为了更加精确快速地求解盾构机在掘进过程中的姿态变化,采用基于空间齐次变换矩阵元素的位姿正解求解方法建立盾构机位姿正解解算模型,并利用牛顿拉夫逊算法对得到的以齐次变换矩阵元素为未知量的非线性方程组进行逐次迭代求解,得到齐次变换矩阵各元素数值解;然后,根据齐次变换矩阵各元素与位姿映射关系求解对应位姿。并根据各个液压缸杆长约束条件建立位姿反解数学模型,在Matlab中对位姿正反解进行求解,并分析比较正反解结果的吻合度。结果表明,其误差在0.018%左右,在误差允许范围内,证明了所建立的盾构掘进位姿正反解数学模型的正确性。

提出一种基于Levenberg-Marquardt方法求解并联机器人的位姿正解算法。建立一种冗余约束的绳驱并联机器人运动学模型,将机构参数化以求解位姿反解问题。建立非线性正解方程组,取末端执行器的原始位姿作为迭代初值,运用所提出的算法求解位姿正解。利用Matlab/Simulink/xPC工具进行仿真实验,选取复杂的周期性圆曲线作为并联机器人的运动轨迹,进行实时仿真;经验证,该算法可完成精确的位姿正解运算,实现平稳的运动轨迹,具有良好的实时性。选取5种位姿组合,验证该算法的高效性,验算结果表明,该算法迭代次数少、运算时间短、求解精度高,为实现并联机器人的实时监测和复杂控制策略提供了一定的理论指导。

电液振动平台易于实现低频大位移、大推力的振动激励,对于大型结构或试件的振动模拟试验具有重要价值。在工作环境中,常规的三状态控制器无法补偿由柔性基础及干扰力引起的扰动,其控制精度受到限制。为提升系统的跟踪精度,采用自抗扰控制器控制六自由度电液振动平台。对单个阀控缸机构设计自抗扰控制器后,结合三状态顺馈、位姿正解与雅可比矩阵完成对平台的加速度控制。通过位姿阶跃响应,加速度正弦运动及频率特性仿真,证明自抗扰控制方法对六自由度电液振动台具有更好的控制效果。

提出一种求解冗余约束绳驱并联机器人实时正解的数值算法。建立八绳六自由度绳驱并联机器人运动学模型,并对其机构进行参数化,根据矢量封闭原则计算绳索长度。由反解方程导出非线性正解方程组,取运动平台的初始位姿作为初值,运用Dog Leg算法迭代求出位姿正解。取圆曲线作为运动平台的运动轨迹,实时仿真实验表明该算法可完成精确的位姿正解运算。实验结果显示5种位姿组合平均耗时均小于0.07 ms,满足求解绳驱并联机器人位姿正解的实时性要求。