室内移动轮椅式机器人的运动控制研究

针对室内移动轮椅式机器人在运动过程中,机器人特性受到材料磨损、环境差异等因素的影响而发生改变,导致采用经典PID的控制出现超调量大、响应慢、易振荡等问题,本文提出采用模糊推理获取PID参数的方法。设计了机器人的运动控制系统;建立了机器人的运动学模型;结合实际操作人员控制机器人的实际经验,采用模糊推理得到PID的控制参数;最后,进行了机器人的实验。实验结果表明,采用模糊PID能有效地减小航向角的偏转误差,降低系统的超调量,提高系统性能。     

基于有限状态机的输电线路巡检机器人自主越障运动控制方法

针对输电线路巡检机器人自主越障运动控制复杂、越障效率低等问题,以一款五臂式巡检机器人为例,通过规划与分析机器人越障动作序列,基于有限状态机理论,提出一种机器人自主越障运动控制方法。通过建立以传感器检测信息为迁移条件的越障运动控制模型,对机器人自主越障运动进行控制;将机器人置于线路环境进行巡检实验。结果表明：该机器人能自主识别并稳定、高效地跨越线路障碍,完成巡检任务,验证了机器人系统的合理性及自主越障运动控制方法的可行性。     

腿轮式机器人的模糊PID自适应控制

针对腿轮式机器人的动力学模型比较复杂，难以精确的建立数学模型，提出了一种基于模糊规则的新型自调整PID控制器用于机器人腿部末端的位置跟踪控制。该控制器利用人的经验和知识实时调整PID参数，从而改善控制系统的性能，提高控制器的适应能力。仿真实验表明该方法具有良好的轨迹跟踪精度和抗干扰能力。     

双自由度轮脚快速转换机器人系统设计

针对轮腿或轮脚机器人进行轮与脚的转换时,必须在静止状态下完成,而不能在运动的同时实现转换。开发出由4个主驱动轴组成的双自由度轮脚复合机构的机器人,采用中枢模式产生器(CPG)的仿生控制架构,借助多种传感器信息生成适合于当前环境下运动的轨迹信号,使机器人能在未知的地形下进行流畅的步态、速度转换。通过测试表明,轮脚机器人通过改变控制参数K_p实现了运动中轮脚的平滑转换,轮模式和脚模式的最大速度分别为1.68 m/s和0.56 m/s,最大越障高度为15 cm,能为自动识别路径的越障机器人设计提供参考。     

面向林地作业的腿履复合移动机器人构型设计与越障策略研究

针对林地地面环境复杂、台阶和倒木障碍多的问题,设计一种腿履复合移动机器人。在分析犬类腿部骨骼结构参数和运动特性的基础上,设计3关节构型与履带复合的移动机器人腿部结构,为了尽可能减轻整机质量,将履带部件和机器人腿部的大腿结构有机融合。构建机器人单腿的运动学模型,分析机器人足端工作空间,提出针对腿履复合移动机器人的林地越障策略,仿真分析越障过程中机器人关节的动态特性。仿真结果表明：利用腿部关节摆动和履带推进的组合和适时切换,该腿履复合移动机器人能实现灵活的台阶和倒木障碍的跨越;越障过程中,除与障碍接触时刻的关节力矩突变外,腿部关节力矩变化平稳,履带运动模式和足式运动模式切换平顺。研究为下一步机器人样机研制和控制系统开发提供了技术基础。     

足式机器人腿部关节改进单神经网络PID控制算法研究

为了满足液压足式机器人在复杂环境中实现精确、快速的腿部关节控制需求,把单神经网络PID能够实时调节参数的优点运用到足式机器人液压机械腿关节的控制中,在单神经网络PID的基础上增加机械腿关节的位置和速度控制算法,形成改进单神经网络PID,实现了对神经元比例参数自调整、PID参数的自整定,能够较好地适应内、外参数的变化,增强了腿部关节的快速性、精确性。在Simulink中进行建模仿真以及在设计的以STM32为中央处理芯片的控制平台上进行实验测试,结果表明：改进单神经网络PID在足式液压机器人的腿部关节控制中具有响应速度快、超调量小、控制精度高、鲁棒性强等优点。     

