主从履带复合式机器人越障研究

针对机器人越障过程中的重心位置变化情况,提出一种主从履带复合式机器人越障研究方法。给出机器人样机模型,研究样机的重心变化规律和主履带系统链轮的负载扭矩变化规律,并进行越障和楼梯仿真分析。仿真结果表明,重心变化是影响越障和爬越楼梯成功与否的关键因素,样机重心位置发生变化时,履带系统链轮转矩将出现最大值。     

四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究

在机器人稳定性控制优化问题的研究中,四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因,也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题.为了解决上述问题,研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法,提出重心无波动关节运动规划方法.从静止加速到指定速度的过程,速度的增加按S型曲线变化,保证重心的平稳加速;在恒速行走过程中,以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件,计算出四足机器人各关节的运动函数,保证了行走过程的重心平稳.机器人行走的步长在行走过程中动态计算,计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内,可进一步减小重心在垂向的波动.对所提方法进行了计算机仿真,运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算,运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术,四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算.仿真过程中四足机器人行走平稳,实际重心曲线在横向和垂向的偏移波动极小,表明提方法对于重心的控制是有效的,为机器人稳定行走设计提供了依据.     

自行火炮履带板多载荷疲劳寿命仿真

履带板的疲劳寿命是自行火炮维修保障体系中急缺的指标,但因测试动载荷和确定受力部位困难,至今无人尝试分析其疲劳寿命.测试动载荷是通过前人所建自行火炮行走系虚拟样机在虚拟路面上行驶实现的.通过重现仿真过程,观察履带板位置和载荷分量的幅值的对应情况,推断载荷分量的产生机理与履带板的受力部位.分析了履带板有限元多工况静应力分布.利用静应力结果和动载荷进行多载荷疲劳寿命仿真,找出了疲劳寿命薄弱位置,给出了疲劳寿命值.说明计算机仿真手段分析履带板的疲劳寿命,可以得到物理实验难以测试到的动载荷,避开繁琐的传统疲劳物理实验方法.最后提出了需进一步讨论的问题.     

下肢助行外骨骼步态规划与仿真研究

针对目前大多数下肢助行外骨骼自身不能维持稳定行走与步态规划方法存在缺陷的现状，设计一种10自由度主动驱动下肢外骨骼；其步态规划基于静稳定性判据，采用重心投影法，利用构造函数规划重心及踝关节轨迹，进一步通过运动学计算获得完整步态周期内所有关节的运动轨迹；运用ADAMS构建人-外骨骼耦合运动虚拟样机模型，进行平地步行仿真，仿真得到关键点的空间轨迹与动力学参数，通过与规划的重心和踝关节轨迹对比，外骨骼能够实现预期运动并稳定行走，仿真结果表明所设计的步态规划方法合理有效。     

履带式起重机行走故障分析

履带式起重机履带行走性能的稳定与优良对履带式起重机的作业效果甚至整个建筑施工项目的安全性均会产生影响。本文以履带式起重机的行走故障为研究对象，分析了以行走无力、行走不同步两类典型故障的发生原因及日常判断方法。     

履带可变形机器人越障性能研究

将椭圆定理应用于履带机器人构型设计,研制了履带连续张紧且履带长度保持不变的履带可变形机器人.该机器人重心位置可以通过摆臂转动进行较大幅度的调节,具有较好的越障性能.为充分了解机器人的越障能力,对机器人跨越台阶和沟壑两种典型障碍的运动过程进行了分析.在机器人跨越障碍运动机理的基础上,对越障过程中的关键状态进行了运动学和动力学分析,根据实际情况,选择几何条件、打滑以及稳定性作为约束条件,得到了机器人能跨越的最大障碍的理论值.最后,建立机器人仿真平台,根据理论计算得到的障碍值,对攀爬台阶和跨越沟壑进行仿真实验,并进一步进行了样机实验,验证了机器人的越障能力.     

S100型掘进机行走部的改型设计

对S100型煤巷掘进机行走部进行了分析.介绍S100型掘进机行走部的功能和组成,确定与其相关的主要技术参数,并对S100型掘进机的行走部及履带机构进行了改型设计,可为有关设计和研究人员提供参考.     

铰接式履带车辆转向特性仿真研究

针对深海富钴结壳行走装置必须适应复杂恶劣地形和较强的越障性能,提出一种具有四个液压缸的主动式联结装置的铰接式履带车辆,通过对铰接式履带车辆进行转向运动学分析,以及对联接装置的转向工作机理进行分析,得出了转向液压缸活塞杆伸长量与车辆理论转向半径的关系,并采用多体动力学仿真软件ADAMS的履带车辆工具箱ATV 建立了铰接式履带车辆的虚拟样机模型,仿真得到了铰接转向角速度,铰接转向半径,铰接转向所耗功率与差速转向所耗功率的关系,仿真结果表明,仿真模型具有较高的精度,能够对转向过程中主要参数随时间的变化历程进行仿真,可以为铰接式履带车辆转向过程的研究提供理论分析根据.     

