空间机器人在轨双臂辅助航天器对接力/位置嵌套双层滑模阻抗控制

为了实现空间机器人捕获航天器及辅助对接操作的柔顺化,对航天器对接装置的输出力与位姿的精确控制进行了研究,且在关节电机与机械臂之间添加了弹簧阻尼缓冲装置,以防止接触、碰撞时产生的巨大冲击力造成关节破坏。首先,结合Newton第三定律、捕获点的速度约束及闭链系统的几何约束,获得了捕获航天器后的混合体系统动力学方程,通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力。接着,通过航天器对接装置相对载体坐标系的运动学关系,建立了对接操作过程中的阻抗模型。然后,设计了一种鲁棒自适应双层滑模控制策略,其与阻抗控制相结合,采用力加载随动控制系统实现对接装置的位姿与输出力的精确控制,以降低接触、碰撞时的冲击力。该控制策略具有双层滑模结构,其第一层保证混合体系统在有限时间内收敛,第二层用于解决控制的高增益问题。最后,通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性;利用数值仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,在给定的速度下缓冲装置最大可将碰撞冲击力矩降低46.78%,输出力的控制精度优于0.5 N,位置、姿态的控制精度优于10-3 m,0.5°。     

基于网络的开放式双臂机器人控制器

针对开放式控制器的原有结构，提出了一种融合网络的简化分层控制模型，结合本实验室的双臂机器人，详细阐述了基于网络的开放式控制器的硬件结构和软件结构，最后介绍了系统的具体实现方式。     

未知环境下机器人受限机械手PLC阻抗控制系统

机械手作为能够自动定位控制且可重新编程的多功能机器人,为提高生产效率,提出未知环境下机器人受限机械手PLC阻抗控制系统。分析机械手组成结构,结合理想惯性、黏性阻尼与刚度矩阵,构建阻抗模型;选用西门子S7-200PLC可编程逻辑控制器,明确其主要构成模块与优势;确定旋转编码器、光电传感器等控制系统主要硬件;建立物体空间坐标系,获取定向矩阵;结合协调控制思想,将物体与目标坐标系的六维位移通过空间平移、旋转、连接三种虚拟弹簧表示;计算各类弹簧的储存能量,分别得出弹簧形成的电机力矩,设置阻抗控制规律,针对控制策略设计软件控制程序,完成阻抗系统设计。仿真实验证明,该方法在未知环境下对阻抗具有良好的跟踪性能,能够实现稳定控制。     

双臂机器人轴孔装配的分级控制

设计了双臂协调进行轴孔装配的分级控制器。该控制器由管理级和执行级组成,管理级在进行主臂的期望运动路径规划的同时,根据采样到的主臂信息,对从臂进行期望关节运动角的递推,而执行级只需执行管理级输出的期望值。执行级的控制方式与普通单臂机器人控制方式一样。仿真结果表明所设计的分级控制器能顺利完成双臂的协调轴孔装配作业。     

双臂机器人动力学建模与伺服系统控制

针对双臂机器人的手臂运动控制问题,研究了其动力学建模与伺服系统控制算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响,并且简化了动力学方程更利于实现。其次针对简化后的模型参数采用最小二乘法辨识,最后通过仿真和系统实验,验证动力学计算结果的正确性。再次由机器人动力学和电机动力学建立关节转矩模型进行关节转矩力控制;最后讨论了交流永磁同步电机的建模和控制问题。经过验证简化后的模型一方面等效于直流电机便于设计控制器,另一方面可用于机器人关节转矩控制。     

冗余度机器人的非接触阻抗控制

机器人与运动物体接触的过程包括非接触、接触过渡和接触3个部分。对于机器人与高速运动目标接触等存在较大冲击的应用实例，进行有效的非接触阻抗控制是实现机器人稳定、安全作业的必然要求。这方面的研究是实现机器人捕捉运动物体的关键技术，在工业、军事和航天等领域均有重要意义。本文对冗余度机器人非接触阻抗控制的理论和应用研究的现状进行了详细的综述，并提出了需要进一步深入研究的一些问题。     

双臂石雕机器人的设计

研究将双壁机器人实用于石雕加工，完成了2R-1P3R双壁石雕机器人的结构设计，并用故障树分析法使设计优化。该机器人具有结构轻巧、工作灵活、加工质量高等特点，可取代人的双手加工全立体复杂石雕。     

基于阻抗控制的机器人力控制算法性能分析

Hogan提出的阻抗控制算法由于必须要求机器人准确的动力学方程,在实际工程背景中很难应用.本文针对其弊端,研究了自适应阻抗控制算法.以平面机械手为控制对象,使用以上两种控制方法对其加以控制,从而详细分析比较了两种算法的性能优劣.最后,针对阻抗控制算法在实际运用中阻抗参数的调整原则一直是比较困难的问题,本文通过仿真实验总结了调参规律.     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

拟人步行机器人下肢研究现状

阐述了近几年国内外先进拟人机器人的腿部结构特点。通过比较双足行走机器人的腿部自由度、结构设计和驱动模式的实现方式以及实现拟人步态行走的控制方式,观察目前拟人机器人研究的特点和趋势。     

