多关节移动机械臂系统的快速终端滑模控制

为了实现多关节移动机械臂系统在机械摩擦和模型误差等干扰下的精确控制,提出了快速终端滑模控制方法.首先建立了移动机械臂系统动力学和运动学模型,然后设计了运动环控制律,并将移动机械臂系统的运动指令转换为动力指令,最后针对动力环设计了快速终端滑模控制律,并通过自适应神经网络进行干扰估计,实现了对多关节移动机械臂系统的精确控制.仿真实验结果表明,提出的方法具有更好的快速性和准确性,移动平台的最大跟踪误差仅为0.8 cm,关节末端的最大跟踪误差仅为0.3 cm,干扰估计的最大误差为0.2 N·m,控制效果和精度均得到了明显的提升.     

采用滑模观测器的机械臂故障检测与控制优化

针对复合干扰影响下机械臂的故障检测和控制精度问题,提出了一种基于滑模观测器的故障检测和控制优化方法.首先建立了带有电机故障、模型误差和机械摩擦等复合干扰的机械臂系统故障模型,然后设计了滑模观测器来实现在复合干扰下对电机故障的准确检测,最后引入滑模观测器对电机故障程度进行估计,并设计了反步容错控制方法,从而实现了对机械臂...     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。     

欠驱动机器人最优运动轨迹生成与跟踪控制

以被动关节自由的欠驱动机器人为研究对象,对其最优运动规划与轨迹跟踪控制问题进行研究,控制目标为实现欠驱动机器人关节的任意位置控制.对欠驱动机器人系统的可控性条件进行分析,提出部分稳定规划器的思想,利用遗传算法对建立的适应度函数进行全局优化,得到部分稳定规划器的最优切换顺序.利用变结构控制方法进行反馈控制,实现了期望轨迹的精确跟踪.提出的方法一方面利用遗传算法的全局搜索能力,不必考虑机器人的严格线性化,能够快速、准确地实现路径寻优,且具有很好的稳定性:另一方面采用的变结构控制方法能够对系统干扰及参数变化具有良好的自适应性,因此本方法可以很容易推广到多自由度欠驱动机器人系统控制当中.通过末关节为被动关节的平面3自由度机器人进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性.     

平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制

基于模糊控制理论,研究水平运动的4自由度欠驱动机器人位置和姿态控制问题。平面4自由度欠驱动机器人是具有冗余度和欠驱动双重特征的复杂二阶非完整系统,利用主动关节和被动关节加速度之间的耦合作用控制被动关节的运动,同时实现机械臂末端的轨迹跟踪和末杆的姿态控制。根据分层控制思想,提出双模态模糊PID复合控制算法,针对两个子任务分别设计控制器。通过Matlab和ADAMS的联合仿真验证算法的有效性,在基于可编程多轴运动控制卡的试验台上实现平面4自由度欠驱动机器人的位置和姿态控制试验。仿真和试验结果表明,所设计的模糊PID复合控制器对平面4自由度欠驱动机器人末杆的位置和姿态控制是可行、有效的。     

基于T-S模型的欠驱动机器人非脆弱保性能H_∞控制

讨论了欠驱动机器人系统的非脆弱保性能H∞控制问题。利用欠驱动机器人关节间的动力学耦合控制被动关节到达理想位置,进而对其进行锁定,将欠驱动机器人系统转化为全驱动机器人系统。结合非脆弱保性能控制理论和H∞控制理论,提出了基于T-S模型的欠驱动机器人非脆弱保性能H∞控制策略,使其能够进行位置跟踪。两连杆机械臂的仿真验证了所提控制策略的有效性及实用性。     

载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制

讨论了载体位置、姿态均不受控的飘浮基柔性空间机器人的Terminal滑模控制问题。为讨论既有柔性关节又有柔性臂的欠驱动系统,以一个具有两个柔性关节和一个柔性臂的飘浮基空间机器人为例,首先利用拉格朗日方程并结合系统总质心定义,得到了系统的动力学方程,然后利用奇异摄动法,将柔性空间机器人系统分解为一个柔性空间机械臂子系统和一个柔性关节快变子系统。以此为基础,提出了一种包含柔性空间机械臂子控制项和柔性关节快变子控制项的组合控制器。其中,柔性空间机械臂Terminal滑模子控制项实现了机械臂关节铰期望轨迹的跟踪,柔性关节快变子控制项使得快变子系统稳定在由柔性空间机械臂子控制项产生的机械臂关节轨迹上。系统的数值仿真结果表明,该方法能在抑制柔性关节的柔性振动的同时跟踪上机械臂关节期望轨迹。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度,同时可保证机械臂关节铰跟踪误差在任意指定有限时间内收敛到零。     

