关键词： 并联机器人   冗余驱动   动力学建模   Matlab仿真  

摘要： 并联机器人由多条运动支链组成,其精度、刚度等方面优于串联机器人,在工业中得到了广泛的应用。但是由于其结构的复杂性,且各支链间存在非线性强耦合的关系,加上奇异位形的存在,限制了并联机构最大限度地发挥作用。冗余自由度机器人,特别是冗余驱动的提出对消除并联机构的奇异位形,改善机构的运动学性能与动力学性能方面具有重要意义。本文以二自由度平面冗余驱动并联机器人模型为研究对象,从基于螺旋理论的运动学性能分析、基于Kane方法的动力学模型建立以及动力学性能分析和机器人控制器设计三个主要方面做了深入研究。\n 螺旋理论在作机构运动学分析方面比较简洁,明了。利用螺旋理论分别建立机构自由度计算的一般公式以及非冗余机构与冗余机构雅可比矩阵,画出机构运动性能的两个评价指标即机构刚度与灵巧性随时间的变化曲线,可知冗余机构有利于改善机构的运动学性能。\n 利用Kane方程建立二自由度平面冗余驱动并联机器人的动力学模型,基于该模型,采用拉格朗日乘子法从静态和动态两方面对主动关节的驱动力矩进行优化,并通过 Matlab仿真的形式,验证此种优化方法的正确性,为平面二自由度冗余驱动并联机器人的控制器设计提供理论基础。\n 本文在研究已有的传统控制方法与现代智能控制方法的基础上，提出了自适应滑模同步控制方法。与传统的方法作轨迹跟踪仿真实验比较,以验证所提出方法的有效性。

关键词： 机器人竞赛   金奖   实验小学   青少年   学校   勉县   参赛   校园  

摘要： “我们学校的机器人获全国金奖了!”这几天，勉县实验小学的校园里，这个消息像一枚响雷，震彻在学校上空，全校师生士气高涨，喜气洋洋。我们不禁会问：是怎样的一群人，制造出什么样的机器人，竟然能从全国各地包括香港、澳门的498支参赛团队、1400余名参赛青少年中脱颖而出，获得第十一届中国青少年机器人竞赛金奖呢？带着这样的疑问，记者走进了勉县实验小学。

关键词： 装配机器人   方案设计   运动学分析   动力学分析   有限元法   模态分析  

摘要： 本文设计了一种五自由度装配加工机器人并对其进行方案及结构设计、运动学、动力学解析及仿真，最后通过有限元软件对该机器人的关键部件进行了静态分析、模态分析，对分析结果进行了比较。主要工作以下几个方面：\n 1)结合装配用的钻(扩、铰)削加工载荷类型的特点，对五自由度装配加工机器人进行总体运动方案和结构方案的设计，然后运用三维软件SOLIDEDGE对机器人的主要部件进行结构设计，最后建立机器人三维实体模型及绘制了相应二维装配图。\n 2)进行装配加工机器人的运动学解析和解析软件的编制，首先建立运动学方程并求出正、逆解，采用蒙特卡洛法计算机器人的工作空间，然后采用矢量积方法构造出机器人的速度雅可比矩阵。最后通过虚拟样机技术，在ADAMS中对机器人的运动学正解、逆解、速度雅克比等问题进行仿真，将ADAMS仿真结果与论文的解析结果进行对比，从而验证了论文运动学解析的正确性。\n 3)采用第二类拉格朗日法建立装配加工机器人动力学模型，推导出机器人动力学方程。编写动力学求解程序，对动力学的逆问题进行仿真，为以后的控制和轨迹规划提供了依据。\n 4)对装配加工机器人的关键部件(腰部、臂部、腕部)在多种工况下进行静态分析，得到应力与位移分布云图，修改设计中的刚度薄弱的零部件；然后对影响机器人性能指标的关键部件进行模态分析，得到前六阶的频谱和振动特性，为避免机器人在共振时工作和改进机器人的结构提供了依据，同时也为瞬态分析、谱分析，谐响应分析打下了基础。\n 本文对五自由度装配加工机器人的相关研究，为以后该系列机器人的研究奠定了基础。

关键词： 混联机器人   动力学分析   轨迹规划   遗传算法   控制系统  

摘要： 随着社会的发展和工业机器人技术的进步,以工业机器人为核心的自动化生产线的应用能够有效降低劳动力的成本,提高产品的生产率和质量,已经成为当前科技发展的趋势。本文提出并研究了一种新型的六轴混联冲压机器人:\n 提出一种由2RRU/RUU并联机构和 RP串联机构组成的混联机械手并进行了机构运动学分析,推导出了2RRU/RUU机构的位置逆解方程,并采用求导法得出了该机构的速度方程,推导出了该并联机构的速度雅可比矩阵。\n 基于ANSYS对RP-2RRU/RUU机构进行了模态分析及谐响应分析,得出了机械手的动态特性,接着采用牛顿欧拉法对该机械手进行了逆动力学建模,并对所推导的动力学方程进行仿真以验证建模的正确性。\n 采用五次多项式对其进行了轨迹规划研究与实例计算,接着对其进行了避障路径规划研究,并采用遗传算法在MATLAB中对其进行了基于最短时间的路径优化仿真。\n 对该机器人控制系统中的硬件方案进行设计,并进行了软件系统设计与开发,然后对该机器人做了功能测试与精度检测实验。通过测试实验可以看出,该机器人可平稳地抓取工件并运动至指定区域,可满足冲压生产线上料、送料加工与取料等需求,且机械手精度的测量结果验证了整个机械手机构制造和控制系统开发的精确性,验证了该机械手的可使用性。\n 本文从理论研究到样机研制,并进行了实验测试,完成了五自由度混联冲压机器人的研发,对国内自动化生产技术的发展具有重大意义。