基于气动肌肉驱动的下肢康复机器人设计与仿真

为实现气动肌肉在多自由度康复机器人中的应用,设计一种用于步态康复训练二自由度下肢康复辅助训练机器人,驱动器由气动肌肉和拉伸弹簧并联驱动关节以实现节能辅助行走。建立人体下肢运动学和动力学模型,并以标准CGA步态曲线作为关节输入,通过SolidWorks/Motion进行运动学仿真,验证所设计的模型符合人体下肢运动规律。针对气动肌肉伸展时存在非线性使得关节控制困难,提出了模糊自适应PID控制算法。在MATLAB/Simulink中进行仿真控制实验,仿真结果表明：相比传统PID算法,模糊PID自适应控制算法使外骨骼达到更好的跟随效果。最后通过实验平台验证了模糊PID自适应控制算法能够满足患者主动康复训练的需求。     

飞机起落架自适应模糊神经PID控制方法的研究

针对传统PID控制与模糊PID控制的飞机起落架控制系统存在达不到理想控制精度以及控制速度的问题,提出一种基于模糊控制和神经网络的模糊神经PID控制算法。通过对起落架运动特点以及动力学相关的理论分析建立飞机起落架的运动模型,将此智能PID控制方法应用到飞机起落架的姿态控制系统中。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,并基于树莓派装置进行了起落架单腿实验。仿真和实验结果表明：模糊神经网络PID控制系统的响应速度和抗干扰能力相较于传统PID和模糊PID都有了较大的提升,系统稳定性更强。在飞机起落架控制系统中,应用模糊神经PID控制可进一步提升系统的响应速度,降低系统运动的惯性冲击,提高整体机构的稳定性。     

微创介入手术导管机器人系统自适应模糊PID控制

针对人工介入手术中存在的插管精度低、射线环境伤害医生等问题,采用主从式导管机器人系统进行微创手术能够很好地解决人工介入手术中的弊端。通常主从导管机器人系统采用PID控制,但PID控制可能会产生较大的超调,导致系统跟踪性能下降,降低手术的安全性。因此,采用自适应模糊PID控制器在线调整PID控制的参数,提高主从控制系统的跟踪性能。首先建立了从手轴向运动和旋转运动的动态模型,然后设计了基于自适应模糊PID控制器的主从导管机器人系统,通过参数在线调整提高了从手对主手信号的跟踪性能。仿真结果表明,所提出的自适应模糊PID的控制方案是有效可行的,表明系统具有较强的跟踪性能和鲁棒性能,明显地减小了系统的跟踪误差。     

六腿轮式快速移动机器人设计与分析

针对轮腿移动机器人结构复杂、控制难度大等问题,设计一种结构极为简单的轮腿融合的六腿轮式快速移动机器人。该机器人具有6条弹性腿,构成机器人的两个单侧腿结构,同轴交错分布在机器人的两侧,以轮式滚动的方式向前移动,可以有效缓冲移动时受到的冲击以及由此产生的振动。该机器人克服了独立轮式和腿式机器人的不足,既能很好地适应环境又具有很好的移动性能。对机器人进行运动学与动力学分析,运用SolidWorks建立机器人的三维实体模型,在ADAMS平台上进行运动仿真。理论分析和仿真结果表明:此设计方案是可行的,机器人可以实现快速稳定的运动。     

具有良好壁面过渡能力的新型爬壁机器人动力学建模与分析

不同类型的环境和凹凸不平的壁面对爬壁机器人的平稳性和可靠性提出要求,设计一种轮足式永磁吸附检测风力发电机故障的爬壁机器人,该机器人具有一定的负载能力、越障能力、灵活可靠等特点,可以实现水平壁面到竖直墙壁的交互式过渡。根据永磁吸附爬壁机器人运动原理,设计其机械结构并建立机器人沿风力发电机塔筒向上、向下以及悬壁面3种姿态的力学和运动学模型,运用Matlab/Simulink软件,对爬壁机器人在不同位置下瞬时启动的加速度进行仿真,最后利用ADAMS软件对爬壁机器人壁面越障进行了实验仿真。样机实验及仿真实验结果表明:该新型爬壁机器人在运行中平稳可靠,能够很好地实现壁面平稳过渡,为爬壁机器人在实际作业中平稳运动提供了理论依据。     

基于ADAMS的三角轮系式移动机构动力学仿真

三角轮系式移动机构是爬楼越障机器人的重要组成部分。利用动力学仿真分析软件ADAMS建立三角轮系式移动机构的虚拟样机模型,对其各工况进行了动力学仿真分析,验证了其结构设计的合理性,分析结果为爬楼越障机器人机构的设计提供参考。     

