关键词： 移动机器人   运动系统动力学   行驶机构   运动控制  

摘要： 作为高科技集中体现的移动机器人通常由多个系统组成,在这些系统中,最基本的系统便是运动系统.该文以为移动机器人导航系统的研究提供一个结构合理、性能优越的平台为目的,对移动机器人运动系统的设计、动力学及其控制做了深入的研究.在机器人的整体设计中,重点介绍了作为运动系统重要组成部分的行驶机构的设计.差分机构的应用、电机安装的卸荷机构、轮内驱动和各轮独立转向是该移动机器人行驶机构设计的重要特点.动力学分析中,首先在对移动机器人行驶阻力进行分析的基础上,应用动力学中的功率方程得出了移动机器人的行驶方程式,为驱动电机的选择提供了理论依据.该文重点对前轮控制转向时系统的动力学进行了分析.在分析前轮控制转向系统动力学时,首先根据所建立的移动机器人的二自由度模型得出其运动微分方程,在此基础上对前轮角阶跃输入下机器人的稳态响应、瞬态响应及横摆角速度频率响应进行了分析,分析过程中对所设计机器人的稳态横摆角速度增益、横摆角速度瞬态响应以及横摆角速度频率特性进行了仿真,仿真结果验证了机器人设计的合理性.分析四轮控制转向系统动力学时,提出了一种简单的控制方案.应用网络对电机进行控制是该机器人运动控制的一个重要特点.工业控制机、RS-232多路器、直流电机运动控制器组成了机器人的运动控制网络,工控机通过串口向电机运动控制器发送指令控制电机的转动,驱动电机与转向电机的转动组合实现了机器人的各种运动形式.机器人的运动实验获得了满意的结果.

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)7505393340

关键词： 六自由度   并联机器人   动力学建模   力控制   阻抗控制  

摘要： 六自由度并联机器人不仅具有一般并联机器人所具有的刚度大、体积小、运动精度高、力/力矩重量比大、动力性能好、易于力反馈控制等优点,而且能实现空间六个自由度方向上的运动,因而在飞机、舰船、宇航和车载设备等的动态模拟试验装置上得到了广泛应用,已成为现代飞机、舰船、宇航和车载工业发展的重要工具.该文以对接机构综合试验台为研究对象,首先介绍了六自由度并联机器人的结构、特点以及发展概况和应用前景,然后从控制的角度出发,介绍了并联机器人几种主要的力控制方法.由于目前关于并联机器人动力学方面的研究还不充分,所建立的动力学模型或者过于复杂,或者不够完善,不方便控制理论和控制工程学者的研究.为此,该文将六自由度并联机器人看作由运动平台和六个液压缸组成的多刚体并联机构,利用凯恩(Kane)方法建立了包含液压缸惯性的六自由度并联机器人多刚体动力学模型,该模型不仅全面的表征了六自由度并联机器人的动力学特性,而且具有简单、通用的形式,同串连机器人的动力学模型结构完全相同,使得已经发展成熟的串联机器人控制方法有望移植于并联机器人,为并联机器人控制方法的研究开辟了一条捷径.由于该机器人采用液压伺服系统驱动,为此该文第三章对对称阀控制单出杆对称缸的模型进行了简单的推导,并最终建立了六自由度并联机器人系统模型,在建立该模型的基础上,对系统的频率特性进行了分析,通过不同的校正方式保证了系统各自由度的频宽要求.在该文的第五章,为六自由度并联机器人设计了力控制器,采用阻抗控制的方法实现机器人的力控制,并进行了单自由度和六自由度的仿真,仿真结果表明,该文理论推导正确,所设计的阻抗控制器能够较好的实现机器人力控制.

