关键词： 导管螺旋桨   水下机器人   水动力特性   数值模拟   敞水性能试验  

摘要： 水下机器人作为海洋开发的有力工具,在海洋科学研究、水质环境监测、军事等方面都具有远大的应用前景。由于水下机器人在工作中受到环境的干扰较大,其精确定位及移动面临着巨大挑战,而准确的水动力学模型和高精度的水动力学特性是提高水下机器人控制器性能的基础和前提。本文以无人带缆的导管螺旋桨式水下机器人为研究对象,推导出水下机器人的空间运动学方程;分析水下航行中水下机器人受到的外力作用,并考虑海流的影响,建立了水下机器人的动力学模型;详细的分析了水下机器人受到的水阻力,为求解其水阻力系数奠定了基础。采用数值模拟方法,对水下机器人的惯性类水阻力进行分析,计算得到了水下机器人的的附加质量和附加惯性矩;模拟了水下机器人的拖曳水池试验和旋臂水池试验,分别计算得到相应的位置力系数和旋转导数。采用数值模拟方法分析导管螺旋桨的水动力性能,提出了一种分块混合网格划分方法,结合三种不同的湍流模型进行计算;完成了导管桨模型的敞水性能试验,验证了数值方法的可靠性,并选出了适用于导管螺旋桨水动力性能分析的湍流模型。本文的工作为该水下机器人控制系统的研制提供了依据,对其他类型水下机器人的设计以及水动力特性研究也有指导作用。

关键词： 并联机器人   滑模控制   动力学建模   机器人正解   机器人逆解  

摘要： Delta并联机器人是一类特殊的具有高速率、高精度、高承载力的工业机器人,由于其驱动原件少、结构简单紧凑,相比于传统的串联机器人具有更好的发展前景。由于该机器人为一种非线性、耦合的高速运动系统,因此常规的控制策略很难满足其高速运行需求,所以限制了其发展与推广。滑模变结构控制能够有效的解决非线性系统的控制问题,对系统参数不确定和外部扰动具有强鲁棒性。本文受串联机器人的滑模控制的启发,从机器人的动力学角度建模,提出了一种基于并联机器人动力学模型的双环滑模控制策略,旨在减小系统的稳态误差,克服高速运动下外部干扰以及外部参数摄动对机器人的定位精度的影响,使该系统具有良好的稳定性。本文首先对Delta并联机器人的机械结构进行分析,并从运动学的角度对该机器人的几何结构进行了合理的化简,结合运用解析方法,获得了该机器人的正、逆解的有效算法,并结合实物进行了验证。在运动学的基础上对该机器人的奇异性、任务工作空间进行了分析与规划。为了弥补运动学分析的不足,得到更精确的机器人模型,本文随后从逆向动力学角度对Delta并联机器人进行了建模分析,并对机械结构的质量分配等问题进行了较为深入的研究,在保证精度的情况下得到了动力学简化模型,使之能够用于控制器的分析与设计。在前三章节的铺垫下,本文设计了结合动力学模型的单回路滑模控制器与双回路的积分滑模控制器,并对机器人模型控制效果的进行了仿真,并将控制效果良好的后者用于Delta并联机器人实物控制实验。最后本文从实用性的角度出发,对机器人的抓取轨迹进行了优化,并结合控制策略对机器人实物进行实验。Delta并联机器人的实验表明,该机器人在本文所设计控制器控制下,在高速运行状态中具有良好的动态性能,并且能够很好地跟踪给定轨迹,满足工业环境的需求。因此,本文对高速、高精度Delta机器人的控制算法的研究具有一定的理论和使用价值。

关键词： 机器人学   第二定律   文博士  

摘要： "昨晚我做了个梦。"LVX-1平静地说。苏珊·凯文一言不发,但她那因智慧和经验而满布皱纹的脸上,似乎闪过一丝细微的抽搐。"您听到了吗?"琳达·鲁旭紧张地说,"跟我刚刚告诉您的一样。"她是个身材娇小的年轻女子,有着深色的头发。此刻,她的右手不停地握拳又松开。凯文点点头。她平静地说:"艾弗克斯,从现在开始,你不能动,不能开口,也听不见我们说话,直到我喊你名字为

关键词： Computer Science  

ISBN: (数字)9789814725248 ISBN: (纸本)9789814725231

摘要： This book provides state-of-the-art scientific and engineering research findings and developments in the area of mobile robotics and associated support technologies around the theme of assistive robotics. The book contains peer reviewed articles presented at the CLAWAR 2015 conference. The book contains a comprehensive collection of papers on legged locomotion with numbers of legs from two upward to multi-legs, which includes robots cable of climbing walls, poles, or more complex structures such as continuing the distinctive CLAWAR themes. There are also a strong showing of articles covering human assist devices, notably exoskeletal and prosthetic devices, as well as social robots designed to meet the growing challenges of global ageing population.

