基于旋量理论的机器人误差建模方法

在现代旋量理论使用矩阵指数以及指数积表示刚体运动的基础上,将机器人关节轴线的位姿误差等效为假想广义运动副旋量运动的结果,从而建立机器人含误差旋量的运动学指数积模型.将工具坐标系的位置和姿态误差分别等效为移动副和转动副旋量运动,给出了其大小及方向的计算公式.在Matlab环境下编制了旋量计算软件包,以SCARA机器人为例,应用该软件包进行了误差仿真分析,并使用Adams软件进行了仿真验证.结果表明,该误差建模方法正确、有效.     

小型四旋翼飞行器位姿建模及其仿真

为了研究多旋翼飞行器的位姿控制,以开源硬件pixhawk搭建的四旋翼飞行器作为研究对象,建立其位置和姿态运动学和动力学模型。在简化系统模型的基础上,以姿态控制作为位置控制的内回路,位置控制作为外环主回路,设计双闭环串级模糊PID控制器。在Matlab/Simulink平台上对系统模型进行仿真验证。仿真实验结果表明,模糊PID控制器比PID控制器具有动态响应更快、控制稳定性更好的优势。该模型和模糊PID控制器能有效实现飞行器的位置控制。     

平行四杆联动式管道机器人弯管过渡阶段的速度控制

为提高平行四杆联动式管道机器人弯管过渡阶段的通过能力,提出一种基于机器人过弯偏角变化的速度控制模型。通过对机器人弯管过渡阶段的运行状态的分析,建立了机器人在该阶段运行的位姿模型,求解该位姿模型可得到机器人各驱动轮的轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置坐标。以建立的位姿模型为基础,结合无干涉条件下的驱动轮运行速度与驱动转速之间的关系,得到各驱动轮驱动转速基于偏角变化的速比关系,即速度控制模型。对所提出的基于偏角变化的速度控制模型进行仿真验证,仿真结果与理论计算基本一致,验证了该控制模型的正确性。     

具有悬架系统的全地形机器人位姿控制

机器人在非铺装路面行驶时,不可避免地会引起机体位姿(位置与姿态)改变,路面会对机体以及机载设备产生破坏冲击,为减小机体与机载设备的振动,设计了一款具有慢主动悬架结构的轮腿式全地形移动机器人(WLATMR),并验证了其隔振性能。为实现整机位姿闭环控制,首先基于运动学与动力学建立考虑悬架影响的整机位姿模型,分析悬架影响对机身位姿的影响,然后通过PI控制实现SIMULINK与ADAMS的联合仿真,对比分析模型优化前、后(优化前:忽略悬架影响,优化后:考虑悬架影响)的整机位姿控制效果。结果表明,优化前、后WLATMR的位姿跟踪效果相差不大,但是优化后的模型能够有效降低对作动器工作速度、工作位移等性能的要求。最后,通过调整PI参数使模型优化前、后的作动器工作速度相同,在此条件下再次仿真,结果表明优化后模型能够有效改善系统的瞬态响应性能指标,验证了模型及算法的正确性,同时为机器人增加隔振悬架系统提供了理论参考。     

一类串行关节式机器人逆运动学建模与仿真研究

针对实验室一类串行关节式机器人,本文在正运动学模型的基础上,运用解析法对机器人的各个角度变量进行求解,建立逆运动学模型;同时对逆运动学进行仿真验证,将机器人末端姿态带入求解公式,与机器人实际的位姿进行对比。仿真结果表明,在误差允许的范围内,与输入正运动学的角度一致,但如果两组数据得到同一个位姿,说明机器人有两组运动学逆解,通过与机器人实际到达位置的变化进行比较,验证了该结果的可靠性。该研究为更深层次的机器人运动规划和编程系统设计奠定了理论基础。     

汽车磁流变减振器建模及其侧倾稳定性控制策略

首先建立了磁流变减振器外特性模型,以此为基础,提出了一种改进的天棚阻尼控制算法,实现了基于磁流变减振器的阻尼力主动控制,达到了控制车辆侧倾的目的。进行了CarSim和Matlab/Simulink联合仿真验证。仿真结果表明,所建立的磁流变减振器模型可以用于车辆悬架的控制研究,改进的天棚阻尼控制算法可以实现车辆的侧倾稳定性控制。     

