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以具有平衡摇臂机构的移动机器人为研究对象,设计一种基于非线性规划遗传算法的姿态控制算法,提高越障过程中工作平台的平稳性。首先简化平衡摇臂机构并定义表征移动机器人空间状态的姿态参数。利用空间机构学位姿变换方程推导出所定义的空间姿态参数与轮心相对位置之间的数学关系。然后设计非线性规划遗传算法,以移动机器人稳定性条件为约束设计遗传算法适应度函数并求解目标姿态控制参数。为验证所设计的姿态控制算法,在ADAMS软件中搭建移动机器人三维模型和障碍路面模型,并联合MATLAB/Simulink对移动机器人进行了运动学仿真。仿真结果表明在该姿态算法的控制下,与不施加主动姿态控制相比较,移动机器人通过搭建的障碍路面时最大侧倾角由10.8°降低到了1.8°,质心高度变化幅值度由96.4 mm降低到了34.9 mm,证明了姿态控制算法的有效性。 相似文献
作为一种新型柔韧机器人,软体机器人越来越受到人们的重视。如何构建在不可预知环境下的应变能力是软体机器人技术的重点研究目标。针对该问题,提出了一种基于智能驱动传感的半软体机器人运动模式和系统组成,在此基础上设计建立了各运动模块的机构构型,并把执行器机构部件和形状记忆合金驱动器耦合成为整体,建立了机器人各关节的动力学模型和运动学模型,根据模型确定了机器人机构设计以及驱动器设计的关键参数。使用高强度工程塑料加工机器人壳体,采用3D打印柔软外壳和非对称足底,将2类合金丝固联在机器人体内,基于径向基函数（RBF）神经网络和支持度函数形成了最终的控制方案,并进行了前进方向的运动试验,验证了该机器人系统模型的正确性。 相似文献
针对机载武器惯性导航系统动基座传递对准问题,以系统原始的非线性模型为分析对象,根据可观测性的基本定义,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解。通过分析系统各状态量的解同载体运动方式之间的关系,得出了系统各状态量可观测的充分条件,并设计了相应的机动方案。结果表明,载体在不同加速度下的平移运动可增强惯性器件误差、安装误差角和姿态的可观测性,而载体的旋转运动则有助于提高杆臂的可观测性。与传统方法不同,该方法分析过程简洁明了,且物理意义明确,为合理规划载体的机动方案提供了理论指导,同时,也为其他非线性系统的分析与设计提供了新的思路。最后,采用扩展Kalman滤波（EKF）对系统进行了仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性和有效性。 相似文献
针对航天器相对姿态估计问题,提出了一种用于单目视觉成像系统的姿态估计方法。在传统核回归方法的基础上,采用训练数据在姿态空间的相似性对视觉输入（图像特征）空间的核函数进行加权,从而学习得到输入变量（图像特征）与目标变量（姿态）的联合概率分布函数,称为接受函数。对于包含未知姿态航天器的图像,通过求取接受函数在姿态空间的最大值,得到目标航天器的姿态估计值。该方法仅需要训练数据学习模型,较其他基于视觉的方法限制更少.对比实验结果证明了该方法在姿态估计方面的优越性,卫星数据集上的实验结果验证了该方法用于航天器姿态估计的有效性。 相似文献
本文研究了全程恒定基座姿态零扰动的自由漂浮空间机器人(FFSR)末端位姿轨迹规划的问题。针对无运动学冗余自由度的三关节平面FFSR系统,首先建立了其末端位姿与关节角之间的状态变换关系,然后给出了以基座姿态和关节角为状态变量的系统方程。根据该系统方程,利用非线性系统的可控性判据证明了在保证全程恒定基座姿态零扰动的前提下,对FFSR系统的末端位置和姿态同时作轨迹规划的可行性;再利用最优控制策略,将轨迹规划问题转换为最优控制问题,设计了一种全程恒定基座姿态零扰动的末端位姿轨迹规划方法。数值仿真验证了结论的正确性和设计方法的有效性。 相似文献
6.