关键词： Structural dynamics  

摘要： The structural dynamics in Archwire-Bending process is critical to the orthodontic archwire bending robot. In this paper, structure of orthodontic archwire bending robot is analyzed. Transient dynamic of orthodontic archwire bending is analyzed using the transient dynamic module of ANSYS/Workbench software. Stress curve and distribution of orthodontic archwire, fixed die, rotation die and supported end of orthodontic archwire in the process of orthodontic archwire bending is obtained. The structural dynamics simulation lays the foundation for the structural design of orthodontic archwire bending robot. © 2015 SERSC.

关键词： 轮履复合式底盘   救援机器人   动力学   稳定性   乘适性   优化  

摘要： 轮履复合式救援机器人是一款新型的救援机器人,它具有灾难现场搜救和伤员转运的功能。机器人融合了复合式底盘技术,拥有较高的机动性能和较好的地面通过性能,这使得其救援效率得到很大的提升。出于提升实际救援的工作效率,轮履复合救援机器人的底盘采用特殊性的结构设计,但是这种设计是否可以真正改善救援机器人的性能有待进一步考证,因此本文对救援机器人底盘的动力学性能进行了较为详细地分析。本文针对救援机器人的整体结构进行了简要介绍,分析了影响救援机器人底盘性能的关键因素,并明确了课题的主要研究方向和侧重点。首先,本文参考了普通履带车辆底盘稳定性的分析方法,结合救援机器人的结构特殊性,并综合空间运动学以及多体动力学建模的相关理论,建立了变体轮履带的稳定性动力学分析模型,对履带部位的稳定性进行了分析。利用多体动力学仿真软件Adams对机器人的实际运行过程的稳定性进行了仿真分析,并针对分析结果提出了底盘结构上的改进方案。其次,由于救援机器人具有伤员转运的功能,因此,出于对所转运伤员安全性和舒适性的考虑,本文对救援机器人在轮式底盘状态下的乘适性进行了动力学建模和仿真分析,根据分析结果通过MATLAB设计相应的优化程序对底盘的结构参数进行了优化,并通过优化结果修改仿真模型参数再次运行仿真,由仿真结果验证了文中所设计的优化过程的合理性。最后,为了进一步考核救援机器人底盘的动力学性能,本文对救援机器人底盘在特殊路况下的运行过程的动力学性能进行了分析,由分析结果得知影响机器人底盘性能的关键影响因素以及影响机理,为下一步对救援机器人的控制优化提供了理论依据。

关键词： 搜救机器人   寻线行走   无轨迹行走   策略设计  

摘要： 随着智能技术的发展,教育机器人逐步走进中小学课堂,机器人竞赛也成为促进科技进步、普及科技教育的方式之一,搜救机器人竞赛是中小学机器人竞赛中较常见的赛项。在搜救型机器人竞赛中,机器人要顺利完成搜救任务,主要解决三个关键问题：行走、搜索、定位。本文以“虚拟搜救机器人”为实验平台,对搜救机器人的设计与实现策略进行研究,在比赛中能够设计合理的机器人、采用优化的策略,并把这种设计和策略应用于其他搜索类机器人竞赛,从而在比赛—中取得较好的成绩。首先,提出了虚拟机器人搜救比赛需要解决的核心问题,分析了寻线循迹行走的常用算法与策略,发现其适用场合及不足,提出了用寻迹卡传感器机器人的算法与策略,优化了的寻迹卡机器人速度和寻线策略。其次,介绍机器人无轨迹行走与定位的算法和策略,提出了单个红外测距传感器沿墙直线行走的较优策略,指南针纠正位姿方向的策略。根据场地的任务进行地图分割,将无轨迹环境进行分类,找出了一条相对优化的机器人行走路径,提出了不同情况下的场地环境下机器人行走与定位的算法。通过实验,提出了传感器的设置、优化方法和提高搜救机器人整体性能的几种方法。之后,在虚拟机器人搜救仿真平台进行实验,从实验的角度验证了算法的有效性实验数据表明实验策略的结果明显优于已有策略。主要表现在以下几方面：行走速度快;稳定性高;搜索准确;定位精确。最后,提出了对中小学搜救机器人的思考。

关键词： medical robotics   rehabilitation robotics   surgical robotics  

摘要： The applications of robotics in recent years have emerged beyond the field of manufacturing or industrial robots itself. Robotic applications are now widely used in medical, transport, underwater, entertainment and military sectors. In the medical field, these applications should be emphasised in view of the increasing challenges owing to the variety of findings in the field of medicine, which requires new inventions to ease work process. The objective of this review paper is to study and present the past and on-going research in medical robotics with emphasis on rehabilitation (assistive care) and surgery robotics which are certainly the two main practical fields where robot applications are commonly used presently. The study found that rehabilitation and surgery robotics applications grow extensively with the finding of new invention, as well as research that is being undertaken and to be undertaken.

