关键词： 并联机器人   螺旋理论   动力学   奇异位形   精度  

摘要： 自从澳大利亚著名机构学教授Hunt在1978年首先提出应用6自由度的Stewart平台机构作为机器人的机构，并联机器人的研究成为机器人技术研究的新热点。同串联机器人相比较，并联机构自身具有潜在精度高、刚性大、高的承载比和速度快等特性。 并联机器人机构学属于空间多自由度多环机构学理论的新分支，结构较复杂和具有很大的特殊性，并联机构的理论研究，对掌握和研制新型的并联机器人有着特殊重要的意义。本论文以3-6 Stewart并联机器人为研究对象，探讨其动力学理论、奇异及精度等方面的问题。 本论文基于螺旋理论，用运动旋量来描述机构各构件的运动状态，进而对闭链机构和开链机构进行了运动学分析;并且基于虚功原理建立力旋量与运动旋量的关系，应用Klein法则建立动力学方程，对平面三杆串联开链机构进行动力学分析，为并联机构的动力学分析做基础;应用螺旋理论和虚功原理对并联机构进行速度和加速度分析，建立了并联机构运动平台的速度、加速度与不同驱动分支构件间的速度、加速度之间的关系;建立了并联机构动力学模型，并应用动力学方程对并联机器人进行仿真研究;研究了并联机构的各个构件的质量和转动惯量参数对驱动力的影响。 并联机构运动路径点的位置和姿态可能引起动力学方程中雅克比矩阵行列式为零或为病态矩阵，使并联机构出现奇异性。本论文基于螺旋理论和机构的运动学原理，通过对动平台上三点速度合成的螺旋运动来判断机构是否奇异，建立机构奇异轨迹方程，研究了在(α β γ)姿态时，在β斜面上和三维空间中的奇异分布，是一个平面和一个双曲面的组合。 影响并联机器人精度的因素很多，本论文基于并联机构的位置分析，建立机构结构尺寸参数、结构误差和动平台位姿误差的关系方程，进而分析机构的结构尺寸发生变化时对其精度产生的影响，发现对z轴方向的位置误差影响较大。研究结果对于优化6自由度并联机器人的机构设计有重要意义。

关键词： 机器人控制   模仿学习   仿生学   机械臂建模   机器视觉   Pioneer3-Dx  

摘要： 智能机器人研究的最终目标是使机械能够做出智能的行为,这要求机械能够对先前的经验进行学习从而能够适应不断变换的环境。机器人通过传感器来感知周围环境的变化,并通过自身的行为来响应这些变化。机器人控制的目的是在感知过程和执行过程之间建立一种合适结构的实体来完成一定的任务。 机器人行为主义控制方法是一种新兴的方法,该方法放弃了传统AI的思路.大大克服了传统AI中存在的缺陷,降低了机器人识别工作环境的要求,使机器人系统的构建大大简化的同时一定程度上减小了设计难度。这使得机器人行为主义方法成为当前机器人研究领域的一个热点问题,行为主义也代表了未来机器人的发展方向。但是新问题也伴随着新方法的诞生而出现,即应当如何构建感知一行为关系。感知行为关系构建的好坏直接影响机器人控制的执行效果。本文首先分析了机器人控制当中需要解决的两个关键性问题,结合当前研究进展介绍了基于行为的机器人控制方法,并结合行为主义思想研究了一种新的机器人学习方法,即模仿学习的方法。其优点在于该方法为智能体间的沟通提供一种有效的非语言的渠道。由于该渠道是非语言的,所以示教者和智能体之间不必存在一个“通用的语言”。这使得机械智能体对其他智能体(包括非同类的智能体如生物,或由不同硬件组成的智能机构)进行学习成为可能,同时也意味着机器人的感知一行为关系可以通过对示教者行为进行模仿来实现。然后利用Pioneer3DX试验平台及其5自由度机械臂进行了机械臂对示教者手臂行为模仿的试验研究,利用P3-DX平台的视觉跟踪系统对示教者手臂行为进行观察,获取示教者手臂运动信息最终实现了机械臂对示教者手臂行为的模仿。

