基于模态的柔性机器人协调操作系统的动力学分析

目前，对于柔性机器人协调操作动力学问题的研究已经取得了一定的研究成果，但 是这些研究大多采用有限元法来建立动力学模型，很难将这种模型应用到实际的控制中．本 文利用假设模态法和Lagrange方程，建立了柔性机器人协调操作系统的动力学方程，并给出 平面两3R柔性机器人协调操作刚性负载完成目标运动规划任务的数值仿真算例，从而验证本 方法的可行性和正确性．     

柔性机器人协调操作闭链负载机构的一般模型

本文利用闭链刚性负载内部运动参数之间的微分关系,在单柔性机器人有限元动力 学模型基础上,建立了系统的运动学和动力学协调约束条件,首次导出了基于负载运动任务 参数的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学方程,并给出了两3R柔性机器人协调操作 刚性四杆机构的仿真算例．     

并联微机器人的逆动力学

本文基于牛顿 欧拉法建立了一类PSS副、带柔性铰链的六自由度并联微机器人的 逆动力学方程,这是设计、控制微机器人的前提和基础．所建模型不仅考虑了因柔性铰链的 特殊性,微机器人连杆绕自身轴线转动的内部运动,还分析了柔性球铰弹性变形产生的反力 矩．由于微机器人机构本体以及逆动力学建模过程中所固有的并联特性,对逆动力学可实施 并行算法．最后以一实例进行了仿真分析,仿真结果表明微机器人所需驱动力呈线性变化, 揭示了微机器人在微动情况下的线性本质．     

关于柔性机器人操作机构弹性动力学方程推导的问题商榷

针对几篇文献所载柔性机器人操作机构弹性动力学方程推导中存在的某些问题,本文作者作了进一步分析推导,提出了不同的推导结果.     

平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模*

对一类平面双连杆受限柔性机器人臂的动力学建模问题进行研究，利用Ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理得到了一组描述该机器人系统运动性态的动力学方程。与已有的动力学模型相比，本文所建立的运动方程和振动方程具有模型准确、结构简单等特点，且具有与传统无约束刚性机器人类似的模型形式，因而有可能直接或间接利用现有的关于刚性机器人运动控制等方面的成果来研究复杂的受限柔性机器人的控制问题。     

柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的建模及控制

研究了柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的动力学建模问题．运用拉格朗日方法和动力学原理建立了柔性两轮自平衡仿人机器人的动力学模型．使用弹簧模仿人的腰椎,并考虑了机器人的柔性腰椎弯曲;这是与以前机器人的不同之处．对得到的动力学模型进行了线性化处理,并建立其状态空间方程;由此建立的动力学模型结构简单,易于对机器人进行有效控制．仿真实验验证了系统的稳定性,对其实验结果进行的详细分析验证了系统建模和LQR控制器设计的合理性和有效性．     

基于再生核理论实现多FFSR协调操作动力学控制

基于再生核理论提出了在空间微重力环境下实现多自由飞行空间机器人(FFSR)协调操作的动力学控制方法．针对多个FFSR操作同一目标的情况，对目标期望轨迹进行采样，利用多FFSR协调操作的动力学方程，基于再生核理论实现了多FFSR协调操作的动力学控制．与现有的其它方法相比，该方法不用运动方程描述目标的运动轨迹，而是按照人们的需要控制目标做任意的非线性曲线运动，没有局限性；与多项式插值、样条插值相比，每增加一个节点，逼近误差在索伯列夫范数意义下单调下降；对任意形式加密的节点系，迭代过程一致收敛；公式单一，便于计算机计算．在仿真试验中验证了该方法的有效性．     

高压柜操作机器人协调操作感知控制方法

为更加精准地检测或维修高压柜设备，降低在复杂环境下受到的影响，提出基于学习自动机的机器人协调操作感知控制方法。定量描述机械臂柔性连杆形变，依照拉格朗日定理推导机器人操作系统动力学规律与振动方程；使用导纳理论计算机器臂作用力与预期速率的关系，得到协调操作约束条件；将协调操作感知控制转换成二次型问题，利用学习自动机方法控制运动行为，保证机器人在规定时间内完成变电站高压柜分合闸和更换断路器等工作的协调操作感知控制。仿真结果表明，所提方法协调操作感知控制精度高、效率快，提高了机器人运动的柔顺性与同步性。     

基于微分几何的蛇形机器人移动与操作统一动力学模型研究

蛇形机器人本体是一种多关节串联机构,可以在各种环境中运动,并且当一端固定时可以实现操作.本文提出一种蛇形机器人移动与操作的统一动力学建模方法,统一蛇形机器人移动状态及操作状态的动力学方程.机器人从移动状态到操作状态的转换意味着机构上的重构,即移动状态无固定基座,而操作状态有固定基座.应用虚设机构法在机构学上统一这两种状态(即构形空间中的嵌入关系),利用指数积公式描述这两种状态的运动学方程.在Riemann流形上建立起蛇形机器人移动和操作的动力学模型,并在对动力学模型中各项计算分析的基础上发现机器人操作动力学方程可直接由移动动力学方程退化得到,同时应用子流形的Gauss公式给出证明.由此在微分几何框架下建立蛇形机器人移动与操作的统一动力学模型.按照几何的观点将蛇形机器人移动与操作动力学模型的统一看作是子流形问题,并赋予几何意义.较单独针对蛇形机器人的一种状态(移动或操作)的动力学模型而言,这种统一的动力学模型能够更深刻地揭示蛇形机器人动力学的特征.     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型，并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后，讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题，并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

