国家自然科学基金(51175048)
- 作品数：19 被引量：73H指数：7
- 相关作者：孙汉旭贾庆轩张延恒赵伟于涛更多>>
- 相关机构：北京邮电大学重庆邮电大学北京林业大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金高等学校科技创新工程重大项目中央高校基本科研业务费专项资金更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术机械工程一般工业技术理学更多>>
- 小型球形水底观测机器人设计分析与实现被引量：2
- 2020年
- 面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。
- 李艳生孙汉旭
- 关键词：水下机器人球形机器人运动特性图像采集
- 啮合式磁阻电动机结构参数的优化设计
- 2013年
- 研究啮合式磁阻电动机(Geared reluctance motor,GRM)结构参数的设计原则和自动优化问题。在文献[11]给出的GRM参数化模型基础上,通过研究平均转矩随结构参数改变而呈现的变化趋势,提出各个参数的设计原则。为减少人工设计工作量和寻找全局最优点,提出基于遗传算法的GRM自动优化设计方法,充分考虑优化过程中各参数的约束条件,以及各参数之间的互约束关系,详细研究摆线齿轮的强度约束、齿形约束和齿数圆整问题。然后利用提出的优化算法对一台样机进行优化设计,使平均转矩提高了35%左右。最后用有限元法对优化后的GRM转矩特性进行了验证,结果表明优化设计的理论转矩比有限元验证值误差在3%以内,证明了优化算法的正确性。
- 吕新明孙汉旭贾庆轩
- 关键词：优化设计遗传算法
- 具有两种运动模式的球形机器人动力学建模与设计被引量：6
- 2013年
- 针对目前球形机器人爬坡能力不足的问题,提出了一种具有连杆爬坡机构的新型球形机器人设计方案。该球形机器人除了传统的重摆行走方式之外,还可以利用连杆机构爬陡坡。建立了机器人利用连杆机构爬坡的力学模型,并用仿真软件分别进行了新旧球形机器人的爬坡运动仿真,验证了力学模型的正确性。在此基础上,对影响新机构爬坡能力的参数进行分析与优化,以此为理论依据设计制造出了具有两种运动模式的BYQ-X球形机器人样机。并对此样机进行了爬坡运动实验,通过样机实验进一步验证了力学模型的正确性和连杆爬坡机构对增加球形机器人爬坡能力的有效性。
- 赵伟孙汉旭贾庆轩张延恒于涛
- 关键词：自动控制技术球形机器人
- 一类欠驱动系统的解耦滑模控制方法被引量：6
- 2012年
- 针对一类欠驱动系统的稳定控制问题,提出了一种解耦滑模控制器的设计方法.首先将整个系统分成2个子系统,分别设计2个子系统的滑动面.然后利用其中一个子系统滑动面的反正切函数来构造一个中间变量,将该变量引入到另一个子系统的滑动面中,进而构造出整个系统的滑动面.最后利用等效控制法求取系统在该滑动面上的等效控制量,并采用李雅普诺夫稳定性定理设计系统的切换控制量,从而获得系统最终的控制输入量.该方法解决了传统解耦滑模控制方法中存在的控制系统稳定性无法保证的问题,并可简化解耦滑模控制器的设计.从理论上分析了系统各个滑动面的渐近稳定性,并且通过桥式吊车系统的仿真实验验证了该方法的有效性.
- 于涛孙汉旭贾庆轩张延恒赵伟
- 关键词：欠驱动系统解耦控制滑模控制
- 低速冲击下球形机器人GFRP球壳的动力学响应及损伤评估被引量：1
- 2020年
- 球形机器人工作过程中受到的低速冲击能够对其内部装置与运行精度产生重大威胁。针对球形机器人的玻璃纤维增强聚合物(GFRP)薄壁球壳结构可能受到的大变形动载作用,进行GFRP球壳的低速冲击损伤研究,分为试验和仿真两个方面,通过不同冲击速度的低速冲击试验与准静态压缩试验得出GFRP球壳的动力学响应及剩余承载力,并且基于Hashin准则建立球壳的复合结构渐进损伤仿真模型,阐明其在不同冲击速度下的应力分布、结构变形模式和能量耗散机制。研究结果再现了球形机器人球壳在严苛环境下发生变形与侵彻贯穿的情况,得到了球壳发生侵彻贯穿的临界冲击速度范围,对高性能球形机器人的研制及其精准控制的实现有着极为重要的意义。
- 马龙孙汉旭兰晓娟王志强
- 关键词：球形机器人球壳结构动力学响应
- 水下球形机器人推进器管道的设计和优化
- 2013年
- 根据水下球形机器人的设计需要,运用CFD(computational fluid dynamics)技术,对不同流态下不同截面尺寸和曲率半径的矩形截面弯管内的黏性流动进行了数值模拟.研究了离心力作用下二次流强度和壁面黏滞阻力随弯管参数变化的情况,得出了截面宽高比为0.75的弯管的水力损失最小的结论,并对该截面形状的弯管的流动结构进行了分析.最后,在标准试验平台上运用涡量探头对出口截面的涡流强度进行了测量,从而证明了数值模拟的正确性,并通过对比分析,完成了水下球形机器人的管道设计和优化.
