三关节欠驱动体操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案.首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应.     

三关节欠驱动休操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控制问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案。首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应。     

非线性反馈和二次型调节器在两栖机器人中的应用

球形两栖机器人具有对称的结构和多自由度的运动状态特性,在环境适应性和运动稳定性上具有优势。本文介绍一种可以用于深海水下探测与救援的新型水陆两栖机器人控制系统的结构和建模方法,根据机器人的运动控制模式,推导出具有6个自由度的动态数学模型,并在动态模型的基础上,建立并评估了两种控制模型。第一种是基于二次型调节器(LQR)的控制器模型,第二种是基于非线性状态反馈(FL)的控制器模型。最后对两种控制模型进行水下实验验证及评估,从而证明两种控制器的有效性和优劣性。实验表明:非线性状态反馈系统在响应时间(LQR=67.5s,FL=46.5s)方面都优于有限时域LQR控制器,而LQR控制器在上升时间(LQR=24.5s,FL=39.8s)方面更加具有优势。     

基于LQR的单球自平衡移动机器人控制器设计与仿真

针对单球自平衡移动机器人的非线性、高度耦合性和不稳定特性,提出了一种基于LQR的控制器。首先将其三维复杂动力学模型简化为三个独立平面的二维动力学模型,并建立拉格朗日平面动力学方程;其次根据平面动力学方程设计LQR控制器并在Sim ulink中建立控制系统仿真模型;最后对控制系统模型进行直线轨迹和圆弧轨迹跟踪仿真。仿真结果表明该控制器对线性轨迹和非线性轨迹都有很好的跟踪效果。     

外骨骼上肢康复机器人滑模控制策略研究

介绍一种外骨骼型上肢康复机器人,在分析其运动学和动力学的基础上,推导一种滑模控制算法并分析其收敛性.在MATLAB/Simulink环境中建立了机器人的控制实验模型,通过实验验证了所设计的控制器对康复机器人的运动具有较好的控制效果,可以满足上肢康复训练的要求.     

四臂医疗转运机器人设计及仿真平台搭建

针对医护人员短缺问题提出一种新型四臂医疗转运机器人,该机器人可在病床和轮椅之间转运行动不便的病人.对机器人结构进行设计,对机械臂进行正逆运动学分析.为研究机器人的控制算法,利用Webots软件搭建机器人仿真平台,在Webots中建立仿真工作环境、机器人模型和病人模型,编写底层控制器;利用Qt开发带人机界面的上层控制器,并通过TCP/IP与底层控制器进行信息交互.通过病人起坐仿真实验,验证了仿真平台的可行性,验证了机器人结构的可行性,为该机器人的后续研究奠定了基础.     

移动式救援机器人的转铰空间轨迹跟踪控制问题研究

首先,本文利用雅克比矩阵概念与拉格朗日乘子方程,分别建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型,并以系统的动力学模型为基础。其次,为实现对移动式救援机器人转铰空间轨迹的跟踪控制,分别设计了基于转铰空间的PD控制算法和逆动力学控制算法。最后,利用Matlab软件,对所得到的运动学、动力学模型与控制算法进行了仿真验证。     

移动式救援机器人的动力学仿真分析

利用雅克比矩阵概念与拉格朗日乘子方程,分别建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型,并以系统的动力学模型为基础,研究了移动式救援机器人的动力学分析过程。为实现对移动式救援机器人工作端轨迹的跟踪控制,提出了一种基于工作空间的逆动力学控制算法。利用Matlab软件,对所得到的运动学、动力学模型与逆动力学控制算法进行了仿真验证。     

空间自由漂浮机器人运动计算机仿真

通过对空间自由漂浮机器人系统的运动特性的分析,建立了基于视觉反馈的实时目标跟踪控制算法,构建了基于实际电机的关节电机闭环控制模型.并在VC环境下建立了一个基于OpenGL的机器人可视化仿真系统,利用该系统建立动力学模型.该仿真系统可以对空间自由漂浮机器人机械臂运动时基座姿态及位置的变化进行模拟.最后在此仿真系统上进行了运动学和动力学仿真实验,验证了系统数学模型的有效性和准确性.     

