RESEARCH ON THE DOF DISPOSITION AND MECHANISMS DESIGN OF HUMANOID ROBOT

IntroductionSome researchers[1～ 3] in Yugoslavia,Japan andAmerica have got many achievements in bipedrobot since the beginning of1 970 s.The bipedrobot can walk in static and dynamic gait and al-so can turn around and go up stairs.Recentlyhumanoid robot has become a hot researchingpoint[4,5 ] .Humanoid robot has body includinghead,neck,waist and hands.Biped robot is abasis of humanoid robot.Usually a humanoidrobot should have more than 2 0 DOF.All thetechnology problems in DOF planning,m…     

两自由度并联机器人的RBF神经网络辨识自适应控制

针对平面两自由度五杆并联机器人的轨迹跟踪问题,提出了一种基于RBF神经网络的自适应PID控制方法.该控制方案利用RBF神经网络自适应学习辨识并联机器人系统的未知非线性动态,可以在线调整PID控制参数以实现高精度控制.仿真结果显示该控制策略可以精确实现对于并联五杆机器人的轨迹跟踪控制,该方法的自适应性和跟踪性能均优于传统的PID控制.     

一种单相电容电机变频调速方法

为使单相电容电机可作高性能的变频调速，根据这种电机结构和特点，利用磁通空间矢量的电机内近似构成圆形旋转磁场的原理，提出了一种新的变频调速方法，并对相关的控制模式和参数计算作了探讨。结果表明：该方法具有优良的起动和调速特性，尤其便于电机的恒转矩或恒功率调速控制。另外，该方法所使用的主电路可兼顾三相电机的变频调速。     

基于MC9S12HZ256的汽车仪表步进电机控制

介绍了MC9S12HZ256微控制器的电机控制模块（MC）和失步检测模块（SSD）,提出了使用该模块控制汽车仪表步进电机的方法,给出了控制软件的流程图。通过所研制的汽车组合仪表对步进电机驱动控制和归零控制进行了调试,结果表明,步进电机运行准确、性能可靠。     

LGTD200Y型公铁两用电动牵引车转向控制策略

以LGTD200Y型公铁两用电动牵引车为对象,提出了基于4台直流无刷轮毂电机的控制方案,给出控制器总体设计思路.采用全轮转向方式,利用低速转向模型,计算了电子差速过程中随着转向角的变化四轮速度的变化,同时分析了滑移率/拖滑率与转矩的调节问题.给出了直线运行时四轮车速的协调方案,研究了电动牵引车转向与加减速处理方案.最后,利用Matlab软件进行了仿真试验,试验结果表明了电动牵引车控制器设计合理,电子差速控制策略正确,能够满足四轮独立驱动电动牵引车的行驶要求.     

自动跟踪运输机器人模型的设计

以AT89C51单片机为控制核心，用带减速器的小型直流电机为驱动元件，在智能软件的控制下，实现了机器人的自动跟踪、避障、语音报警和相关信息显示等功能。介绍了该机器人的结构组成、控制系统及软件编程。     

防止电机反馈试验失控的调节方法及参数设计

根据电压和功率平衡的关系分析了牵引电动机反馈试验中的电流或电压失控现象,发现失控的原因是各电机磁场特性的差异所致,得到了不出现失控的磁场限制条件,提出采用调磁的方法来消除失控现象。对调磁装置及其技术参数进行了设计,使之能满足所有试验的调节要求。     

交流传动控制策略——空间矢量法

目前，国内无论在城轨交通和干线电牵引方面，三相交流传动取代直流控制是明显的趋势，以满足有关专业学者对交流传动系统知识的渴求为目的，全面介绍交流传动的基本概念，它是以直流电机为模型，与三相笼型异步机在结构、控制原理方面作了深入分析、比较，揭示出交流传动的控制策略的精髓即空间矢量的控制法，希望能对有关学者起到抛砖引玉的作用。     

混合式步进电动机的轻重步机理

分析了混合式步进电动机的单步响应特性，阐明了电机单步运行时的轻重步机理，实例分析了五相混合式步进电动机４～５相通电运行时的单步响应特性，确定了轻重步的变换过程，指出了改善电机轻重步现象的相应措施。     

多采样率EKF及其在感应电机转速估计中的应用

在深入研究EKF算法和多采样率数字控制系统的基础上,建立了多采样率EKF算法,分别推导了其输入和输出算法,并将其应用于感应电机的转速估计中.通过仿真验证了该算法比单采样率扩展Kalm an滤波算法具有更高的信息获取和状态估计能力,并能有效抑止噪声,转速估计误差减小41.7%~87.6%.     

