存在振动的某机械臂控制研究

针对火炮自动装填系统机械臂的控制问题,建立了整个机械臂的简化模型,并推导存在振动的机械臂的动力学方程,以便在实验室进行研究。使用ADAMS与Matlab机电联合仿真系统对机械臂进行仿真。通过使用传统的PID控制方案和模糊自适应PID控制方案分别对机械臂进行仿真,对2种方案的结果进行对比。结果表明:模糊自适应PID控制的抗干扰能力较强,能够满足存在振动和变负载条件下机械臂的控制。     

带有应变反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为实时,有效地抑制柔性机械臂的残余振动,提高春定位精度,提出了柔性机械臂的开关变结构控制,并进行了实验研究,将柔性机械臂的运动分成两个阶段：第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时,通过逻辑开关,将柔性梁应变反馈量接通,以产生控制力矩,实现残余振动抑制,与传统的PID控制和带有应变反馈的全闭环反馈控制的比较结果显示,开关变结构控制能够有效,实时地抑制柔性残余振动。     

基于 CNN-GRU 的遥操作机器人操作者识别与自适应速度控制方法

传统空间遥操作系统中从端机械臂的运动速度完全取决于操作者的操作速度。为了提高空间遥操作系统的安全性,提出了一种基于操作者操作速度识别的自适应速度控制方法。结合深度学习的理论,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU)神经网络的融合模型来对操作者的速度进行识别分类。选取了九位受试者构建操作者速度样本库,将操作者的操作速度分为3类,最终识别准确率达到92.71%;并且在此基础上使用串级PID实现从端机械臂的自适应速度控制。实验表明:该模型对新操作者也可以准确识别,同时该模型准确性优于卷积神经网络和循环神经网络(RNN)的融合模型,实时性优于卷积神经网络和长短期记忆(LSTM)神经网络的融合模型;基于该模型的自适应速度控制可以在保证从端机械臂运动轨迹不变的前提下,降低机械臂的末端线速度,有助于提高空间遥操作系统的安全性。     

机械臂运动的智能自适应模糊控制策略

为了提高机械臂轨迹跟踪控制精度同时节省驱动能量,提出了机械臂运动的智能自适应模糊控制策略。介绍了双连杆机械臂结构并建立了其动力学模型;设计了机械臂系统控制方案和智能自适应模糊控制器的实现方案;在粒子群算法基础上增加了多策略进化方法和多子群协同搜索方法,提出了多策略协同进化粒子群算法;以机械臂轨迹跟踪误差和驱动力矩最小为目标,以多策略协同进化算法为寻优算法,设计了具有智能自适应调节能力的模糊控制器。经仿真验证,自适应模糊控制器的跟踪误差幅值为PID控制误差幅值的26%左右,同时模糊控制器驱动力矩的平均振动幅值不足PID控制器力矩振动幅值的17%,充分证明了智能自适应模糊控制器能够以更小的力矩实现更小的跟踪误差。     

带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为有效地抑制柔性机械臂的残余振动 ,提高其定位精度 ,本文提出了带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制 ,并进行了一系列系统的实验研究。首先将柔性机械臂的运动分成两个阶段 :第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动 ;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时 ,通过逻辑开关 ,将柔性机械臂末端加速度反馈量接通 ,以产生抑制弹性振动的控制力矩 τ′0 ,实现终点定位的残余振动控制。然后进行了一系列的实验研究包括与传统的 PID控制和带有加速度反馈的全闭环反馈控制的比较 ,结果显示带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制能够实时、有效地抑制柔性臂的残余振动     

基于自适应神经网络控制的机械臂运动轨迹跟踪误差研究

针对机械臂受到外界干扰时运动不稳定、轨迹跟踪误差较大等问题,提出了自适应神经网络控制方法。给出了机械臂动力学方程式,利用正反馈神经网络研究机器臂的动力学特性。设计了自适应神经网络控制系统,通过李雅普诺夫函数证明了该闭环系统的稳定性和收敛性。建立了机械臂模型简图,采用Matlab/Simulink软件对机械臂动力学参数进行仿真。同时,与PID控制系统仿真结果进行对比和分析。仿真结果显示,机械臂运动轨迹在受到外界干扰情况下,采用自适应神经网络控制运动轨迹跟踪误差较小,输入转矩波动较小。机械臂采用自适应神经网络控制方法,可以提高运动轨迹的控制精度,削弱了机械臂运动的抖动现象。     

手术机器人的模糊神经网络变阻抗控制策略研究

针对手术机器人在颅颌面手术过程中无法有效跟踪期望位置和接触力的问题，提出一种基于模糊神经网络的变阻抗控制策略。首先，利用模糊PID位置控制模块对机器人运动至手术切口位置的期望轨迹进行跟踪控制。其次，通过基于神经网络的变阻抗控制模块建立起机械臂与目标之间的力/位置动态关系，该模块可对机器人辅助手术过程中的力跟踪偏差进行及时的自适应修正，以实时补偿环境动态变化带来的影响，提高了环境交互的安全性以及力跟踪的准确性。最后，对提出的控制方法进行验证，结果表明，在动态变化的手术环境下，相比传统定阻抗参数控制方法，该方法拥有更好的跟踪控制效果。     

基于指令滤波的机械臂有限时间输出约束阻抗控制

提出一种基于指令滤波的机械臂有限时间输出约束阻抗控制方法.通过阻抗控制技术来解决机械臂与环境之间的相互作用,使机械臂跟踪期望轨迹.通过有限时间控制提高机械臂控制的响应速度,缩小跟踪误差,并引入障碍Lyapunov函数对机械臂末端输出状态进行约束.采用模糊自适应技术处理机械臂系统中的未知摩擦量和外部扰动量.仿真结果表明:该方法实现了对期望轨迹的有效跟踪控制,并且使机械臂输出状态都限制在预定义的约束空间中,具有更快的响应速度和更好的跟踪效果.     

液压机械臂控制系统的改进研究

针对矿井井筒施工中采矿液压伞钻钻孔位置和姿态调整过程自动化程度低的问题,改进了传统液压系统的控制方式,对动臂油缸和钻臂油缸进行了闭环控制。为减弱机械臂位姿变化时变负载对系统动态性能影响,设计信号校正控制模块,建立阀控液压缸数学模型,使用MATLAB中的SIMULINK仿真模块构建信号校正控制模块仿真模型。根据已有产品参数为模型添加仿真参数,经典PID控制算法和模糊自适应PID控制算法用于校正系统,当输入是步进力信号时系统响应。仿真结果对比表明:两者均可改善系统稳定性,达到预期目标;模糊自适应PID控制方法用于减少过渡期的过冲,校正信号的动态性能优于传统的PID控制方法。     

柔性宏刚性微空间机器人末端连续轨迹跟踪控制研究

对一类柔性宏刚性微结构的空间机器人系统进行了运动学和动力学建模,介绍了采用微机械臂快速精确运动来补偿宏机械臂由于弹性形变和振动产生的末端误差的设计方案,并对此进行了简化。在此基础上设计了两种控制方案。一种是对宏机械臂和微机械臂都采用PD(比例微分)反馈控制,另一种是宏机械臂采用PD控制而微机械臂采用滑模变结构控制。最后进行了仿真试验,比较了两种控制方案的不同控制效果,并得出补偿算法是有效的,且滑模变结构控制在该试验中优于PD控制的结论。