基于MPC模型的风电场巡检机器人轨迹规划

针对双轮风电场巡检机器人设计一种基于预测模型的轨迹跟踪控制算法。建立双轮巡检机器人的运动学模型和状态空间方程。设计目标函数与相关控制约束,利用预测模型控制算法对其进行求解,并通过滚动优化和反馈校正装置来实现巡检机器人对轨迹的精确跟踪。为了验证该算法,利用MATLAB进行仿真搭建,分别得到圆形轨迹跟踪和复杂函数图像的轨迹跟踪,结果表明设计的算法适用该约束条件下的巡检机器人的轨迹跟踪。     

RV减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学的耦合影响

为了探究减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学特性的影响,提高医用机械臂控制及摆位的精度,课题组以医用机械臂为对象,利用拉格朗日方程建立了包含RV减速器中心轮与行星轮之间的时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙及关节铰接摩擦的动力学模型。仿真分析结果表明:由于时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙的出现,医用机械臂角加速度出现非周期波动,且随着间隙的增加,波动幅值增大,而关节摩擦可以降低加速度波动的幅值,但会造成系统能量损失;同时,时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙使医用机械臂末端在同一时刻到达位置出现偏差,运动出现时间上的延迟,关节摩擦使末端轨迹的误差进一步增加。     

食品配料机器人位置误差容错运动规划方法

食品配料机器人在狭窄空间作业过程中,为灵活利用作业空间而需要移动基座,从而导致末端执行器偏离期望位置。针对该问题,提出一种基于伪逆的位置误差容错方案。根据机械臂运动过程中实时产生的位置误差来设计末端笛卡尔轨迹速度;基于伪逆求解的方法设计机械臂的运动规划方案,消除由于基座移动引起的末端执行器的位置误差;以基座可移动的四自由度机械臂为例进行MATLAB仿真试验,对比性的仿真结果验证该容错方案的有效性和可行性。     

二杆机械臂式激光模切系统运动学分析

为了使二杆机械臂式激光模切系统能够按照控制器发出的控制命令驱动连杆各关节,使连杆末端激光头达到模切任务所要求的目标位置,对其进行运动学分析及仿真。对常见的振镜式激光模切系统和飞行光路式激光模切系统进行对比分析,提出一种二杆机械臂式激光模切系统。利用D-H变换法建立机构坐标系,并对其进行正逆运动学分析。基于MATLAB/Simmechanic软件建立二杆机械臂运动学仿真模型,对其作用空间进行仿真分析。对机械臂末端规划一条直线,将直线数据导入运动学模型。结果表明:机械臂末端能够按照控制指令达到所要求的目标位置。     

基于动力学模型的面料抓取机械臂轨迹跟踪控制方法

为提高纺织服装行业中面料抓取机械臂的轨迹跟踪精度,建立考虑参数不确定性的动力学模型,采用反步法在浸入与不变(immersion and invariance, I&I)自适应理论框架下设计了一种轨迹跟踪控制方法。首先,建立含未知参数的柔性关节机械臂动力学模型;其次,采用I&I自适应控制方法设计了关节转动惯量的自适应律,并通过构造光滑函数实现参数估计误差流形的不变性和吸引性,保证参数估计误差收敛到0;最后,将所设计的自适应律引入反步法设计控制律的递推过程中,使所设计的控制律对不确定参数具有自适应特性。仿真结果表明,与传统反步法相比,所设计的I&I自适应反步法能更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果,该算法对期望轨迹的跟踪误差可保持在±0.002 rad之内。     

基于改进遗传算法的机械臂时间最优轨迹规划

机械臂的时间最优轨迹规划是指机械臂的末端关节在从初始位置到给定位置过程中,所花时间最短的轨迹规划。文章以七自由度机械臂为研究对象,在用三次多项式规划出机械臂运动轨迹的前提下,拟采用改进遗传算法的方法,用浮点编码和设计适应度函数,生成满足约束条件的初始种群,然后不断迭代直到满足算法终止条件为止,对机械臂的运动轨迹进行时间上的优化,通过将机械臂在全局寻优的方法,找到时间最短的方案。     

基于ROS平台的机械臂精确控制研究

针对传统机器人虚拟控制与仿真平台在进行机器人运动控制时控制系统设计工作量大、可移植性差和开发难度高等问题,提出了一种基于开源软件平台(robot operating system,ROS)机械臂运动控制的方法。以六自由度机械臂为研究对象,首先基于ROS平台搭建机械臂控制架构,其次利用RRTconnect(连接性快速拓展随机树)算法对机械臂运动轨迹进行规划,随后分别采用PID控制器和计算力矩控制器控制机械臂沿着规划轨迹运动,最后利用MATLAB软件对机械臂运动过程中各关节的位置、速度等信息进行分析,比较2种控制器控制效果。仿真结果表明利用非线性的计算力矩控制器能够得到比较小的轨迹跟踪误差且控制速度更快。研究表明在ROS平台下,非线性控制器性能更优越。     