- 潘浩孙汉旭贾庆轩李鹏
- 关键词：数值模拟
- 一种摆式球形水下机器人水底滚动特性分析被引量：8
- 2016年
- 为了更加深入的掌握BYSQ-2球形水下机器人水底滚动特性,在建立机器人水底滚动方程基础之上,分析得出机器人质量和电机转速也会对机器人的水底滚动产生影响。搭建该种水下机器人水底仿真环境平台和虚拟样机,通过对比在不同质量和电机转速下的仿真结果,得出该种球形水下机器人水底滚动的波动特点,并且增加机器人的质量和降低电机的转速,会有效的提高机器人在水底滚动的稳定性。
- 李艳生孙汉旭贾庆轩张延恒褚明
- 关键词：球形机器人无人水下航行器
- 具有立体视觉的球形机器人及其运动控制被引量：9
- 2013年
- 针对现有球形机器人存在环境感知能力较弱、运动控制精度不高的问题,提出一种具有立体视觉的新型球形机器人Visionbot。介绍Visionbot机器人的机械结构,采用具有非完整约束的拉格朗日方程建立该球形机器人的动力学模型。针对状态变量过多难以用于控制系统设计的问题,对球形机器人的动力学模型进行合理简化。利用模型解耦、线性化以及状态反馈等方法,建立该球形机器人的运动控制模型,包括内环力矩控制器和外环路径跟踪控制器。采用延时环节对视觉反馈通道的时延进行建模,建立具有视觉反馈的球形机器人运动控制模型。通过运动仿真试验,研究机器人重摆质量、视觉反馈延时对其运动控制性能的影响,并验证系统设计的可行性。研究结果为Visionbot机器人的优化设计和样机研制提供理论基础。
- 叶平韩亮亮张天石王轩孙汉旭
- 关键词：球形机器人运动控制立体视觉
- 球—轮复合可变形机器人的结构设计与分析被引量：5
- 2012年
- 设计一种将球形机器人与轮式机器人运动特点相结合的可变形移动机器人。该移动机器人可以适应多种复杂的地形环境,自身几何形状发生变化以实现球形和轮式机器人互换。球—轮复合型移动机器人的机构系统由可变形球壳、球体推进装置和轮式驱动装置组成。通过对可变形球壳的拉伸和收缩实现球形和轮式机器人之间的角色交换。运用理论推导和参数优化等方法对球—轮复合型移动机器人中的变形球壳、车轮、和驱动重摆的结构尺寸进行分析,并通过仿真试验验证了机构尺寸参数选择的合理性,为该复合型移动机器人的机构设计提供了理论依据。最后通过实物试验验证,证实了该移动机器人实现的可行性。
- 侯康孙汉旭贾庆轩
- 关键词：移动机器人
- 球形移动机器人基于神经网络的反馈线性化运动控制研究与实验被引量：7
- 2012年
- 实现了一种对球形移动机器人的滚动速度进行控制的方法.球形移动机器人的控制输入和状态输出间存在难以精确数学描述的非线性关系,本文采用径向基函数神经网络,以在线训练的方式建立了球形机器人输入与输出的非线性映射;然后采用反馈线性化方法,设计了球形机器人的速度控制器,该控制器由反馈线性化控制器和减小神经网络逼近误差的补偿控制器构成;给出了该控制器的实现步骤.多次实验结果表明,该方法可以实现球形移动机器人稳定的速度控制.
- 郑一力孙汉旭刘晋浩
- 关键词：球形移动机器人神经网络反馈线性化速度控制
