关键词： 并联机器人   Kane方程   刚柔耦合   动力学   运动学  

摘要： 三自由度并联机器人在并联机器人中十分常见,它属于少自由度并联机器人中的一种,并且具有并联机器人动力性能较好、结构刚度较大、运动惯性较小、运动精度较高以及承载能力较强等特点,同时具备少自由度机器人结构简单、经济实惠、容易控制等特点。因此,三自由度并联机器人被普遍应用在要求达到高速度、高精度、高刚度以及良好的动态特性等场合,在这些领域具有较高的研究价值和广阔的应用前景。三自由度并联机器人方面的研究,目前主要集中在控制学、动力学、运动学以及机构学等学科领域。大多对并联机器人动力学的研究只是对刚体构件进行了动力学分析,研究过程中是将所有构件都看作为刚体,构件在运动时不发生任何弹性变形。因此,这种只对并联机器人的刚体动力学作分析,不能真实地反映出构件中刚体与柔性体之间在运动过程中由于弹性变形发生的耦合关系,也就不能真实地反映出柔性体变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响及构件力学性能。随着机器人在实际工作中对精度和效率等要求的越来越高,对具有柔性的并联机器人研究将成为人们对机器人研究的新领域。因此,进行该方面的研究是有非常重要的现实意义及理论价值。本文以含有柔性构件的三自由度3-RPS并联机器人为研究对象,比较全面的研究了该类型机器人在动力学建模、创建柔性体、刚柔耦合动力学仿真分析等方面的问题,具体研究内容如下:首先,对含有柔性杆件的三自由度3-RPS并联机器人进行刚柔耦合动力学建模。动力学建模主要有牛顿-欧拉法(Newton-Euler)、拉格朗日(Lagrange)方程法和凯恩(Kane)方程法等几种方法,凯恩方程法既适用于刚体建模也适用于柔性体建模,计算较为简单。故运用凯恩方程法推导出了三自由度并联机器人刚柔耦合动力学方程,对其创建了动力学模型。其次,对三自由度3-RPS并联机器人的三条支链的上、下连杆进行柔性体创建。将机器人所需柔性体转换的部件导入ANSYS有限元软件中,通过选择单元类型、定义单元实常数、选择材料属性、创建节点、进行网格划分、创建刚性区域和生成.mnf格式中性文件等步骤完成柔性连杆创建。再者,对三自由度3-RPS并联机器人运用ADAMS软件进行刚柔耦合动力学仿真分析。分别对刚柔耦合模型与刚体模型做了动力学仿真,得出了两种模型机器人末端动平台质心的位移、速度、加速度和关节的力、力矩等仿真结果。最后,对比了刚体模型和刚柔耦合模型两种情况的仿真结果,分析了它们的位移、速度和加速度的偏差以及力、力矩的偏差等的变化情况。研究结果表明:该机器人在运动过程中,存在的弹性变形等问题对末端动平台在纵向z轴的位移精度有一定的影响,对柔性杆在横向y轴的受力也有一定的影响。该机器人刚柔耦合动力学仿真能够正确、直观地反映出3-RPS并联机器人真实的工作情况,得出柔性杆变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响是存在的,对进一步进行刚柔耦合动力学研究提供了可靠的理论依据。

关键词： Robotics   perceptual control theory   behavior-based robotics   embodiment   situatedness   controlled variables  

摘要： Departing from the conventional view of the reasons for the behavior of living systems, this research presents a radical and unique view of that behavior, as the observed side effects of a hierarchical set of simple, continuous, and dynamic negative feedback control systems, by way of an experimental model implemented on a real-world autonomous robotic rover. Rather than generating specific output from input, the systems control their perceptual inputs by varying output. The variables controlled do not exist in the environment, but are entirely internal perceptions constructed as a result of the layout and connections of the neural architecture. As the underlying processes are independent of the domain, the architecture is universal and thus has significant implications not only for understanding natural living systems, but also for the development of robotics systems. The central process of perceptual control has the potential to unify the behavioral sciences and is proposed as the missing behavioral principle of Artificial Life.

