多移动机械臂系统动力学建模以及稳定性分析

随着社会生产力的发展和发展需求的提高,移动机械臂凭借着自身优势,受到学术界和工业界的广泛关注.但在许多工作场景下,单个移动机械臂有着自由度数以及载荷的限制,无法顺利完成任务.为了更好地满足任务需求,多移动机械臂系统应运而生.在上述工业背景下,本文建立了多移动机械臂系统的动力学模型,并针对该动力学方程进行了稳定性分析.首先通过拉格朗日方程建立单个移动机械臂的动力学方程,将多体动力学软件仿真结果同动力学模型数值计算结果进行对比,验证了模型的正确性.随后联立多个移动机械臂的动力学方程和操作对象的动力学方程,得到封闭形式的多移动机械臂系统的动力学方程.再利用关节位置误差和速度误差设计李雅普诺夫函数,通过反步法获得了关节力矩的控制律.最后在多体动力学软件仿真中,察看轨迹是否能跟踪上期望信号来检验控制律的有效性.     

水下柔性臂动力学建模方法研究

将柔性臂应用到水下环境,探索一种新型的水下作业工具。在空间柔性臂动力学建模方法的基础上,考虑水动力做功以及水动力对柔性臂变形的影响,首先基于Hamilton原理建立中心刚体-水下柔性臂组成的刚柔耦合系统的动力学模型,然后采用假设模态法对动力学模型进行离散化,导出了考虑刚柔耦合作用的水下柔性臂有限维离散化动力学方程。最后给出仿真算例,验证了动力学模型对于研究水下柔性臂末端变形的有效性,能够准确反映水下柔性臂动力学特性,可用于水下柔性臂的主动控制研究。     

机器人臂的模型参数识别及其仿真

本文提出了一种识别机器人臂动力学方程的模型参数的方法.通过重组机器人臂的拉氏函数,使得臂的动力学方程中的模型参数个数最少;进一步形成了上三角块形式的机器人臂的模型参数识别公式.通过使用最小二乘法和龙格-库塔方法,对一个两连杆操作臂的模型参数的识别进行了仿真,得到了高的仿真精度.本方法有助于机器人的控制算式中有关操作臂的参数的确定和机器人的机械设计.     

基于碰撞检测的护理型操作臂的安全性设计与实现

针对与人近距离交互的护理型操作臂的安全性问题,提出并实现了一种基于碰撞检测的安全性设计方法,它根据由动力学模型计算获得的参考输出力矩与力矩传感器测得的实际输出力矩间的偏差实现碰撞检测.在关节力矩传感器设计中,采用有限元分析方法来优化应变片的位置布置,并开发了高抗干扰能力的信号处理电路.根据护理型操作臂的低速特点,提出了...     

基于凯恩方法的机器人动力学建模与仿真

研究机器人动力学的目的是多方面的.机器人动力学模型的重要应用是设计机器人,因为动力学方程可以用来精确地算出实现给定运动所需要的力(矩).用凯恩方法对六自由度关节臂式机器人进行动力学方程的推导,可以减少计算步骤,提高计算效率.经过对推导的动力学方程仿真可以找到现场使用机器人第三个臂出现故障的原因,因此在机器人具体设计、轨迹规划、动力学优化以及实时控制中可以代入具体的参数,从而时机器人的动力学性能进行分析,并具有通用性.     

谱元法在求解刚架结构动力学问题中的应用

把谱元法应用于刚架结构的动力学响应计算和分析中.建立了杆和梁的谱单元动力学刚度阵,针对刚架结构组装了整体动力学刚度阵,建立了整体结构的运动方程,计算了结构的固有频率和时域响应,并与采用有限元方法得到的结果进行了对比.从结果中可以看出谱元法在数值模拟中的独特优势.     

大型氨厂氨合成回路的模拟与分析

本文在ASPEN PLUS软件上装入用户单元操作模块和子程序,并在ASPEN数据库上修改和添加若干物性参数,建立了氨合成回路的专用计算机模拟软件.该软件既可做如Kellogg型氨厂现行氨合成回路流程的详细物热衡算又可做其它各种不同氨合成回路流程的预设计和多方案的比较计算.文章给出了工程应用实例.计算并分析了不同设计控制条件下各操作点的数值和能耗.     

