本文選題：自由落貓機器人　切入點：姿態(tài)調(diào)整　出處：《機器人》2017年03期

【摘要】：機器人在未知復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)時,有從高處跌落的風險,所以需要考慮其空中的姿態(tài)調(diào)整能力,減輕由錯誤的著陸方式造成的傷害.當貓從高空墜落時,它總能通過自身調(diào)整安全落地.受這一生物學現(xiàn)象啟發(fā),通過研究貓能夠安全落地的第一階段,姿態(tài)調(diào)整階段,首次提出以時間最優(yōu)方式研究落貓機器人最優(yōu)下落軌跡問題.首先利用軸對稱雙剛體模型導(dǎo)出機器人的數(shù)學模型,因為角速度不可積,將落貓機器人的姿態(tài)控制問題轉(zhuǎn)變成非完整系統(tǒng)的運動規(guī)劃問題.考慮到姿態(tài)調(diào)整所消耗的時間是決定調(diào)整結(jié)果較為重要的因素,隨后以虛擬力矩輸入取代真實角速度輸入,建立時間優(yōu)化函數(shù),并構(gòu)造了求解該函數(shù)的方法.然后以姿態(tài)調(diào)整耗時最短為控制目標,通過粒子群優(yōu)化算法尋找目標最優(yōu)解.最后運用所得最優(yōu)解數(shù)據(jù),在虛擬物理環(huán)境下進行了虛擬樣機實驗,并實現(xiàn)了落貓機器人的空中翻正動作.結(jié)果表明,該方法能有效地縮短自由下落機器人的姿態(tài)調(diào)整時間.
[Abstract]:The robot has the risk of falling from a height when it is operating in an unknown and complex environment, so it needs to consider its ability to adjust its attitude in the air to mitigate the damage caused by the wrong landing. When a cat falls from a high altitude, It can always adjust the safe landing by itself. Inspired by this biological phenomenon, by studying the first stage of the cat's safe landing, the posture adjustment stage, It is the first time to study the optimal falling trajectory of a cat-dropping robot by using the time-optimal method. Firstly, the mathematical model of the robot is derived by using the axisymmetric double-rigid body model, because the angular velocity is not integrable. In this paper, the attitude control problem of cat dropping robot is transformed into a motion planning problem of nonholonomic system. Considering that the time consumed by attitude adjustment is the most important factor to determine the adjustment result, virtual torque input is used to replace the real angular velocity input. The time optimization function is established, and the method to solve the function is constructed. Then the optimal solution of the target is found by particle swarm optimization (PSO) algorithm with the shortest attitude adjustment time as the control object. Finally, the optimal solution data are used. The virtual prototype experiment is carried out in the virtual physical environment, and the aerial righting motion of the cat-dropping robot is realized. The results show that the method can effectively shorten the attitude adjustment time of the free-fall robot.
【作者單位】： 中國科學技術(shù)大學;中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院先進制造技術(shù)研究所;
【基金】：國家自然科學基金(51405470) 常州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃(CJ20159004)
【分類號】：TP242

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 徐林森;魏鮮明;曹凱;梅濤;駱敏舟;;仿生雙足水上行走機器人優(yōu)化設(shè)計及控制方法[J];機械工程學報;2014年15期

2 魏鮮明;徐林森;曹凱;駱敏舟;;足式水上行走機器人智能控制方法設(shè)計[J];機器人;2014年01期

3 ;Nonholonomic motion planning for a free-falling cat using spline approximation[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2012年11期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 梁興燦;徐林森;李露;周波;趙家軒;;自由落貓機器人時間最優(yōu)下落軌跡研究[J];機器人;2017年03期

2 梁興燦;徐林森;李露;余偉;;自由落貓機器人的最優(yōu)下落軌跡研究[J];計算機仿真;2017年05期

3 張仲志;高飛;宋彬;郭劭琰;呂建剛;馬超;;蛇怪蜥蜴踏水奔跑機理研究及仿生機構(gòu)設(shè)計[J];機器人;2016年06期

4 易中貴;戈新生;;自由下落貓姿態(tài)最優(yōu)控制的混合優(yōu)化策略[J];力學學報;2016年06期

5 丁長濤;楊世錫;甘春標;;隨機不確定擾動誘發(fā)的機器人動力學行為及其優(yōu)化[J];農(nóng)業(yè)機械學報;2016年08期

6 Diansheng Chen;Kewei Chen;Ziqiang Zhang;Benguang Zhang;;Mechanism of Locust Air Posture Adjustment[J];Journal of Bionic Engineering;2015年03期

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 連志鵬;吳立成;袁海斌;;一種水上行走機器人的設(shè)計與實現(xiàn)[J];機器人;2010年04期

2 阮曉鋼;胡敬敏;蔡建羨;武衛(wèi)霞;;一種基于模糊控制理論的獨輪機器人控制算法[J];控制與決策;2010年06期

3 戈新生;陳立群;;Optimal control of nonholonomic motion planning for a free-falling cat[J];Applied Mathematics and Mechanics(English Edition);2007年05期

4 董曉坡;王緒本;;救援機器人的發(fā)展及其在災(zāi)害救援中的應(yīng)用[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學報;2007年01期

5 ;Optimal motion planning of an underactuated spacecraft using wavelet approximate method[J];Progress in Natural Science;2006年08期

6 高峰;機構(gòu)學研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的思考[J];機械工程學報;2005年08期

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉玉林;郝立軍;;時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器設(shè)計探討[J];煉油化工自動化;1987年04期

2 齊貴柱;時間最優(yōu)微機控制系統(tǒng)[J];煙臺大學學報(自然科學與工程版);1988年00期

3 任章,徐德民;消除時間最優(yōu)系統(tǒng)中奇異振蕩的振蕩控制方法[J];控制與決策;1993年01期

4 王浣塵;線性離散時間最優(yōu)反饋的通解形式[J];信息與控制;1980年03期

5 李偉,張桂青,陳鵬;基于時間最優(yōu)的起重機消擺控制策略[J];山東工業(yè)大學學報;1998年02期

6 謝宋和;關(guān)于《具有指定閉環(huán)特征值的離散時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器的設(shè)計》一文的反例[J];控制理論與應(yīng)用;1993年01期

7 李炳杰;劉三陽;尹忠海;;時間最優(yōu)開關(guān)控制的非線性規(guī)劃方法[J];西安電子科技大學學報;2006年02期

8 王永初;任秀珍;;實用最優(yōu)調(diào)節(jié)器(三)[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;1984年06期

9 王一飛,楊公訓;時間最優(yōu)模糊PID控制算法的設(shè)計與研究[J];電機與控制學報;2004年04期

10 劉亞云;金亮亮;;一種改進的時間最優(yōu)控制算法[J];雷達科學與技術(shù);2014年02期

，

本文編號：1681980