悬架式六杆机构机器人机构设计与分析

设计了一种悬架式六杆机构越障机器人,其独特对称的六杆机构和平行四边形机构的使用不仅简化了机器人本体,还提高了其越障、转向能力。阐述了这种机器人的结构、原理,并借助双履带机器人的越障原理对悬架式六杆机构机器人的越障能力和转向能力进行了研究,为越障机器人的设计提供了新的思路。     

基于滑模PID控制的下肢康复外骨骼控制研究

为增强外骨骼机器人在医疗方面的康复效果,通过研究人体运动机理及人体各关节运动数据,设计了一款基于液压控制的下肢外骨骼机器人。首先,通过建立外骨骼动力学模型,基于拉格朗日法求出髋关节、膝关节处的驱动力矩,建立了髋关节、膝关节的动力学方程;针对动力学模型在实际计算过程中存在着误差及摩檫等因素影响,提出了一种PID和滑模控制相结合的控制算法;运用Matlab软件进行了模拟仿真实验,仿真结果表明,该控制系统能够使外骨骼机械腿达到良好的跟随效果;最后搭建样机实验平台,验证了控制算法的有效性,能够满足患者进行主动康复训练的需求。     

电液位置伺服系统的比例-模糊PID控制研究

针对电液位置伺服系统，提出了比例-模糊PID控制策略；介绍了其工作原理及控制器的设计过程。与模糊PID、普通PID的控制效果进行比较，实验结果表明该控制方法精度高，误差较小。     

基于多传感器信息融合的输电线路巡检机器人自主越障方法研究

针对550 kV架空输电线路巡检机器人在运行过程中对线上金具识别不稳定及自主越障效率低等问题,基于多传感器信息融合的方法,结合机器人在线越障过程的特点,提出了一种基于多传感器信息融合自主越障方法与策略,并进行了在线自主越障实验。结果表明:以巡线机器人为平台,基于多传感器信息融合的机器人自主越障策略是可行的,提高了机器人越障运动的准确性和灵活性,保证机器人安全可靠的运行。     

球型机器人自平衡运动控制算法设计与研究

球型机器人具有结构简单、适应性好等优点。为了提高球型机器人运动稳定性,提出利用LQR并结合PID对球型机器人的自平衡运动进行控制。利用SolidWorks建立球型机器人的三维模型并搭建相应的物理样机;利用雅可比矩阵及等效一级倒立摆模型求出机器人的运动学和动力学模型;建立PID运动位置控制算法和LQR运动倾角控制算法,设计相应的PID和LQR运动控制器;利用MATLAB/SIMULINK对所建立的PID及LQR控制器进行仿真并分析;利用所建的物理样机进行实验验证。结果表明:利用PID结合LQR所设计的运动控制器及其控制算法是准确的,有效地提高了机器人自平衡运动的控制精度及稳定性。     

电液伺服系统自适应模糊PID的设计与仿真

针对电液伺服系统存在非线性、参数时变等问题,设计了一种具有在线实时调节PID参数的自适应模糊PID智能方法,以实现对被控对象的位置追踪和准确定位。首先利用AMESim建立控制系统仿真模型,然后基于Lab VIEW设计自适应模糊PID控制器,对系统进行联合仿真,最后基于PCI-6221为硬件核心,结合DAQ技术对控制系统进行实验分析。仿真和实验结果表明,该方法比传统的PID控制方法具有更好的鲁棒性和自适应性,明显提高了系统的稳态精度和动态响应速度。     

数控机床伺服系统的模糊自整定PID仿真研究

以数控机床进给伺服系统为研究对象,结合模糊控制和PID调节的各自优点,分析研究模糊PID控制器的实现方法。运用MATLAB建立应用模糊PID控制的伺服系统仿真模型,对模糊PID控制器的设计方法与应用效果进行了研究探讨。仿真实验结果表明模糊PID控制器能够很好的弥补常规PID控制整定不良、性能欠佳和适应性差的缺点,有效地减少了系统响应的超调,具有良好的动态特性。     

基于SolidWorks & SimMechanics对3 UPU并联机器人运动学仿真及控制

基于螺旋理论,对3-UPU型并联机器人运动特性进行分析,运用SolidWorks软件建立机构模型,通过模型转换接口技术实现3-UPU型并联机器人SimMechanics可视化建模。并进行模糊PID控制系统设计,结合可视化模型实现3-UPU型并联机器人系统仿真。通过与传统PID控制仿真对比研究表明:3-UPU型并联机器人模糊PID控制系统具有控制精度高、响应速度快、动态性能好等优点,为少自由度并联机器人的可视化和控制系统研究等方面奠定理论研究基础。