一种可移动检测机器人站位规划策略

针对大型舱体舱外有效载荷支架检测过程中机器人站位难以确定的问题,提出一种规划策略。首先,结合机器人正运动学构建检测环境的数学模型,分别从舱体轴向与径向初步划分工作区域。然后,基于遗传算法(GA)优化检测视点次序并对工作区域栅格化处理,结合工作区域内对应视点位姿信息及关节转角约束,通过机器人逆运动学求得满足约束条件站位。最后,考虑不同关节转角误差对机器人末端精度和机器人运行过程安全性的影响,对检测过程各关节角度变化方差加权处理并构造优化函数。通过算例验证了所构建的模型及方法的可行性,结果表明该策略能够得到满足检测需求的优化站位。     

弧焊机器人旋转电弧传感实时焊缝纠偏系统的开发

本论文研究了以高速旋转传感电弧为传感器智能弧焊机器人实时焊缝纠偏系统,着重讨论了焊纠偏系统的硬件组成和软件结果。     

空间机器人动力学奇异回避的笛卡尔轨迹规划

针对空间机器人动力学奇异的回避问题,提出一种基于组合函数的笛卡尔轨迹规划方法。将梯形规划与正弦函数相结合,对机械臂末端的位姿进行参数化。机械臂沿着某一轨迹运动时,根据阻尼最小方差法(DLS)的特点,提出一种判断是否发生动力学奇异的方法,并据此进行轨迹规划。该方法可以保证空间机械臂运动过程中不会遇到动力学奇异。此外,将基座姿态扰动和机械臂运动时间作为目标函数的一部分,最终,轨迹规划问题转化为多目标优化问题,并利用混合整数规划的混沌粒子群优化算法(CPSO)进行求解。该优化算法能够改善标准粒子群算法(PSO)的“早熟”现象。仿真结果表明,新方法能够有效处理动力学奇异问题,减小基座姿态扰动及运动时间。     

Analysis of reaction torque-based control of a redundant free-floating space robot

Owing to the dynamics coupling between a free-floating base and a manipulator,the non-stationary base of a space robot will face the issue of base disturbance due to a manipulator's motion.The reaction torque acted on the satellite base's centroid is an important index to measure the satellite base's disturbance.In this paper,a comprehensive analysis of the reaction torque is made,and a novel way to derive the analytical form of the reaction torque is proposed.In addition,the reaction torque null-space is derived,in which the manipulator's joint motion is dynamically decoupled from the motion of the satellite base,and its novel expression demonstrates the equivalence between the reaction torque null-space and the reaction null-space.Furthermore,the reaction torque acted as an optimization index can be utilized to achieve satellite base disturbance minimization in the generalized Jacobian-based end-effector Cartesian path tracking task.Besides,supposing that the redundant degrees of freedom are abundant to achieve reaction torque-based active control,the reaction torque can be used to realize satellite base attitude control,that is,base attitude adjustment or maintenance.Moreover,because reaction torque-based control is a second-order control scheme,joint torque minimization can be regarded as the optimization task in reaction torque-based active or in-active control.A real-time simulation system of a 7-DOF space robot under Linux/RTAI is developed to verify and test the feasibility and reliability of the proposed ideas.Our extensive empirical results demonstrate that the corresponding analysis about the reaction torque is correct and the proposed methods are feasible.     

自由浮动空间双臂机器人抓持内力的优化控制

运用非线性规划方法，提出了一种本体位置、姿态均不受控的自由浮动空间双臂机器人的内力优化与控制策略。首先根据空间双臂机器人及负载的动力学方程，建立了抓持系统合成动力学方程，进而将机器人各手臂关节广义驱动力矩的范数作为目标函数，内力作为优化变量，采用了序列一次规划法来解决空间机器人的动态内力优化计算问题，并对双臂六自由度空间机器人进行了内力优化控制仿真实验，结果表明了该方法的有效性。     

焊接位姿参数定义的讨论及典型工件的建模

讨论了弧焊机器人焊接位姿参数的定义。焊接位姿包括焊缝位置和焊枪姿态,可以用焊缝倾角、焊缝转角、焊枪工作角和焊枪行走角四个参数来表征。对这四个焊接位姿参数的内涵进一步完善和修改,使其更适合于弧焊机器人焊接的实际需要,更通俗易懂。针对典型的马鞍形焊缝进行数学建模,并利用MATLAB软件计算焊接位姿参数。     

驾驶机器人机械腿动力学建模与仿真分析

为提高驾驶机器人的设计效率,对机器人的机械腿进行了动力学分析与建模,并建立了机器人驾驶车辆的联合仿真模型。机械腿动力学模型由机械结构和伺服电机两部分组成,其仿真模型由ADAMS和MATLAB/Simulink软件共同建立,在此基础上引入CarSim软件建立车辆模型,并以Simulink为平台建立了基于闭环速度控制的“驾驶机器人-车辆”联合仿真模型。仿真结果表明,驾驶机器人机械腿的动力学模型具有良好的动态响应特性,且所搭建的联合仿真模型能够完成基本的车速跟踪仿真实验,为下一步改进驾驶机器人的机械结构及控制策略提供了虚拟样机模型。      

基于机器人柔性毛刷的空间翻滚目标消旋

设计了一种柔性减速刷消旋机构,将其安装于七自由度机械臂的末端,通过与翻滚目标帆板之间的接触碰撞进行消旋。利用绝对节点坐标法推导了柔性减速刷的动力学模型,并对其接触碰撞进行分析。针对自由漂浮空间机器人动力学建模和基座姿态的控制进行了研究,采用基于计算力矩法的滑模控制策略,对末端参数不确定的七自由度机械臂进行控制。滑模控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏等特点,确保了系统的全局鲁棒性和稳定性。有利于节省消旋时间,提高消旋效率。通过PD控制和滑模控制消旋仿真验证,该消旋策略能够成功消除初始旋转速度,消旋程度达90%以上,具有可行性与有效性。     

基于VCM的自适应越障机器人优化设计

虚拟运动中心(VCM,Virtual Center of Motion)机构实质上是一种少自由度的功能机构,根据VCM机构的特点,将其应用到被动式自适应越障机器人的设计中,提高了机器人越障性能.通过分析VCM位置与前导轮轮心的位置关系,优化了前导机构的结构参数.利用VCM的特点简化了前导机构的静力学模型,通过量化的对比分析了悬挂在前导机构的弹簧在改善机器人整体力学性能中的作用,并优化了弹簧的安装位置.试验中优化后样机可以平稳的翻越约2.1倍轮子直径高的竖直台阶障碍,并且可以连续攀登单阶1.27倍轮子直径高楼梯和自适应各种复杂地面.     

NAIWR－1智能两足步行机器人模糊自适应控制研究

本文对模糊控制、自适应控制和ＰＩＤ控制进行了综合研究，实现了自行研制的ＮＡＩＷＲ－１智能两足步行机器人的模糊自适应ＰＩＤ控制，并用模糊递阶协调方法进行关节到位协调送数，成功实现了两足步行机器人的稳定行走