关键词： 空间机器人   轨迹规划   动力学奇异   基座姿态扰动   运动时间   混沌粒子群优化算法(CPSO)  

摘要： 针对空间机器人动力学奇异的回避问题,提出一种基于组合函数的笛卡尔轨迹规划方法。将梯形规划与正弦函数相结合,对机械臂末端的位姿进行参数化。机械臂沿着某一轨迹运动时,根据阻尼最小方差法(DLS)的特点,提出一种判断是否发生动力学奇异的方法,并据此进行轨迹规划。该方法可以保证空间机械臂运动过程中不会遇到动力学奇异。此外,将基座姿态扰动和机械臂运动时间作为目标函数的一部分,最终,轨迹规划问题转化为多目标优化问题,并利用混合整数规划的混沌粒子群优化算法(CPSO)进行求解。该优化算法能够改善标准粒子群算法(PSO)的"早熟"现象。仿真结果表明,新方法能够有效处理动力学奇异问题,减小基座姿态扰动及运动时间。

关键词： 主动柔顺控制   机器人动力学   关节转矩控制   转矩观测器   电机转矩模型   碰撞保护  

摘要： 针对机器人系统对柔顺性、安全性的要求,提出了一种基于电机电流的机器人主动柔顺控制方法,并采用硅片传输机器人进行拖曳式示教和碰撞保护实验。首先通过磁场定向控制(field oriented control,FOC)将永磁同步电机的转矩模型化为较为简单的形式,同时机器人的动力学模型也可根据硅片传输机器人特殊的构型及关节耦合关系而大大简化。然后将永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型结合,设计扰动观测器,进行基于电流模型的转矩检测。最后将转矩观测器与力/位混合控制结构结合,实现基于电机电流的机器人主动柔顺控制,并在硅片传输机器人进行实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。与传统机器人主动柔顺控制方法相比,该方法不需要额外的传感器,成本低廉,不降低机器人自身刚性,具有广泛的适用性。

关键词： 柔性多体系统   空间机器人   微分代数方程组   数值积分  

摘要： 以系统中既存在柔性构件,又存在刚性构件的空间闭链机器人为例,分析了模型降阶法在求解柔性多体系统指标-3微分代数方程组中的求解策略。首先,将加速度约束方程并入指标-3的DAEs,动力学指标降为1,通过等价方程组,直接求出难于初值估算的拉格朗日乘子λ,则DAEs变为纯微分方程组;其次,采用逐步积分Newmarkβ法求各时刻的广义位移和速度坐标;最后,运用Baumgarte约束违约修正法消除位置和速度违约,再通过泰勒展开式和Newton-Raphson公式迭代出位移坐标和λ的修正值。由于数值求解过程中没有引入新的未知向量,避免了因模型扩大而导致的新的求解问题,并减少了对加速度坐标的违约修正过程,为求解柔性多体系统动力学方程组提供了一种新方法。

关键词： 柔性铰   柔性杆   刚度   阻尼   动力学控制  

摘要： 本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响.首先,建立由n个柔性铰和n个柔性杆组成的空间机器人模型,运用递推拉格朗日动力学方法,得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程.在动力学建模过程中,除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响,还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响.其中,柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型,将柔性铰看成线性扭转弹簧,不仅考虑了铰阻尼的存在,还考虑了柔性铰的质量效应.其次,编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序,研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响.研究表明:随着柔性铰刚度系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动频率变大.随着柔性铰阻尼系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动幅值的衰减速度变快.可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动,因此铰阻尼的研究具有重要工程意义.最后,研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响.在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时,通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩.研究表明:引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小,对机器人控制的影响显著.

关键词： 机器人   运动学分析   动力学仿真   ADAMS   轴承环锻压  

摘要： 为实现轴承环锻压过程自动化,设计一种三自由度轴承环锻压操作机器人。首先,在SolidWorks环境下建立轴承环锻压操作机器人实体模型,根据D-H法建立该机器人连杆坐标系,进而建立机器人的运动学方程,对运动学问题进行求解;然后利用ADAMS软件对机器人进行运动学仿真,对机器人运动情况进行多方面分析,仿真结果表明,此轴承环锻压操作机器人在各方向速度、加速度波动幅度小,位移曲线无拐点,运行平稳,适用于轴承坏自动锻压生产工作,进一步验证了机器人设计的可行性;最后对机器人进行动力学仿真,仿真结果对机器人驱动关节电动机参数的选择具有指导作用。

关键词： 工业机器人   轨迹跟踪   参数辨识   自适应控制  

摘要： 研究六自由度工业机器人动力学模型最小惯性参数辨识和模型参数自适应PD控制方法。首先分析六自由度机器人动力学模型及其最小惯性参数;研究基于位置、速度、加速度约束条件的傅里叶级数型激励轨迹优化方法;依据激励轨迹跟踪实验获取的关节角位置、速度、加速度和力矩数据,研究基于最小二乘的最小惯性参数估计方法。在此基础上,研究六自由度机器人模型自适应PD控制方法。最后,构建了基于Codesys平台的六自由度机器人控制系统,利用SYMORO+推导回归矩阵元素,结合Hadamard不等式,利用MatlabFunction函数生成目标函数并将其代入Matlab fmincon函数计算激励轨迹参数,通过激励轨迹跟踪实验辨识出最小惯性参数;通过机器人跟踪激励轨迹和验证轨迹实验,比较实测力矩与基于辨识模型估计力矩的均方根误差验证参数辨识方法有效性;通过期望轨迹跟踪实验验证了自适应PD控制算法可行性。

关键词： 动力学模型   导纳控制   柔顺控制   牛顿-欧拉法   粒子群算法  

摘要： 提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.

关键词： 学科竞赛   机器人竞赛   单项赛   机械创新   机器人大赛   评估项目   海军航空   Robo  

摘要： 2020年8月25日,第十九届全国大学生机器人大赛Robomaster 2020机甲大师赛落下帷幕,海军航空大学航空基础学院机械创新俱乐部首次参加该项比赛,荣获单项赛全国三等奖1项,军队院校中仅有2所院校获奖。全国大学生机器人大赛Robomaster机甲大师赛由共青团中央、深圳市人民政府联合主办,大疆创新发起并承办的机器人赛事,是全国高水平的大学生机器人竞赛之一,被纳入教育部全国高校学科竞赛评估项目。该项比赛为全世界青年工程师打造了机器人竞技平台,吸引了来自国内外近800支队伍,300余所院校参加。受疫情影响,此次大赛首次采用线上远程答辩的方式进行。

关键词： WebQuest教学模式   竞赛指导  

摘要： 本文旨在阐述WebQuest教学模式的理论基础上,以虚拟机器人“汽车总动员”项目为例进行竞赛辅导探究,期望在提高学生的问题解决能力、探究能力以及创新能力的同时,减少指导老师的工作量。

关键词： 机器人竞赛   盆栽转移   图像处理   舵机控制  

摘要： 针对ASABE机器人大赛的竞赛要求,以STM32F103ZET6单片机为控制核心,设计了盆栽转移竞赛机器人机械系统和基本控制电路,包括机器人底盘系统、机械臂和末端执行机构、以L298N为核心的驱动模块。由搭载直流电机驱动板、Open MV摄像头模组、光电开关以及循迹导航模块搭建了盆栽转移机器人控制系统。根据比赛流程,设计了控制算法,实现了盆栽转移机器人的竞赛功能,抓取成功率为96%。