漂浮基空间机器人关节驱动力矩求解的Newton-Euler正交方法

空间微重力环境下,空间机器人安装基座不固定,机械臂与安装基座之间存在运动学和动力学耦合作用．针对地面机器人的关节力矩计算方法不能直接用于空间机器人的研究中．根据空间机器人自由漂浮状态时系统动量守恒的特点,采用Newton-Euler正交方法构建了满足系统动量守恒约束条件的空间机器人运动曲线法空间与切空间基底,并以此基础得到了自由飘浮状态下的空间机器人关节力矩的显式表达式．最后通过空间二连杆机械臂实例给出了其具体的应用．     

一种全向滚动球形机器人的动力学分析与仿真

研究了一种全向滚动球形机器人的动力学建模、分析与仿真方法．根据机器人所受的非完整约束,建立了其运动学模型．根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程,建立了其动力学模型,给出了消去未知Lagrange乘子的策略．得到了该球形机器人的完整动力学模型,即控制机器人运动的强耦合二阶微分方程组．建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型．运动实例的动力学分析和仿真结果验证了该方法的有效性．     

气动三自由度并联机器人设计与仿真分析

为了设计一种具有良好运动学性能的并联机器人,以基于气浮无摩擦缸驱动的3-UPU并联机器人为研究对象,对其进行运动学建模以及工作空间、动力学仿真分析。通过三维建模软件设计3-UPU并联机器人物理模型;根据机器人几何关系推导其运动学方程并基于数值解法得到该机器人的工作空间;采用遍历法求解机器人各支链旋转角度范围,从而得到该机器人在其工作空间的最大输出力分布情况。仿真结果表明,该机器人具有良好的运动学性能。     

基于MATLAB的六轴机械臂运动学分析与验证

针对Hyundai-Hs220型六轴机械臂,采用改进D-H建模法建构机器人关节坐标系,分析并推导了正逆运动学方程,基于MATLAB平台及机器人工具箱在仿真环境下构建机器人模型,分别对正逆运动学方程进行仿真和计算,并验证了运动学方程的正确性。在关节空间内进行轨迹规划的实验,得到了各关节连续平稳的运动曲线,为后续进行轨迹规划控制奠定了理论基础。     

基座、臂杆全弹性空间机器人抗死区动态面控制

为了抑制漂浮基空间机器人的弹性基座与柔性臂杆的振动及避免关节力矩输出死区的影响,探讨了基座、臂杆全弹性漂浮基空间机器人系统存在关节力矩输出死区时的轨迹跟踪及双重柔性抑振问题。将弹性基座与臂杆间的连接视为弹簧连接,结合假设模态法,推导出系统的动力学方程。应用奇异摄动方法,将系统分解慢变、快变子系统,分别表示刚性运动、基座弹性与双柔杆振动。对于慢变子系统,针对系统存在死区的情况,设计了基于自适应高斯基模糊的动态面控制器。动态面的引入避免了反演法引起的计算膨胀,减少了计算量;模糊逻辑函数逼近了含有死区误差和外部干扰在内的动力学不确定项;针对快变子系统,采用线性二次型最优控制以抑制基座与双杆的柔性振动并利用Matlab进行仿真验证。仿真结果表明:所设计的控制方案使得基座姿态与两臂杆相对转角收敛到期望角度,基座位移与臂杆的一、二阶振动模态收敛到零。     

一种空间机器人在轨抓捕过程的柔顺与协调控制方法

<正>申请人:北京空间飞行器总体设计部发明人:葛东明、王大轶、邹元杰、柳翠翠等专利号:201710179450.5简介:本发明公开了一种空间机器人在轨抓捕过程的柔顺与协调控制方法,包括:根据动力学和运动学方程,建立面向控制的空间机器人模型;根据面向控制的空间机器人模型,建立机械臂柔顺抓捕控制律;确定基于基座喷气装置的基座位姿控制律;根据     

BH-1型月球车的运动学和动力学研究

为研究松软土壤下BH-1型六轮月球探测车原理样机的运动性能和越障性能,对原理样机的运动学和动力学进行了理论分析.通过推导BH-1型原理样机车体和车轮的运动学约束关系,研究车轮的前向滑移、转向角滑移及侧向滑移对样机运动学的影响;鉴于月球表面松软的砂质土壤条件,对样机的车轮力学情况进行分析,进而建立基于凯恩方程的机器人动力学模型;利用ODE(open dynamics engine)三维动力学仿真软件对样机的越障过程进行仿真演示.仿真结果证明,BH-1具有优秀的运动性能和越障性能.     

拟人机器人矢状面跑步运动规划

基于“虚拟腿”的概念,提出了一种新的方法实现拟人跑步机器人在矢状面内的跑步运动．首先在起跳阶段通过求解“虚拟腿”的二自由度动力学方程,规划机器人质心的轨迹;在飞行阶段机器人质心按照自由落体运动;然后对机器人双脚的运动和上臂的运动进行规划,采用牛顿拉斐逊法求解非线性方程组得到机器人在每个时刻的运动学参数;最后根据动力学方程求出各个关节的驱动力矩．仿真结果表明：机器人跑步时各个关节角度和关节驱动力矩变化平稳,运动稳定裕度大,可实现1.2m/s前向的跑步速度．     