关键词： 机器人轨迹规划   机器人操作性能   微分几何学   测地线   体积元素   机器人运动学   机器人动力学  

摘要： 本文应用现代微分几何学的方法,对机器人机构操作性能评价指标和轨迹规划问题进行了研究。将机器人的运动学和动力学性质通过活动标架法和黎曼度量映射为相应的几何曲面,利用该曲面上的体积元素、黎曼曲率和测地线等几何不变量的几何性质,研究机器人的操作性能和最优轨迹规划,构成了本文工作的主线。 本文首先应用现代微分几何的活动标架法,建立了一种新的机器人运动学正解的递推公式和速度递推公式。由活动标架的递推公式,得到了机器人末端执行器上的活动标架,所有活动标架的集合构成了机器人工作空间的几何曲面。将外微分与活动标架法相结合,定义该曲面上的体积元素作为机器人的运动学操作性能评价指标,它是不变量,根据微分几何中体积元素的几何意义,该体积元素反映了机器人末端执行器平移和旋转的综合能力。体积元素越大,机器人的综合操作性能越好,体积元素是关节转角的函数,本文利用该指标确定了机器人的最优操作位姿,然后对体积元素进行积分,得到了一个综合指标。当体积元素为零时,机器人的综合操作性能最差,机器人处于奇异状态,由此可以得到机器人的奇异位姿,传统的机器人奇异性分析是基于雅可比矩阵的行列式为零的。用外微分定义的体积元素形式简洁,计算量小,本文将活动标架法与外微分相结合,使外微分的几何意义能够很好地与机器人的操作性能对应上,解决了外微分无法应用于机器人操作性能分析的难题。 本文分别以机器人的轨迹弧长的平方以及机器人系统的动能为黎曼度量,将机器人的运动学和动力学性质映射为相应的黎曼曲面。该黎曼曲面上的测地线是不变量,它是曲面上两点之间距离最短的必要条件。在此基础上,本文提出了基于测地线的机器人最优轨迹规划方法。运动学曲面上两点之间的测地线对应于机器人两点之间路径最优的轨迹,动力学曲面上两点之间的测地线对应于机器人两点之间动能最优的轨迹。通过解不同黎曼曲面上的测地线的微分方程并将其映射到机器人的各关节变量,充分利用各关节之间的耦合关系,得到了机器人的运动学和动力学最优的轨迹。最后,本文给出了几种二自由度和三自由度机器人的轨迹规划算例,对所得到的运动学和动力学最优轨迹规划结果进行了仿真,验证了基于测地线的轨迹规划方法的正确性。该方法利用测地线直接得到机器人最优轨迹的方程,而常规的最优轨迹规划方法是基于多项式轨迹的数值逼近。另外,该方法是以测地线轨迹的弧长为参变量的非时间参考的轨迹规划方法,它反映了机器人运动轨迹的实时信息,因此,在应对复杂环境时就更具有智能性。 总之,本文利用现代微分几何学中的活动标架法和通过建立黎曼度量,将机器人的运动学和动力学性质映射为相应的几何曲面,结合该曲面上测地线、体积元素和黎曼曲率等不变量的几何性质,将外微分应用于机器人操作性能分析,并提出了一种基于测地线的最优轨迹规划方法,将机器人的轨迹弧长和系统的动能分别用测地线的弧长来表示,通过解测地线的方程直接得到机器人的最优轨迹。

