关键词： 蛇形臂机器人   运动规划   末端轨迹跟随   模型降噪方法   刚柔耦合  

摘要： 针对超冗余蛇形机器臂在狭小受限空间的运动规划问题，提出了一种基于等效多连杆动力学降噪模型的末端轨迹跟随算法。将蛇形臂视作关节点约束在末端无碰撞路径曲线上运动的多连杆系统，基于虚功率原理推导了该刚柔耦合系统的动力学方程。臂节的长度条件由连杆的轴向刚度保证，并通过模型降噪方法从模型层面滤除高频分量影响，使常规显式算法可用于等效多连杆系统方程的高效求解。采用本文算法可以指定蛇形臂末端或基座根部的速度规律，进而实现蛇形臂沿末端轨迹的运动规划。由于蛇形臂关节被严格限制在可行性轨迹曲线上运动，因此可以实现在狭小深腔环境下的避障运动规划。通过求解平面和空间典型数值算例表明，采用本文所提算法进行蛇形机械臂运动规划时具有足够的计算精度和效率。

关键词： 并联机器人   凯恩方法   关节摩擦   激励轨迹优化   参数辨识  

摘要： 并联机器人运动奇异常常会导致电机驱动力矩过载甚至损坏.为降低驱动电机的故障率，本文以6-PSU型并联机器人为研究对象，提出了基于动力学建模及其参数辨识的解决方案，能够根据预设轨迹提前精确估计驱动力矩以便用于安全性校核.首先，结合凯恩方法和虚功原理，建立了包含滚珠丝杠模组摩擦、伺服电机摩擦和惯性的逆动力学精细化模型；其次，利用QR分解获得了最小可辨识参数集，并在此基础上考虑了连杆截面的对称性特点，发现了可忽略的连杆惯量，得到了简化的线性化模型；此外，利用统计的方法，验证了激励轨迹优化时考虑摩擦的必要性；然后，利用Simulink/Multibody搭建机器人物理仿真模型进行了参数辨识与驱动力矩估计仿真实验，针对最小可辨识参数集模型和简化模型分别定量分析了两者的参数辨识精度、驱动力估计精度以及抗噪能力；最后，在6-PSU型并联机器人平台上开展了实验验证.结果表明，本文提出的简化模型在保证相同驱动力矩估计精度的前提下，有效简化了模型复杂度，具有明确的工程价值.

关键词： 柔索并联机器人   运动学分析   动力学分析   运动仿真   前馈PID控制  

摘要： 高龄化导致的脑卒中运动功能障碍患者需要借助于康复机构等进行辅助康复训练。设计一种辅助运动障碍患者从卧位到站立位基础姿态运动的四索驱并联机器人机构,利用电机驱动绞盘控制绳索伸长缩短辅助人体实现基础姿态的运动,绞盘缠绕处为钢丝绳,钢丝绳下端连接橡皮绳分别牵引在辅助人体运动的关键节点处。对机构进行运动学分析,求解索长与牵引点位置坐标的雅克比矩阵,并对绳索牵引人体达到坐立位、站立位运动过程人体运动角度及角速度进行预定规划。为了考虑橡皮绳弹性的动力学影响,基于拉格朗日动力学进行系统动力学建模,并利用Simulink开展动力学仿真,分析机构牵引人体运动过程中起卧角度、角速度及膝盖屈直角度、角速度的变化规律。在系统动力学模型基础上,应用非线性前馈补偿的PID控制方法对绳索收放长度进行控制,使绳索牵引人体安全、平缓地达到期望轨迹及期望速度,确保人体的舒适性,并利用Lyapunov方法证明控制系统的稳定性。针对有无重力补偿项、柔索变刚度和人体不同质量参数等因素对系统动力学影响进行了仿真,通过对比分析验证了弹性绳作为执行机构的必要性及控制律设计的有效性和稳定性。

关键词： 机器人竞赛   创新实践能力培养   创新意识   团队协作  

摘要： 本文针对国家重点关注的基础研究领域及创新人才的原创能力培养,同时考虑新工科背景下的行业需求,研究了如何通过组织和指导学生参与中国机器人大赛,以提升人才培养的质量,提高大学生的创新实践能力.根据近五年的实践经验,我们发现机器人竞赛对于教师专业技能的提升和学生原创能力的培养具有显著的效果.同时,这种竞赛也对大学生的性格发展产生了积极的作用,对他们的职业规划和长期发展具有深远的影响.

