一类三关节体操机器人的类等效建模

无力矩驱动模式的电机驱动器使得三关节体操机器人控制难度增加,但具有实际意义.针对该类机器人系统,提出了基于＂类等效＂思想的简化动力学模型,该模型由刚体动力学和加速度驱动两个子模型构成.利用拉格朗日法建立刚体动力学方程;使用频率响应法得到加速度驱动模型的伯德图并确定了其阶次,根据阶跃响应曲线确定其纯滞后;使用改进的遗传算法辨识模型参数.通过对简化前后的模型进行对比实验以及简化模型的稳定控制实验,验证了简化模型的有效性和优越性.     

基于三连杆动力学模型的仿人机器人站立平衡控制

为了解决仿人机器人抗扰动站立平衡控制问题,提出了一种三连杆动力学模型作为仿人机器人的简化模型,该模型充分考虑了机器人腿部、身体和手臂的连杆分布质量,相比于传统的线性倒立摆模型或者飞轮倒立摆模型具有更高的精确性.基于这种模型,设计了仿人机器人的站立抗扰动平衡控制器.首先将仿人机器人模型简化为三连杆动力学模型,通过参数辨识方法获取结构化的参数,并经过线性化处理,将复杂的非线性动力学模型线性化.然后采用线性二次调节器(LQR)设计机器人的平衡控制器.实验在仿人机器人KONG-II上进行,通过将机器人踝关节设置成具有一定阻尼特性的欠驱动状态,来实现三连杆动力学模型的形式.实验结果对比了机器人采用两连杆动力学模型和三连杆动力学模型时的抗外力扰动性能,验证了本文方法的有效性和鲁棒性.     

五自由度上肢康复机器人动力学建模及仿真

分析了五自由度上肢康复机器人的系统结构,构建出新的系统简化模型,并利用拉格朗日动力学法建立康复机器人简化动力学方程,提出了一类机器人简化建模的新方法.在Matlab中用V-realm Builder工具建立5-DOF上肢康复机器人三维虚拟仿真模型并进行虚拟仿真.仿真结果表明,简化的动力学模型在康复机器人控制中应用效果良好,理论响应曲线与实际响应曲线误差较小.该方法建模过程简单、快捷、有效,适合现代计算技术的发展,为康复机器人系统的优化设计及运动控制提供了理论依据.     

洁净机器人反应转矩观测与碰撞保护研究

提出一种基于反应转矩观测器的机器人碰撞保护方法;机器人的反应转矩由基于模型的干扰观测器估值得到,模型的建立包括电机系统转矩模型与机器人系统动力学模型两部分;由于洁净机器人特殊的构型及关节耦合关系,机器人的动力学建模被大大简化,同时对简化后的模型采用最小二乘法对惯性参数和摩擦参数进行辨识,提高了模型的精度;根据永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型,可以得到基于电机电流的机器人关节转矩;机器人与外界环境接触时,关节转矩的增加量即为反应转矩;通过设计反应转矩观测器并采用力/位混合控制结构,实现基于电流的机器人主动柔顺控制功能,并在洁净机器人进行碰撞保护实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。     

新型变几何桁架机器人的简化刚体运动分析

本文对一种新型变几何桁架机器人机构，利用机构简化模型在位置分析的基础上进行了刚体运动学分析，求出了机器人系统各构件运动参数的显式解析解，为这种机器人的刚性动力学和弹性动力学分析打下了基础。     

基于快速动力学辨识的免外部传感器机器人碰撞检测

针对人机协作时机器人极有可能与人发生碰撞所导致的安全问题,提出一种基于动力学模型、无需要外部传感器的机器人碰撞检测方案.首先,根据对机器人低速下的动力学特性分析,采用逐次动力学辨识,在对机器人重力及摩擦力使用最小二乘法辨识后,运用Lasso对复杂的残余力矩进行辨识以获得简化模型,避免了复杂符号推导.然后,针对模型的不确定性,根据优化设计运动状态相关的动态阈值来处理残差的异常峰值.最后,以轻型工业机械臂为实验平台,让机器人执行作业轨迹与人类发生碰撞以验证碰撞检测算法.实验结果证明了碰撞检测方法的可行性和简单性,其能够实现对机器人快速动力学辨识,并可以实现灵敏准确碰撞检测,保证人机协作时操作人员的安全.     

