基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

基于旋量理论的上肢康复机器人Kane动力学方程

引入基于旋量理论的运动旋量、力旋量及偏速度旋量等概念,推导得出五自由度上肢康复机器人的Kane动力学方程.结果表明,采用旋量理论分析机器人更加简明有效,比建立局部坐标系的D-H法更简易.Kane方程的求解只需加、减、乘运算,与拉格朗日、牛顿-欧拉等非线性动力学方程相比,计算效率更高,更易于实现实时控制.通过仿真研究了机器人各关节从初始位形到准备位形的角位移、角速度、角加速度以及驱动力矩,验证了基于旋量理论的Kane方程的正确性和有效性.     

基于旋量理论的上肢康复机器人Kane动力学方程

引入基于旋量理论的运动旋量、力旋量及偏速度旋量等概念,推导得出五自由度上肢康复机器人的Kane动力学方程.结果表明,采用旋量理论分析机器人更加简明有效,比建立局部坐标系的D-H法更简易.Kane方程的求解只需加、减、乘运算,与拉格朗日、牛顿-欧拉等非线性动力学方程相比,计算效率更高,更易于实现实时控制.通过仿真研究了机器人各关节从初始位形到准备位形的角位移、角速度、角加速度以及驱动力矩,验证了基于旋量理论的Kane方程的正确性和有效性.     

基于TRIZ理论的攀爬机器人创新设计

发明问题解决原理（TRIZ）已经成为目前技术创新领域的研究热点.该文针对现有攀爬机器人存在的问题,运用TRIZ理论对其进行分析,建立其矛盾,并结合TRIZ矛盾矩阵对其进行创新求解.最后,结合攀爬机器人本身的功能需求及结构特点设计了一种新型的攀爬翻转式机器人.该机器人的适应性和多用性较好,而且能够实现迁移性攀爬.     

高维理论中的旋量

本文讨论了高维时空中Majorana旋量Weyl旋量和M-W旋量,并将它们作为d维局域Lorentz群(Ld)的不可约的旋量表示来考虑.对于t=1(t-时间维数),当d=2,3,4,8,9mod 8时,Majorana旋量存在对于t=0,当d=2,6,7,8,9 mod8时,Majorana旋量存在.而M-W旋量对t=1在d=2mod8,对t=0在d=8mod8情形下存在.不可约的Ld旋量的质量项当t=1时在d=2,6,8,9 mod 8中被禁戒,当t=0时在d=8,9mod 8中被禁戒.     

基于旋量的机器人双轴孔装配接触分析

利用旋量法对机器人装配过程的点接触、面接触的力约束进行理论分析，以双轴孔装配为例，分析了接触状态，计算了接触力，从而确定装配策略、旋量法比常规的几何方法简洁，该方法为今后研究复杂件的自动装配提供一定的理论基础。     

基于旋量的机器人双轴孑L装配接触分析

利用旋量法对机器人装配过程的点接触、面接触的力约束进行理论分析．以双轴孔装配为例,分析了接触状态,计算了接触力,从而确定装配策略．旋量法比常规的几何方法简洁．该方法为今后研究复杂件的自动装配提供一定的理论基础．     

旋量-张量引力理论与宇宙学

"宇宙在加速膨胀"这一现象的发现要求对爱因斯坦的引力理论做出修改.使用新的方法,利用旋量一张量耦合模型来修改引力理论,并导出修正的friedmann方程.     

基于旋量理论的排球发球机器人挡板模块的运动学和动力学方程

排球发球机器人是一新兴的产品,对其进行运动学和动力学的分析是对其进行运动控制的基础.排球发球机器人的挡板模块是一开链式机构,基于旋量理论的运动学和动力学的分析方法是利用运动螺旋和指数积等数学工具建立其运动学和动力学方程,求驱动力矩,比采用传统的D-H方法建立局部坐标系简化了对机器人运动学和动力学的分析,从而为建立控制策略、控制方法、轨迹规划做好必要的准备.     