双臂空间机器人系统运动规划的双向逼近方法 总被引：13，自引：2，他引：11
基于双向逼近方法,讨论了载体位置与姿态均不受控制的双臂空间机器人系统的运动规划问题．该方法以系统动量和动量矩守恒关系为基础,建立了控制系统设计所需系统状态方程;并通过对系统状态方程应用双向逼近方法,获得了机械臂关节角的控制输入方程,从而达到对载体姿态及机械臂关节角的双重控制效果．该方法的优点是减少了载体姿态控制燃料的消耗,有效地延长了空间机器人系统的使用寿命．系统数值仿真证明了该方法的有效性． 相似文献
基于Udwadia-Kalaba方程建立了双腔体吸附、轮式移动爬壁机器人的解析动力学模型。将系统的预定轨迹视为系统的约束关系,巧妙地将其融合到爬壁机器人动力学建模过程中;在不出现拉格朗日乘子的条件下,获得了满足约束所需附加力矩的解析表达式及系统的解析动力学方程;采用Baumgarte约束违约稳定法抑制了由于初始条件与约束方程不相容而导致的约束违约现象。爬壁机器人的广义坐标变量变化规律和运行轨迹的数值仿真结果证明了本文建模方法的可行性和有效性。 相似文献
在自动驾驶和机器人导航系统中,里程计是用于持续获得系统姿态信息的一种装置。视觉里程计能以较低代价获得高精度的目标移动轨迹,基于特征的视觉里程计方法具有时间复杂度较低、计算速度快的优势,有助于数据实时处理。然而,传统基于特征的视觉里程计方法面临着2个技术瓶颈：特征匹配的准确度不足;姿态解算中目标函数的权重值有效性低。为了解决帧间特征匹配准确度不足的问题,本文提出特征交叉检验闭环匹配策略,即在传统单向闭环匹配的基础上,增加反向验证的过程,以获得匹配准确度更高的匹配点集合。该策略解决了传统特征匹配中使用单向闭环匹配策略鲁棒性不足、内点比例低的缺陷,提高了解算精度。同时在交叉检验匹配策略中利用前一时刻的运动信息缩小当前时刻特征匹配的搜索范围,降低特征点匹配的时间复杂度。针对目标函数的权重值有效性低的问题,本文将特征点在图像序列中的出现次数作为其生存周期,提出基于特征点生存周期的目标函数权值设置方法。在姿态解算中,特征点的生存周期可以有效反映其稳定性,使用其作为目标函数权值可以降低解算过程中的累积误差。本文在公开的KITTI数据集中进行算法测试,实验结果证明该方法可以实现高精度、实时的视觉里程计算。 相似文献
空间站大气环控系统(ECS)由多个相互耦合的子系统组成,主要控制舱室气体成分和环境参数,对保障航天员生命安全具有重要意义。该系统正常运行严重依赖于供电系统的工作稳定性,因此长期在轨运行要求ECS应具有适应供电不足的应急运行能力。针对可能面临的供电不足情况,开展了大气ECS应急运行策略优化研究。为了研究出多约束多目标优化问题,首先建立了大气ECS物质、能量和功耗模型,并提出了非再生物资使用时长评估函数。其次以非再生物资使用时长最大和电能需求最小为目标函数,以子系统可调的运行参数为优化参数,在舱室五大环境参数的约束下,采用快速非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)获得了ECS Pareto最优解集,进而获得了Pareto最优前沿(POF)。由于多目标函数具有相同重要性,最终可从POF上获得了大气ECS应急运行策略。优化研究结果表明:该方法能够确定不足电能情况下各子系统的应急电能最优分配方案,从而确定出应急时的子系统最优重构运行方案,以保证最大系统使用时长和最小电能需求的要求。 相似文献
针对应用于飞行器增压系统的双级气体减压器,从单级气体减压器的有限体积瞬变仿真模型出发建立了其数值模型,并搭建了双级减压器特性研究系统的模块化仿真模型.通过大量的时域仿真研究了某两型具有细微设计差异的减压器各结构参数对其工作稳定性的影响规律,并比较了两者间的异同,随后根据工程需要,选取减压器二级阀芯运动速度的样本方差作为稳定性指标,重点研究了某减压器二级阀芯质量、低压腔体积、反馈腔体积及膜片刚度变化对稳定性的影响程度.仿真结果表明,设计人员可以优先减小该减压器的二级阀芯质量或增大膜片刚度从而更快地改善其稳定性,该分析方法可以帮助相关设计人员以最小的代价获得满足工程要求的结果. 相似文献
11.
具有变胞功能的自主移动制孔机构 总被引：1，自引：0，他引：1
根据飞机自动化装配的应用需求,结合变胞原理提出了一种双偏心变胞源机构.在此基础上设计了一种具有变胞功能的自主移动制孔机构,能实现行走和调姿制孔两种功能阶段之间的变自由度切换.给出了调姿过程由初始状态经俯仰与侧滚后到达期望法矢位置各足驱动量的运动学反解算法,可用于实时控制.运用Matlab绘出了实际工况下反解算法中各足偏移量区域,完成了双偏心变胞源机构的尺寸设计.建立虚拟样机,联合算例进行运动学仿真,结果验证了运动学算法和双偏心变胞源机构适用于本机构.研制了实物样机,测试了系统的调姿精度,结果表明可满足飞机装配自动化制孔的要求. 相似文献
12.
