运动学方程

摘要： 为了提高移动机器人的越障性能,实现其自主越障,设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人,并对其进行步态规划和越障性能分析。首先,以海龟为仿生对象,通过分析其身体结构和稳定机理,设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构;同时,基于该机器人的结构特征,利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了坐标系并求解了其支腿的运动学方程。然后,通过观察海龟的爬行过程,将其单个爬行步态周期内的动作分解成放腿、爬行、抬腿和摆腿,并结合运动学模型对机器人进行步态规划,提出了4种仿海龟爬行步态。接着,以机器人的四腿爬行步态为例,利用静力学方法分析了其支腿关节的受力情况,而后通过分析机器人跨越壕沟和攀越台阶的过程,以最大跨越壕沟宽度和攀越台阶高度为指标对其越障性能进行了评价。最后,制作了机器人实验样机,开展了步态实验和越障实验。实验结果表明,该机器人可以利用4种仿海龟爬行步态实现横向移动、纵向移动和原地旋转,且具有很好的越障性能和稳定性;机器人能跨越最大宽度为434 mm的壕沟,攀越最大高度为175 mm的台阶。实验结果进一步验证了所设计的仿海龟机械结构可行,所规划的仿海龟爬行步态合理,以及所建立的越障理论模型正确。研究结果可为移动机器人的结构优化和越障性能提升提供借鉴。

摘要： 本文设计一种新型双臂SCARA型机械臂机构的3D打印机,对该打印机进行运动学原理分析以及轨迹规划,建立运动模型,求出运动学方程的正、逆解,同时对3D打印Smoothieware开源固件进行二次开发,修改固件的运动轨迹算法程序,并将其移植到该打印机中,使其对运动系统进行精确控制,最后通过整机调试,使得该结构的3D打印机满足精度要求。

摘要： 为优化导条机构的运动特性,使导条在一定动程范围内作等速往复直线运动,提出了一种运用一阶及其二阶变性傅里叶级数型非圆齿轮副和正弦机构的组合传动的导条机构。建立了该机构的运动学方程,并利用MatLab编写了该机构的运动学特性辅助分析软件,以导条等速运动特性为目标函数,以非圆齿轮传动特性为约束条件,利用遗传算法对该机构进行优化运算。根据优选到的结构参数进行三维实体建模,并进行虚拟样机仿真试验,将试验结果与理论分析结果进行对比,得出所设计机构能够很好地满足粗纺梳毛机成形装置的卷绕工艺要求,同时验证了所建立的运动学方程的正确性。

摘要： 直至目前,国内对于教学型六轴机器人的设计还不成熟,设计一款教学型六轴机器人,以Windows实时核与MATLAB组成上位机建立了机器人的视觉与轨迹控制.上位机通过CAN总线控制由DSP控制板和功率板构成的驱动器.用DSP中内置的CAN控制器,可使帧来源和帧意义被上位机和主节点识别.对机器人手臂的刚度、传动结构、驱动电机以及控制方式进行选取设计,使机器人运动更加平稳灵活,完成各种指派任务.

摘要： 多功能钻机变幅机构的工作空间是钻机施工的主要参数,以某型号多功能钻机变幅机构为研究对象,运用机器人D-H建模法对变幅机构进行建模,建立关节坐标系,应用齐次变换得到运动学方程,采用数值解法,利用MATLAB编程求出其工作空间.

摘要： 根据常规的思维逐步推导出单摆自水平位置静止开始下摆的运动学方程,结果是一椭圆积分形式.根据该运动方程并利用MATLAB和Excel软件,作出了此单摆下摆过程中的q～t,v～t,Ek～t,v～q,Ek～q曲线,并加以比较和分析.这些研究将有助于加深对椭圆积分知识,以及单摆自水平位置静止开始的下摆运动的认识.作为对比,还给出了任意摆角(≤90°)的单摆自静止开始下摆的运动学方程,并且得到单摆的周期随摆角单调增加的结论.