关键词： 袋鼠   弹跳   单腿   机器人   力矩   柔性脚   最优角  

摘要： 袋鼠跳跃具有速度快、运动稳健、落脚面积小及耗能低等优点。因而仿袋鼠弹跳机器人在未来星际探索、军事侦查以及反恐活动等方面具有广泛的应用前景。研究符合袋鼠生物运动特征的柔性弹跳机构模型及其动力学特性是仿袋鼠机器人研发的必要基础和关键技术。 本文首先在大量查阅和分析国内外弹跳机器人研究文献资料的基础上,综述了当前弹跳机器人的基本理论和研究现状,采用双质量弹簧系统对机器人弹跳运动过程进行了较为系统的分析。在此基础上,还研究了单腿弹跳机构落地时的倾翻与冲击问题,总结出了弹跳机器人性能的评价指标。 其次,本论文在对仿生机器人运动的基本理论和袋鼠生物体跳跃运动的特性分析的基础上,提出了仿袋鼠跳跃机器人的具有关节、腿部和脚部柔性的单腿模型,并从跳跃机器人运动过程的着地和腾空两阶段,采用Lagrange方法,建立了相应机器人模型的动力学方程,导出了各个关节的驱动力矩表达式。还利用Matlab6.5对机器人进行了仿真计算分析,给出了相应机构运动及动力特性线图,并对结果进行了讨论。结果表明:具有柔性脚的跳跃机器人的起跳时间增长,约占整个着地时间的2/3;当柔性脚与地面接触长度为最大时,地面的反作用力也达到最大;踝关节的输入力矩要比髋关节的输入力矩高出约6～8倍。这些结论将对仿袋鼠跳跃机器人的设计与运动控制具有重要的指导意义。 再则,提出了悬臂弹性梁结构的仿袋鼠机器人的柔性脚模型。分析了脚部在分别受集中力及弯矩作用下产生小变形及大变形的情况。利用椭圆积分方法,求出了仿袋鼠机器人脚部变形的表达式和末端(踝关节)变形后的位置变化关系以及地面最大作用力的公式,并进行了计算分析。 最后,通过分析有电机驱动的单质量—弹簧系统,对机器人动力学方程作了无量纲化处理,研究了产生导致单位距离能量损失最小的步态,导出了能量消耗的表达式,给出了最优的弹跳轨迹。还以能量损失最小为优化目标,推导了最优着地角的经验公式,并针对不同的参数,结合实例进行了计算分析。 本论文的研究工作为今后仿袋鼠跳跃机器人进一步研究和设计建立了理论基础,并提供了有参考价值的资料。

关键词： 3-RSR并联机器人   运动学   动力学   仿真  

摘要： 三自由度并联机器人是目前机器人机械学研究领域的热点之一，其在工业领域的应用也正显现良好的前景。本课题以3-RSR三自由度并联机器人的运动学和动力学分析为主要研究对象。 本文首先介绍了目前三自由度并联机器人的研究现状，分析了国内外学者的研究方法和已取得的研究成果。接着，对3-RSR三自由度并联机器人的运动学进行了研究。给出了规则结构的3-RSR并联机器人封闭正解和数值逆解，以及对称结构的封闭逆解的求解方法；利用反解求得3-RSR并联机器人的工作空间；用求导法和螺旋理论求得雅可比矩阵，且进行了奇异性分析。然后，在运动学分析基础上，完成了系统的动力学建模。利用雅可比矩阵建立了3-RSR并联机器人动平台的外力、外力矩、惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系。在合理的动力学假设基础上，运用牛顿．欧拉动力学方程建立了动力学模型，并通过拉格朗日方法建立动力学模型以和前者进行比较。在同样假设条件下，通过数值实例说明了两个模型的正确性。最后，用ADAMS软件进行运动学和动力学仿真，以验证运动学模型和动力学模型的可靠性和精确性。

关键词： 自由飘浮双臂空间机器人系统   运动学   动力学   非线性反馈控制  

摘要： 空间机器人是征服宇宙,造福人类的重要工具。双臂空间机器人系统采用自由漂浮模式可以节省燃料,延长空间机器人的使用寿命,降低费用。它是空间机器人的一种重要的控制模式。本文主要针对自由漂浮双臂空间机器人系统的动力学模型、控制和仿真等内容进行了研究。 在本文的第一章,我们对空间机器人的发展历史及国内外空间机器人的研究现状做了比较详尽的综述。 在本文的第二章,我们利用第二类拉格朗日方程推导了自由漂浮平面双臂空间机器人系统的动力学方程。同时,根据系统运动几何关系,对系统的运动学进行了分析,得到了系统运动Jacobi关系。这为自由漂浮双臂空间机器人系统的控制问题研究奠定了基础。 在本文的第三章,我们基于自由漂浮双臂空间机器人系统的动力学方程,并结合系统动量及动量矩守恒关系,给出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律,并进行了系统数值仿真。结果表明,在系统动力学模型及参数较精确确定情况下,该控制方案能够有效地控制自由漂浮双臂空间机器人系统完成关节空间的指定运动,且不需对其载体的位置、姿态进行主动控制。 在第四章,我们对自由漂浮双臂空间机器人系统末端抓手惯性空间期望轨迹的跟踪控制问题做了研究。首先,结合系统动量守恒关系,得到了载体位置无控、姿态受控情况下,双臂空间机器人系统的动力学方程。然后,以此动力学方程为基础,并结合系统运动Jacobi关系,利用计算力矩法设计了自由漂浮双臂空间机器人系统末端爪手惯性坐标系内轨迹跟踪的非线性反馈控制方案,并进行了系统数值仿真。仿真结果证实了方法的有效性。