关键词： 智能机器人  

ISBN: (纸本)7505399527

摘要： 本书所包含的内容对于理解机器人中的人工智能方法是必不可少的，同时它也包含了人工智能机器人在感知、导航、路径规则、不确定导航等方面所必须的内容。

关键词： 双臂空间机器人系统,柔性空间机械臂系统,运动学,动力学  

摘要： 空间机器人技术的飞速发展，使得越来越多的空间作业任务由空间机器人系统来辅助完成成为可能。如对远轨道失效卫星的捕获、修理，以及辅助飞船与空间站的交会、对接等作业任务。在这些情况下，使用空间机器人能够大大减少宇航员舱外作业带来的各类危险；而大型空间站的在轨组装、维修等操作任务，更为空间机器人提供了广阔的应用前景。 由于空间机器人尤其是带柔性臂的空间机器人系统在太空处于失重、无空气阻尼状态，因此它的运动学、动力学及控制问题与地面机器人系统有着本质上的区别，必须根据它们的作业环境及特点，对上述问题重新加以研究、认识，所以它的研究有着极其重要的理论与实际意义。本文将对几种具体的空间机械臂系统模型进行运动学、动力学分析，并总结出其中一些共性的问题和它们之间的区别，以便为人们开展空间机器人控制系统设计问题的研究打下基础。全文工作具体如下： 在本文的第一章，介绍了本论文的选题的选题背景、意义以及研究现状，并大致介绍了本论文的主要研究工作。 在本文的第二章，我们对具有夹持载荷的闭环双臂空间机器人系统的运动学问题做了分析。根据系统运动几何关系并结合系统的动量守恒及动量矩守恒关系，我们给出了系统运动的广义Jacobi关系。分析表明，由于闭环双臂空间机器人系统特有的约束性质，其运动Jacobi关系与单臂空间机器人系统有很大的区别。 在本文的第三章，我们对柔性空间机械臂系统的运动学问题做了分析。首先采用模态综合法对柔性臂的变形做了描述，在此基础上，结合系统动量守恒及动量矩守恒关系，分析、建立了柔性空间机械臂系统的广义运动Jacobi关系，为考虑柔性影响的系统运动学分析奠定了基础。 在第四章中，我们讨论了柔性空间机械臂系统的动力学建模问题。以模态综合法为基础，建立了一阶模态展开的柔性空间机械臂欠驱动形式的系统动力学方程。该形式方程的优点在于，其方程结构与地面同类柔性机械臂完全相同，便于将地面柔性机械臂的成熟控制技术向柔性空间机械臂系统移植。 在本文的第五章，为了更好的比较模态函数个数的选取对系统动力学分析精度的影响，我们建立了二阶模态展开形式的柔性空间机械臂系统动 力学方程。与一阶模态展开形式的系统动力学方程相比，它的方程结构明 显复杂得多，计算量成倍增加。其优点在于控制精度也随之增加，控制的 效果比较好。 在本文的第六章，我们在模态综合法的基础之上，采用一阶模态截断 函数并结合系统的动量守恒及动量矩守恒关系，分析、建立了柔性空间机 械臂系统完全能控形式的系统动力学方程。与第四、第五章得到的柔性空 间机械臂系统动力学方程相比，该方程结构更紧凑、数目也明显减少，但 方程中系统参数出现的形式变得非常复杂。该方程的优点在于动力学方程 中不包含载体位置、姿态变量，因此也不需要反馈、测量这些量，能够有 效地简化控制器的结构。

关键词： 机器人学   EcoBotII  

关键词： 水轮机修复专用机器人,特征建模,动力学,Pro/Engineer,Matlab,ADAMS  

摘要： 文章主要针对水轮机修复专用机器人动力学问题。用三维工程设计软件Pro／Engineer对水轮机修复机器人进行虚拟设计，包括零部件的3D建模、虚拟装配及模型的输出等，提出了用Pro／Engineer进行产品的建模、特征建模和参数化建模方法。 机器人动力学分析从静力出发，首先用Matlab软件计算机器人在静态下的连杆受力和平衡方程，结合运动学所得出的结论，讨论了机器人焊接打磨时的静态特性。然后基于静力学的结论基础上，利用达朗贝尔原理建立牛顿-欧拉动力学方程，再运用三维工程分析软件ADAMS对机器人进行动力学仿真，以此来验证动力学方程的正确性和可行性。

关键词： 模糊逻辑   冗余度机器人   轨迹规划   避障   灵活性  

摘要： 论文提出了基于模糊逻辑的冗余度机器人避障算法,算法中利用模糊规则自动调整避障控制参数,使机器人在最短的时间内做出快速回避反应,提高了系统的智能性;另一方面,算法中利用动力学控制代替了位置控制,减少了避障过程中,由于速度突变引起的关节冲击力,提高了系统使用寿命。最后通过一平面三连杆三自由度机器人进行仿真研究,结果证实了该算法的有效性。