混合驱动柔索并联机器人自适应迭代学习控制

以一种兼容混合驱动机构与柔索并联机构特点的新型混合驱动柔索并联机器人为研究对象,对其动力学建模及轨迹跟踪控制进行了研究;应用Lagrange方法建立了混合驱动柔索并联机器人系统的动力学模型;针对具有非线性、时变特性以及带有可重复时变干扰的混合驱动柔索并联机器人动态系统模型,设计了一种控制增益随迭代次数变化的自适应迭代学习控制策略,并采用Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性;数值仿真结果表明,在该控制器的作用下,混合驱动柔索并联机器人控制系统能够完成高精度跟踪期望轨迹,进一步验证了所建系统动态模型的正确性及控制策略的有效性。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

混合驱动柔索并联机器人系统集成设计

混合驱动柔索并联机器人是机电高度集成系统,其动态性能由结构系统和控制系统共同决定。为了提高混合驱动柔索并联机器人整体系统的动态性能,并考虑到其结构系统和控制系统的密切耦合关系,对混合驱动柔索并联机器人的结构系统与控制系统进行集成优化设计。描述混合驱动柔索并联机器人系统的结构和运动过程;根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对混合驱动柔索并联机器人进行运动学分析;基于Lagrange方程,推导出混合驱动柔索并联机器人的动力学模型;讨论优化过程中涉及的设计变量、约束方程表达式和目标函数,建立混合驱动柔索并联机器人系统的集成优化模型。结合实例,对混合驱动柔索并联机器人系统进行分离优化设计和集成优化设计的数值仿真比较研究,结果表明,集成设计方法能够使系统获得更好的动态性能。     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5 m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。     

冗余并联柔索机器人变刚度控制的研究

在冗余并联柔索机器人的刚度研究中,大多忽略柔索的内张力,而实际上柔索内张力对系统刚度影响较大,尤其是并联柔索驱动机构。因此运用微分变换原理得到了冗余并联柔索机器人刚度矩阵的完整解析表达式,验证了冗余并联柔索机器人的刚度不仅与柔索刚度有关,还与柔索内张力有关。利用该刚度矩阵对冗余并联柔索机器人进行刚度规划,得到独立可控的柔索内张力期望值,并通过内张力控制实现冗余并联柔索机器人的变刚度控制,进行了仿真分析,验证了理论分析的结论。     

典型空间轨迹的张力优化算法研究

由于柔索驱动并联机构的驱动冗余性,使柔索张力求解的复杂性成为了系统的重要指标。首先建立柔索驱动并联机器人模型,同时对其进行静力学分析.其次,在一般线性规划算法的基础上,研究了两种张力优化算法并完成算法仿真.最后,以4柔索3自由度柔索驱动并联机器人为例,通过MATLAB平台实现该机器人在典型空间轨迹下的动态仿真,对比分析1-范数法和新型算法的仿真结果,观察动态柔索的张力分布变化,验证新型张力优化算法的高效性和正确性。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

基于柔索驱动的踝关节康复机器人的研究

根据人体踝关节的运动特点和柔索驱动并联机构的优势,提出了一种新型柔索驱动的3自由度并联机构踝关节康复机器人。采用封闭矢量四边形法则,建立了该机构的逆向运动学模型,并根据踝关节康复运动规律,对柔索驱动机器人进行了运动学仿真,得出驱动柔索长度变化规律,柔索长度变化的连续性证明了该机构的可操作性。     

索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人的力学分析

柔索驱动并联机器人是并联机构中的一种特殊柔性机构,通过使用柔索代替刚性杆驱动末端执行器,其综合了柔性机器人和并联机器人两方面的优点。研究了一种索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人,根据矢量闭环原理,建立该机器人的逆运动学模型;根据柔索的长度,推导该机器人的正运动学模型;采用拉格朗日公式,建立该机器人的动力学模型;利用Monte-Carlo方法,研究该机器人的静力学工作空间;给定末端执行器的运动轨迹,通过机器人的逆运动学模型得出3根柔索的期望长度,以3根柔索的期望长度作为实验输入,得到3根柔索的实验长度曲线和拉力曲线以及机器人的正运动学轨迹。实验结果验证了该机器人的正逆运动学和动力学模型的正确性以及工作空间的有效性。     

新型双臂巡线机器人越障过程受力分析

巡线机器人越障机构的设计是影响巡线机器人应用的关键技术,新型双臂式高压输电线路巡线机器人的手臂采用了旋转关节并联柔索的复合结构。介绍了巡线机器人的基本结构及相关参数,根据机器人越障机理将其划分为6个主要阶段,建立了每个阶段机器人手臂各关节及柔索的力学模型。通过计算机仿真分析,给出了机器人越障过程中双臂各关节的转矩曲线以及柔索的拉力曲线,结果显示越障过程中双臂各关节的转矩很小,机器人的重量主要由柔索承担,越障过程中力的变化较为平稳。