凿岩机器人钻臂动力学参数分步理论辨识方法

凿岩机器人钻臂具有多冗余自由度耦合关节,且结构尺寸庞大,难以准确获取其动力学参数。为此,提出一种分步理论辨识法辨识钻臂动力学参数。推导出钻臂的牛顿-欧拉方程,并建立其动力学模型,采用5阶傅立叶级数规划钻臂各关节运动的激励轨迹,将钻臂3维Pro/E模型导入ADAMS中,根据各关节在激励轨迹下的驱动力(或力矩),从推进器关节开始沿机身方向进行递推,对各关节的动力学参数进行分步辨识。仿真结果表明,分步理论辨识法具有较高的辨识精度,提高了钻臂末端(钎头)定位控制的精度和稳定性。     

凿岩台车钻臂工作空间求解

钻臂工作空间作为凿岩台车的主要参数,是研究凿岩台车的重要部分.以某型号台车钻臂为例,建立其三维模型.将钻臂简化为多关节机器人,简化过程中合并一些相同功能的杆件,尽量减少运动学方程中变量的个数;运用D-H方法建立其运动学方程,通过相应转换矩阵和坐标的运算,可以得到钎杆顶端在底板坐标系中的坐标值是各关节变量的函数,即工作空间的运动学方程;最后在MATLAB中根据建立的运动方程编程求解钻臂的工作空间.     

机械臂控制实验系统研究

针对机械臂在教学实验方面的应用相对欠缺这个问题,介绍了一种实验用多自由度机械臂计算机控制系统。系统由上下位机两级组成,下位机实现关节电机伺服控制、机械臂运行参数自动检测及与上位机的通信。上位机通过视频图像识别技术来规划运动路径,下传命令至下位机,实现自动循迹、工作状态实时显示、指定颜色或形状物体自动抓取等功能。实验结果表明,该系统达到了预期功能。     

基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制研究

为了使凿岩机械臂末端能够保持期望初始姿态且平稳、准确地移动至目标位置，提出一种基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制方法。首先，基于雅可比矩阵建立机械臂末端广义速度与关节速度关系；然后，分析驱动油缸结构并采用全微分方法建立机械臂关节速度与油缸伸缩速度的函数关系，从而基于末端姿态不变的约束，建立机械臂末端广义速度与油缸伸缩速度的对应关系；最终通过控制器给定相应电信号直接控制各油缸伸缩速度完成对姿态约束下凿岩机械臂末端广义速度的控制。使用MATLAB和V-REP(Virtual Robot Experimentation Platform)软件分别对凿岩机械臂末端速度与关节速度关系以及三角油缸和梁摆动油缸伸缩量与关节角度对应关系进行验证，确保计算过程的正确性。通过现场实验得出数据表明：在末端姿态约束下控制凿岩机械臂保持某一期望初始姿态运动不同时间到达不同位置，凿岩机械臂末端最大姿态角偏差为0.42°,末端位置相对误差不超过0.41%,凿岩机械臂运动平稳，说明该运动控制方法可以在保证平稳运行前提下实现凿岩机械臂末端定位，从而满足工程实际需求。     

凿岩机器人钻臂平行联动机构的机理建模

从流压系统的基本方程入手,对凿岩机器人钻臂平行联动机构进行了机理建模,在建模过程中,忽略对模型精度影响不大的一些次要因素,获得了系统的简化模型,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制创造了条件。     

凿岩机器人钻臂定位误差补偿控制交叉精英反向粒子群优化算法

为提高凿岩机器人钻臂末端(钎头)的定位精度,在利用粒子群优化(PSO)算法对关节变量误差进行补偿时,存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题,为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(CEOPSO)并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素,采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型,在形变关节后引入一个虚拟关节,推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中,同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制,不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换,而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明,在误差补偿控制过程中,CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性,提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。     

凿岩台车钻臂四故障的分析及排除

钻臂是凿岩台车钻孔定位及钻机的支撑机构,其工作性能好坏直接影响钻孔效率及钻孔质量。一旦钻臂出现故障,整个钻孔作业将无法顺利完成。本文对钻臂故障进行分析并介绍排除方法。     