3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法

旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.     

基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制器的双机械臂协同阻抗控制

多机械臂的精准协同控制已成为当前机器人领域的研究难点,为实现双机械臂精准控制,通过建立双机械臂动力学模型,采用时间延时估计简化机械臂动力学模型,在保证控制系统稳定性的前提下,引入自适应模糊滑模控制器实现对估计误差的修正和补偿,设计基于时间延时估计和自适应模糊滑模控制的双机械臂协同阻抗控制器,实现双机械臂协同操作的末端轨迹控制以及接触力精准控制.最后,将该控制器应用于两台六自由度机械臂仿真平台,实现双臂夹取和搬运同一目标物体的操作,通过与其他控制器进行对比实验,表明所设计的控制器具有响应快、无抖震、精度高的特点.     

用C语言编写二个通用计算程序

在中学数学教学内容中,应用一元二次方程求根公式计算一元二次方程的根和应用高斯主元素消去法计算线性方程组的解是一部分具有机械计算性的程式化的单元,这使得很适合用C语言编写其计算程序.按照结构化思路设计编写C程序的二个实例.     

考虑几何非线性和热效应的刚柔耦合系统的频域特性研究

研究温度场中旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学特性.考虑几何非线性和热效应,从精确的应变-位移关系式出发,用虚功原理和有限单元法建立了旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程.由于非线性刚度阵与变形的高次项有关,将非线性刚度阵的各元素表示为广义坐标阵和常值阵的乘积.数值计算表明,该方法可避免重复积分,提高计算效率.在此基础上研究了在温度递增的情况下几何非线性对系统的刚-柔耦合动力学特性的影响,用频谱分析方法研究了系统的固有频率随中心刚体转动惯量和温度的变化.     

MASON增益公式中参数的确定

本文从图论角度出发,把信号流图的关系阵分解为回路阵和通路阵,并分别修正为独立阵,然后判定独立回路与前向通路的相互关系,给出了MASON公式中参数和系统闭环传递函数的一种计算方法。该方法可以避免直观确定有关参数的某些疏忽,并为研究多坐标或多变量之间的关系带来了一定的方便。     

飞机起落架噪声测量平面阵列设计仿真研究

研究飞机消除噪声的优化问题,针对飞机机体噪声对环境的污染,需要对飞机起落架(机体主要噪声源)的噪声特性进行测量分析,正确地认识起落架噪声的产生机理,为设计人员降低机体噪声提供数据和理论支持.为了将起落架噪声从飞机总体噪声中分离出来,研究平面阵的设计,提出了多臂螺旋阵的设计方案.对比了十字阵、均匀圆阵、多臂螺旋阵等的常规波束空间谱估计图,发现在传感器个数有限的条件下,多臂螺旋阵比十字阵和均匀圆阵能获得更小的主瓣宽度和更好的旁瓣抑制能力.根据对国产飞机ARJ21过顶飞行进行起落架噪声测量的要求,对多臂螺旋阵的起始半径、最大半径对主瓣宽度和旁瓣抑制水平的影响进行了仿真,找到了在传声器个数固定的情况下的最佳的多臂螺旋阵的设计方案.     

轮式移动机械臂的建模与仿真研究

移动机械臂系统一般由移动平台和机器臂组成，它既具有机器臂的操作灵活性，又具有移动机器人的可移动性，因此其应用范围要比单个系统宽得多。这篇文章主要研究了由非完整移动平台和完整机械臂组成的轮式移动机械臂系统的建模、跟踪控制及仿真问题。首先。利用拉格朗日动力学方程和非完整动力学罗兹方程建立了移动机械臂系统的精确数学模型；然后。利用非线性反馈将系统解耦。采用类PD控制器进行控制。在考虑了非完整约束及移动平台和机械臂的动态交互影响情况下，该控制算法保证系统同时跟踪给定的终端执行器和平台轨迹；最后，使用Maflah6．5对系统进行了仿真研究，仿真结果表明了其数学模型及控制方法的正确有效性。     