关键词： 工业机器人   仿真分析   结构优化  

摘要： 随着工业自动化的快速发展,工业机器人已经成为现代工业的重要自动化装备之一。目前,工业机器人主要应用在汽车制造、集成电路、家用电器等行业。我国处于经济快速发展阶段,工业机器人的市场需求量很大,但由于国内机器人产品质量参差不齐,目前大部分工业机器人还是依靠进口。因此,自主研发工业机器人,掌握核心技术,对我国的工业发展和转型有着重大的意义。本文研究了工业机器人的动力学和结构设计的理论及实践,针对一台小六轴工业机器人进行了动力学仿真及结构优化设计,提高了其动力学性能。本文首先介绍了工业机器人的主要结构,并对各个零部件的结构设计提出设计建议;然后运用D-H方法,建立了机器人各轴的连杆坐标系。通过坐标系的变换,推导出机器人的运动学方程及其正反解,为机器人的路径规划提供理论基础。在现有模型的基础上,利用ADAMS软件对6轴工业机器人进行了动力学仿真,得出了在指定工况下,工业机器人各关节的驱动力矩曲线和受力曲线,为电机、减速器等关键零配件的选型以及工业机器人的本体结构分析提供了依据。针对工业机器人的本体结构设计,对机器人关键零部件进行分析简化,建立了有限元分析模型。利用ANSYS软件分析主要承载部件的应力应变分布,找出本体结构上的薄弱点,并对结构进行了优化设计,以减轻本体整体质量。最后还对机器人整机进行了模态分析,提取其前6阶固有频率和振型。通过对模态参数的分析,了解了整机的振动性能。同时对主要结构进行了优化,提高了固有频率,避开共振频率,有利于提高整机的抗振能力。本文计算结果表明,本文所建立的仿真模型合理,动力学分析结果与实际测试数据相符,优化效果明显,为工业机器人的结构设计和改进提供了新的方法。

关键词： Robot ethics   robot law   principles of robotics   legal obligation   killer robots  

摘要： While the 2010 EPSRC principles for robotics state a set of five rules of what should be done, I argue they should differentiate between legal obligations and ethical demands. Only if we make this difference can we state clearly what the legal obligations already are, and what additional ethical demands we want to make. I provide suggestions how to revise the rules in this light and how to make them more structured.

关键词： Robotics   Insect pollination  

关键词： 下肢康复机器人   动力学   牛顿-欧拉法  

摘要： 针对下肢运动功能障碍的患者,提出一种三自由度的康复机器人设计方案,以实现双下肢髋、膝关节的屈伸训练.采用连杆机构模拟人体下肢,把患肢和机器人作为一个整体,通过驱动机构带动患肢的髋、膝关节进行屈伸运动,实现对患肢的康复训练.利用牛顿-欧拉法建立康复机器人人机系统的动力学模型,并对其康复训练进行了仿真分析.仿真结果说明,利用该动力学模型可以获得训练过程中各关节的受力情况,为制定正确、有效的康复训练策略提供理论依据.

关键词： 工业机器人   动力学模型   参数辨识   加权最小二乘法  

摘要： 针对带负载工况下六自由度关节型工业机器人动力学模型的辨识问题,提出了一种带负载机器动力学模型的参数辨识方法。在获得机器人本体动力学模型的前提下,用Newton-Euler法建立负载动力学模型进行补偿,设计激励轨迹获取负载贡献的力矩,然后用加权最小二乘法辨识出负载模型中未知参数。最后对得到的带负载完整机器人动力学模型进行验证与分析,结果表明通过辨识得到的预测力矩与测量力矩有较好的跟随性,所提出的辨识方法具有一定的工程参考价值。

关键词： 自由漂浮空间机器人   动力学参数辨识   持续激励   约束非线性优化  

摘要： 针对自由漂浮空间机器人抓捕目标后的动力学参数辨识问题,提出一种参数辨识的持续激励轨迹设计方法。首先,基于动量守恒原理建立了自由漂浮空间机器人的动力学参数辨识模型;然后,采用有限傅里叶级数对空间机器人的机械臂关节运动轨迹进行参数化表示,并以参数辨识回归矩阵条件数最小化为指标,通过求解一个包含多约束的非线性优化问题得到傅里叶级数的待定系数;最后,采用基于QR分解的递推最小二乘估计方法实现对采样数据的序贯处理,并求解出待辨识参数。仿真结果表明,提出的激励轨迹设计方法可以显著提高空间机器人参数辨识的收敛速度和准确性。

关键词： 柔性机器人   动力学分析   控制策略   建模  

摘要： 随着科学技术的不断发展,机器人技术开始逐渐转向高精度方向发展,全柔性机器人的用途越来越广.但是由于全柔性机器人的动力学性能将直接影响机器人的应用精度,因此对柔性机器人进行动力学分析极其重要.基于此,本文通过简述柔性机器人动力学分析以及相关控制策略,研究柔性畸形人动力学分析方法,并在建模的基础上进行控制策略分析,进而对柔性机器人的发展有一定的促进作用.

关键词： 铣削机器人   动力学建模   联合仿真  

摘要： 铣削机器人末端刀具动力的实时控制是保证铣削精度和表面质量的前提,运用牛顿-欧拉递推法对工业铣削机器人进行动力学分析,建立动力学模型,并采用三维建模软件Solid Works及动力学分析软件MATLAB联合建立动力学仿真模型,进行动力学仿真,得到了关节运动参数曲线图,仿真结果与理论计算结果一致,证明了理论推导的正确性及仿真模型建立的准确性。