潜孔钻机凿岩过程自动防止钻控制

根据潜孔钻机凿岩过程卡钻机理的分析，提出了利用回转压力的缓变信号无级控制推进器推进力的预防卡钻控制和利用回转压力突变信号控制推进器回退的综合自动防卡钻控制，并对其控制规则进行了理论研究。试验证明，该控制系统性能稳定，能够实现自动预防各类卡钻控制，增强了钻机对复杂岩层钻进的适应能力。     

液压凿岩台车钻臂工作空间分析及仿真

钻臂的工作空间是衡量钻臂工作能力的一个重要的运动学指标。应用D-H法对钻臂进行正向运动学分析,给每一级连杆建立坐标系,并给出杆系参数以及相应的变量变化范围,最后建立钻头位置相对于钻臂底座的位姿关系矩阵。依据钻臂关节量与工作空间的映射关系,基于蒙特卡洛法对钻臂工作空间进行数值法分析和描述,并利用MATLAB仿真出钻臂末端钻头位置在空间中的工作点集和覆盖面积。为后续钻孔任务规划、液压系统控制以及结构参数改进奠定基础。     

隧道凿岩台车自动定位钻孔技术研究

为提升隧凿岩台车的凿岩效率和打孔精度,降低工程成本,设计了一种基于Matlab、组态王和PLC技术的全电脑液压自动定位钻孔凿岩台车。通过实验分析表明,该台车的平均水平、竖直以及距离误差率分别为3.4%、3.4%和3.2%,具有较高的钻孔精度,同时采用基于关节变量总和为优化目标的钻孔顺序能够显著提升钻孔效率。该相关研究成果可为铁路、公路、水利、矿产等隧道施工提供借鉴。     

超高压带电清扫机器人控制系统设计

针对国家863资助项目超高压带电清扫机器人的技术要求,设计了一套基于飞斯卡尔S12单片机和西门子S7—200可编程控制器的上下位机控制系统。上位机系统以S12单片机为主要控制部件,矩阵式键盘为输入器件,一块64×16点阵式发光二极管显示屏为显示器件,用于对下位机进行控制和监测。下位机主要由S7—200PLC及其扩展模块组成,用于接收上位机的控制信息和控制机器人各机构的动作。上下位机间通过无线数据传输模块F29DM进行无线通信。通过对系统的设计和上下位机程序的调试,该系统能安全稳定地对机器人进行遥控操作和监控。     

机器人焊装线安全性控制系统构建

安全性控制系统将标准系统和安全系统进行独立控制,分别由标准PLC和安全网络控制器（SNC）控制。SNC在标准控制系统中充当标准从站作用,与标准主站进行状态和信息交互;SNC在安全网络中充当安全主站角色（连接安全设备或安全从站）,处理整个控制系统安全逻辑,并给出相应安全处理响应。机器人自动化焊装线中,在危险设备应用安全控制系统,能够有效减少劳动灾害,确保制造现场安全性和生产性。     

遥操作机器人系统的位置差-力差双向控制策略研究

针对目前遥操作机器人双向控制策略中所存在的力反馈冲击过大及主、从手间的位置跟随特性差等问题,综合传统的位置对称型和力偏差反馈型控制方法的优点,提出新型的位置差-力差双向遥操作机器人控制策略.通过仿真验证了所设计控制器的有效性.仿真结果表明,所设计的控制器,既解决了力反馈冲击问题,又提高了主、从位置跟随精度,从而提高了遥操作机器人系统的操作性能.     