欠驱动弹复性机器人的设计分析

弹复性机器人是指在结构受到部分损伤后能继续以满足需要的形式运行的机器人。为提高弹复性机器人的弹复性,引入欠驱动,通过微型电磁式离合器实现欠驱动与全驱动之间的转换。用降维的方法稳定便捷地实现自修复策略。并以一个多关节机械臂为例,运用DH参数法分析弹复性机器人单个机械臂的运动过程。     

可重构空间故障容错机械臂设计

从机械臂运动学的角度，定义了故障容错机械臂、故障容错机械臂的阶、通用故障容错机械臂和特定任务故障容错机械臂，论证了通过运动学关节冗余也同样可以提高机械臂系统的可靠性，故障容错机械臂所应该具备的自由度数，以及针对不同的任务要求，设计故障容错机械臂的方法。通过将任务空间抽象简化为一系列的特征点，建立机械臂参数与理想值相关的罚函数，选择有效的优化算法，设计出了通用一阶故障容错平面位置机械臂，通用一阶故障容错空间位置机械臂，以及特定任务一阶故障容错平面位置机械臂，建立起完整的故障容错机械臂的设计方法。     

多关节机械臂干扰观测器的自适应滑模控制

为了解决多关节机械臂在外部干扰和建模误差的轨迹跟踪问题,提出了多关节机械臂干扰观测器的机械臂自适应滑模控制方法.针对干扰信号,采用干扰观测器对可观测干扰进行观测,对于未观测到的干扰通过自适应律的设计进行估计补偿;针对机械臂控制系统中的抖振问题,采用新型趋近律来设计滑模控制律,以减小抖振影响;最后,利用李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法不仅可以有效地削弱抖振问题,而且还可以克服外界干扰和建模误差带来的不确定性,同时保证了系统的鲁棒性.     

多关节机械臂干扰观测器的自适应滑模控制

为了解决多关节机械臂在外部干扰和建模误差的轨迹跟踪问题,提出了多关节机械臂干扰观测器的机械臂自适应滑模控制方法.针对干扰信号,采用干扰观测器对可观测干扰进行观测,对于未观测到的干扰通过自适应律的设计进行估计补偿;针对机械臂控制系统中的抖振问题,采用新型趋近律来设计滑模控制律,以减小抖振影响;最后,利用李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法不仅可以有效地削弱抖振问题,而且还可以克服外界干扰和建模误差带来的不确定性,同时保证了系统的鲁棒性.     

多关节机械臂干扰观测器的自适应滑模控制

为了解决多关节机械臂在外部干扰和建模误差的轨迹跟踪问题,提出了多关节机械臂干扰观测器的机械臂自适应滑模控制方法.针对干扰信号,采用干扰观测器对可观测干扰进行观测,对于未观测到的干扰通过自适应律的设计进行估计补偿;针对机械臂控制系统中的抖振问题,采用新型趋近律来设计滑模控制律,以减小抖振影响;最后,利用李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明,该方法不仅可以有效地削弱抖振问题,而且还可以克服外界干扰和建模误差带来的不确定性,同时保证了系统的鲁棒性.     

三关节移动机械臂轨迹跟踪控制的研究

三关节移动机械臂是由移动平台及固定在移动平台上的三关节机械臂组成的机器人系统。文章对三关节移动机械臂进行了运动学和动力学建模,提出了一种基于自适应动态滑模控制的轨迹跟踪控制方法。对受外界干扰影响的移动机械臂系统的数学模型进行了输入/输出线性化处理,并设计了一种带有不确定性上界估计的自适应动态滑模轨迹跟踪控制器。从理论上分析了闭环机器人控制系统的稳定性,并利用MATLAB轨迹跟踪控制仿真实验验证了所提出的轨迹跟踪控制方法的有效性。     