履带式移动机器人轨迹跟踪研究

详细分析了履带式移动机器人的受力特点,提出了一种适宜进行控制器设计的履带移动机器人模型.根据履带式移动机器人动力学模型和运动学模型,设计了机器人的轨迹跟踪控制器.利用Lyapunov稳定判据证明控制器的全局稳定性.在控制器的设计中考虑了履带一地面作用,引入参数对其描述.考虑到机器人动力学约束,引入机器人速度、加速度控制策略以保证机器人运动平滑.仿真实验验证了该方法的有效性和全局收敛.     

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.     

基于连续体模型的蛇形机器人质心速度跟踪控制方法

基于连续体模型合理简化蛇形机器人的动力学方程,基于该动力学描述获得无侧滑条件下使机器人质心速度稳定的关节角度参数集.然后,通过分析侧滑概率与控制参数之间的关系,获得法向摩擦力有限时使质心速度稳定的控制参数.在实现质心速度稳定的基础上,基于连续体模型获得无侧滑时实现机器人速度跟踪的控制参数.最后基于上述理论值设计控制器,将上述理论值作为关节角度参数的初值,利用速度反馈对关节角度进行微调节,消除模型近似和环境差异带来的速度误差.基于Open Dynamics Engine进行仿真,仿真结果显示蛇形机器人质心速度能够跟踪期望速度,从而验证了所提方法的有效性.     

未校正摄像机的非完整机器人的自适应镇定

针对基于未校准顶置摄像机的非完整移动机器人视觉伺服镇定问题,首先从标准机器人运动学模型以及视觉空间与工作空间的转换得到视觉平面上的机器人运动学模型,而后根据视觉空间的运动学的速度误差以及视觉空间的机器人的动力学模型设计了一个自适应控制器,而且控制器具有鲁棒性,控制器中的鲁棒项函数用以抑制动力学的扰动,摄像机估计值用以估计未知的摄像机参数,动力学的惯性参数估计值用以消除动力学参数的不确定性.控制系统的稳定性以及参数估计值的有界性由李雅普诺夫定理证明.仿真结果用于说明控制律的有效性.     

SYMBOLIC COMPUTATION OF ROBOT DYNAMIC PARAMETERS

Optimal performance of robot manipulators can be achieved only by utilizing advanced control algorithms. However, precise control of robot motion requires the use of accurate dynamic models, which are very complicated due to varying arm geometric configuration, uncertain effects of load handling on the dynamic stability of the arm, and the high degree of nonlinearty and coupling exhibited between different links. Therefore, an efficient and fast method for on-line tuning of robot dynamic parameters must be devised. In this work a simplified model based on Lagrange-Euler dynamics is developed. The proposed method is simple and systematic for the extraction and identification of robot dynamic parameters. The dynamic parameters are then formulated as a regression model. This model is used to generate the closed-form solution of the dynamics. The analysis in this work is based on a set of compiled data for the Stanford arm to facilitate the study of the dynamic performance and closed-loop solutions of robot manipulators. For the derivation of the dynamics MAPLE (symbolic computer algebra language) is used.     

一种改进的自抗扰解耦方法及其应用仿真

针对一类多入多出系统的解耦问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的动态解耦方法。将系统输入变量间的耦合作用,被控对象参数时变和外界干扰视为一个总的扰动,用ESO估计扰动并反馈到控制器进行补偿,从而实现动态解耦,对解耦后的子系统按照极点配置方法设计出控制器。采用参数动态确定法确定ESO的参数。上述动态解耦方法简化了解耦过程,放松了对系统模型精度的要求,计算量小,响应速度快,鲁棒性强。并通过对常压蒸馏塔模型进行仿真控制,并与模糊PID解耦控制方法对比,结果表明本方法有效可行。     

船桥碰撞简化动力分析方法:简化动力模型

为促进碰撞有限元分析技术在桥梁设计工程中的应用,提出2种可用于船桥碰撞动力分析和进行船桥碰撞动力设计的简化力学模型,即简化强迫振动模型和简化碰撞模型.基于碰撞数值模拟技术获得这2种模型中简化冲击力和简化船首非线性接触刚度.建议3种简化冲击力的数学模型,即简化的半波正弦载荷、修正半波正弦载荷及多段线载荷.建立3 000 ...     