消除谐波电流的七相感应电机矢量控制

为了实现对七相感应电机磁链和转矩控制,同时消除定子谐波电流,根据减小空间解耦模型谐波子空间中合成电压矢量的原理,提出了3种消除定子谐波电流的方法,即3次谐波子空间合成矢量为0的SVPWM （space vector pulse width module）A法、3次及5次谐波子空间合成矢量同时为0的SVPWM B法和通过电机闭环控制的UVM （unified voltage module）C法.采用负载调速实验验证了3种控制方法对七相感应电机磁链和转矩的控制效果.结果表明:SVPWM A法和SVPWM B法,在调制深度和转速调节过程中,依靠调整施加矢量顺序和作用时间来实现消谐,效果不理想;UVM C法通过增加谐波子空间电压为0的约束条件,实现闭环控制,消除谐波电流效果较好,在基波含量为52.5 dB情况下,3次和5次谐波含量很低,仅为17.8和9.8 dB.      

基于模糊补偿的RBF神经网络机械手控制

针对机械手系统的高精度轨迹跟踪控制,提出了一种基于模糊补偿的RBF（radial basis function）神经网络机械手控制方法.该方法首先利用PD（proportional-integral）控制器获得机械手的控制策略,将其输出作为RBF神经网络的输入,并学习得到系统模型;然后运用模糊逻辑补偿器对系统扰动和建模误差进行补偿;最后,在MATLAB/Simulink平台上针对两关节机械臂,进行了有模糊补偿和无模糊补偿系统跟踪的均方根误差测量仿真实验.研究结果表明,两关节机械臂的控制精度分别提高了60.8%和71.4%,本文提出的方法能够解决机械手实际模型很难精确建立的问题,并能对系统未建模部分和扰动部分进行自适应补偿.      

基于台架仿真模型的高速列车齿轮箱轴承动载荷获取方法

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷，由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型；基于谱修正的多点相干随机振动控制算法，通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱，再现了齿轮箱受到的多点相干线路激励；通过台架仿真模型获取了齿轮箱输入轴电机侧圆柱滚子轴承在服役振动环境下的轴承径向载荷、轴承中心轨迹和滚子与外圈滚道接触载荷。研究结果表明:通过谱修正控制算法，在优化速度指数为0.3，进行10次迭代后，轴箱的仿真与实测加速度功率谱相对误差趋于稳定，最大相对误差小于10%；不同的电机输入扭矩下，有无线路激励齿轮箱轴承动载荷表明，电机输入扭矩决定了齿轮箱轴承动载荷均值，而线路激励是齿轮箱轴承动载荷波动的主要原因；频谱分析显示，线路激励增大了轴承径向载荷在中低频带与齿轮啮合频率处的能量；同时线路激励增大了滚子与外圈滚道接触载荷，但是接触载荷的接触区和均值无明显变化；当无线路激励时，轴承中心轨迹沿齿轮的压力角振动，与垂直轴夹角为26°；线路激励使轴承中心轨迹波动范围更大、更随机，在方向上没有明显特征。可见，电机输入扭矩和线路激励是高速列车齿轮箱轴承动载荷的主要来源，台架仿真模型可为高速列车齿轮箱轴承动响应评估和载荷谱建立提供有价值的参考。      

五相混合式步进电动机五边形接法的轻重步现象

介绍了步进电动机单步响应应特性的微机测试系统，研究了五相混合式步进电动机五边形接法的轻重步现象，指出对绕组五边形接法的五相混合式步进电动机，存在着两步一循环的轻重步现象，绕组由4组通电变为5相通电时为一重步，绕组由5相通电变为4相通电时为一轻步，理论分析与实验结果相符。     

变频调速异步电动机的转差率

以异步电动机机械特性曲线为基础，分析了变频调速异步电动机在拖动恒转矩负载、恒最大转矩负载、变转矩（非风机和泵类）负载、恒功率负载以及风机和泵类负载时，转差率随频率变化的规律．给出了在不同性质的负载和频率条件下，电动机的转差率和转速的计算公式．研究表明，变频调速电动机的转差率随频率的变化而变化．本研究的结论否定了变频调速电动机转差率不变的观点．     

