关键词： 四足机器人   结构设计   动力学仿真  

摘要： 为了提高四足机器人的结构稳定性和运动灵活性,文章对四足机器人的结构设计和动力学控制进行了研究。首先,参考当前已有机器人的结构,对四足机器人整机进行设计,并通过SoildWorks软件进行三维建模。其次,对四足机器人的正逆运动学进行分析,作为基础控制。再次,对机器人单腿动力学方程进行求解,并在ROS+gazebo的虚拟物理环境下进行动力学仿真。最后,通过机器人运动的误差分析,验证其结构和控制方法的可行性。

关键词： 高斯过程   学习预测控制   滚动时域强化学习   环境和模型不确定性   无人系统控制技术  

摘要： 移动机器人在复杂地形条件下面临环境和模型不确定性的挑战,例如草地、陡坡等环境会对移动机器人的高精度控制造成影响.本文提出了一种基于高斯过程建模的移动机器人学习预测控制方法,能够对环境和模型不确定性进行实时的建模和预测,并将该模型用于最优控制策略的学习中,完成在模型和环境不确定下的机器人运动控制.该方法利用高斯过程回归对环境和模型不确定性进行建模,并结合系统运动学方程得到误差状态模型,并将该模型用于滚动时域强化学习中,通过迭代优化学习最优控制策略.最后,针对移动机器人在椭圆和8字形轨迹上的横向跟踪控制问题,进行了仿真实验,并与非线性模型预测控制进行比较.结果表明,本文提出的方法能够有效提升复杂地形条件下控制器的控制性能,在性能指标上相比未采用高斯过程建模的滚动时域强化学习方法提高20%,比非线性模型预测控制方法提高36%,验证了所提方法的有效性和优越性.

关键词： 空间机器人   捕获   空间目标   动力学与控制  

摘要： 空间目标的在轨捕获是航天器在轨服务的重要内容,无论是太空碎片清理还是对航天器进行维修等,都首先需要解决捕获这个极具挑战性的问题.本文对空间机器人捕获空间目标的动力学与控制问题进行综述,首先介绍国内外主要的空间机器人计划,然后介绍捕获前、捕获中、捕获后三个阶段的动力学与控制问题,寄望于本文内容能够对从事空间机器人技术研究的学者有所裨益.

关键词： 4自由度机器人   旋量理论   偏速度旋量   Kane方法   动力学分析  

摘要： 为分析4自由度机器人的操作性能并实现对其精确运动控制,利用基于旋量理论的运动旋量及偏速度旋量等概念,建立4自由度串联机器人的指数积正向运动学模型和Kane动力学模型。根据建立的动力学模型,应用Matlab仿真平台研究了机器人各关节从初始位形到准备位形运动时的驱动力矩。通过仿真结果分析,结合了Kane方法和旋量理论的动力学模型具有准确、简单、有效等特点,能够满足机器人的运动学与动力学分析的要求,为机器人的设计改进和精确运动控制实施奠定了理论基础。

关键词： 机器人学习   强化学习   模仿学习   迁移学习   发展学习  

摘要： 介绍与机器人学习有关的基本概念与核心问题,梳理机器人学习的相关方法和最新进展。依据数据类型,将机器人学习的方法分为基于强化学习的方法、基于模仿学习的方法、基于迁移学习的方法和基于发展学习的方法,并对相关研究进行总结和分析,探讨机器人学习领域目前存在的挑战和未来发展趋势。

关键词： 机器人视觉去雾   动力学运动   视觉感知   图像分割   透射率  

摘要： 从机器人系统动力学运动的角度来看,视觉感知在机器人和环境之间的智能互动中发挥着越来越重要的作用。由此,提出一种面向机械动力学运动的机器人视觉去雾系统。首先介绍了视觉反馈控制对于机器人机械动力学运动的重要性,然后基于大气散射模型,采用图像分割方法在天空区域中估计全局大气光值,并建立雾图像和透射率之间的映射关系,设计了多尺度卷积神经网络(Multi Scale Convolutional Neural Network,MS-CNN)优化场景透射率。实验结果表明,面向机械动力学运动的机器人视觉去雾方法的结果更接近于清晰图像,该方法的均方误差(Mean-Square Error,MSE)值低,表明所提出算法的失真小,图像内容更接近原始图像。