三自由度索绪机械臂设计与试验

为解决目前纤维检验机构使用的索绪装置因长时间使用导致维修困难、无法调节运动速度和轨迹的问题,设计了一种三自由度索绪机械臂。首先,设计了索绪机械臂的机械结构,机械臂由提升关节、摆动关节、旋转关节和末端执行器组成,3个旋转关节对应3个自由度;其次,根据D-H法建立机械臂的运动学模型,求得运动学方程的正解,并运用拉格朗日功能平衡法进行动力学分析;然后,使用ADAMS进行动力学仿真,得到关节电动机所需的力矩值;最后,设计系统控制方案,搭建索绪机械臂试验样机进行功能测试。测试结果表明,该机械臂可根据现场情况调节运动速度和轨迹,为索绪装置的结构改进提供了一种新思路。     

两端吸附式爬壁机器人机械臂运动误差修正算法

为了解决水轮机叶片坑内修焊空间加工作业需求,研制了适用于复杂曲面的两端吸附式爬壁机器人,该机器人由永磁间隙吸附式移动平台、多自由度机械臂(包括3个主动关节和3个被动关节)和永磁间隙吸附式末端作业单元组成。针对给定末端路径,这种结构的机器人需基于局部平面假设来完成主动关节的轨迹生成。但经仿真分析,在1.5m半径外球面上的简化造成的误差达到5mm以上,不满足修焊工艺要求精度。为此,提出在机械臂加工运动过程中,通过Jacobi矩阵将末端作业单元在Descartes坐标系下的误差转换为关节角修正量以完成动态修正的算法。仿真实验表明,该算法可有效降低运动路径误差至1mm以下。     

六自由度果蔬采摘机器人关节空间轨迹规划

为了提高果蔬采摘机器人的作业质量和运动控制性能,提出了基于三次B样条函数的插值曲线在关节空间进行轨迹规划,并利用具有局部可控性的三次B样条与七次样条函数作为插值曲线的轨迹规划进行标定。以六自由度果蔬采摘机器人为研究对象,利用Creo2.0和MATLAB的robot-toolbox建立了机器人的机械模型和仿真模型,分析了机器人末端执行器在操作空间的运动状态,研究了关节空间与操作空间轨迹的关系及机器人运动轨迹的平滑性。研究结果表明三次B样条函数在关节空间进行插值可以得到平滑的运动轨迹,减小了机械磨损和冲击。该轨迹规划方法能提高工作质量并延长机械臂的工作寿命。     

基于改进鲸鱼算法和神经网络的食品机器人能耗轨迹规划

目的:针对食品工业机器人动力学参数未知的节能轨迹规划问题,提出一种基于鲸鱼算法和神经网络的点到点机器人关节能耗轨迹规划方案。方法:构建食品机器人移动机械臂点到点关节能耗模型,设计基于神经网络的相似动力学辨识,用改进的鲸鱼算法对权重和偏置参数进行离线优化;采用四次多项式插值法规划关节移动轨迹,将轨迹参数等效为鲸鱼编码,通过求解关节能耗目标优化函数,最终得到能耗最优的关节运动规划轨迹。结果:该方案适用于机器人动力学参数未知下的轨迹规划场景,得到的轨迹能耗比同类降低约9.01%。结论:基于鲸鱼算法和神经网络的轨迹规划能实现食品机器人能耗优化目标。     

多算法融合的并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法

目的：解决并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制方法存在的控制精度低和运动稳定性差等问题。方法：在四自由度并联机器人结构基础上,提出将滑模控制算法、模糊控制算法和改进蝙蝠算法相结合用于并联食品分拣机器人轨迹跟踪控制。通过改进蝙蝠算法对模糊算法带宽进行寻优,通过优化的模糊控制算法自适应调整滑膜控制算法的模糊增益和滑膜面斜率,降低控制器的跟踪误差,提高抗干扰能力,并验证所提轨迹跟踪控制方法的优越性。结果：所提轨迹跟踪控制方法实际分拣准确率为99.90%,平均分拣时间为0.509 s。结论：与常规方法相比,所提轨迹跟踪控制方法的关节轨迹跟踪精度更高,抗干扰能力更强,输出力矩更加平滑。     