Adaptive control based on explicit model of robot manipulator

Adaptive and nonadaptive control algorithms, which make use of a fundamental mathematical property concerning positive definite matrices and Lyapunov stability theory, are proposed for the control of robot manipulators. Using the fact that the matrix dD(q)/dt-2C(q, dq/ dt) is skew symmetric, nonadaptive controllers which have a simplified structure with less computational burden are proposed. Using the dynamic equations for robot manipulators, parameter adaptation rules are developed for updating the controller's partially or totally unknown parameters, generalizing them to model reference adaptive controllers. To further take advantage of the simplified structure of the proposed adaptive controllers, a method for deriving the dynamic model of a robot manipulator which is linear in terms of its parameters is given. This dynamic model is also suitable for the pure identification of the parameters of links and payload of the manipulator     

Adaptive fuzzy dynamic surface control for a class of stochastic MIMO discrete-time nonlinear pure-feedback systems with full state constraints

This paper presents the design of an adaptive fuzzy dynamic surface control for a class of stochastic MIMO discrete-time nonlinear pure-feedback systems with full state constraints using a set of noisy measurements. The design approach is described as follows. The nonlinear uncertainty is approximated by using the fuzzy logic system at the first stage, secondly the proposed adaptive fuzzy dynamic surface control is designed based on a new saturation function for full state constraints, thirdly the number of the adjustable parameters is reduced by using the simplified extended single input rule modules, and finally the simplified weighted least squares estimator is in a simplified structure designed to take the estimates for the un-measurable states and the adjustable parameters. The simulation provides that the proposed approach is effective for the improvement of the system performance.     

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.     

Adaptive fuzzy dynamic surface control for uncertain nonlinear systems in pure-feedback form with input and state constraints using noisy measurements

This paper is concerned with the design of an adaptive fuzzy dynamic surface control for uncertain nonlinear pure-feedback systems with input and state constraints using a set of noisy measurements. The design approach is described as follows. The nonlinear uncertainties are approximated by using the fuzzy logic systems at the first stage, secondly the adaptive fuzzy dynamic surface control is introduced to remove the problem of the explosion of complexity for the derivation of the adaptive fuzzy backstepping control, thirdly a new saturation function for state constraints is proposed to design the controllers based on the Lyapunov function, fourthly the number of the adjustable parameters is reduced by using the simplified extended single input rule modules, and finally the weighted least squares estimator to take the estimates for the un-measurable states and the adjustable parameters is in a simplified structure designed. The proposed approach provides effective system performance in the simulation experiment.     

基于神经-模糊控制系统的移动机器人动态路径规划

针对机器人在未知、复杂环境下从源到目标之间,避开各种类型的障碍的问题,设计了系统的神经-模糊控制算法进行动态路径规划：设计了合理的模糊推理体系,实现输入模糊化、模糊推理规则库、输出去模糊化控制;根据规则库设计神经网络结构,简化网络结构和参数;采用QPSO算法训练网络;状态变量的存储和管理策略,解决了“U”型障碍物内的死循环路径问题。实验结果表明,在以上算法的控制下,机器人能够朝着目标,规划产生合理的路径,不会陷入死循环。     

对数据库恢复策略的性能分析

文中通过相对简化的分析模型，对几种主要的数据库恢复算法进行性能分析。为此，引入了一些主要的参数。作为这种分析模型的应用实例，文末就一种典型情况对各种数据库恢复策略进行了性能比较。     

自传感介电弹性体执行器的动力学设计及应用

本文提出了一种传感与作动一体化的介电弹性体（DE）软执行器,可用于薄膜结构形面变形的同步测量和控制.首先,建立DE软执行器电致驱动过程的动力学模型,描述其力电耦合行为.其次,通过开展动态作动实验,辨识该动力学模型的参数.第三,分析不同参数对作动器动态响应的影响,以理解其基本动力学特性.第四,建立DE软执行器自传感过程的简化电路模型,并对其电学参数与位移之间的关系进行实验标定.最后,开展平面薄膜结构的形面位移自适应调整实验,并设计相应的控制策略.实验结果表明,该DE软执行器在作动和传感方面均具有较高精度.因此,其在构建高精度空间薄膜天线方面具有较好的应用前景.