摘要： 针对移动机器人在狭窄空间、人员密集场景下灵活工作的需要,提出了一种内置差速器的轮系底盘结构,并基于该结构设计了一款具有零转弯半径能力的轮式机器人底盘。利用矢量法建立轮系的运动方程,分析轮系着地轮滚动摩擦扭矩变化规律,建立轮系底盘的运动学模型与状态空间方程,求解电机转角与轮系转角的响应曲线。建立动力学模型验证了机器人移动的稳定性与零转弯抗侧向纵倾性,并研制了一台实物样机,通过实际环境实验进行结构可行性验证。

摘要： 随着水产养殖领域现代化、智能化的不断发展,对养殖水监测与饲料投放系统提出了新的要求,为提高饲料投放效率和投放装置的智能化、共融性,降低移动投饲装置对鱼群的扰动性,研究了一种基于仿生江豚机器鱼的鱼群共融性装置的设计与实现.首先基于NACA翼型方程构建仿生鱼几何模型,建立鱼体背腹式运动学方程,进而设计仿生机器江豚装置;利用计算流体力学方法,分析机器鱼水动力特性;最后通过池塘实地试验,验证鱼体运动模型的共融性与投饲装置集鱼的可行性.结果显示:基于NACA翼型方程的仿生豚体轮廓方程,实现了形体减阻机制,以降低作业时能耗;试验中鱼群跟随机器鱼游动,验证鱼体运动学模型对机器鱼的游动过程中共融性的提高具有一定作用.本研究为机器鱼作业机动性控制提供了一定基础,并为机器鱼在水产养殖自动化、智能化等方面的应用提供了新的思路与参考.

摘要： 以多刚体系统运动学为基础,建立地下铲运机工作装置正转六连杆机构运动学方程,推导出基于矩阵的工作装置速度、加速度等数学模型;在此基础上,确定铲斗斗尖与动臂油缸和转斗油缸行程间的数学关系式.之后对铲斗斗刃运动轨迹方程进行分解换算,并与实车铲装轨迹数据对比,验证铲斗斗刃位置与两油缸行程间函数关系的正确性.研究结果可为铲装曲线的设计提供数学依据,并为其运动学仿真奠定基础.

摘要： 当前物理教学中,用符号x表示位移的做法造成了对"位置"本原内涵的遮蔽,往往容易引发学生的困惑.重申"位置-时间关系"的本质内涵,并就两个实际问题为例指出其作用.教学中重"位移"轻"位置"的行为可能会带来"坐标系意识"淡化的危险,对其中的几点隐忧作出讨论.

摘要： 空间多万向节机构在汽车上广泛应用.为了研究其在汽车上的应用,首先必须建立其运动学方程.本文基于空间双万向节机构建立其运动学方程,并依据空间双万向节机构运动学的建立方法进行类推建立空间多万向节机构运动学方程.

摘要： 本文在有人机的运动学方程及线性分组的理论成果的基础上,根据无人机飞行的自身特点，尝试性对无人机飞行控制系统进行了对比研究，并对无人机的运动学方程以及线性分组问题进行了初步解算分析。

摘要： 空间碎片在轨识别与参数辨识为空间轨道预警、航天器规避空间碎片提供了重要依据.本文根据空间碎片相对运动学方程模拟碎片拖尾,在此基础上,采用Hough变换对空间碎片尾迹进行识别,获取碎片方位角信息.同时,结合激光雷达,获取碎片的空间位置坐标.通过匹配多帧图像,获取碎片的速度信息.通过数值仿真验证,该方法能有效识别空间碎片,具有一定的工程意义.

摘要： 通过实物对喷涂机器人进行了运动学方程的建模,根据其数学模型得到正、逆运动学的求解,并进一步通过实物来验证其正确性.经过空间转换由笛卡尔坐标得到各个关节轴的坐标,利用关键点插值法对轨迹进行区域段划分,然后通过关键点得到各个关节轴的坐标,从而实现喷枪到达所需位置,进而完成喷涂.

摘要： 设计了一种应用于大构件装配的二自由度并联机构,该机构可以实现平移运动、旋转运动及平移和旋转的复合运动,承载力大,运动平稳.建立了机构运动学数学模型,给出了位置和速度的运动学方程,并且对机构进行了运动学仿真.通过运动学分析及仿真,为该二自由度并联机构的进一步优化提供了参考依据.

摘要： 研究了人手做直线运动时，上肢冗余肌肉力的分配及相应的肌肉激活系数问题。针对无约束手端的直线运动其速度曲线具有单峰、钟型等特点，通过选取能够反映该特点的手端最小抖动原则得到其运动学方程。此外，将上肢骨骼视为刚体，将肩关节和肘关节处的连接视为柱铰链连接，选取合理简化的上肢两关节6 块肌肉，建立了上肢平面运动的动力学方程。将运动学方程与动力学方程联立，求解冗余肌肉力及激活系数的问题转化为有约束非线性多变量的优化问题，通过选取肌肉激活系数的平方和为优化目标，得到了各冗余肌肉力和相应肌肉激活系数的仿真结果，该结果与有关文献的结论相符。

摘要： 针对足球机器人的运动特点。首先分析足球机器人的运动学方程,采用控制左、右轮的转速来控制足球机器人的角速度；在此基础上,提出一种基于视觉反馈的足球机器人路径规划算法。实验结果表明,该算法能够很好地实现足球机器人的运动规划.