基于ADAMS的双足机器人拟人行走动态仿真

在双足机器人HEUBR_1的设计中,下肢采用了一种新的串并混联的仿人结构,并在足部增加了足趾关节.为验证该仿人结构设计的合理性及拟人步态规划的可行性,在ADAMS虚拟环境中建立了双足机器人HEUSR_1的仿真模型.通过拟人步态规划生成了运动仿真数据,在ADAMS虚拟环境中实现了具有足趾运动的拟人稳定行走,经仿真分析,获得了双足机器人HEUBR_1拟人行走步态下的运动学和动力学特性,仿真结果表明:双足机器人HEUBR_1的串并混联的仿人结构设计能够满足行走要求,且拟人步态规划方法可行,有足趾运动的拟人行走具有运动平稳、能耗低、足底冲击力小的特点.稳定行走的仿真步态数据可为下一步双足机器人HEUBR_1样机行走实验提供参考数据.     

一种基于神经网络感知器的双足行走机器人稳定性控制方法

本文利用神经网络感知器和安装在机器人脚底的力传感器，测知机器人重心的位置，控制机器人重心在双脚的支撑面内，以使机器人稳定。本文提出的双足行走机器人稳定性控制方案是简单易行的。     

不受服饰携带物影响的步态识别方法

随着步态识别方法的发展,将步态识别应用到现实生活中已成为热点方向,目前影响步态识别系统开发的主要障碍是服饰和携带物的变化对行人步态轮廓的影响。提出了一种基于重心轨迹的步态识别方法,该方法首先将原始步态视频转化成二值的步态图像序列,对每帧图像计算重心坐标,将图像序列所有帧的重心坐标顺序连接得到重心轨迹,并乘以场景因子降低拍摄视角对重心坐标的影响。对重心轨迹进行频谱分析,将频谱变换的傅里叶系数归一化作为步态特征向量,输入神经网络中进行识别。实验结果证明该方法在不同种类的服饰和携带物条件下均具有很好的识别效果,当行人改变服饰、携带物时不需重新训练模型仍能保持较高的识别率。     

作业型飞行机器人抓取后重心偏移的轨迹跟踪控制

作业型飞行机器人是指能够对环境施加主动影响的飞行机器人, 它通常由旋翼飞行器与机械臂组合而成. 本文针对作业型飞行机器人在动态飞行抓取后, 重心位置变化产生的系统控制难题, 设计了有效的跟踪控制策略. 首先, 在系统建模时引入重心偏移系统参数和重心偏移控制参数, 并考虑惯性张量不为常数, 提高了系统建模的精度. 然后, 在姿态解算时, 考虑重心偏移对系统性能的影响, 构建包含重心偏移系统参数的解算方法, 得到更高精度的期望翻滚角和期望俯仰角. 接着, 设计了基于滑模控制的重心偏移补偿位置控制器, 实现了有效的位置跟踪控制. 同时, 在姿态反演控制器的基础上, 加入自适应律估计重心偏移控制参数和变化的惯性张量, 再通过小脑神经网络逼近惯性张量的真实值, 提高姿态控制器的精度. 最后, 给出了所设计控制器的稳定性证明, 并在仿真环境下验证了所提出的方法的有效性和优越性.     

基于FlightGear的A-SMGCS场面活动三维仿真

针对A-SMGCS系统场面活动三维仿真问题,提出一种以开源模拟飞行器FlightGear为场景仿真平台,以实时ADS-B监视数据为驱动,以Linux为操作平台的机场场面活动三维仿真系统设计新方法。仿真系统按照实际机场模型进行机场布局设计,飞机、航站楼、塔台三维建模,地形数据生成,对真实机场环境进行了完整建模。由于ADS-B监视数据缺少飞机姿态信息,提出一种根据位置数据推算出姿态信息的新方法。首先把ADS-B监视数据进行航迹卡尔曼滤波,然后根据飞机前后两个位置的空间连线矢量计算飞行姿态。通过FlightGear多机网络数据接口导入飞机定位数据与姿态数据驱动飞机模型运动,实现了对飞机运动的六自由度仿真。仿真结果表明,该系统能逼真、准确再现真实机场飞机实时活动情况。由于完全基于开源软件设计,该系统低成本实现了对场面活动的实时三维仿真。     