关键词： 任务驱动   机器人学   独立学习  

摘要： 在《机器人学》引入"任务驱动教学法",以学生为中心,将各种教学内容整合成任务,课堂的"教"和"学"都围绕机器人学中的教学目标,通过任务设计、任务完成、任务评价,使学习者在完成任务的同时,将新、旧知识点融会贯通,培养其创新意识和独立学习能力。

关键词： 铺面检测系统   机器人学   自主式检测   铺面破损   影像处理   彩色双光源检测  

摘要： 铺面检测是对于长期的铺面维护以及修缮事项的重要工作项目。这种长期的铺面维护以及修缮事项通常是耗时且耗人力的。于此本研究提出了一种自主式的铺面检测方法，也就是 PI-bot。在本论文研究中提到了两大贡献中，第一个为开发一自主式之智能机器人，主要是检测仪器之搭载及运动之用途。此机器人搭载了全球定位系统、惯性测量单元、雷射测距仪以及一个铺面检测的模组。而其系统软体是在微软之MSRDS底下做开发，于此则可以提供PI-bot开发上相当高之弹性以及扩充性，并且于其系统内部采用IPC机制处理资料的同步。除此之外，PI-bot还实作了RTK定位、避障系统和重复检测的行为。为了评估此PI-bot之自主式机器人之可行性以及效果，本研究已经在硬体沟通、软体架构以及行为的实作方面全方面进行测试。而其测试之结果也显示此PI-bot系统能够在短距、小范围的铺面检测上正常运作。而PI-bot的第二个部分则是我们所研发适用于机器人检测的彩色双光源检测方法(CDLI)，此破损辨识方法适合于自动式的检测。此CDLI方法主要包含四个步骤，也就是影像撷取、影像相减、影像强化以及影像分类。为了能够验证这个方法，我们撷取504张的影像，并且利用这些影像来测试CDLI方法的成效。而实验的结果显示，此彩色双光源检测方法(CDLI)在一般正常铺面、鳄鱼状裂缝和人手孔方面有相当好的成果，而在污渍铺面以及纵向横向裂缝的铺面上，也可达到令人满意的效果。而在将彩色双光源检测方法与PI-bot进行整合后，本研究也证明此即时自主式铺面检测系统可有效地执行铺面检测工作。

关键词： 并联机器人   动力学模型   计算机辅助方法   凯恩方法   单刚体   PID控制器  

摘要： 为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.

关键词： 轮式移动机器人   轨迹跟踪   动力学模型   自适应滑模控制   反演技术  

摘要： 通过对一类质心和几何中心不重合情况下轮式移动机器人控制问题的研究,提出了一种具有全局渐近稳定的自适应滑模轨迹跟踪控制律。首先针对系统的运动学模型,设计了一个运动学控制器;然后基于动力学模型和运动学控制器,利用反演技术和积分滑模控制的思想设计了自适应滑模控制器,该控制器能有效地克服未知扰动的影响。并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性且跟踪误差收敛,满足了移动机器人的轨迹跟踪要求,且具有设计方法简单、鲁棒性强的特点。最后通过2个仿真算例验证了所提控制律的有效性和正确性。

关键词： 水下考古   高科技   机器人学   考古学   海洋学   水声学   古建筑   抚仙湖  

摘要： 水下考古是考古学的一个重要分支，涉及海洋学、水声学和机器人学等诸多学科，是一个正在探索中的新领域。而科技在这一领域的作用尤为重要，这在对我国云南省抚仙湖水下古建筑的考古实践中得到了集中展现。

关键词： 并联机器人   动力学分析   实体建模   扭矩计算  

摘要： 在对国内外并联机器人研究现状分析的基础上,论文研究了一种动平台的工作空间为立方体结构的3自由度的纯平动的并联机器人的动力学问题。这种机器人在X、Y、Z方向存在解耦运动,并且机构中只含有旋转副,总共包含有21个旋转副。通过研究机构的运动学、动力学可以了解机构的在执行过程中的基本信息,进而,将机构的运动进行虚拟仿真,从而得到机构真实的运行情况,得到机构运行时速度和力的曲线,通过调整输入来达到我们想要的运行路径。为了能够在现实中实现成本最小化,利益最大化,我们要将所需扭矩的大小和杆件的长度相结合,得到优化机构,从而达到在选择电机时使成本最小化。在此过程中论文取得以下主要成果:\n (一)使用“普吕克坐标法”研究机构的结构及自由度,得到机构为冗余性机构;求解机构的位置的正解和逆解,并得到相应的速度的正解和逆解,从而得到与机构位置和速度相关的条件;由速度和位置的分析得到机构的奇异位型,以及机构的工作空间。\n (二)进行机构各个杆件和动平台的动能和势能的计算,使用拉格朗日法对3-DOF平动正交并联机器人的动力学进行数学建模,以其建立机器人驱动力与系统运动参数之间的动力学关系模型,从而使得动力学的研究更加透彻。\n (三)利用三维实体软件SolidWorks对机构进行实体建模,并在实体软件中初步实现机构的给定轨迹运动;然后将三维实体模型通过格式转换,将其导入到Adams软件中进行动力学模拟,通过给定机构的运动轨迹得到杆件和运动副的速度和力图像,进而得到机构的驱动输入角度曲线。将得到的曲线进行近似优化,用确切的函数将曲线表示出来,然后将新函数输入到机构所添加的驱动中,使得动平台运动,从而得到机构的仿真运行情况。\n (四)为了在现实中减小电机的功率,从驱动和杆件的重量来考虑,可以对机构的杆长进行优化。进而选择转矩较小的电机。