考虑万向轮扭转角扰动轮式移动机器人轨迹跟踪

为了研究轮式移动机器人运动过程中万向轮扭转的扰动对其轨迹跟踪的影响,提出了一种考虑前端万向轮摩擦扰动及其质心与几何中心不重合的轨迹跟踪控制方法。首先,建立了考虑万向轮扭转角扰动的轮式移动机器人动力学模型;其次,根据位姿误差模型,采用反步法设计虚拟速度控制器收敛系统位姿误差;然后,结合扰动观测器对机器人行进过程中万向轮扭转所带来的摩擦扰动进行估计,构造出一种基于积分滑模思想的力矩控制器以保证速度追踪;最后,利用Lyapunov稳定性理论对系统的稳定性和渐近收敛进行证明。仿真及实验结果表明,将万向轮摩擦所带来的扰动反馈给动力学控制器,可以减轻控制器的负载。与忽略万向轮扰动的控制方法相比,轮式移动机器人的位置误差最大值的均方根值降低了37.37%,提高了运动系统的稳定性。     

基于于滚动时域优化的移动舞台机器人位姿估计

为了解决舞台文化发展背景下移动舞台机器人的位姿估计问题,提出了一种基于滚动时域优化的移动舞台机器人位姿估计算法。结合移动舞台机器人的运动学模型和预设的参考位姿,采用ＰＤ控制实现了机器人对参考位姿的跟踪,建立了移动舞台机器人闭环误差系统模型。在此基础上,采用滚动时域估计算法实时估计机器人的跟踪误差,该算法在一个固定时域窗口内利用误差系统参数和测量数据进行迭代估计,结合参考位姿实现了对移动舞台机器人位姿的实时估计。以移动舞台机器人进行曲线运动为测试场景,仿真验证了该算法的有效性。     

基于粒子优化算法的并联机器人误差建模分析

以6?PTRT并联机器人为研究对象,建立其位姿误差模型,利用单支链闭环矢量法,依据输入输出关系,建立误差方程。依据6?PTRT并联机器人的位姿误差模型,将机构误差转化为驱动杆误差,利用MATLAB软件分析各个驱动杆杆长误差参数对其输出位姿误差的影响;建立并联机器人位姿误差修正的目标函数,利用基于带收缩因子的自适应权重粒子群算法寻优各个驱动杆误差参数,修正末端位姿、提高运动学精度,为6?PTRT并联机器人动力学、位姿标定以及轨迹规划和控制等问题提供理论依据。     

基于点球约束的机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,机器人理论位姿和实际位姿总存在一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响装配机器人的应用与推广。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1）通过在机器人末端安装的6维力传感器反馈末端受力情况,控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2）以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的7自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;建立机器人的运动学误差模型,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证。采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所得参数代入误差模型中进行实验,结果表明,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供了有益参...     

基于多级鲁棒PID控制的汽车稳定性控制策略

利用AMESim软件搭建了整车和液压制动系统模型。将基于H∞控制理论的PID控制算法应用于汽车稳定性控制的研究。根据车辆行驶状态的变化调整鲁棒PID控制器的参数,构建以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的汽车稳定性控制算法。进而利用PID控制算法得出制动轮缸压力,实现了整车的稳定性控制。利用Matlab/Simulink和AMESim建立联合仿真平台,对控制算法进行验证。结果表明,该控制算法具有很好的实时性和控制效果,能够满足车辆稳定性控制的要求。     

基于神经网络的移动机器人预瞄轨迹跟踪控制算法研究

轨迹跟踪控制是移动机器人运动控制中很复杂的问题。针对该问题,设计一种基于神经网络的预瞄轨迹跟踪控制算法。为了保证机器人具有较好的轨迹跟踪性能,借鉴驾驶车辆的预瞄模型,即控制驱动轮输出转矩,使得机器人在预瞄时间内到达预瞄位置。建立移动机器人动力学方程,搭建移动机器人动力学simulink模型,通过仿真获取在移动机器人不同状态下的实验数据。采用BP神经网络对实验数据进行训练,对驱动轮的驱动扭矩进行控制。最后通过仿真实验对该轨迹跟踪控制算法的有效性进行验证。     

基于虚拟样机技术的汽车制动仿真

在多体动力学软件Adams/Car中建立整车的动力学模型,利用Matlab/Simulink建立基于逻辑门限值控制算法的ABS控制系统模型,通过Adams/Controls接口建立联合仿真模型并进行仿真。通过对仿真结果的处理与分析,验证了基于虚拟环境下的汽车制动防抱死系统控制方法设计的可行性,从而提高了开发效率。     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

