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考虑足地作用的足式机器人环境表征与路径规划

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机械工程学报 2020年第23期56卷 21-33页

作者：徐鹏丁亮高海波周如意李楠邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

足式机器人在行走过程中,足端与地面之间的相互作用影响机器人的地面通过情况。足地作用与地表的几何形状和地面的物理特性息息相关,因此仅基于几何特性地图进行路径规划难以满足野外环境下规避松软沙土等非几何危险的需求。针对该问题... 详细信息

足式机器人在行走过程中,足端与地面之间的相互作用影响机器人的地面通过情况。足地作用与地表的几何形状和地面的物理特性息息相关,因此仅基于几何特性地图进行路径规划难以满足野外环境下规避松软沙土等非几何危险的需求。针对该问题,考虑足地作用力学提出包含几何与物理特性的环境模型进行足式机器人路径规划。通过简化和统一软硬地面下的足地作用模型,提出表征地面法向松软特性和切向摩擦特性的参数化指标,结合几何特性构建更全面的环境模型。综合考虑影响机器人通过性的地面几何与物理特征,重构路径规划的优化目标,通过图搜索算法实现最优路径规划。以六足机器人Elspider为对象进行仿真和试验,验证了所提出的方法能够有效规避非几何危险,实现了更安全、通过性更强的路径规划。

关键词：环境表征物理特征足式机器人路径规划

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智能上肢假肢感觉反馈研究进展

机械工程学报 2023年第5期59卷 1-10页

作者：胡雅雯姜力杨斌哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

近年来,具有神经控制和感觉反馈能力的双向生机接口成为智能上肢假肢的发展趋势。目前,大部分的研究集中在上肢假肢的机构、传感器设计和神经控制等领域,而在感觉反馈方面的研究较少,缺乏合适的感觉反馈降低了智能假肢的操作性能并限制... 详细信息

近年来,具有神经控制和感觉反馈能力的双向生机接口成为智能上肢假肢的发展趋势。目前,大部分的研究集中在上肢假肢的机构、传感器设计和神经控制等领域,而在感觉反馈方面的研究较少,缺乏合适的感觉反馈降低了智能假肢的操作性能并限制了假肢的实际应用。首先概述了智能假肢双向生机接口的现状,然后详细介绍了基于经皮神经电刺激、振动刺激、压力刺激等感觉反馈方法,以及感觉替代、模态匹配、躯体特定区匹配等感觉反馈策略,在此基础上对上肢假肢感觉反馈的自然性和交互信息的多模态等发展趋势进行了展望。

关键词：智能假肢生机接口感觉反馈电刺激

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具有关节限位的7R仿人机械臂逆运动学优化

吉林大学学报（工学版） 2016年第1期46卷 213-220页

作者：霍希建刘伊威姜力夏晶刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

针对7R仿人机械臂运动优化问题,建立了基于臂角参数的逆运动学封闭解,并采用解析法确定了关节限位约束下臂角参数的有效范围。此外,定义了一种新的关节位置评价函数,将避关节限位的优化指标转化为虚拟转矩。在此基础上,提出一种自寻优方... 详细信息

针对7R仿人机械臂运动优化问题,建立了基于臂角参数的逆运动学封闭解,并采用解析法确定了关节限位约束下臂角参数的有效范围。此外,定义了一种新的关节位置评价函数,将避关节限位的优化指标转化为虚拟转矩。在此基础上,提出一种自寻优方法,用于解决机械臂避关节限位的运动优化问题。仿真结果表明:本文方法能准确地确定臂角的有效范围,同时能快速有效地完成机械臂运动学优化任务。