单级旋转倒立摆运动控制研究

对所设计的旋转倒立摆进行了分析,利用Lagrange方程建立了系统的数学模型。设计了双PID和LQR状态跟随运动控制器。在MATLAB中用所设计控制器对旋转倒立摆模型进行直立运动控制仿真,结果表明,LQR状态跟随器控制系统超调小,响应速度快,鲁棒性强。根据设定的Q和R,计算出LQR最优控制参数K。然后利用微控制器、H桥芯片、绝对式编码器及普通小功率直流电机完成了系统的制作,并通过实际系统验证了LQR状态跟随运动控制器的稳定性。     

基于新型LQR的四旋翼无人机姿态控制

为四旋翼无人机的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器,该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入。首先,根据假设建立了四旋翼无人机的动力学模型,并在此基础上用泰勒级数展开进行线性化。然后利用线性模型设计了LQR控制器,并对控制器进行了改进。最后使用Matlab/Simulink进行试验仿真,验证了改进后的LQR控制对控制过程响应速度的提高。     

履带式爬壁机器人受力分析与稳定性仿真研究

针对机器人壁面上运动的稳定性问题,对永磁履带式爬壁机器人的结构特点和壁面受力进行了分析。为了便于受力分析,提出了载荷分布系数的新定义,建立了爬壁机器人的静力学模型、直线运动模型及转弯运动模型。利用Matlab软件对永磁铁吸附力、电机所需转矩、壁面倾角、载荷分布系数之间的关系,以及爬壁机器人的壁面受力进行了理论推导和数值仿真。研究结果表明,磁铁的吸附力指标主要决定于履带载荷分布系数和壁面倾角,磁铁的吸附力大小对转弯运动的灵活性有很大的影响,电机转矩要求主要决定于磁铁吸附力和壁面倾角。机器人运动模型的仿真结果与相关文献的实验结果一致,验证了运动模型的有效性,确定了影响稳定性的主要参数,给爬壁机器人的优化设计提供了依据。     

基于多点力约束的视网膜手术机器人的导纳控制

在视网膜血管注药手术中,手术器械与眼球巩膜刺入孔和视网膜目标血管处产生接触.为保证手术过程中这两处组织的受力在安全阈值内,提出了一种基于多点接触力的机器人约束控制算法.以手术器械轴部与眼球巩膜的接触力(巩膜力)和器械尖端与视网膜血管的接触力(尖端力)为输入,设计了机器人的导纳控制器.导纳控制器输出机器人坐标系下器械尖端处及巩膜接触位置的速度.这两处的运动速度在转换到同一坐标系下后对机器人进行运动约束.在通过导纳算法控制机器人的速度时,提出了一种非线性速度轨迹规划方法,实现速度的平滑变化.所提出的约束控制算法在硅胶眼球模型上进行了模拟视网膜注药试验,试验结果显示在外部扰动存在的情况下,巩膜力和尖端力均被保持在给定阈值之内,表明了所提出的多点力约束机器人控制算法对提高手术安全方面的有效性.     

基于磁流变阻尼器的半主动悬架控制与仿真

基于磁流变阻尼器的Bouc-Wen模型,设计了半主动悬架系统的控制器.该控制器由系统控制器和阻尼器控制器组成,系统控制器采用二次型最优控制LQR算法,阻尼器控制器采用基于Signum函数的方法.进行了基于Simulink的仿真分析,通过比较被动控制和主动控制,表明该半主动控制算法具有良好的控制效果.     