基于DELTA机构的堆垛机器人

介绍了一种基于ＤＥＬＴＡ机器人机构的堆垛机器人设计,这种堆垛机器人和同等规格的串联机器人相比,具有高刚度,高精度和低机动质量等特点,适合于高速堆垛及搬运等操作。此设计还具有其他一些潜在应用,讨论了ＤＥＬＴＡ机构的奇异形位和运动学逆解等。     

Dynamic Obstacle Avoidance for Application of Human-Robot Cooperative Dispensing Medicines

For safety reasons,in the automated dispensing medicines process,robots and humans cooperate to accomplish the task of drug sorting and distribution.In this dynamic unstructured environment,such as a human-robot collaboration scenario,the safety of human,robot,and equipment in the environment is paramount.In this work,a practical and effective robot motion planning method is proposed for dynamic unstructured environments.To figure out the problems of blind zones of single depth sensor and dynamic obstacle avoidance,we first propose a method for establishing offline mapping and online fusion of multi-sensor depth images and 3D grids of the robot workspace,which is used to determine the occupation states of the 3D grids occluded by robots and obstacles and to conduct real-time estimation of the minimum distance between the robot and obstacles.Then,based on the reactive control method,the attractive and repulsive forces are calculated and transformed into robot joint velocities to avoid obstacles in real time.Finally,the robot's dynamic obstacle avoidance ability is evaluated on an experimental platform with a UR5 robot and two KinectV2 RGB-D sensors,and the effectiveness of the proposed method is verified.     

视觉伺服机器人视界内的直接路径规划

建立了GRB-400单目视觉伺服机器人的图像雅可比矩阵，针对此动态双环系统设计了控制算法使视觉伺服闭环运动控制系统稳定．根据视觉伺服闭环运动控制系统的需要，提出了最速下降法与惩罚函数法相结合的平面规划方法,在机器人的视界内解决一定时间内最小能量的路径规划问题．仿真与实验结果表明。机器人根据在其视觉范围内的目标物体的位置即可采用上述方法确定优化的路径。     

基于虚拟试验场技术的越野车辆地形通过性评价系统

为了评价越野车辆的地形通过性,建立了基于虚拟试验场技术的评价系统.基于轮胎内压和轮胎刚度与有效接地面积基本成线性的关系,用试验系数对建立的轮胎粘弹性有限元模型进行了修正.研究了悬架的刚度-阻尼模型,并以多体动力学理论建立了车辆的6自由度动力学模型.以车轮六分力传感器和机器视觉测量方法建立了评价仿真模型的标定和验证硬件平台,并对实车试验与评价系统的仿真结果进行对比.对比结果表明:仿真与试验结果的干涉误差在5%以内,因此,评价系统可信.     

轨道车辆永磁直驱技术综述

概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况，归纳了永磁直驱转向架的结构形式，讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形，分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性；针对轨道车辆应用，从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的结构设计与优化方法，分析了传统的牵引电机控制策略，讨论了模型预测控制技术和无位置传感器控制技术的研究现状及其用于永磁直驱电机的可行性和存在的问题；总结了轨道车辆永磁直驱技术的现存问题并展望了其未来发展方向。研究结果表明:刚性抱轴式永磁直驱结构紧凑，但电机受轮轨振动影响较大且增加了列车簧下质量，仅适用于低速轨道车辆；高速轨道车辆直驱技术宜采用弹性架悬式直驱结构，但需要进一步研究永磁牵引电机和直驱转向架的弹性连接方式和最优匹配参数，优化簧上、簧下质量分布；内置式永磁直驱转向架可缩短车轴长度和减少轴距，具有质量轻、动力特性好等优势，较适用于复杂的地形环境应用；需要研究更为快速准确的永磁电机故障在线诊断、预警与抑制方法，可结合基于故障诊断及预测的智慧运维技术，为车辆提供维修决策建议；需对永磁直驱电机定子、转子拓扑结构进一步优化，并提出更为有效的冷却结构及精确的温升计算方法；传统矢量控制与直接转矩控制难以兼顾高转矩动态响应和低转矩脉动，模型预测控制因其结构简单、动态响应快等优点，较适用于轨道车辆这类低开关频率大功率应用，但仍需进一步研究以降低其运算负荷并提升其稳态性能；无位置传感器技术可节省电机内部空间体积，且能防止编码器故障带来的可靠性问题，适用于内部空间狭小的直驱转向架，现有中高速无位置传感器技术已具有较好的性能，零速和低速下采用高频信号注入法虽能实现较准确的位置估计，但其对电机控制性能带来的一系列不利影响还需要进一步研究。