扩展层级建模方法及其在挖掘机器人中的应用

为了解决质量矩阵奇异时传统动力学建模方法失效和外力模型与约束力模型耦合时的解耦问题,基于复杂多刚体系统层级堆聚建模理论,提出了一种新的扩展层级建模方法.以挖掘机器人为研究对象,建立了其工作装置的动力学解析模型,并对其进行了数值仿真.结果表明:当子系统质量矩阵奇异时,扩展层级建模方法利用质量补充矩阵可得到子系统动力学解析模型通式;当子系统的外力和约束力耦合时,扩展层级建模方法借助约束方程的二阶形式可获得解耦的外力模型,该模型仅与系统广义位置、广义速度和时间变量相关;仿真结果连续、收敛,表明扩展层级建模方法在挖掘机器人中的应用有效、可行.     

基于Udwadia-Kalaba方程的交通锥机器人编队摆放控制方法

针对交通锥摆放问题，以一类装有标准交通锥模型的移动机器人为研究对象，提出一种新的编队摆放动态控制方法。该方法根据编队摆放条件，构造出交通锥机器人编队摆放的运动学约束，并将编队摆放约束视为控制目标。基于Udwadia-Kalaba方程，建立满足编队摆放的动力学模型，设计基于模型的编队摆放控制器。研究结果表明：所提控制方法能够实现交通锥机器人的编队要求，可进一步解决当前交通锥有序摆放问题。相较于基于领航者-跟随者模型的模型预测控制和基于神经动力学反步控制，所提出的基于模型设计的控制方法，具有编队距离误差收敛速度快和扭矩易于优化等特点。并借助MATLAB仿真软件和物理试验平台，对所提控制方法进行了仿真与试验验证，实现了三角形工况以及直线工况下交通锥机器人的编队摆放控制。试验结果验证了该控制系统的实用性和有效性，为交通锥的摆放提供了一个新的研究思路。