关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

文章针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先文章利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。     

SCARA机器人关节伺服系统中的干扰补偿控制

干扰是影响机电伺服系统性能的主要因素.SCARA机器人的第一和第二2个关节伺服系统具有复杂的动力学结构.综合考虑实际系统中模型参数不确定性和系统外部干扰,提出了采用干扰观测器(disturbance observer,DOB)进行干扰抑制的方法.该方法对负载变化、模型不确定性等干扰均能有效抑制,且实现简单,在抑制周期性负载交变干扰上,优于传统PID控制器.在HL863-R101型SCARA机器人关节伺服系统中进行了实验和验证,实验结果表明,DOB对SCARA机器人关节伺服系统的干扰有较强的观测和补偿控制能力.     

关节型机器人电液伺服系统最优解耦控制的研究

在多变量控制系统解耦理论的基础上,应用现代控制理论的最优化方法,针对两自由度关节型机器人电液伺服系统进行了理论分析与仿真实验研究,结果表明,提出的控制方法,对系统的解耦处理和改善系统的动态性能都是有效的。     

关节型机器人电液伺服系统的最优解耦控制的研究

本文在多变量控制系统解耦理论的基础上,应用现代控制理论的最优化方法,对二自由度关节型机器人电液伺服系统进行了理论分析与仿真实验研究。     

舵叶固定式球形关节动力学建模及控制

针对球面运动机构驱动方式问题,提出一种新型的二自由度液压驱动球形关节运动机构,该机构利用超全周转动马达及舵叶摆动马达作为驱动,可以实现球面的全方位输出。对该球形机构的动力学及轨迹跟踪控制进行研究,首先考虑机构惯性力及重力的影响,运用拉格朗日方程和欧拉方程建立了球形关节的动力学模型。在此基础上,采用一种鲁棒自适应分散控制策略对关节运动轨迹进行跟踪,该控制器由一个线性PD反馈加补偿不确定动力学的非线性自适应反馈构成,能够有效克服难于建模的摩擦力及外部扰动的影响,而仅需要了解该球形关节的输出位置及速度状态,最后能够保证全局的渐进稳定。仿真结果表明,利用该控制策略可以使球形关节具有良好的轨迹跟踪能力。     

仿人机器人腰部机构的动力学建模、控制与仿真

本文介绍的仿人机器人具有差动腰部机构,它除了受自身的动力学影响以外,还受到手臂和车体运动以及外力、外力矩等对腰部机构关节力矩的影响.笔者利用高效牛顿-欧拉算法完成了仿人机器人的整体建模;在不考虑各关节间耦合运动的情况下,对整体动力学模型进行适当简化,得到了腰部机构的动力学模型.简化后的动力学模型既反映了机器人车体、腰部及双臂的动力学关系,又大大地减小了计算量,易于实现基于动力学的控制算法.基于动力学模型,给出了腰部机构PD伺服轨迹跟踪控制算法,并结合计算力矩方法用于补偿腰部机构两关节受到的力矩扰动.仿真分析表明,该控制方法可以明显提高腰部机构的位置跟踪精度,并提高仿人机器人的整体作业精度.     

修焊机器人非线性关节系统建模与控制算法

针对所研制修焊机器人关节存在死区、间隙等高度非线性环节,影响系统动态响应性能与作业路径精度的问题,采用粒子群优化的方法辨识了含间隙非线性环节的机器人主动关节模型,结合辨识结果采用间隙补偿切换控制算法,并综合采用基于速度逆运动学的前馈反馈复合控制,提高了主动关节的角度跟踪控制精度.控制算法的实际试验结果显示,机器人各主动关节联动控制下的机器人末端作业单元直线路径的平均误差0.2 mm.结果表明,所采用软件算法有效弥补了低精密度减速器的不足,降低硬件成本.     

3DOF-PAM并联机器人设计与动力学建模

该设计依据气动肌肉特性和并联机器人理论,结合仿生学的设计方法,开发了一个3自由度气动肌肉并联机器人机构。基于气动肌肉的变刚度特性,将其简化为变刚度弹簧,并通过考虑其在机构运动过程中的质心变化特性,结合拉格朗日动力学方法对3DOF-PAM并联机器人进行动力学建模,运用MATLAB软件对建立的动力学模型进行仿真分析研究,分析3DOF-PAM并联机器人在不同负载下运动过程中的动力学特性,为气动肌肉驱动的并联机器人的高精度轨迹控制建立理论基础。     

dVRK外科机器人操纵臂建模与控制

为提高dVRK外科机器人主操纵臂控制系统的快速响应性和控制实时性,开发一种基于Simulink Real-Time和实时目标机Speedgoat的外科机器人主操纵臂实时控制系统.利用D-H法建立主操纵臂坐标系并推导运动方程,通过设计和建立位置控制算法和仿真模型,设计UDP Real Time通信指令和相关应答机制,构建...     