DGR—5A机器人的动力学及控制

摘要 DGR-5A 机器人是我们自行设计的五自由度全关节型电动机器人.本文讨论了该机器人的动力学及控制问题.为此对机器人的各杆臂建立坐标系并详尽地计算了各杆臂的惯性参数.在推导了该机器人前三个自由度的动力学方程和分析了动力学特性之后,我们提出了一种实时计算量少,易于工程实现的控制方案.最后对该方案进行了仿真研究,仿真的结果是颇为令人满意的.     

基于6-DOF解耦操作臂的空间遥操作控制及运动学分析

针对由6-DOF解耦操作臂及其末端手爪组成的操作臂系统,设计了符合工程实际的遥操作控制策略,并提出了一种简单的运动学解算方法.采用Motoman工业操作臂,对提出的方法进行了实验验证.实验结果证明了所提方法的可行性.     

基于柔性关节机械臂振动的空间非合作目标质量辨识

针对空间在轨服务任务中捕获的非合作目标的质量辨识问题,提出了一种基于柔性关节机械臂振动频率的质量辨识方法.在该方法中,首先利用操作航天器上的柔性关节机械臂捕获空间非合作目标;然后对操作航天器、柔性关节机械臂与空间非合作目标形成的组合体进行动力学建模;最后通过分析柔性关节机械臂的振动频率来辨识空间非合作目标的质量.数值仿真结果证实了该方法的有效性.     

地面和空间机械臂的动力学等效条件与控制相似律

针对如何在地面机械臂上有效验证空间机械臂控制律的问题,本文研究空间机械臂和地面机械臂系统间的动力学等效条件和控制相似律.首先,基于量纲分析研究地面机械臂和空间机械臂之间的动力学等效条件,并基于等效条件设计地面机械臂系统.其次,基于量纲分析建立空间和地面机械臂系统间的控制相似律,设计的空间机械臂控制律通过控制相似律将可以转化为地面机械臂相应的控制律.最后,考虑地面机械臂基座往往无法和空间机械臂的基座航天器一样进行全6自由度运动,以及地面机械臂运动时受到重力影响,使得地面机械臂不再满足动力学等效条件,基于反馈线性化技术设计一种地面机械臂的动力学误差补偿策略,使得地面机械臂和空间机械臂具有相似的闭环动力学行为.这样,空间机械臂的控制律可以在设计的地面机械臂上进行验证,仿真中以在地面机械臂上验证空间机械臂的PID控制器为例说明所提方法的有效性.     

基于动力学约束的机械臂最优关节轨迹规划

本文提出了基于机械臂关节驱动力矩约束方程规划其关节最优运动轨迹的一种有效方法.该方法运用矩阵范数理论简化机械臂的动力学约束方程;在机械臂的关节空间内采用归一化的无因次量运用非线性规划法优化其运动轨迹.将所规划的无因次量轨迹方程作为机械臂产生实际运动轨迹的发生器,通过给定机械臂各运动段的起始和终止关节坐标,由系统的动力学约束方程计算出整个运动段所允许的最短运行时间,即生成所期望的运动轨迹.本文的轨迹规划方法计算效率高,可用于在线轨迹规划,文中通过算例证实了该方法的实用性.     

旋翼飞行机械臂建模及动态重心补偿控制

旋翼飞行机械臂是将多关节机械臂固连在旋翼飞行平台上而组成的一种面向主动任务操作的特殊系统,其飞行平台和机械臂之间存在强耦合特性.本文针对机械臂的规划运动对飞行平台的干扰问题,建立了系统运动学和动力学模型,并通过动态计算系统重心位置坐标,设计出基于backstepping的动态重心补偿控制方法,针对补偿项测量噪声问题设计了二阶低通滤波器,并使用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性.仿真和实验均验证了在相同的参数条件下,具有动态重心补偿项的控制算法比没有重心补偿项的控制算法在轨迹跟踪和姿态稳定方面具有明显优势.