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。     

基于改进人工势场法的双机械臂避障路径规划

针对双6自由度机械臂提出了一种基于改进人工势场法的避障路径规划算法。分析了双机械臂的协作工作空间,确认了双臂自碰撞的可能。针对静态障碍物对主机械臂进行避障运动规划,完成主机械臂路径规划后,再将主机械臂作为从机械臂运动时的动态障碍物,为从机械臂规划避障运动路径。利用新的势能函数代替传统人工势场法的势能函数,对双机械臂进行避障路径规划;由于传统人工势场法在机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,因此,增加了虚拟吸引点,避免机械臂陷入局部极小值。仿真实验表明,该方法实现简单,满足双机械臂避障的要求,能够有效地为双机械臂规划出无碰撞路径。     

代价函数引导的机械臂运动规划算法

本文提出一种基于连杆运动方程的人工势场,引导基于转换的快速随机扩展树(T-RRT)改进算法采样,在高维度空间搜索低成本路径的同时解决机械臂运动规划中T-RRT算法收敛速度慢的问题。简化机械臂模型以提高碰撞检测的效率,并与运动学分析结合调制连杆运动方程,从而确定各质点轨迹长度、叠加以建立机械臂人工势场,作为代价函数判断状态节点的成本,引导其不断向目标位置逼近,同时为了进一步提高算法的扩张速度,引入剪枝函数对细化节点进行限制。在不同的障碍地图中进行MATLAB仿真实验,该算法与RRT、T-RRT算法相比,路径长度最短、节点采样效率最高、节点平均采样时间最优,运行时间分别缩短了约3/4及2/3。所提算法在提高路径质量的同时有效提高搜索效率,能适应环境的变化。     

柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析

为建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学方程,采用Euler-Bernoulli梁模型并添加经迭代计算的边界条件,对柔性机械臂进行了动力学耦合与仿真分析。在对柔性机械臂进行模态分析的基础上,将柔性机械臂视为包含边界条件的悬臂梁和简支-自由梁模型,采用假设模态法建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学模型。仿真结果证明：添加经迭代计算的边界条件的柔性梁模型能更好地反映自由关节的加速度耦合情况。最后对柔性欠驱动机械臂与刚性欠驱动机械臂进行关节耦合指标分析,结果表明柔性欠驱动机械臂的自由关节包含更复杂的耦合情况,对柔性机械臂弹性振动的控制是对柔性欠驱动机械臂控制的关键。     

欠驱动机器人动力学运动规划的动态子空间法及控制

欠驱动机器人的关节空间运动是通过主、被动关节间的动力学耦合实现的,系统运动可能发生动力学耦合奇异,使欠驱动机器人的动态操作性能严重降低。针对一般具有任意多个被动关节的开链欠驱动机器人系统,基于动力学分析提出一种优化控制方法,其核心是在欠驱动机器人的全部耦合运动空间中,根据动力学耦合操作性度量,动态构造有限个覆盖全部耦合运动空间的具有最佳耦合度的子空间,使发生在这些子空间中的耦合运动具有余度驱动的特点,从而实现提高欠驱动机器人的动力学耦合度的优化控制。提出的方法通过平面四连杆机器人进行仿真,仿真结果证明了这种方法是可行的。     

带电水冲洗机器人的机械臂轨迹规划方法

带电水冲洗是变电站运维清污的重要手段。目前带电水冲洗作业主要采用人工方式,存在很大的安全隐患,可替代人工作业的机器人是当前电力领域的一个研究热点。本文提出了一种变电站带电水冲洗机器人的机械臂轨迹规划方法。根据机器人的结构特点,建立了机器人的运动学模型;针对人工势场法容易陷入局部最优的缺陷,设计了一种斥力场函数,提出了基于改进的人工势场法的机械臂轨迹规划方法;对于人工势场函数中参数的选取,基于遗传算法实现了避障路径的优化;仿真对比实验结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性,本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理,建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分,依据这四部分设计容错控制律,实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上,通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿,使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力,以此完成控制方法设计。分析实验结果可知,所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性,减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间,满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

基于动态规划算法的液压驱动机械臂运动控制研究

液压驱动机械臂运动控制系统是一种时变且强耦合的非线性控制系统,在面对复杂的作业场景中需要更为精确的运动规划,针对液压驱动机械臂运动控制系统运动轨迹控制精度问题,在液压驱动机械臂运动学模型基础上,对传感器输出信号进行双闭环平均值滤波处理,通过对机械臂逆运动学进行求解,采用动态规划控制算法对液压驱动机械臂进行运动轨迹的最优控制,最后在液压驱动机械臂集成测试环境中验证算法的可靠性和准确性,实验结果表明,采用动态规划算法能够快速提升液压机械臂的运动控制精确度,满足机械臂的实时控制需求。     

液压驱动机械臂的轨迹规划

提出了一种基于液压驱动的机械臂轨迹规划方法。在对n自由度机械臂进行基于C空间的无碰撞轨迹规划后,根据液压驱动机械臂的特性,并在对机械臂运用ADMS进行运动求逆的基础上,采用抛物线过渡线性插值算法对液压缸进行了运动优化,得到了基于无碰撞的优化轨迹。仿真及实装试验结果表明,所规划的运动轨迹符合各项性能指标,同时也验证此方法是有效的。     

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。     

SELF-RECONFIGURATION OF UNDERACTUATED REDUNDANT MANIPULATORS WITH OPTIMIZING THE FLEXIBILITY ELLIPSOID

The multi-modes feature, the measure of the manipulating flexibility, and self-reconfiguration control method of the underactuated redundant manipulators are investigated based on the optimizing technology. The relationship between the configuration of the joint space and the manipulating flexibility of the underactuated redundant manipulator is analyzed, a new measure of manipulating flexibility ellipsoid for the underactuated redundant manipulator with passive joints in locked mode is proposed, which can be used to get the optimal configuration for the realization of the self-reconfiguration control. Furthermore, a time-varying nonlinear control method based on harmonic inputs is suggested for fulfilling the self-reconfiguration. A simulation example of a three-DOFs underactuated manipulator with one passive joint features some aspects of the investigations.     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

THEORETICAL DESIGN AND MOTION PLANNING OF NONHOLONOMIC MANIPULATOR

A new nonholonomic transmission mechanism is proposed based on the nonholonomic the-ory and nonlinear control principle, and combined with conditions of the nonholonomic motion plan-ning and control, that is researched to compose method of the motion transfer chain from this transmis-sion mechanism, on which a new nonholonomic manipulator is designed. This nonholonomic manipu-lator is a controllable multi-joint manipulator that actuated only by two-servo electromotor Its motionexpresses the characteristic of nonholonomy constraint and nonlinear, and that also satisfies thechained form convertibility. And then, using the nonlinear control principle of chained system, motioncharacteristic of the nonholonomic manipulator is applied. From simulation verification and analysis,the usefulness of the theoretical design and control strategies is shown, and that is important in designand research of handiness robot and multi-finger robot hand.     

电流变材料在结构振动控制中的非线性特性及理论模型

半主动振动控制结合了主动和被动控制的优点,得到了广泛的应用。一种采用电流变材料在线实时改变支撑条件的镗杆被设计用来对切削颤振实现半主动控制。通过试验发现当电流变材料处于屈服前后临界状态时,其在系统中相当于一参数可控的干摩擦阻尼器,致使镗杆的动态特性表现出明显的非线性。根据试验结果对含有电流变材料的镗杆建立了数学模型,从理论上对电流变材料在结构振动中处于屈服前后临界状态的条件和动态特性进行了分析。