摘要： 飞行器姿态解算是飞行器姿态动力学的基础和核心.本文首先论述了姿态解算的数学本质.针对飞行器垂直发射时姿态运动学方程退化和欧拉角奇异问题,本文论述了工程上常用的几种姿态解算方法.最后给出了这些算法的Simulink仿真结果和结论.

摘要： 运用虚拟样机技术设计了一种基于摇臂-转向架式的8轮月球车仿真系统.采用构造法推导出了月球车运动学方程,该方法不需求导而直接求得车轮雅可比矩阵,使轮式移动机器人雅可比矩阵的计算大大简化.提出了一种基于碰撞检测的方法用来定位每一帧仿真图像中车轮中心的位置.最后仿真了月球车旋转和爬坡运动,结果表明该月球车在崎岖地形中移动时具备动态调整其运动构型的能力.

摘要： 根据SK6弧焊机器人的杆件参数,建立了SK6弧焊机器人的运动学方程,并考虑焊枪结构,首次建立了SK6弧焊机器人焊枪末端的运动学方程,该问题的解决对于SK6弧焊机器人离线编程系统中机器人的仿真是非常关键的,对于其它机器人的研究也有一定的参考意义.

摘要： 本申请公开了一种基于滑轮运动学的索并联机器人运动学标定方法，方法包括：考虑滑轮运动学条件下的索并联机器人逆运动学建模；考虑滑轮运动学条件下的误差模型建模；利用绳索长度残差函数建立未知参数辨识方程式；求解考虑滑轮运动学条件下的辨识矩阵；根据辨识矩阵条件数指标结合交换点法进行标定测量位姿优选；控制机器人终端依次运动到各测量位姿进行测量；根据测得的数据代入辨识方程进行辨识参数的求解；利用求解获得的参数值更新机器人运动学模型。由此，该方法可以将索并联机器人出索位置的滑轮机构考虑在内，可获得更为完整精确的索并联机器人运动学模型及几何参数，提高标定后的索并联机器人终端位置控制精度。

摘要： 本申请公开了一种基于滑轮运动学的索并联机器人运动学标定方法，方法包括：考虑滑轮运动学条件下的索并联机器人逆运动学建模；考虑滑轮运动学条件下的误差模型建模；利用绳索长度残差函数建立未知参数辨识方程式；求解考虑滑轮运动学条件下的辨识矩阵；根据辨识矩阵条件数指标结合交换点法进行标定测量位姿优选；控制机器人终端依次运动到各测量位姿进行测量；根据测得的数据代入辨识方程进行辨识参数的求解；利用求解获得的参数值更新机器人运动学模型。由此，该方法可以将索并联机器人出索位置的滑轮机构考虑在内，可获得更为完整精确的索并联机器人运动学模型及几何参数，提高标定后的索并联机器人终端位置控制精度。

摘要： 本发明涉及一种用于控制运动学机构的方法。为了为运动学机构以提高的精度和效率计算可能扫过的制动区域，该运动学机构在运动学坐标系中借助于铰接地相互连接的单轴被建模，至少一个所述单轴与运动学坐标系的原点连接，并且至少一个所述单轴相对于原点运动，根据本发明，在制动过程中，对于与单轴耦联的点，由点的初始位置、至少一个单轴的矢量速度和至少一个单轴的最小减速度确定点的至少一个虚拟的最终位置，并且通过初始位置和至少一个虚拟的最终位置的包络部来确定点的制动区域，由初始位置和至少一个虚拟的最终位置计算出包络部的延伸范围，并且在控制运动学机构时考虑制动区域。本发明还涉及一种运动学机构和机器人。

摘要： 本发明提供了基于运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法，包括如下步骤：获取北斗卫星导航系统给出对准时刻的载体位置、速度；通过速度信息进一步获取对准时刻的载体俯仰角、航向角信息；通过位置信息获取对准时刻导航坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速率