基于耦合算法的类人机器人模仿学习控制方法

为提高类人机器人模仿学习的准确性及效率,建立了一种改进的粒子群算法优化超限学习机的模仿学习模型。采用非线性动态系统对示教时的相关数据进行建模;以动态自适应策略改进粒子群算法的惯性权重,并利用改进后的粒子群算法对超限学习机的网络参数进行寻优;利用该耦合学习模型对模仿学习动态系统的参数进行学习,并重现了模仿学习动作。实验结果表明,该耦合算法应用在类人机器人模仿学习方面具有很好的拟合精度、自适应性及泛化能力,重现模仿学习动作时的平均误差为0.0172。     

Robust Impedance Control of Robots Using an Adaptive Interaction Force Observer

For robot interaction control,the interaction force between the robot and the manipulated object or environment should be monitored.Impedance control is a type ...     

基于运动性能分析的仿人机械臂尺度优化

针对多关节串联机构耦合影响末端执行器运动性能的问题,分析了串并混联机构的运动特性,提出了实现可视化设计的多参数平面模型。基于旋量理论,分别建立了串联、并联关节的运动传递矩阵,并设定了相应性能指标。在此基础上,根据多参数平面模型,通过三维可视化图形,进一步揭示了参数尺度、关节转角空间、性能指标之间的耦合关系,最终确定了参数取值、关节的优质转角范围和指标分布情况。优化结果表明：肩关节、腕关节的全域性能指标分别为0.78、0.67,肘关节的全域条件数为2.38。该混联构型具有与人体手臂关节相类似的功能,可充分发挥串联、并联机构的综合优势。     

脑机接口技术的仿人控制综述

脑机接口是一种利用脑信号控制外部设备的通信机制,这种信号的产生有时是独立于神经系统的,例如在被动脑-机接口中,这对那些有严重情绪障碍的人来说大多是有益的.传统的脑-机接口系统只依赖于脑电图记录的脑信号,并使用基于规则的翻译算法来生成控制命令,然而,多传感器数据融合和基于机器学习的翻译算法的使用提高了这类系统的精度.在简...     

一种人形机器人气动导航主动控制系统

为解决人形机器人导航控制智能化水平较低,自适应程度不高的问题,设计了一种基于北斗导航的人形机器人气动导航主动控制系统.建立了人形机器人运动学数学模型,研发了机器人气动导航控制系统,通过国家2000坐标下导航实验,对模型和系统进行了实验验证.结果表明:建立的运动学数学模型和导航控制算法是合理的,研发的气动导航主动控制系统...     

低成本类人足球机器人控制系统设计

通过分析当前类人足球机器人控制系统中CPU的优缺点，提出了一种新的低成本的类人足球机器人控制系统。该系统采用数字信号处理器（DSP）和嵌入式处理器（ARM），由DSP进行场上目标的识别和自身定位，ARM上运行Linux操作系统，完成路径规划，步态控制以及通讯等功能，充分结合了DSP的实时信号处理能力和ARM在系统控削方面的特性，合理分配任务，满足系统实时性要求。详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。研究表明，该控制系统具有好的控制效果，有着广阔的应用前景。     

冗余自由度仿人机械臂自适应迭代学习控制研究

在深入研究自适应迭代学习控制理论、七自由度乒乓球机械臂动力学模型及轨迹规划的基础上,提出将改进后的自适应迭代学习控制算法运用到带有重复时变干扰的冗余自由度机械臂上。该控制系统旨在实现两大目标：一是使乒乓球机械臂准确快速地跟踪参考轨迹并在末点达到指定的击球速度;二是引入饱和函数减小输入转矩的抖振。Lyapunov理论分析及MATLAB仿真验证了整个控制系统的有效性：当迭代次数增加时,跟踪误差关于有限时间区间内一致收敛到零;加快迭代学习的收敛速度,并消除抖振。     

带干扰观测器的机器人有限时间稳定性控制

针对存在各种干扰的不确定工业机器人复杂系统,提出了一种基于干扰观测器的有限时间稳定性控制方法。该方法将六自由度工业机器人简化为三自由度,其它三自由度的动力学效应看作外界干扰,并利用非线性干扰观测器进行在线估计,因而算法较简单,其估计误差由变结构项进行补偿,故具有较强的鲁棒性。利用有限时间稳定性相关理论证明了该闭环系统是有限时间稳定的,因而收敛速度快,跟踪精度高。通过仿真说明了该算法的有效性和可行性。     

26自由度仿人机器人的设计与控制

设计了一个具有26个自由度的仿人机器人,该仿人机器人具有与真实人物极为相似的外观形象,通过PIC16F877芯片对多台舵机和直流电机进行协调控制,完成眼睛、眉头、嘴角等面部表情动作和手臂、腰部等行为动作.通过该系统能够为人工智能、行为控制、人工心理等研究提供一个高效综合的试验和演示平台.