关键词： 机器人   三角形厚板单元   刚柔耦合   多体动力学  

摘要： 针对含柔性动平台的空间并联机器人刚柔耦合问题,基于Bézier三角形与绝对节点坐标法提出一种高阶柔性三角形厚板单元模型和连续性约束条件,基于该模型分析动平台变形状态及其对系统动力学特性的影响。利用自然坐标法与绝对节点坐标法建立刚柔耦合系统动力学模型,通过引入板单元第4个面积坐标的二阶梯度来描述厚度方向上的变形并解决泊松闭锁问题,结合广义-α法与牛顿迭代法求解动力学方程,并对系统静力学模型和动力学模型进行仿真分析。结果表明,动平台在运动过程中产生的周期性凹陷变形对机器人空间位姿的影响与机构布局方式、质量分布和负载作用方式完全一致,系统刚性构件与柔性动平台的运动耦合方式符合多体动力学模型的非线性规律;运动轨迹误差低于1.2×10^(-12)mm,动力学方程和约束方程迭代误差均小于设定阈值10^(-6)和10^(-14),求解精度能满足工程应用要求;基于不同参数开展仿真对比分析,验证了所述方法的有效性和通用性。

关键词： 高速并联机器人   CAD-CAE集成   有限元建模   弹性动力学性能  

摘要： 文中以一类由外转动副驱动、含平行四边形支链的2,3和4自由度高速并联机器人为研究对象,提出一种基于CAD-CAE集成技术的有限元快速建模与更新方法。其要点为:针对工作空间中某一参考位形,首先,通过IGES/STEP等标准接口,将各结构件SolidWorks实体模型导入CAE软件SAMCEF,并通过自动提取各结构件实体模型连体坐标系相对于机架参考坐标系的位姿特征信息,建立SAMCEF环境下的几何模型;然后,通过将有限元分析特征信息自动编译为参数化脚本(Bacon)文件,建立整个机器人的参数化有限元模型。该方法特色在于:当机器人位形变化时,仅需更新CAD模型提供的位姿与有限元分析信息,便可自动生成新位形下的机器人有限元模型,进而显著提高面向全域弹性动力学性能分析需求的有限元建模效率。

关键词： 摩擦辨识   重力辨识   动力学   力矩估计  

摘要： 协作机器人外力矩估计是人机协作的关键问题之一，因此提出一种基于低速动力学模型的外力矩估计方案。首先大多数协作机器人是在缓慢匀速情况下运行，针对完整动力学模型参数辨识复杂问题，对动力学模型进行简化，然后分析了协作机器人的关节摩擦力矩和重力矩，采用最小二乘的方法对机器人进行了摩擦辨识和重力辨识，使用经验摩擦模型对机器人关节摩擦特性进行拟合。最后在Xarm6机器人实验平台上设计了关节运动轨迹验证摩擦及重力辨识的准确性。实验结果表明：使用经验模型对机器人关机摩擦特性进行拟合效果较为理想，提出的方案能够快速辨识出动力学模型参数，并能够有效的对协作机器人外力矩做出估计，这对人机协作过程中的高效配合以及安全问题具有一定的参考意义。

关键词： 欠驱动臂爪   折叠缓冲系统   回弹锁定机构   三维弹跳/空中抓握动力学模型  

摘要： 本文提出了一种在非结构化环境中具备抓取和栖息能力的带臂爪弹跳/栖息机器人。基于折叠缓冲和回弹锁定机理，设计了受猛禽启发的、可将瞬时碰撞能量被动转化为强大抓取力的欠驱动臂爪，实现了机器人与栖息物的可控高速碰撞及可靠栖息。建立了机器人三维弹跳/空中抓握动力学模型，推导了机器人腿部电机驱动扭矩和惯量尾电机驱动扭矩的解析解，实现了机器人的可控连续跳跃和三维姿态实时控制。基于上述动力学模型，进行了机器人质心依次抵达三维空间中目标位置点的连续跳跃仿真和空中抓握仿真。仿真结果表明，机器人有望通过三维跳跃获得抓握/悬垂、空中栖息/观测作业能力，从而验证了本文提出的欠驱动臂爪设计方案和连续弹跳/空中抓握动力学模型的可行性。