核电水池推力附着机器人系统设计

为了实现机器人对核电站水池的应急焊接修复作业和日常巡查工作,本文针对池底、池壁存在凹凸和管道等障碍的复杂环境,提出了一种具备水下全方位运动功能,并能通过推进器推力实现附着定位的有缆型水下机器人系统。分析了机器人作业装置与机器人本体配合运动时,重心、浮心和转动惯量的变化情况,建立了机器人的动力学模型;通过在Matlab/Simulink环境下仿真计算,对比分析了无推力输入时机器人重心、浮心位置调节前、后机器人位姿随时间变化情况,以及调节重心、浮心位置对于机器人翻转效率的影响。计算结果表明,通过调节重心与浮心位置,可以增强无推力输入时机器人姿态稳定性,并有效提高机器人翻转运动的效率,为实现机器人的精确控制打下良好基础。     

3-RPS并联机器人静力学研究及SimMechanics仿真

针对传统的建模方法忽略连杆自身重力并具有较大误差这一问题,对单个杆件在铰链约束及重力作用下的受力情况进行分析,推导出机器人处于任意位姿时连杆受力与动平台负载力(矩)二者的关系,从而建立了3-RPS并联机器人完整的静力学模型.利用Matlab的SimMechanics和Simulink模块库构造出该3-RPS并联机器人的仿真模型,对该模型进行受力仿真,验证了静力学模型的正确性.该研究同样适用于其他种类的3自由度并联机器人.     

随动控制部件检测平台设计及模拟负载分析

针对传统检测方式在检测光电雷达随动控制部件时使用和管理的不便,提出随动控制部件检测平台的软、硬件设计方案,并对光电雷达传感部件的模拟负载进行设计.此外,针对实际应用中光电雷达对俯仰、方位机构直流电机的性能要求,设计飞轮负载.利用ADAMS建立俯仰、方位机构的动力学模型,验证飞轮尺寸设计的合理性;利用MATLAB/Simulink建立单闭环直流电机控制系统,并基于Adams和MATLAB进行联合仿真.仿真结果显示,飞轮能在较短响应时间内由初始位置稳定地接近期望偏角.建立的动力学和控制系统模型能够准确反映随动控制部件模拟负载的工作过程,满足设计需求.     

二自由度机器人模糊滑模位置控制及仿真

针对二自由度关节型机器人的位置控制问题,本文提出了基于模糊算法的滑模位置控制。设计线性滑模面和滑模控制律,通过Matlab模糊控制箱设计模糊控制器,使两者的转矩输出共同作用于机器人系统。滑模控制采用线性滑模面,可使系统在有限的时间段内到达稳态,实时性好;模糊控制可以削弱滑模控制所带来的输出抖动,在模糊控制中加入自适应律,能够实时补偿建模误差及外界干扰信号的影响。借助Adams/Control模块和Matlab/Simulink库,搭建联合仿真控制系统进行仿真验证。仿真结果表明,该控制系统能够有效结合两种控制方法的优点,动态性能和稳态性能良好,并能够在一定程度上消除抖振,满足设计需要。因此,该研究具有一定的实际应用价值。     

基于ADAMS的双半转腿式机器人虚拟仿真

提出一种带辅助支撑轮的双半转腿式机器人,该机器人主要由车体支架、两条轮腿、轮腿支架、辅助支撑杆和滚动轮等组成。在ADAMS仿真软件中建立该机器人的虚拟样机模型,设定各腿杆之间的约束关系以及各跨步腿杆与路面之间的三维碰撞属性,且根据各腿杆的运动耦合关系,设定机器人各关节驱动舵机的转速。针对机器人平地行走情况,在ADAMS中进行虚拟仿真分析,得到该机器人的车体支架质心位移、速度和加速度随时间变化曲线,及跨步腿杆及辅助支撑轮在平地行走过程中所受的地面接触力。结果表明,该机器人的车体垂直起伏度较小,辅助支撑杆部分设置的弹簧具有一定的减震效果。     

自由漂浮空间机器人视觉伺服系统研究

为了将动力学模块引入传统的视觉伺服控制算法,使其更加符合真实模型。本文以自由漂浮空间机器人视觉伺服为目标,分析了其系统组成与工作原理。采用广义雅克比的方法完成其速度级的运动学建模,并在6D空间下分析其动力学模型。机械臂采用PD与前馈控制完成笛卡尔空间点到点连续路径规划。借助双目手眼相机完成非合作目标位姿的提取,进而完成视觉伺服系统的搭建。本文算法可将机械臂控制算法引入到空间机器人视觉伺服系统,使得机器人控制更加方便,具有结构简单成本低等优点。通过搭建Sim Mechanics仿真模型,实现了对期望轨迹的跟踪,验证了视觉伺服算法的正确性。