新型啮合式电动机全数字化控制系统设计

以一种新型啮合式电动机为研究对象,设计了一种结构简单、性能可靠的全数字化电机控制统。系统采用TMS320F240为主控单元,详细介绍了系统的结构组成和工作原理,包括啮合式电机驱动电路,电流、电压检测电路,位置/速度检测电路。该系统可以实现电机位置、速度的开环或闭环控制。以速度闭环控制为例,介绍了系统控制算法的设计。最后用试验结果检验了控制系统的闭环调速性能。     

基于在线重建的遥操作预测显示系统

为了提高遥操作的操作效率,采用一种基于单目视觉的预测显示方法来解决时延导致的视觉反馈滞后问题.该方法通过基于地图的相机位姿估计算法来实时跟踪机器人的状态,在线构建机器人工作环境的三维几何结构模型,并结合多纹理映射技术进行渲染,将模型重投影到预测视点下,得到逼真的预测图像.搭建了一个基于客户端-服务器端模式的系统平台,用于未知环境下的遥操作.结果表明,在总长为7.112 m的摄像机运动轨迹中,位姿跟踪的平均误差约为0.015 m.该系统不仅能提供预测图像,而且支持生成任意视点的图像,有利于操作者从各个角度观察机器人工作场景.     

并联微动机器人的研究现状

阐述了微／纳米技术的发展对微动机器人进行研究的意义，分析了国内外微动机器人尤其是并联微动机器人的研究现状．对并联机器人的机构类型、运动学性能、静力学和静刚度性能、动力学、精度、运动学标定以及微动机器人的系统检测和测试进行了分析研究．提出了进一步研究的内容和任务，得出了新型结构并联微动机器人系统开发的研究方法和技术路线．     

高临场感多投影面虚拟环境系统的设计与实现

给出了高临场感多投影面虚拟环境系统的体系结构，研究了系统构建中的立体显示、图形分割、画面同步、几何校正、颜色校正等关键问题；采用基于联网PC驱动的技术、利用中低端的投影机和低性能网络设备，构建了一个五通道的220度宽视场角多投影面虚拟环境应用验证系统，获得了良好的画面整体一致性效果和高度的沉浸感。     

并行分布式增强现实场景仿真系统的构建

针对空间舱内机器人遥操作对仿真信息反馈速度以及用户视野方面的要求,提出了一种并行分布式的增强场景构建体系结构.系统基于静态增强现实技术,通过同步控制机制和网络数据传输,采用多组相机协同拍摄场景图像,多个处理节点并行地进行三维注册和虚实图像融合处理,拼接得到的宽视场角融合图像经过220度多投影面大型环幕立体显示系统输出显示.实验结果证明本系统具有实时、宽视场、高沉浸感和扩展灵活的特点.     

球形机器人水下系泊状态水流干扰运动分析

为了使球形机器人能在复杂水域安全工作和利用能量,对其锚定状态下受水流干扰的运动规律进行分析.首先针对机器人的形体结构特点,应用线性波理论和Morision方程对流体载荷进行描述,并以机器人锚定系统方程为基础,引入波浪水动力、重摆扰动力和绳索弹性力项,建立了球形水下机器人锚定状态波流联合激励的动力学模型.然后在搭建的虚拟仿真验证系统中对机器人的位移、绳索拉力和重摆摆角进行仿真和验证,总结出绳索锚定角和拉力随流速增加呈非线性变化规律及机器人在波浪幅值影响下的波动特性,结合绳索张紧和松弛状态交替现象分析绳索拉力和重摆摆角异常波动原因.研究结果为球形机器人对流体波浪能的吸收和转化提供理论基础.     

改进的基于测地线的机器人轨迹规划方法

针对机器人运动规划过程中测地线微分方程初始条件的确定问题,提出一种基于微分运动的初始条件求解方法.该方法通过对比分析黎曼空间与三维空间中机器人末端运动轨迹,确定两者之间的空间对应关系,在此基础上建立测地线微分方程初始条件的求解模型.最后,以2自由度机器人为例,对比验证该方法的有效性.研究结果表明:该模型解决了以往采用线性搜索方法求解微分方程初始条件所造成的求解不确定性问题.     

基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法研究

针对同步性能会直接影响遥操作双边控制系统的透明性和跟踪性的问题,提出了一种基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法.首先,给出了一种定时延条件下力反馈双边控制系统同步性的定量度量函数;其次,在波变量4通道双边控制结构中,设计了异构形式的主从端控制器,通过在主端控制器添加力缓冲单元和补偿单元来实现主从端同步控制,消除了波变换方法对主端控制器超前作用的影响;在此基础上,采用多回路反馈结构稳定性分析方法对提出的方法进行稳定性分析,并得到系统稳定的约束条件.最后通过仿真和搭建的实验平台验证了所提方法的有效性.      

基于虚拟样机的空间机器人机电一体化技术研究

对于空间机器人这个控制系统和机械系统都相当复杂的模型进行仿真分析,用ADAMS和MATLAB相结合,令ADAMS分管机械系统部分,MATLAB分管控制系统部分,充分发挥二者优势,建立机电一体化仿真模型,能更好的体现仿真试验的优势所在。本文以一两杆机械臂为例设计了基于ADAMS-MATLAB的空间机械臂机电一体化仿真系统。     

一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法

针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.