关键词： 机器人   弹跳运动   弹跳机构   动力学分析  

摘要： 弹跳机器人可以跃过数倍于自身尺寸的障碍物或沟渠,对地形有较强的适应力。但是相对于已经实用化的其他类型机器人,弹跳机器人目前还处于研究阶段。本文把驱动机构和弹跳机构一起加以考虑,综合各种阻尼的影响,构建了两类弹跳机器人模型。然后采用二阶拉格朗日方程,对其进行相应的动力学分析和比较,求出模型的动力学标准状态方程和弹跳高度的计算公式;并通过计算机模拟结果和试验结果的对比说明了分析的正确性。本文的分析结果同时适用于连续型和间隙型弹跳机器人的动力学分析。

关键词： 中小学生   机器人竞赛   教育价值  

摘要： 针对青少年机器人竞赛在国内外已经广泛开展的现状．对机器人竞赛所遵循的教育理论和所产生的教育作用进行了简单的评述。

关键词： 串联机器人   开放式控制器   伺服电机   控制器系统   机器人学  

摘要： 随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求。作为机器人的核心部分，机器人控制器系统结构一直是机器人学中的热点。它在一定程度上影响着机器人的发展。针对传统结构封闭式机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、开放式、标难化的机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。\n 本论文阐述在CINCINATI机器人本体的基础上建立开放式、模块化的先进机器人控制平台，采用先进机器人的控制理论与方法，可实现多机器人协调与控制的发展。\n 论文首先分析先进机器人的控制理论与方法，建立了CINCINNATI机器人数学模型，在此基础上，进行了位置反馈及稳态误差的分析，设计了开放式机器人控制系统，得出最优的CINCINNATI机器人控制器。\n 其次，论文阐述了CINCINNATI机器人开放式控制系统的构成。并通过位置控制方式进行控制系统的组装，对PMAC可编程多轴控制器、研华的工控机、日本松下的伺服电机及伺服驱动器的选取进行了分析，从而得出CINCINNATI机器人控制器的最佳构成。\n 论文设计了CINCINNATI机器人的保护系统的组成(限位开关及PLC)，并对日本松下PLC的选取进行了分析，针对机器人本体在运动过程中参数的选取做了详细的阐述，以及机器人在运动过程中所出现的故障给出了详细的补救方案。\n 最后，论文介绍了多轴运动控制器PMAC的编程软件Pewin32PRO、PID位置环伺服滤波器和PID控制算法，使用PMAC执行软件PIDTUNING，通过系统在阶跃响应、抛物线响应下的特性，进行PID参数整定，使机器人系统达到较好的刚性和稳定性。

关键词： 智能机器人   中小学生   竞赛活动   广东省   第三届   广州   教育教学   信息技术   电化教育   基础教育  

摘要： 为加快信息技术在教育教学中的广泛应用。提高我省中小学生的信息技术素养，由广东省教育厅主办、广东省教育厅基础教育处和广东省电化教育馆承办的广东省第三届中小学生智能机器人竞赛活动于2005年11月9日至10日在广州举行。全省已开展该项活动的12个市的高中、初中、小学组共164个代表队，约450名中小学生参加了这次智能机器人竞赛活动。

关键词： 微创介入式手术导向机器人   热动力学   驱动导向控制   SMA特性  

摘要： 微创介入式手术导向机器人是一种安置在手术器械前端提供导向功能的微型装置，由包含形状记忆合金（ShapeMemoryAlloy:SMA）驱动器的多节弯曲单元组成，能够自主地实现不同方向和角度的弯曲导向，并借助手术前建立的人体三维血管模型及电磁传感器进行定位，辅助完成手术操作。\n 本文提出了一种由中心偏置弹簧与均布在空间截面上的3个SMA驱动器组成的导向机器人结构，驱动器之间的相互配合可实现不同方位的弯曲和偏转。基于SMA特性和驱动器的工作机理，完成机器人的主要元件－螺旋弹簧偏动式SMA双程驱动器的设计。\n 根据SMA元件温度和应力的变化特点，在Tananka－Liang的SMA螺旋弹簧一维剪应力－剪应变－温度本构模型的基础上建立了SMA螺旋弹簧驱动器的热动力学模型，从而得出驱动器输出位移与SMA元件温度、应力、应变的关系。\n 根据机器人尺寸微小、空间有限决定其不能容纳过多导线的结构特点。采用了矩阵式驱动控制系统，使用最少的导线完成对多个SMA驱动器的控制。在驱动控制电路内，对SMA驱动器采用脉冲电流驱动方式，并对此进行了热控制分析，得到了加热和冷却过程中温度与时间的关系。利用单片机软件方法输出的脉宽调制信号对脉冲电流进行调节控制，多个驱动器之间的相互配合作用，就可完成多自由度的导向动作。\n 最终完成系统软硬件的初步调试，分析了SMA驱动器的尺寸效应，对该机器人进行功能性的验证实验，证明能够完成预期的导向性能。\n 本文建立了SMA驱动器的热动力学模型，进一步完善了SMA的热动力学理论。同时，关于多个SMA驱动器的矩阵网状结构控制方式，适用于微型机构内有限空间的操作，便于控制，具有良好的应用前景。

关键词： 闭链级联式机器人   旋量理论   动力学分析  

摘要： 闭链级联式机器人是一种复杂型式的机器人,对其进行动力学分析是实现对其进行运动控制的必要前提.闭链级联式机器人的结构特点是:任何一个闭链级联式机器人都存在一条主运动链,且主运动链为开链机器人;主运动链的各个关节均为被动关节或被测量关节,分别由相应的闭链驱动或测量.基于旋量理论的动力学分析方法是通过使用运动螺旋和指数积公式等数学工具建立起机器人的动力学方程,从而求取机器人的驱动力矩.由于闭链级联式机器人存在闭链,其动力学分析方法不同于传统的开链机器人,用旋量理论建立闭链级联式机器人的动力学方程的要解决两个关键问题:其一是闭链的分解,其二是惯性矩阵的求取.该方法也为解决单闭链机器人的动力学分析问题提供了基础.