基于比例调压阀的气动力觉系统开发

开发出一种用于夹钳式主从机器手的气动力觉系统。该系统可使操作者在主从操作中具有夹持力觉临场感,避免破坏易碎的操作对象。详细介绍了机械气动结构、力矩传感器的设计、位置传感器的安装。设计了主手PID控制器,实现对主机器手的位移信号发送与力矩伺服控制。制作试验样机并搭建了试验平台。通过对系统动态特性的分析验证了系统方案的可行性。     

基于PLC的防爆机器人控制系统设计

可编程控制器(PLC)是一种重要的、应用场合广泛的工业控制器，它是一种数字运算操作的电子控制设备。在我们所设计的防爆机器人控制系统中，采用了PLC作为上、下位机实现对机器人的运动控制，系统具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点。文中着重介绍了该控制系统的软硬件结构，并深入分析了使用PLC对防爆机器人进行通讯和控制的具体实现方法。     

PROFIBUS-DP从站在表格印刷机控制系统中的应用

针对印刷机外围设备分散、数据传输信息量大、实时性和可靠性要求高等问题,设计一种基于PROFIBUS-DP协议的I/O从站,用于表格印刷机的分布式控制系统.控制系统由监控计算机运行的软件PLC程序,通过PROFIBUS通信卡与现场I/O从站进行通信,形成分布式控制网络.介绍分布式控制系统的整体结构、工作原理及特点,分析PROFIBUS-DP协议,详细说明采用微控制器C8051F020和协议芯片SPC3开发I/O从站的硬件电路、软件设计流程,给出基于PRO-FIBUS现场总线的分布式控制系统网络组态与调试的方法.经系统测试和实际运行表明,I/O从站与监控计算机通信可靠、准确,实时性满足了印刷机控制系统的要求,具有一定的参考价值和广阔的应用前景.     

基于Profibus-DP上的型材切割生产线设计

为提高型材切割的生产效率及质量,开发了在Profibus-DP网络总线下,以西门子S7-300 PLC为核心的系统,详细介绍了Profibus-DP总线和主/从站构成的控制方式。在此基础上,合理分配各单元,并通过联网组态,实现PLC与工控机、主站、从站间的数据快速准确交换,弥补了单一化控制系统中监控的不足,同时也提升了生产线的自动化水平。     

分布式直流配电系统的设计与实现

为了减轻飞机配电系统的重量,增强直流负载的工作可靠性和可维护性,设计实现了一种分布式的直流配电系统。采用PLC作为主站,以MCU为核心的开关控制器作为从站,主-从站之间采用DCON协议,通过RS485总线实现信息交互。系统的人机界面上集中了所有供电设备的控制开关和运行信息,便于集中管理。     

Precise slave-side force control for security enhancement of bilateral motion control during application of excessive force by operator

The high probability of a future environment featuring human–robot coexistence is motivating studies on man–machine interface safety. Bilateral control that enables contact including haptic sensations to distant locations through master–slave actuators is an emerging technology in the fields of human tele support, care, and assistance. This paper proposes a safe operating technique for bilaterally controlled robots based on environmental properties. This technique protects the remote environment from excess force applied by the master operator. We have described the operation as the normal mode and safe mode. The system follows four-channel acceleration-based bilateral control throughout normal mode operation. The safe mode operation corresponds to virtual environmental sensation of the master operator together with force-position limitation on the slave side. In this work, a conventional virtual stiffness controller was modified to overcome the loss of environmental sensation from the remote slave side. Precise simultaneous force-position control is achieved on the slave side by focusing on the object safe force limit. The modified method is applied to the bilateral controller preserving the common mode force servoing property. The proposed method is validated using experiments.     

Sensor-less force-reflecting macro–micro telemanipulation systems by piezoelectric actuators

This paper establishes a novel control strategy for a nonlinear bilateral macro–micro teleoperation system with time delay. Besides position and velocity signals, force signals are additionally utilized in the control scheme. This modification significantly improves the poor transparency during contact with the environment. To eliminate external force measurement, a force estimation algorithm is proposed for the master and slave robots. The closed loop stability of the nonlinear micro–micro teleoperation system with the proposed control scheme is investigated employing the Lyapunov theory. Consequently, the experimental results verify the efficiency of the new control scheme in free motion and during collision between the slave robot and the environment of slave robot with environment, and the efficiency of the force estimation algorithm.