关键词：自动控制技术冗余自由度机械臂封闭解有效臂角自寻优方法

基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学建模

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机械工程学报 2009年第6期45卷 41-49页

作者：夏丹陈维山刘军考韩路辉哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作... 详细信息

提出了基于Kane方法的仿鱼机器人波状游动的动力学模型。通过对鱼体波状游动的运动学描述,将仿鱼机器人离散成刚性头部、柔性身体和摆动尾鳍三个部分并划分为多个运动环节进行分析,考虑鱼体外部环境的作用力:流体附加质量、流体加速作用的弗劳德—克里洛夫力、鱼体游动过程中的阻力特征,建立仿鱼机器人的动力学模型。数值实例表明,利用该动力学模型,能够有效地实现给定鱼体各环节的运动参数求解作用力矩、给定作用力矩求解运动规律,进一步设计仿鱼机器人各环节的运动规律,寻找一种实现鱼体推进力最大和推进效率最高的规划方法。该动力学模型的建立为研究仿鱼机器人的运动控制算法和规划算法,揭示鱼体利用流场能量的动力学机理提供了重要理论支撑。

关键词：仿鱼机器人动力学模型 Kane方法运动环节

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实现预定游速的仿鱼机器人最佳效率运动规划

机械工程学报 2010年第17期46卷 22-28页

作者：陈维山夏丹刘军考韩路辉哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

对仿鱼机器人推进而言,实现一个预定的游动速度可能存在多种运动方式,其中效率最高的运动方式只有一种。对实现预定游速的仿鱼机器人获得最佳效率进行运动规划研究。运用数值模拟方法,获得仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示其稳态速度、功... 详细信息

对仿鱼机器人推进而言,实现一个预定的游动速度可能存在多种运动方式,其中效率最高的运动方式只有一种。对实现预定游速的仿鱼机器人获得最佳效率进行运动规划研究。运用数值模拟方法,获得仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示其稳态速度、功率消耗和推进效率与不同运动方式之间的内在规律;进一步以获得最佳效率为目标函数,以实现预定游速为约束条件,以摆动频率f和尾部最大摆幅Amax定义的运动空间为设计变量,对仿鱼机器人进行运动规划研究。结果表明,低f和高Amax的运动方式可以在实现预定游速的同时,获得最佳的推进效率。以实现预定游速2m·s–1为例,低f和高Amax的运动方式其推进效率较高f和低Amax提高了37.7%,二者的三维流场结构清晰地反映了这一规律。研究结果对于获得仿鱼机器人实现预定游速的高效运动规律,揭示稳态游动机理,设计仿鱼机器人的推进动作具有重要意义。

关键词：仿鱼机器人运动规划预定游速最佳效率流场结构

基于收敛速度的仿鱼机器人游动力学性能的数值模拟

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机械工程学报 2010年第1期46卷 48-54,61页

作者：夏丹刘军考陈维山韩路辉哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人直线游动的数值模拟研究中,任意给定初始速度,通过检验游动过程中推进力和阻力的数值动态修正鱼体的游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,对仿鱼机器人稳态游动的力学性能进行数值模拟,... 详细信息

将速度收敛算法应用于仿鱼机器人直线游动的数值模拟研究中,任意给定初始速度,通过检验游动过程中推进力和阻力的数值动态修正鱼体的游动速度,使其收敛到稳态值,进一步在收敛速度的基础上,对仿鱼机器人稳态游动的力学性能进行数值模拟,揭示其推进机理和流场结构。计算结果表明,改变摆动频率和尾部最大摆幅,采用速度收敛算法可以有效地预测仿鱼机器人的稳态游动速度,进而获得稳态游动的推进力、功率消耗和推进效率,三维流场结构清晰地反映尾部交变的正压梯度与头部的逆压梯度效应。研究结果对于预测仿鱼机器人的稳态游动速度,揭示稳态游动下仿鱼机器人的推进机理,设计仿鱼机器人的运动参数具有重要意义。