基于迭代学习的工业机械臂抗干扰控制方法

为了克服工业机械臂的未知负载力矩和摩擦等干扰因素的影响，采用迭代学习算法设计了滑模控制律。首先建立了工业机械臂数学模型，然后设计了二阶非奇异快速终端滑模面，同时提出了滑模控制律，最后利用迭代学习方法来改善滑模控制律的抖振现象，并进行了收敛性分析。仿真结果表明：设计的基于迭代学习的滑模控制律能够有效消除各种干扰因素的影响，实现对工业机械臂运动轨迹的精确控制，最大跟踪误差仅为0.3mm，在实测验证中的最大跟踪误差也仅为0.17mm，平均运行时长仅为1.73s，大幅提升了对工业机械臂的控制精准度。     

欠驱动机械臂多轴耦合控制轨迹跟踪实验

对于水平3自由度欠驱动机器人的末端轨迹跟踪,两主动关节同时耦合控制被动关节是研究的一个难点。文章以以模糊控制为理论基础,采用多输出控制策略,编制出了多输出模糊控制器,在水平3自由度欠驱动机械臂实验台上进行末端轨迹控制,实现了两主动关节同时耦合控制被动关节的目的。所得试验结果与单输出控制策略的末端轨迹控制进行了对比分析,结果表明,多输出控制比单输出控制有更高的控制精度。     

机械臂执行器故障重构与容错控制

为了提高机械臂系统鲁棒性、使系统在故障情况下能够正常运行,提出了基于滑膜控制的故障重构与容错控制方法。建立了机械臂系统动力学方程和执行器故障模型;设计了准连续高阶滑膜观测器,结合等效输出误差注入法给出了故障重构方法;提出了非奇异快速终端滑膜控制方法,求解滑膜面得到了容错控制律。经仿真验证,准连续高阶滑膜观测器可以快速、高精度重构执行器故障,同时避免了滑膜控制抖振问题;非奇异快速终端滑膜控制器可以在系统故障情况下快速跟踪期望轨迹,有效提高了机械臂系统鲁棒性。     

基于阻抗控制的双臂机器人关节限制规避仿真研究

双臂机器人在运动过程中容易受到关节的限制,致使运动轨迹在某段时间内输出误差较大。对此,采用阻抗控制机器人手臂关节运动,并对跟踪角位移进行误差仿真。创建了双臂机器人运动模型简图,通过雅克比矩阵推导出机器人手臂逆运动学方程式。建立分层优先级任务体系结构,分析了冗余机械臂关节规避极限状态,设计了阻抗控制方法。采用Matlab软件对冗余机械臂阻抗控制效果进行仿真,并与无阻抗控制效果进行对比。结果显示:在无阻抗控制条件下,冗余机械臂在某段时间内会偏离期望运动轨迹,造成误差较大;在有阻抗控制条件下,冗余机械臂在整个运动时间内,都能很好地实现轨迹跟踪任务,输出误差较小。因此,采用阻抗设计方法,双臂机器人能够避免关节的限制,更好地完成轨迹跟踪任务,提高跟踪精度。     

PMSM驱动机器人的哈密顿与Fal函数PD协调控制

针对二自由度机器人控制系统位置跟踪控制难以兼顾快速性和准确性的问题,提出了机器人信号与能量协调控制。首先,根据机器人动力学方程建立机器人系统的端口受控哈密顿模型,并且引入积分控制设计能量控制器,实现了系统的稳定性和稳态时的准确性。然后,基于模型补偿与Fal函数的比例-微分控制设计了信号控制器,实现系统在动态过程中的快速响应。然后设计协调控制策略,兼顾信号控制和能量控制的优点实现了信号与能量的协调控制。最后将机器人动力学与关节伺服电机控制相结合,提出了驱动机器人关节的隐极永磁同步电机滑模控制。仿真结果表明所提出的控制方法满足了系统对快速性及准确性的要求。     

改进狼群算法的SCARA机械臂自适应迭代学习控制

针对减小机器人重复运动的位置、速度跟踪误差的问题,给出一种基于狼群算法优化的机械臂自适应迭代学习控制策略。根据SCARA(Selective compliance assembly robot arm)机械臂驱动方程,设计动力学系统的迭代学习控制律。引入自适应步长的狼群算法,使狼群能够根据猎物气味浓度动态调整移动步长,提高了算法的收敛速度和精度。该策略对机械臂控制器参数KP、KD进行寻优时,得到了良好的控制效果,实现了对期望轨迹的有效跟踪。实验结果表明,该算法灵活性好,对系统期望轨迹具有较高的跟踪精度,有效降低了双关节机械臂的位置、速度跟踪误差,具有较强的可行性与有效性。