摘要： 一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法，涉及一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪方法，为解决目前涉及卫星指向跟踪控制器所用到的运动学参数设计不合理，不能保证卫星的运动路径最短，并且没有统一的适用于指向跟踪控制的运动学方程的问题。根据指向跟踪控制的要求定义目标系，并保证本体系相对于目标系的欧拉角最小；确定卫星本体系相对于目标系的欧拉角与欧拉轴以及他们在本体系中的运动学方程；确定拟四元数与拟四元数在本体系中的运动学方程；涉及控制器使卫星姿态能够跟踪目标姿态。本发明可广泛应用于卫星指向跟踪控制系统。

摘要： 本发明公开了一种具有线性正逆运动学方程的3‑CRU并联机器人运动控制方法，包括以下步骤：S1、基于拉格朗日方程建立3‑CRU并联机器人的动力学模型；S2、基于五次多项式改进的傅里叶级数和最小二乘法对动力学模型的参数进行辨识；S3、基于有限脉冲响应滤波器生成3‑CRU并联机器人的轨迹；S4、在原有线性伺服控制的基础上增加前馈力矩和滑模变结构控制力矩进行补偿。本发明提出的运动控制方法科学合理，在提高3‑CRU并联机器人的运行平稳性和轨迹跟踪精度的同时还增强了机器人系统的鲁棒性，而且操作简便、直观易行。

摘要： 本发明公开了一种具有线性正逆运动学方程的3‑CRU并联机器人轨迹规划方法，包括以下步骤：S1、建立3‑CRU并联机器人的正、逆运动学方程；S2、基于有限脉冲响应滤波器在3‑CRU并联机器人工作空间内任意生成笛卡尔空间的轨迹；S3、根据3‑CRU并联机器人的实际轨迹精度情况，任意增大笛卡尔空间的插补周期来进行采样；S4、将笛卡尔空间的采样点逆解，得到了关节空间中对应的时间‑采样点序列，此时间‑采样点序列作为路径，利用伺服电机驱动3‑CRU并联机器人按照路径点运行。本发明不仅考虑了轨迹的平滑约束，而且可以提前规划好轨迹的总运行时间，简化了轨迹规划的插补过程，减少了计算资源的占用，提高了控制器的计算效率，还操作简便、直观易行。

摘要： 本发明提供了基于运动学方程的旋转弹空中快速粗对准方法，包括如下步骤：获取北斗卫星导航系统给出对准时刻的载体位置、速度；通过速度信息进一步获取对准时刻的载体俯仰角、航向角信息；通过位置信息获取对准时刻导航坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速率通过运动学方程获得对准时刻滚转角对准初步算法；通过前述步骤获取的对准时刻的俯仰角、航向角信息以及获取补偿项M；将M补偿到滚转角对准初步算法中获取更精确的滚转角对准结果，从而实现旋转弹空中对准所需的初始位置、速度、姿态信息；该对准算法相比其他滚转角对准算法补偿了地球自转对于对准的影响，且算法简单，对准速度快，为后续组合导航部分做出重要铺垫。

摘要： 本发明公开了一种通过反解环形轨道制孔系统运动学方程获得关节变量的方法。该方法针对环形轨道结构复杂、具有多个数控运动轴且兼具直线运动和绕轴摆动两种运动形式的特点，建立了环形轨道制孔系统的机构模型，基于该机构模型确定各个连杆的变换矩阵，并根据各个变换矩阵采用齐次变换乘法规则得到运动学方程，采用代数法求解该运动学方程得到各个关节变量。本发明根据给出的目标位姿，可以反解出对应的关节参数，实现了环形轨道制孔系统的运动控制，为环形轨道制孔系统的自动控制系统软件编程提供了一种反解算法，是系统自动控制理论基础，极大提高了整个系统的制孔效率和精度。

摘要： 一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪控制方法，涉及一种基于拟四元数与拟四元数运动学方程的卫星指向跟踪方法，为解决目前涉及卫星指向跟踪控制器所用到的运动学参数设计不合理，不能保证卫星的运动路径最短，并且没有统一的适用于指向跟踪控制的运动学方程的问题。根据指向跟踪控制的要求定义目标系，并保证本体系相对于目标系的欧拉角最小；确定卫星本体系相对于目标系的欧拉角与欧拉轴以及他们在本体系中的运动学方程；确定拟四元数与拟四元数在本体系中的运动学方程；涉及控制器使卫星姿态能够跟踪目标姿态。本发明可广泛应用于卫星指向跟踪控制系统。