基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架GA-LQR的研究

传统的线性二次型最优控制(LQR)策略可提升车辆乘坐舒适性及操作稳定性,因此广泛应用在车辆半主动悬架中.对车辆半主动悬架用磁流变阻尼器(MRD)进行阻尼特性试验,并采用Bouc-Wen模型建立MRD的力学模型.为确定Bouc-Wen模型中的未知参数,利用遗传算法(GA)对其进行参数辨识.结合所辨识的Bouc-Wen模型,建立1/4车辆磁流变半主动悬架模型.针对LQR控制器存在的加权矩阵Q和R的取值易受主观因素影响的问题,设计了一种基于遗传算法的线性二次型最优控制(GA-LQR)控制器.以随机路面激励作为输入,分别对被动悬架、基于LQR的磁流变半主动悬架和基于GA-LQR的磁流变半主动悬架进行仿真分析,结果表明,基于GA-LQR的磁流变半主动悬架具有更好的乘坐舒适性及操作稳定性.     

基于足地接触特性辨识的六足机器人自适应阻抗控制

为提高足式机器人在未知地面环境中运动适应能力,提出了一种基于足地接触特性辨识的模糊自适应阻抗控制算法.首先,针对六足机器人提出一种足地接触特性辨识方法.为降低六足机器人行走时足地之间的冲击力,提出了一种六足机器人沿腿长方向基于足地接触参数的模糊自适应阻抗控制器.基于六足机器人在不平坦地面行走时的足地接触状态,建立机器人步态控制状态机及行走控制框架.通过六足机器人仿真模型,对足地接触特性辨识方法、模糊自适应阻抗控制器以及机器人行走控制框架进行仿真验证,并应用到"青骓"六足机器人样机进行实验验证.     

基于自整定模糊PID控制算法的电液伺服系统设计

本文针对传统PID控制器控制六自由度并联机器人所存在的响应速度慢、控制精度不高和鲁棒性差等问题,采用自整定模糊PID控制算法设计了模糊PID控制器.根据给定语言变量建立隶属度函数,设计模糊控制规则.最后,利用Matlab语言仿真模糊PID控制器和普通PID控制器对开环传递函数的响应.结果表明所设计模糊PID控制器具有响应速度快、鲁棒性强、精度高和无超调等特点,提高了六自由度并联机器人的控制性能.     

基于遗传算法优化的单球移动机器人原点自平衡控制

为进一步提高单球移动机器人原点自平衡能力,提出一种基于遗传算法优化的自平衡控制方法。首先,基于二维的单球倒立摆模型,建立了Eular-Lagrange动力学模型;其次,结合机器人的控制规律和基于遗传算法的线性二次最优控制算法设计自平衡控制器,以被控系统归一化后的二次型性能指标为寻优标准,采用遗传算法对权值矩阵Q进行优化。最后,使用优化后的控制器进行单球移动机器人的原点自平衡控制仿真,仿真结果证明:优化后的控制器不仅同时提高了系统的响应速度和鲁棒性,而且有效降低了控制器的功耗。     

四旋翼机器人运动控制与自适应PID控制算法设计

针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,利用了四旋翼的正交的结构特征进行系统设计。再次,根据旋翼机器人的运动特点进行了本体运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转等运动状态。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款位姿控制器,推导出一个非线性动力学仿真模型,用一个PID测试控制器进行仿真,并在真实飞行中成功地测试机器人,达到了一个理想的效果。     

基于坐标变换下的球形机器人稳定平台控制

由于球形机器人内部构件相对于壳体需要保证全方位的运动,所以机器人内部的传感器以及探测设备常因缺乏稳定支撑而无法正常工作.基于此,探讨通过控制的方法使机器人内部形成稳定平台.利用基于能量耗散形式下的拉格朗日方程建立球形机器人前向滚动状态下的动力学模型,并根据实际运动情况对所推导的动力学方程进行线性化处理,接着通过坐标变换的方法,使方程在新的平衡点处转化为线性定常的状态空间形式.在整个变换过程中引入平衡摆角和平衡速度两个重要概念,为进一步分析机器人运动特征奠定基础.对于动力学方程中出现的循环坐标,采用减少状态变量的方式来保证系统的可控、可观性.针对机器人运动中所需要达到的具体性能指标要求,设计机器人的全状态反馈控制器,可对系统的极点进行任意配置.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性.