重载下的柔性机械臂的动力学耦合特性

首先叙述基于有限元的具有柔性关节与柔性杆的机械壁动力学模型的建立与求解，然后对于机械臂柔性关节与柔性杆的耦合特性进行研究，结果表明，在重载的情况下，柔性关节与柔性杆的耦合效应不容忽视。     

空间柔性机械臂的逆动力学仿真

本文针对空间柔性机械臂的非线性动力学模型，在最优控制理论的基础上，运用Ｇｉｌｌ法和打靶法相结合，得到大质量负载情况下柔性机构臂的最优驱动矩。以单性机械臂为例进行了动力学仿真，仿真效果好，结果证明方法正确可靠。     

柔性关节柔性连杆机械臂的动力学建模

柔性关节柔性连杆机械臂是典型的非线性、强耦合、欠驱动系统,其控制难度高.对于这类系统,选择合适的动力学模型进行控制器设计对于提高控制性能是非常有帮助的.为此,研究了具有柔性关节柔性连杆机械臂的动力学建模问题,并提出了一种改进的建模方法.在该方法中,连接柔性连杆的柔性关节首先被简化为刚性关节和柔性连杆的弹性约束边界.然后,根据结构动力学理论、哈密顿原理和假设模态法建立系统的刚柔耦合动力学方程.相较于将柔性关节简化为刚性关节和扭簧的传统处理方式,所采用的简化方式一方面可以降低系统的自由度,另一方面可以得到更适合控制器设计的动力学模型.最后,通过数值仿真验证了本文方法的有效性和优势.     

工业机器人在特殊位形下的瞬时运动

本文具体分析了工业机器人在特殊位形下的瞬时运动，以ＳＴＡＮＦＯＲＤ机器人为例，分析其在特殊位形下约束运动的性质及允许移动的方向和转动时轴线存在的子空间，得出反螺旋的螺距为零时，处地特殊位形的６种组合形成，并给出了每种特殊位形在参考价值 标的反螺旋及存在的运动螺旋的一般表达式和相应的运动图谱。     

柔性机械臂动力学奇异性渐近行为的比较研究

通过对柔性机械臂动力学系统的零极点及其模态参量渐近行为的解析分析,讨论了 模态截取和零点截取有限维近似模型动力学奇异性关于阶次的渐近行为,并进行了比较研 究.此外,还就截取模型的高阶项对逆动力学计算力矩病态行为的影响进行了数值比较分析.     

Dynamic stability analysis of a one-link force-controlled flexible manipulator

This study analyzes the effects of link flexibility on the dynamic stability of a force-controlled flexible manipulator. The closed-loop dynamic equation for a l-link manipulator is first derived explicitly using the modal representation technique. Stability analysis is then carried out by computing the system eigenvalues. Results show that the link flexibility is one of the causes of dynamic instability of motion of the flexible robotic arm.     

基于PSO非均匀样条插值的混合结构柔性臂抑振轨迹规划

柔性臂广泛应用于核工业、建筑业、太空探索等领域,但由于自身刚度低、大挠度、低阻尼等特点,其末端易产生振动且难以在短时间内消除.对此,研究一种具有一个旋转关节和一个伸缩关节的混合结构柔性臂的抑振轨迹规划方法.通过对其结构分解和刚柔部分分解,建立动力学和运动学模型.为了提高算法效率,引入权重因子,构造映射函数,选取非均匀插值点,采用粒子群算法(PSO)优化插值点位置增量,利用3次样条插值拟合优化后的轨迹函数.最后,通过设计混合柔性臂的控制系统,验证所提出抑振轨迹规划方法的有效性.     

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.     

失重环境下可控柔性臂的模态特性

在非重力场中,考虑控制器动态反馈的影响,对存在控制器定位约束的柔性臂系统进行动力分析,研 究其在相对平衡位置的模态特性．以具有柔性关节和弹性臂杆的可控柔性臂为研究对象,分析了控制器作用下的反 馈约束特性,将控制器位置和速度增益引入力边界条件,得到了耦合控制器参量的模态特征方程,证明了反馈约束 的存在使得系统特征频率为复频率,且模态主振型是复变函数．通过数值仿真,明确了可控柔性臂的模态特性与控 制器增益之间的关系,得到了不同于经典振动理论的结论．设计了可控柔性臂的仿失重实验平台,试验模态结果证 明了理论分析的有效性．     

Dynamic Modeling and Experimental Validation of a 3-PRR Parallel Manipulator with Flexible Intermediate Links

This paper presents the development of structural dynamic equations of motion for a 3-PRR parallel manipulator with three flexible intermediate links, based on the assumed mode method. Lagrange’s equation is used to derive the dynamic model of the manipulator system. Flexible intermediate links are modeled as Euler–Bernoulli beams with pinned–pinned boundary conditions. Dynamic equations of motion of a 3-PRR parallel manipulator with three flexible links are developed by adopting the assumed mode method. The effect of concentrated rotational inertia at both ends of intermediate links is included in this model. Numerical simulations of vibration responses, coupling forces and inertial forces are presented. The corresponding frequency spectra analysis is performed using the Fast Fourier Transform (FFT). Experimental modal tests are performed to validate the theoretical model through comparison and analysis of modal characteristics of the flexible manipulator system.