个概率模型,由此进行了一般性讨论及计算分析。文中理论结果可适用于各类自报式系统。     

汽车安全带对乘员头部伤害的计算模拟研究

研究乘员运动的响应是对乘员实施被动保护的基础，把先进的计算机模拟技术，多体动力学计算程序ＭＡＤＹＭＯ和回归设计技术理论有机地结合起来，研究了汽车安全带刚度及其上固定点位置对乘员运动响应的影响，揭示出各参数的线性，非线性及交互作用对人体头部伤害标准ＨＩＣ的影响规律，得到最优顺归方程，为正确设计安全带上固定点位置，正确选择安全带刚度提供了可靠的依据。     

基于灰色预测模型的飞机与场面障碍物碰撞分析

飞机与场面障碍物碰撞对飞行安全构成了严重威胁。本文首先论述了灰色预测理论,然后构建灰色预测模型对我国民航飞机与场面障碍物碰撞事件进行了预测,经检验,所建模型预测精度高,可为实际预测工作提供参考,最后有针对性地提出了相应对策。     

恢复系数与能量的关系

导出了恢复系数与能量的关系：恢复阶段动能的增加量与压缩阶段动能的减少量之比,等于恢复系数的平方,并将其推广到有外力作用的碰撞过程。     

基于视觉信息的驾驶员制动行为分析

分析了由视觉变量τ的数值所决定的“软”碰撞和“硬”碰撞，阐述了潜在地说明制动行为的τ假设和制动操作的理论模型．     

基于体纹理的瀑布碰撞检测

与采用层次包围盒的瀑布的碰撞检测不同,采用将地形图元的平面方程,通过实例化技术绘制到体纹理;通过瀑布粒子运动位置对体纹理进行采样,由粒子与平面的距离判断瀑布粒子是否与地面发生碰撞;并根据反射规律决定瀑布粒子碰撞后的运动,绘制出瀑布下落后沿着地表面随着地势流动的效果。实验表明,这种方法能够满足实时性绘制要求。