连续平压机热压板升降系统预测控制的应用仿真

为了实现热压板升降系统的精确位置跟踪控制,本文针对系统的强耦合、非线性等特点,提出了一种基于广义预测控制(GPC)的位置跟踪控制方法。首先给出了热压板升降系统的数学模型,并推导出其传递函数,在此基础上设计出基于广义预测控制算法的位置跟踪控制器,然后对系统中油缸的位置跟踪问题进行了仿真实验研究。结果表明,基于GPC算法的位置跟踪控制相对于常规PID控制,其调节过程平稳快速、稳态误差小、鲁棒性好,具有更好的跟踪性能,可以满足热压板升降系统精确位置跟踪控制要求。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性,课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先,介绍了晶圆传输实验平台的机构组成,在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析,得出加速度与位姿角度之间的内在关系;其次,提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法,并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划;最后,采用MATLAB软件编程,实现了关键参数的求解和算法仿真,得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。     

基于坐标变换法的3关节机械臂运动学研究

针对当前在串联机器人运动学分析中使用的D-H参数法存在观察抽象、坐标系转换不灵活、参数容易混乱、理论模型与实体模型出入大等缺点,课题组采用坐标变换法对3关节机械臂进行运动学研究。依据关节之间的相对位置关系建立坐标系,采用齐次变换矩阵对坐标系之间的关系进行描述,并建立运动学方程;采用D-H参数法建立机械臂的运动学模型,在MATLAB的Robotics Toolbox中验证了坐标变换法的正确性;编写上位机软件实现了机械臂样机的实时控制。结果表明:坐标变换法具有灵活方便、形象直观、便于计算的优点。该方法弥补了传统D-H法在分析平行关节时的缺陷。     

SCARA机械臂在金针菇搬运生产线中的应用研究

为改善金针菇工业化生产线上选择顺应性装配机器臂(selective compliance assembly robot arm,SCARA)的运动性能和工作效率,基于遗传算法对其进行轨迹优划。首先,机械臂工作路径分为3段,运用运动学分析求出各路径点处对应的关节变量。其次,在关节空间内使用3-5-3分段多项式插值函数对关节变量进行轨迹规划,使得加速度连续且无突变,解决仅使用三次函数规划机械臂的抖动问题。通过遗传算法对各段路径进行时间优化,得到最优的运行时间。最后进行仿真得到关节角度、角速度和角加速曲线,曲线表明:3-5-3分段多项式轨迹可以即保证运行平稳无冲击,且优化后整体运行时间减小39.8%,实现速度和时间的最优化,对机械臂控制具有指导意义。     

机械臂非线性定位方程计算新方法

针对机械臂定位算法中,数值算法计算量大,仿真过程存在累积误差,几何算法通用性不强等问题,以手术机器人六自由度机械臂为研究对象,建立了一组多关节机械臂非线性定位方程组,提出了其基于非线性大范围渐近稳定的求解方法。结果表明该方法既简化运算,又有利于物理实现,为机械臂高速、准确运动提供了基础,实验表明该算法适用多关节的移动机械臂的非线性定位方程的求解,有较高的求解精度和收敛速度。     

基于GMM-MD组合算法的过程工业故障预测模型

介绍了一种基于高斯混合模型（GMM）和马氏距离（MD）组合算法的过程工业故障预测模型。该模型首先通过相关系数去除冗余变量和无关变量,然后通过K-Means聚类算法标记故障前的异常数据以获得核心特征变量,最后基于GMM-MD组合算法构建健康指标,以评估生产过程的健康程度。利用国内某造纸厂实时生产数据对该模型进行验证;结果表明,该模型的故障预测精准率为76.82%,召回率为72.50%,可较好地跟踪造纸过程设备运行状态的变化过程,起到过程工业故障预测作用。     

Q15-based flat knitting machine's needle position tracking algorithm

通过分析横机的2种针位置跟踪方法,给出采用伺服电动机反馈正交编码信号的横机针位置跟踪算法原理.为了解决定点处理器浮点运算的问题,提出以Q变换进行浮点运算的方法,运用统计分析法确定Q值.在横机测试平台上进行了实时硬件仿真对比试验.结果表明,基于Q15的横机针位置跟踪算法完成1次针位置计算所消耗的平均系统时间为141.05 ns,与传统算法相比,运算效率提高了65.43％.该算法可为其他针织机械,如袜机、圆机等纬编针织机控制系统的针位置跟踪算法提供参考.     

多自由度码垛机械臂抓取位姿控制方法

为解决目前码垛机的机械臂存在抓取位姿控制困难的问题,文章提出一种多自由度码垛机械臂抓取位姿控制方法。先建立机械臂连杆坐标系,然后对抓取任务的执行空间进行分析,设定抓取位置后对抓取操作进行简化,通过控制机械臂的轨迹,实现对机械臂抓取位姿的有效控制。实验结果表明：此方法关节角度误差≤5°,相比两种传统方法缩小了192°和154°。因此,多自由度码垛机械臂抓取位姿控制方法能够较好地控制抓取目标时的位姿,缩短了工作时间,在一定程度上提高机械臂的生产效率。