关键词：仿鱼机器人速度收敛算法收敛速度推进机理流场结构

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支腿式着陆装置运载器缩比模型相似性分析

机械工程学报 2022年第22期58卷 360-368页

作者：高海波王英超于海涛刘振丁亮宋宝玉邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

为节省整机实验成本,实现运用垂直降落运载器缩比模型试验反演原型的着陆过程,为垂直降落运载器着陆研究提供便利,运用相似性分析理论,建立垂直降落运载器着陆过程的缩比模型,定量反映其原型着陆过程的动力学行为。针对着陆过程中碰撞... 详细信息

为节省整机实验成本,实现运用垂直降落运载器缩比模型试验反演原型的着陆过程,为垂直降落运载器着陆研究提供便利,运用相似性分析理论,建立垂直降落运载器着陆过程的缩比模型,定量反映其原型着陆过程的动力学行为。针对着陆过程中碰撞、缓冲两种典型动力学行为建立分析模型,碰撞过程分别以速度跳变及冲击力作为分析目标,建立离散型、连续型(包含弹性与弹塑性两种模型)碰撞模型,采用量纲分析法和方程分析法,分别导出原型-缩比模型间的相似准则及力学参量比例关系。开展垂直降落运载器原型、缩比模型着陆过程仿真,验证离散型碰撞与连续型弹性碰撞、缓冲过程及着陆过程的动力学、运动学相似性,仿真结果数据与相似性分析理论推导吻合程度较高,该成果可为垂直降落运载器缩比样机设计及等效试验提供理论依据。

关键词：支腿式着陆装置缩比模型相似性分析碰撞垂直降落运载器

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垂直降落运载器着陆动力学建模与稳定性分析

机械工程学报 2020年第11期56卷 37-47页

作者：王英超高海波于海涛刘振丁亮宋宝玉邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

目前,垂直起降运载器的可重复使用是大量节约空间进入成本的直接有效方式。如若运载器在整个着陆过程中维持未倾翻状态直至安全着陆,则意味着实现了运载器的成功回收。在垂直起降可重复使用运载器着陆过程中,利用着陆装置吸收冲击能量... 详细信息

目前,垂直起降运载器的可重复使用是大量节约空间进入成本的直接有效方式。如若运载器在整个着陆过程中维持未倾翻状态直至安全着陆,则意味着实现了运载器的成功回收。在垂直起降可重复使用运载器着陆过程中,利用着陆装置吸收冲击能量以协助运载器实现稳定是其最终环节,此过程对运载器能否安全着陆有重要影响。针对支腿式运载器着陆装置,在传统多体动力学分析基础上,引入含摩擦单点碰撞模型以模拟足地碰撞引起的动力学不连续过程,建立典型着陆模式下运载器各着陆状态动力学方程,构建腿式着陆装置运载器完整着陆过程有限状态机。通过数值仿真计算,对运载器着陆结果进行参数化区间划分,获得稳定着陆的参数组合,可为后续运载器着陆控制提供策略参考和技术支撑。

关键词：运载器回收动力学建模碰撞稳定性

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腱驱动假手手指运动及力分析

哈尔滨工业大学学报 2012年第5期44卷 46-51页

作者：刘伊威任伟高一夫哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手指的独立运动.腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节的预紧和腱松弛后关节的回复运动.对弹簧... 详细信息

为优化多自由度假手的机械结构,降低其复杂性以及提高其可靠性,采用腱驱动方法实现假手单手指的独立运动.腱驱动假手手指由驱动腱、钢丝轮、3个指节、3个关节及关节扭簧等构成,关节扭簧实现关节的预紧和腱松弛后关节的回复运动.对弹簧刚度进行优化设计,实现腱驱动的手指各关节的顺序弯曲及手指的大抓握.分析了手指抓取时各指节所受接触力与钢丝轮驱动力矩之间的关系.建立了手指的动力学模型,得到手指的动力学方程.数值计算与仿真分析比较证明了理论计算的正确性,手指运动及抓握实验证明了该种结构手指的可行性.腱驱动的假手手指具有零件少、结构简单、可靠性高等优点,为多自由度假手的研制提供了有利条件.

关键词：假手手指结构腱驱动欠驱动手指动力学模型