为提高仿生附着装置在捕获空间非合作目标物时对目标运动参数的适应性,设计了一种3自由度串联柔顺关节,可通过关节嵌入系统后的协调运动来辅助装置被动适应运动目标物姿态,并在运动过程中基于弹簧、阻尼缓冲器组成的关节柔顺机构及其能量耗散原理来降低目标物动能。为验证、优化关节性能,通过ADAMS虚拟样机软件建立了基于柔顺关节的仿生附着装置捕获过程运动学与动力学模型,分析了柔顺关节3组弹簧刚度系数、黏滞阻尼系数对非合作目标物捕获状态的影响,并利用ADAMS-iSIGHT联合仿真平台,通过多岛遗传算法对上述弹簧、阻尼器的重要参数进行了优化,极大提高了柔顺关节的能量耗散效果,同时保证了可捕获目标物运动参数达到规定要求。 相似文献
13.
航天员在空间执行任务过程中由于受到空间微重力环境的影响,其运动的协调性以及平衡性均会与地面环境下的表现有所差异.以研究失重环境下航天员运动特点为目标,对航天员姿态调整策略进行动力学分析,并对运动过程人体效能进行评价.具体而言,在无外力/力矩驱动下,人体必须依靠四肢按一定的协调运动策略才能实现对躯干姿态的主动控制.而运动... 相似文献
14.
基于测量的人体前列腺会阴部操作空间和手术过程量化分析,研究了一种3-PCR并联式前列腺癌粒子植入机器人。对于这种对称少自由度并联机构作为位置调整机构,其运动学特性需要深入研究。采用封闭矢量法和Beout消元法建立3-PCR并联机构运动学正、逆运动学方程,通过数值计算验证了正、反解模型的正确性。利用MATLAB进行p点为空间旋量曲线时的运动学仿真,仿真结果表明机构具有较好的运动稳定性,便于实时控制。通过极限边界搜索法求解了该机构姿态为α=β=γ=0°下的工作空间,x=0时的YOZ工作空间截面为15 674 mm2能满足临床手术的要求。 相似文献
15.
模块化可展开天线具有拓展性强、灵活性高、适应性好等特点,是满足未来可展开天线大口径发展趋势的一种较为理想的结构形式。为研究由六棱柱模块组成的可展开天线支撑机构多模块联动展开运动特性,提出一种多模块联动展开运动学建模方法。根据可展开天线的结构组成及展开原理,建立了可展开天线机构关键点的空间几何模型,基于机器人学中的D-H法和坐标变换等理论,分别建立了基本单元、单模块和多模块的运动学模型,最后采用MATLAB数值仿真软件,对运动学模型进行了验证及分析。结果表明：该运动学模型可以对多层模块的可展开天线机构进行运动学分析,各模块实现了协调联动、同步展开,同时该模型为机构的动力学特性分析、动力源配置及优化等研究提供了研究基础。 相似文献
16.
飞机侧壁部件装配调姿机构的设计与分析 总被引：1，自引：1，他引：0
分析了等曲率和变曲率2类飞机侧壁部件的几何特点以及对柔性装配调姿的功能需求,设计了一种新型的面向大型飞机侧壁部件数字化装配的柔性工装机构;该机构基于精密三坐标定位器对侧壁部件进行装配调姿,可等效为6自由度并联机构,通过4条支撑臂对侧壁部件进行夹持;定位器呈前后2排、前低后高布局,能够实现对侧壁部件空间6自由度位姿调整;对工装机构进行了位姿反解,根据侧壁部件的初始位姿和目标位姿反向求解出各支撑臂的关节变量,并利用计算机仿真模型进行了验证,证明了反解算法的正确性,为侧壁部件调姿运动的精确控制奠定了基础. 相似文献
17.
一种含闭环支链的新型并联机构设计与分析 总被引：1，自引：1，他引：0
为满足航天飞行器壳体套装过程中位姿调整机构刚度大、精度高的要求,对传统的支链结构进行有针对性的改进,设计了一种支链为闭环结构的新型5-U（RRP）S/（8U）PU并联机构,并进行了分析研究。应用螺旋理论计算机构的自由度;建立封闭矢量方程,进行运动学正反解;应用螺旋理论求解机构的全雅可比矩阵;利用杆长约束条件绘制机构的定姿态工作空间;通过求解静刚度矩阵分析机构的刚度随位姿的变化情况;利用软件进行仿真,并与一般机构进行对比。通过分析,验证了该机构的可行性和实际应用价值,为实现航天飞行器壳体套装的自动化奠定基础。 相似文献
18.
19.
一种新型并联灌注机器人运动学分析和多目标优化 总被引：2，自引：2，他引：0
针对大型航天器蜂窝结构灌注需求,提出一种新型串并混联灌注机器人机构,主要对并联机构进行分析研究。首先,对3PSS-PU并联机构进行了运动学分析,建立了运动学反解数学模型和雅可比矩阵;其次,确定了影响机构工作空间主要因素的约束条件,求解出了机构的工作空间;然后,建立了机构的刚度模型,求得机构在运动过程中的刚度变化分布;最后,利用遗传算法,以工作空间和全局刚度为目标对机构结构参数进行优化分析,确定了最终的机构尺寸参数,为蜂窝灌注机器人应用奠定基础。 相似文献
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