关键词： 独轮车机器人   PID控制   LQR控制   离散控制   RBF神经网络  

摘要： 独轮车机器人作为移动机器人领域的一个重要组成部分,同以往的四轮,三轮或者两轮移动机器人相比其动力学建模和控制问题更加困难,该机器人与地面只有一个接触点,属于非完整约束,在控制俯仰平衡的同时还需要控制横滚平衡。独轮车机器人因为其自身结构上的特点,决定了它具有多变量、强耦合、高度非线性,欠驱动和静态不稳定动态稳定等特点,其姿态的平衡控制问题,对于控制理论与控制工程具有很大的挑战性。本论文的研究涉及到了分析力学、机器人学、控制理论与应用、MATLAB应用、神经网络智能控制等多学科的内容。 本论文以一种能够实现自平衡运动的独轮车机器人为研究对象,在机器人的机械系统方面分为行走轮机构,横滚平衡机构以及航向控制机构,其车体在行走轮电机的驱动下可以实现俯仰平衡,车体上设计有平衡杆,该平衡杆用于实现车体的横滚平衡,车架上安装了专门用于航向控制的航向驱动。本文基于Routh方程建立了独轮车机器人的动力学模型,针对线性控制以及非线性控制,重点设计了PID控制器,LQR控制器,PID&LQR控制器,离散控制器以及基于RBF神经网络自适应控制器,采用Matlab中的Simulink模块和S-function模块对设计的控制系统进行了平衡控制仿真。从仿真实验结果中可以得出,通过上述控制器可以使机器人在2S左右的时间内实现俯仰、横滚以及航向三个方向的控制。在本文的最后介绍了独轮车机器人的实物样机初步搭建,分别介绍了机器人的机械系统和软硬件控制系统,为后续研究做了铺垫。 独轮车机器人是典型的非线性,强耦合,欠驱动,时变系统,该机器人的研究和发展对控制科学领域和机器人学领域均有着深远的意义。

关键词： 轮腿式机器人   Rolling-Wolf   运动学   步态规划   动力学   ADAMS  

摘要： 高性能移动机器人一直是国内外仿生机器人的研究热点,本文首先分别从结构设计方面、运动规划方面和反馈控制方面分析了目前智能机器人的研究情况,主要包括四足机器人及轮腿式机器人的发展现状。目前主流的几类机器人的特点如下:足式机器人地形适应能力较好,但是其机构复杂,运行速度比较低;轮式机器人运行平稳、控制比较简单,但是轮式机器人地形适应能力较差,越障能力很受限制;而轮腿式机器人则综合了两者的优点,既有轮式机器人的高速高效运行的特点,也有腿式机器人的越障能力,因此,轮腿式机器人已经逐渐成为国内外学者的研究对象。主体部分针对一种新型仿生轮腿式机器人——Rolling-Wolf进行研究,该机器人腿部机构由车身、大腿、小腿、电机、滑块及驱动轮组成。基于该样机,主要进行了如下的研究工作:①采用欧拉角和空间坐标系的齐次变换,建立了机器人的包含俯仰角和翻滚角在内的正、逆运动学模型;然后,基于机器人微分运动变换求出了机器人的速度雅克比矩阵,用于表示机器人关节运动和足端运动的关系。②基于运动学理论对Rolling-Wolf进行了基于抛物线过渡的线性插值方法的步态规划,该步态不仅满足静稳定原理,而且对机构不会产生刚性冲击。然后根据设定的初始步态参数,通过Matlab语言实现了足端轨迹曲线和样点的采集。③采用拉氏方程和虚功原理建立了Rolling-Wolf机器人的动力学模型,选取了大腿和车身夹角以及大小腿夹角作为该模型的广义坐标,同时考虑了轮子和地面之间的接触力,该动力学模型具有良好的通用性。④在ADAMS中进行了平地慢爬步态的仿真,重点介绍了ADAMS仿真参数的设置,以及通过逆运动学计算得到的滑块的驱动设置方法。仿真完毕后,对车身质心和同侧大腿滑块的运动进行了观测和分析,并验证了理论运动学模型的正确性。