关键词： 控制   自动化   机器人学   视觉  

关键词： 弹性铰链   三自由度闭环机构   三自由度并联机构   影响系数   刚度   刚度瑞利商   动力学  

摘要： 刚度影响机器人的动态特性和在负载下的定位精度。在金属切削机床中,提高机床的刚度有利于提高机床的效率、加工精度和表面加工质量;在装配的时候,根据不同的装配任务,选择适当的刚度,可以保证平滑、迅速地完成装配任务。对于机器人的研究来说它也是一个非常重要的设计指标。本文对三自由度弹性铰链闭环机构和三自由度弹性铰链并联机构的静刚度进行了分析。 首先对三自由度弹性铰链闭环机构进行了运动分析,然后根据影响系数法和虚功原理对机构建立约束方程,求解出机构的刚度矩阵。在此基础上用奇异值和瑞利商得出机构的刚度判定指标,利用MATLAB编程绘出刚度判定指标在XY平面上的分布,在空间图形的基础上对刚度特性进行分析研究;在刚度矩阵的基础上讨论了方向刚度。 基于运动学反解对三自由度弹性铰链并联机构的几何参数优化选取,然后用MATLAB软件对机构进行仿真。根据影响系数法分析各铰链的速度、加速度,并且描绘出其在XY平面上的变化规律曲线。 应用运动学和力学中的对偶关系和影响系数法研究三自由度弹性铰链并联机构的静力学问题,由此得到了驱动铰链扭矩随平台位姿变化的关系曲线;在闭环机构研究和静力学分析的基础上结合影响系数对三自由度弹性铰链并联机构的静刚度及其特性进行了探讨。 最后根据牛顿-欧拉法对三自由度弹性铰链并联机构动力学进行分析,建立动力学模型,应用MATLAB软件绘制出机构分支驱动力与动平台位置、速度、加速度之间的变化曲线图。

关键词： 可重构机器人   轨迹规划   动力学   分布式控制  

摘要： 可重构机器人是一种模块化的,并能根据不同任务需要改变构形的智能化的机器人。它能以一套功能和尺寸不同的模块,根据工作需要快速构建成最佳的工作构形。可重构机器人不但具备机械系统的可重构性,控制系统也能单独工作。现代工业生产和科学试验,工作任务都不再是单一不变,需要采用不同构形的机器人,而采用可重构机器人能够大大的降低成本,并提高效率。本文的研究内容主要包括可重构机器人的轨迹规划,动力学研究以及可重构机器人的控制和实验研究。 首先,本文对可重构机器人的轨迹规划进行了研究。主要针对直线和圆弧轨迹进行了规划。通过给定起点和终点,由轨迹规划程序计算出各关节运动的角度,角速度。 其次,对可重构机器人的动力学进行了研究。一般的动力学建模方法都必须已知构形,本文采用一种自动建模的方法来建立可重构机器人的动力学模型,在此基础上采用牛顿—欧拉方程建立起可重构机器人的动力学方程,采用迭代的算法,正向递推计算每个关节的速度、加速度,逆向递推计算关节力、力矩。 再次,对可重构机器人控制系统进行了研究。可重构机器人的控制方法采用的是基于Agent的分布式控制体系,将集中式的机器人控制分配到一组关节Agent中,每个Agent控制机器人的一个关节,将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制。该方法可应用于具有不同构形的机器人系统,特别适用于可重构模块化机器人的控制。其中单个子系统的控制采用PID位置控制算法,控制单关节运动到相应位置。 最后,本文通过实验验证了相应的运动学、动力学理论和控制方法的正确性和适用性,以及整个机械系统、控制系统和通信的可靠性。

关键词： 自由浮动   空间柔性双臂机器人   动力学建模   振动控制   奇异摄动   滑模控制   模糊控制  

摘要： 近年来,空间柔性机器人的建模和控制受到了广泛的研究,与传统的刚性机器人相比,柔性机器人具有耗能小、操作空间大、负载重等特点。但由于它结构的特殊性,机械臂在运动中会发生变形和振动,这给空间柔性机器人的定位和跟踪控制带来了很多的问题。因此,针对自由浮动空间柔性双臂机器人的动力学建模和控制问题,本文进行了深入的研究,并进行了仿真实验论证。 本文首先基于假设模态法、拉格朗日方程和动量守恒,推导了自由浮动空间柔性双臂机器人协调操作刚性负载的动力学模型,并利用计算力矩法实现了其轨迹跟踪控制。 接着,针对空间柔性机械臂的弹性形变和振动问题,本文设计了LQ最优控制器对其进行振动主动控制,并通过大量的仿真结果证明了方法的有效性。其次,本文研究了自由浮动空间柔性双臂机器人系统轨迹跟踪的鲁棒控制问题,采用奇异摄动法将系统模型分离为慢变和快变两个子系统,对二者分别采用滑模变结构控制和PD控制,由此得到的组合控制使系统能较好地跟踪期望轨迹,抑制弹性振动。 最后,为了形象地说明空间柔性双臂机器人系统各部分的运动情形,本文制作了基于MATLAB的动力学可视化仿真平台和基于OpenGL的动力学可视化仿真平台并进行了仿真验证。