机器人操作手末端夹持器轨迹生成的旋量方法

依据从基坐标系到任一坐标系的旋转变换可以通过绕给定轴的一次等效旋转来实现的原理,提出用等效角位移矢量来描述机器人的姿态,并进而提出用姿态旋量及其Plucker线坐标来描述机器人的位姿。依据三维欧氏空间中的有向直线与三维对偶空间中的点的对应关系,在对偶空间中对姿态旋量所对应的点进行插补规划,提出一种机器人连续运动轨迹规划的新方法。文末算例说明了上述原理和推导的正确性。     

基于旋量理论多关节柔性机器人操作臂的逆动力学模型推导与仿真

基于旋量理论和方法,通过仿真给出了微型多关节整体柔性机器人操作臂的动力学模型推导及适于实现的逆动力学方程,并分析了终端执行器抓持物体平衡被破坏的控制问题.仿真结果表明,该算法稳定性强、反应速度快,简化了传统牛顿-欧拉等方法的复杂计算过程,终端执行器的位置随负载变化误差较小.     

基于旋量理论的Stanford臂的运动学分析

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H方法更加简化.以一种常见的开链机器人Stanford臂为例,利用运动旋量和指数积等数学工具建立了运动学方程,求出了雅可比矩阵,为建立其动力学方程、控制方法及运动规划做了必要的准备.     

结合旋量理论和代数方法的六自由度机械臂逆运动学求解算法

针对六自由度且具有相互平行的3个相邻关节轴的串联式机械臂逆运动学问题,提出一种结合旋量理论与代数方法的逆运动学求解方法。首先,通过旋量理论建立运动学模型,利用Paden-Kahan第1类子问题求解第1关节角度;其次,采用欧拉角理论,通过代数方法求解第5、6关节角度;最后,再次利用Paden-Kahan第1类子问题求解第2、3、4关节角度。以UR5协作机械臂为例,计算逆运动学得出8组解,其中逆解的最大位姿误差为10~(-15)数量级,证明了提出的逆运动学求解算法的准确性。     

旋量理论的变胞机构全构态动力学模型

为丰富和发展机构学理论,通过引入切断铰,将空间串并联机构的运动学分析问题转化为开链机构和局部闭链机构的运动学分析子问题,基于旋量理论建立切断铰空间机构的运动学和动力学模型。采用旋量理论和Kane方法对五杆两自由度闭链变胞机构的广义主动力和广义惯性力进行了计算,并建立切割变胞机构的全构态动力学方程。该方法为变胞机构的动力学建模提供了参考依据。     

基于旋量理论的弯管测量臂的运动学建模及其误差仿真

弯管测量在弯管加工中的质量检测和回弹补偿等方面具有广泛的应用,弯管形状的精确程度对管道的铺设规划影响重大。在MATLAB环境中利用旋量理论中的POE公式建立了6自由度弯管测量臂的运动学模型,研究了此模型的误差来源,并重点对相应的误差参数对于测量精度的影响进行了仿真。从得到的误差分布曲线分析了相应误差对测量精度的影响,对进一步提高弯管测量臂的测量精度的研究工作奠定了基础。     

基于Webots的蛇形机器人蜿蜒步态规划及偏移补偿

仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运动步态偏移进行补偿.通过Webots仿真实验表明:运动控制参数决定了蛇形机器人的运动形状、偏移量及...     

基于改进的DDPG算法的蛇形机器人路径规划方法

针对蛇形机器人执行路径规划任务时,面对复杂环境传统强化学习算法出现的训练速度慢、容易陷入死区导致收敛速度慢等问题,提出了一种改进的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法。首先,在策略-价值(actor-critic)网络中引入多层长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型,使其控制经验池中信息的记忆和遗忘程度;其次,通过最优化特征参数将CPG(central pattern generators)网络融入强化学习模型,并设计新型网络状态空间和奖励函数;最后,将改进算法与传统算法分别部署在Webots环境中进行仿真实验。结果表明,相比于传统算法,改进算法整体训练时间平均降低了15%,到达目标点迭代次数平均降低了22%,减少了行驶过程中陷入死区的次数,收敛速度也有明显的提升。因此所提算法可以有效地引导蛇形机器人躲避障碍物,为其在复杂环境下执行路径规划任务提供了新的思路。