关键词： 机器人足球   建模   动力学分析   运动分析  

摘要： 随着科学技术的飞速发展,智能机器人已成为计算机应用和人工智能发展的一个主要方向。机器人足球比赛是近几年国际上开展起来的一种高科技对抗活动,由于它集高新技术、娱乐、比赛于一体,所以引起了社会的广泛关注和极大兴趣。足球机器人涉及机器人、智能控制、数据融合、计算机技术、数字通讯、图像处理、机构学和人工生命等多个领域,为研究多智能体系统、多机器人等理论提供一个很好的试验载体,又为研究发展多智能体等系统理论提供了生动的研究模型,是理论密切联系实际极高生命力的成长点。 足球机器人系统是由四个子系统构成:视觉子系统,决策子系统,通信子系统,机器人车体子系统。跟据比赛规定,双方机器人在赛场上进行足球比赛,视觉系统对场上情景进行实时采集和处理,把辨识结果送给决策系统,通过无线发射器向小车发出一系列控制命令,小车在场上的表现直接体现了整个机器人系统的好坏。 本文对机器人小车的总体功能与要求、机械结构与车体构成、通讯单元、CPU单元、传动驱动、传感器等作以介绍,推导了轮式足球机器人运动学动力学方程,并对运动学和动力学进行了数学建模,在数学建模的基础上对运动学和动力学进行了分析,用齐次坐标变换进行了位置分析,并对小车在不同的情况下的速度和加速度进行了分析,使用MATLAB对在小车不同参数下的轨迹、姿态进行了仿真,归纳出足球机器人运动控制的基本参数。

关键词： 动力学   ADAMS   仿真  

摘要： 采用Kane方法,建立了含局部闭链的关节坐标型弧焊机器人动力学方程式,用ADAMS软件对在典型运动状态下机器人的动力学特性进行了仿真分析,所得结果可应用于关节驱动装置设计及动力学优化设计。

关键词： 机器人   关节测试   多体动力学  

摘要： 以天津市机器人公司的JSR-I型喷涂机器人为研究对象,动态测试了JSR-I机器人的关节力矩,同时应用Kane-Huston的多体动力学理论,建立了机器人动力学模型,为机器人的结构设计提供依据。

关键词： 四足机器人   力规划   二次规划   关节驱动约束  

摘要： 推导了四足步行机器人的动力学模型,在此基础上利用平方规划方法研究开发四足步行机器人脚力分配的新算法.这种方法既考虑电机模型,分析了四足步行机器人的关节驱动约束条件,又结合摩擦等约束分析及转换,建立了机器人多约束方程,利用平方规划提高解的质量,并缩减解的规模.最后通过实例验证了该算法的优越性.

关键词： 机器人   研究所   重点实验室   机器人学   自主创新能力  

摘要： On the evening of November 28, 2005, a robot “Lingxi-H” went onto the stage of the “Say What You Want” of CCTV. The robot steadily strode over obstacles according to orders. When master of the robot ordered it to find the most beautiful person, its eyes quickly fell on the compere He Jing. People were told that this robot was independently researched and developed by China Academy of Sciences Shenyang Automation Research Institute. It has independent property right of knowledge. This robot can replace people for working under the poisonous and harmful circumstance. People can use it to detect, eliminate danger, remove exploder, get rid of poison, and others. This robot can grasp material of five kilograms and work to the height of 2.2 meters. It is equipped with LCD, and people can observe its motion and working in four directions. In May 2005, the robot took an official service for the Public Security Bureau of Nanjing City. All the targets of Lingxi-H Robot got to the world advanced level. In September 2005, it ranked first through survey and appraisal among the national robots for anti- terror and explosion protection.