The Virtual Prototype Model Simulation on the Steady-state Machine Performance

Articulated tracked vehicles have high mobility and steering performance. The unique structure of articulated tracked vehicles can avoid the subsidence of tracks caused by high traction from instantaneous braking and steering. In order to improve the accuracy of the steady-state steering of the articulated tracked vehicle, the velocity of both sides of the track and the deflection angle of the articulated point need to match better to achieve the purpose of steering accurately and reduce energy consumption and wear of components. In this study, a virtual prototype model of the articulated tracked vehicle is established based on the multi-body dynamic software RecurDyn. The trend of the driving torque and power of each track changes as the velocity difference of two sides of the tracks and the traveling trajectory of the mass center of the front vehicle change in a specific condition are obtained by the experiment. The experimental results are compared and verified with the results obtained from the virtual prototype simulation. The change law of driving power in the steadystate steering process on the horizontal firm ground as changing the velocity difference of two sides of the tracks, the theoretical steering radius, and the ground friction is obtained by the virtual prototype model simulation analysis. The steering inaccuracy and track slip rate are used as indexes in evaluating the steady-state steering performance of the articulated tracked vehicle. The research provides references for the study of steady-state steering performance of articulated tracked vehicles.     

基于实体分割的飞机燃油液面位置确定方法

在飞机燃油系统方案设计阶段,快速准确地确定特定油面角和剩余油量情况下的燃油液面位置是判断燃油系统设计方案在重心方面可行性的关键环节。针对最大截面位于重心附近的飞机油箱中燃油液面位置的确定,提出了基于重心处截面面积计算分割步长,通过与燃油液面保持平行的分割平面对燃油实体模型进行分割,通过设置精度阈值控制分割精度的燃油液面位置确定方法。以某型无人机机翼油箱为仿真对象,仿真验证表明上述方法在保证计算精度的情况下,确定燃油液面位置的效率明显优于定步长切片法。仿真结果表明,所提方法能够在飞机燃油系统方案设计阶段,提高燃油液面位置的确定精度和效率,进而提高判断设计方案在重心方面可行性的精度和效率。     

全方位机器人的重心位置预测与轨迹跟踪控制

针对全方向移动机器人存在非线性动态强耦合、实时重心偏移及难以实现高精度跟踪控制的问题, 本文提 出一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的重心位置在线预测的轨迹跟踪控制法. 首先, 建立考虑重心偏移的动力 学模型并基于LSTM神经网络训练构建其对比模型; 其次, 基于模型对比法实时估计重心偏移参数, 再基于张神经 网络(ZNN)对估计的重心偏移参数进行预测以减小估计过程引起的滞后; 最后, 基于非线性动态反馈解耦法设计数 值加速度控制算法, 且基于离散系统极点配置法分析了系统的稳定性. 仿真结果验证了所提方法相对于数值加速 度控制器与自适应控制器因能在线预测重心偏移参数完成高精度动态解耦实现控制精度的提高. 实际实验中, 所 提控制算法相比数值加速度控制及模型预测控制, 其跟踪精度明显提高, 这表明所提控制算法可显著减小重心偏移 对跟踪控制精度的影响.     

高效可靠的足球机器人视觉系统

为了提高足球机器人的环境感知能力,设计基于扫描线和粒子滤波跟踪器的视觉系统。该视觉系统以颜色为判定依据,利用扫描线和颜色查找表对像素进行颜色归类,接着采用链码技术求取目标区域重心,最后采用粒子滤波跟踪器来对运动目标进行跟踪定位。实验结果表明,该视觉系统是高效可靠的。     

三维虚拟加工环境及其关键技术的研究

在分析虚拟制造特点的基础上,提出了三维可视化虚拟加工环境的系统结构,介绍了支持三维建模仿真的组件设计、基于装配模型的三维实体建模方法、NC代码解析器的设计方案以及基于毛坯表面三角片离散化的加工过程仿真算法,并开发了虚拟加工环境原型系统,该系统能够实时地反映零件虚拟原型的加工成形过程仿真,并进行可加工性分析。     

Wii remote–based low-cost motion capture for automated assembly simulation

This paper describes the development of a Wii remote (Wiimote)–based low-cost motion capture system and demonstrates its application for automated assembly simulation. Multiple Wiimotes are used to form a vision system to perform motion capture in 3D space. A hybrid algorithm for calibrating a multi-camera stereo vision system has been developed based on Zhang’s and Svoboda’s calibration algorithms. This hybrid algorithm has been evaluated and shown accuracy improvement over Svoboda’s algorithm for motion capture with multiple cameras. The captured motion data are used to automatically generate an assembly simulation of objects represented by CAD models in real time. The Wiimote-based motion capture system is practically attractive because it is inexpensive, wireless, and easily portable. Application examples have been developed for a single vision system with two Wiimotes to track the assembly of a microsatellite prototype frame and for an integrated vision system with four Wiimotes to track the assembly of a bookshelf.