搬运机器人运动学分析与仿真

对搬运机器人的运动进行研究,采用D-H法建立机器人运动学方程,对运动学的正问题和逆问题进行求解。在Matlab环境下建立机器人的运动学模型,利用RoboticsToolbox模块进行运动仿真。结果表明:通过模拟机器人的动态特性,得到机器人运动的位移、速度、加速度曲线,验证设计的正确性。     

三连杆双足步行机器人结构建模与运动分析

双足机器人具有与人类相似的步行运动方式,对环境具有较好的适应能力,在机器人研究与应用中具有重要的地位。文章基于三连杆结构双足步行机器人模型,运用三次函数模拟其直线运动步态,运用拉格朗日方程描述其关节力矩,建立了机器人的运动学和动力学模型,阐明了机器人运动过程状态与关节力矩的变化规律及特点。结果表明:机器人支撑腿力矩为-350~350 N·m远大于摆动腿力矩;躯干倾角对各关节驱动力矩的影响比较复杂,即使躯干保持竖直,其驱动力矩也会在-130~130 N·m之间变化;增大步行速度,各关节力矩都会相应增大;躯干倾角对各关节驱动力矩的影响比较复杂,在实际应用中需要借助合理的驱动方法稳定驱动力矩,实现机器人整体的平稳运动。     

平面关节型机器人关节力矩的卡尔曼估计

为了解决常用测电流获取机器人关节力矩方法中,各种噪声干扰使所得关节力矩波动较大,影响机器人控制信息可靠性的问题,提出基于机器人动力学模型的卡尔曼滤波方法对关节力矩进行估计.运用牛顿欧拉方法对平面关节型机器人（SCARA）进行动力学建模,获得非线性连续的机器人关节力矩方程.通过多元函数一阶泰勒展开将非线性连续的关节力矩方程转换为关于关节力矩的线性离散状态空间模型.利用卡尔曼滤波方法对关节力矩进行估计.实验结果表明,该关节力矩估计方法对机器人前两轴的关节力矩估计精度较好,与均值滤波方法相比均方根误差分别减少了2.9%和14.7%;且实时性较好,完成一次估计平均需时不超过1 ms.但关节力矩值的估计精度受动力学模型精度的影响.     

基于OpenGL与C#的工业机器人三维仿真设计与实现

以6R机器人为对象,应用基于空间机构学理论建立其运动学方程,在Windows环境下,通过C#对OpenGL动态链接库函数的调用,建立机器人机械本体三维实体模型和实现各构件空间相对运动仿真,进而完成该机器人三维仿真软件设计．该方法具有低硬件要求和高动画仿真效果,且方便快捷,在其他应用场合也具有一定的参考意义．     

漂浮基空间机械臂的自适应控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机器人系统的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程。以此为基础,设计了系统参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法,该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度。     

6-HTRT并联机器人动力学分析

等效元素集成法是复杂机构动力学分析中一种规范、高效的建模方法.用等效元素集成法建立空间机构动力学方程的关键是确定系统各运动关节及结点与广义坐标之间关系的二阶转换张量以及相应的三阶转换张量.针对并联机器人中各构件之间复杂的运动关系,基于等效元素集成法,列写出6-HTRT并联机器人动力学方程,其求解思路适合于机器人工作空间中的不同点及不同机构尺寸的该型号机器人,求解过程较为简捷、方便.     

微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。     

简单双足被动行走模型仿真和分析

为了更准确理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机设计的指导作用,采用数值仿真和Adams验证的方法研究简单两杆直腿圆弧足被动模型.分析了该被动模型的特点并通过拉格朗日法建立了与其对应的动力学模型;根据机器人稳定行走周期步态在相平面内表现为极限环特点,通过Matlab工具给出了理想模型稳态行走仿真的详细过程,分析并得出机器人能够周期稳态行走的初值条件,运动特点和运动过程中动能、势能的分布、变化过程以及相互转化关系,同时利用Matlab的仿真结果实现Ad-ams对现实样机模型稳态行走的仿真分析,为下一步对机器人稳定性分析提供了基础,为后续研究被动机器人样机提供设计依据.     

Dynamic simulation and experimental study of inspection robot for high-voltage transmission-line

A mobile robot developed by Wuhan University for full-path hotline inspection on 220 kV transmission lines was presented. With 4 rotating joints and 2 translational ones, such robot is capable of traveling along nonobstacle straight-line segment and surmounting straight-line segment obstacles as well as transferring between two spans automatically. Lagrange＇s equations were utilized to derive dynamic equations of all the links, including items of inertia, coupling inertia, Coriolis acceleration, centripetal acceleration and gravity. And a dynamic response experiment on elemental motions of robot prototype＇s travelling along non-obstacle straight-line segment and surmounting obstacles was performed on 220 kV 1 ： 1 simulative overhanging transmission-line in laboratory. In addition, dynamic numerical simulation was conducted in the corresponding condition. Comparison and analysis on results of experiment and numerical simulation have validated theoretical model and simulation resolution. Therefore, the dynamic model formed hereunder can be used for the study of robot control.     

微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。     

空间机器人关节空间轨迹跟踪的补偿学习控制

讨论了具有不确定性的漂浮基空间机器人系统的控制问题。在载体位置不控、姿态受控情况下,结合系统动量守恒关系对系统进行了运动学、动力学的分析,得到了漂浮基空间机器人的系统动力学方程。由系统的闭环动态误差方程,设计了漂浮基空间机器人的控制方案,提出了一种补偿学习控制方法,给出了漂浮基空间机器人系统的数值仿真,验证了该方法的有效性。