关键词： 驾驶机器人   换挡机械手   关节间隙   非线性动力学  

摘要： 车辆测试在汽车制造中起着非常重要的作用，通过使用驾驶机器人进行车辆测试，可以提高车辆测试的效率和准确性。为了研究关节间隙对驾驶机器人换挡机械手动力学性能的影响，对含关节间隙的驾驶机器人换挡机械手进行了非线性动力学建模和特性分析。通过换挡机械手的关节间隙运动学模型得到关节中轴和轴套的相对穿透深度和速度。建立了基于改进的L ankarani-Nikravesh接触力模型（L-N接触力模型）的关节间隙法向接触力模型，并运用修正的库仑摩擦模型进一步描述了关节间隙切向摩擦力。在此基础上，分析了影响换挡机械手机构非线性动力学特性的因素，建立了含关节间隙驾驶机器人换挡机械手非线性动力学模型，分别分析了不同间隙位置、不同间隙数量和多个间隙不同组合状态对换挡机械手末端位移、速度、加速度以及关节接触力等非线性动力学特性的影响规律。结果表明，关节间隙的位置、数量和多间隙不同组合状态等对换挡机械手的换挡轨迹误差和非线性动力学特性有着不同程度的影响。

关键词： 爬壁机器人   参数辨识   摩擦模型   动力学  

摘要： 为提高爬壁机器人越障能力，满足机器人实际壁面高强度工作需求，设计一种4-DOF双足爬壁机器人。机器人采用2×3真空吸盘进行吸附，可实现在壁面上进行全方位攀爬。为计算机器人运动所需的关节力矩，基于一种动力学参数辨识方法，获得机器人准确的动力学模型参数。通过牛顿-欧拉方法获得机器人动力学方程，引入一种可线性化且在速度零点附近连续的关节摩擦模型，将该方程转化为惯性参数的线性函数。基于有限傅里叶级数为激励轨迹，将机器人吸附在垂直壁面上开展辨识实验，得到机器人惯性参数和摩擦模型的辨识结果。对比各关节计算力矩和实际力矩，均方根误差均在0.9以内，皮尔逊相关系数均大于0.9，证明计算力矩非常接近真实值，辨识结果准确。

关键词： 吸气叶片拨动机构   平面四杆机构   粒子群优化   轨迹综合   Adams仿真  

摘要： 针对目前飞机进气道内的发动机吸气叶片人工检测存在的问题，提出了飞机进气道机器人巡检方案，基于动力学仿真软件对吸气叶片拨动机构进行了参数设计与性能分析。采用平面四连杆机构作为叶片拨动执行机构，建立了机构的数学模型，通过粒子群优化算法对拨杆末端轨迹综合问题进行了优化设计，得到了拨杆机构的几何尺寸和安装偏角。分析了拨杆末端与叶片接触的力学特性，在Adams环境中开展了叶片拨动过程的动力学仿真，得到了拨动叶片关键接触力和机构驱动力矩，为飞机进气道巡检机器人整机行走及支撑单元驱动设计提供了依据。

关键词： 爬壁机器人   动力学建模   模块化建模   Udwadia-Phohomsiri方程  

摘要： 动力学模型对实现爬壁机器人的运动性能非常重要,但爬壁机器人动力学方程的构造和求解相对复杂。基于分析力学基本建模思想,结合Lagrange力学方法及Udwadia-Phohomsiri方程,对爬壁机器人机体与驱动部分分别建模后加以整合,获得无约束情况下壁面爬壁机器人准确动力学模型;利用Udwadia和Phohomsiri的方法对无约束爬壁机器人的动力学模型进行处理,利用Baumgarte稳定性校正对任务轨迹约束模型进行处理,获得了含约束爬壁机器人模型。数值仿真结果证实,基于所构建爬壁机器人数学模型可方便地实施机器人轨迹跟踪控制,证明了所采用建模方法的有效性和优势。

关键词： 弹跳机器人   轨迹规划   动力学建模   摆荡控制   ADAMS仿真  

摘要： 提出一种在非结构化环境中具备抓取和栖息能力的带臂弹跳机器人。针对机器人抓杠过程进行动力学建模,对主、被动关节运动进行轨迹规划,以实现快速摆荡控制。通过ADAMS软件进行建模与仿真验证,确保动力学控制方案的有效性,为带臂弹跳机器人的设计和控制提供一定的理论和实践参考。