旋翼飞行机器人的结构设计与动力学建模研究

为了实现旋翼飞行机器人与外部环境交互作业,设计了一种带有机械臂的新型飞行机器人系统,并应用空间算子代数理论对计及刚柔耦合多体系统的旋翼飞行机器人系统进行了递推动力学建模。首先,考虑到旋翼飞行机器人的运动状态、质量比与工作需求,设计了一款通过六旋翼飞行器加装2自由度机械臂的新型旋翼飞行机器人系统。其次,采用空间算子代数理论实现基于刚柔耦合的旋翼飞行机器人正向与反向递推动力学建模。最后,通过编制动力学仿真程序和飞行实验对文中所提算法的有效性进行了验证。结果表明:基于空间算子代数的刚柔耦合递推动力学建模方法计算效率高,仿真结果与实验数据基本吻合,具有一定的工程实用价值。     

基于6自由度的关节机器人动力学研究

在6自由度关节机器人的结构设计过程中,对6自由度关节机器人的动力学特性进行了研究。建立了六自由度关节机器人的模型,用拉格朗日方法,建立了机构的的动力学方程。结合样机,运用软件对机器人进行仿真分析,给出了机器人各关节转角、关节驱动力矩随时间的变化规律。     

电液伺服系统建模、辨识与控制的研究现状

电液伺服系统因响应快速与控制灵活等优点在工业控制领域得到了广泛应用,其系统建模、辨识与控制方法的研究是近年的热点。对比了系统建模与辨识方法,电液伺服系统是本质非线性系统,存在死区、饱和、摩擦、间隙及压力-流量增益等非线性因素,线性建模精度不高,理论非线性模型也不同程度地存在未建模特性,采用非线性模型辨识能获得较高的模型精度,研究实时在线的辨识算法,并将其应用到伺服控制中,是未来努力的方向。综述了近年来电液伺服系统的先进控制方法,对理论研究与实际应用具有很强的指导意义。     

驱控一体化机器人关节的研制及应用

对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。     

直接驱动机器人关节的DSP控制

讨论了直接驱动机器人关节的DSP伺服控制的方法.首先根据已经设计好的机器人直接驱动关节建立一个驱动模型,然后选择合适的控制器和控制算法,建立一个以TMS320LF2407A为核心的DSP控制系统,实现了PWM波的产生,执行信号的采样和处理,机器人直接驱动关节转角位置的校正.为了检验已设计的伺服控制系统的功能参数,用MATLAB软件进行仿真,在考虑机械、电气性能的情况下实现对机器人直接驱动关节的伺服控制.     

液压机器人关节的专家控制研究

本文介绍了一种新的无模型专家控制器,并给出相应的理论和构造方法。经过对一机器人进行微机实时控制实验表明,专家控制能显著提高机器人关节系统的动态性能、定位精度及抗干扰能力,具有很强的鲁棒性。     

多关节工业机器人BSMC与EPCH协同优化控制

为了解决多关节工业机器人无法同时具有优越的快速性与准确性的问题,提出了反步滑模控制(BSMC)与误差端口受控哈密顿(EPCH)控制的协同优化控制策略。首先,分别设计了BSMC控制器与EPCH控制器;其次,采用基于机器人关节位置误差的高斯函数作为协同优化控制系数,使系统在BSMC与EPCH之间进行平滑切换,且进一步设计了协同优化控制策略,使多关节工业机器人能够兼具BSMC控制器与EPCH控制器的优点;最后,仿真实验结果表明,所提出的控制策略可以使机器人关节伺服系统同时具有快速的动态响应速度和准确的跟踪精度。     

电液伺服系统非线性建模与线性建模的比较

针对电液伺服系统的非线性问题,利用Simulink分析系统,建立了包含流量方程这一非线性在内电液伺服系统新模型,通过仿真获得了系统的实际特性,将仿真结果与线性模型的仿真结果比较,结果表明：非线性模型接近实际系统的模型,能够解决在大负载力下的线性建模的不足,用该方法建立的系统新模型相对直观、简洁、物理概念明确.     

外科手术机器人多自由度手指运动学建模与控制

拥有侧摆、俯仰、旋转和夹持自由度的多自由度手指机构是微创外科手术机器人系统中最关键的部分之一,对其进行运动学研究和控制研究具有很大的现实意义和科学研究价值.运用D-H法对其运动学正解进行研究,并求得工作空间;运用反变换法求得其运动学反解.在此基础上设计其控制系统.该研究为微创外科手术机器人系统的整体控制和研究提供参考.     

三自由度并联机器人运动学和动力学建模与仿真

为解决三自由度并联机器人运动学正解求解困难和动力学建模复杂等问题,利用一种三闭环矢量法建立并联机器人运动学模型,并且采用三球体交叉点法,对并联机器人的运动学正解问题进行分析;运用虚功原理对并联机器人进行动力学建模,使得求解和建模过程变得简单、详细和直观。在MATLAB中建立模型,并在V-REP软件中进行仿真验证,搭建物理环境,对整机系统进行试验研究,验证了运动学和动力学模型的正确性和实时性     

基于一体化关节的模块化六轴机器人技术研究

为适应不同应用场景机器人的定制化需求,研究基于一体化关节的模块化六轴机器人搭建技术。研制14和25两种型号关节,确定其机械与电气通信接口,并测试得到关节性能参数。选用BRR腕结构六轴机器人构型,通过MDH参数法得到该构型模块化机器人正运动学特性。通过分析机器人最大工况负载,研究臂展、加速度及负载之间关系。以设计的50 N负载机器人为例,仿真最大负载工况空间运动轨迹,并联合ADAMS软件进行动力学分析,验证机器人各关节的负载特性。基于模块化机器人技术,搭建两种臂展机器人,使用激光跟踪仪对机器人进行标定实验,并将机器人应用于巡检作业场景。结果表明：基于一体化关节的模块化机器人技术,可快速实现对臂展和负载的定制化需求。