柔性机械臂变结构跟踪控制及柔性振动抑制

柔性机械臂具有质量轻、速度快和负载大的特点,针对柔性机械臂轨迹跟踪与弹性振动抑制问题,基于奇异摄动理论和两种时间尺度的假设,将柔性机械臂系统分解为代表大范围刚体运动的慢变子系统和代表柔性振动的快变子系统.对于慢变子系统采用变结构控制来实现关节轨迹的跟踪,而快变子系统则采用最优控制方法来对柔性杆振动进行主动抑制.仿真实验结果表明,该控制方法不仅能够保证系统刚性运动轨迹的精确跟踪,并能有效抑制柔性杆件的弹性振动.     

漂浮基空间机器人关节驱动力矩求解的Newton-Euler正交方法

空间微重力环境下,空间机器人安装基座不固定,机械臂与安装基座之间存在运动学和动力学耦合作用．针对地面机器人的关节力矩计算方法不能直接用于空间机器人的研究中．根据空间机器人自由漂浮状态时系统动量守恒的特点,采用Newton-Euler正交方法构建了满足系统动量守恒约束条件的空间机器人运动曲线法空间与切空间基底,并以此基础得到了自由飘浮状态下的空间机器人关节力矩的显式表达式．最后通过空间二连杆机械臂实例给出了其具体的应用．     

机械臂协调操作柔性负载自适应模糊滑模控制

基于奇异摄动理论研究了机械臂协调操作柔性负载系统有限元模型的分解及控制问题。通过双时标变换将复杂的协调系统动力学模型分解成慢变子系统和快变子系统。针对慢变子系统,在其存在不确定性上界未知的情况下,设计了自适应模糊滑模控制器,以完成系统的轨迹跟踪性能;针对快变子系统,考虑到系统参数摄动等影响,设计了鲁棒最优控制器,以抑制系统的弹性振动。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。     

单柔性臂的滑模控制与主动控制比较研究

本文以单柔性机械臂为例,研究了基于奇异摄动理论的滑模控制,以及基于ACLD结构的主动控制问题.首先通过双时标变换,将系统分解为慢变子系统和快变子系统.针对慢变子系统,设计滑模控制器,以实现系统良好的轨迹跟踪性能,针对快变子系统,采用最优控制策略抑制其弹性振动.建立具有主动约束控制装置的主动控制方法的系统动力学模型,并对...     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

双连杆柔性臂自适应模糊滑模控制

为使控制系统在负载和杆长变化时仍能快速、准确地跟踪期望轨迹,基于奇异摄动模型将双连杆柔性臂系统分解为慢变、快变2个子系统,提出了一种慢变子系统采用自适应模糊滑模控制、快变子系统采用最优控制的混合控制方法。其中自适应算法在线估计未知参数,模糊控制用来抑制由滑模控制引起的振动。仿真结果表明,该方法不仅能实现柔性臂轨迹的快速、准确跟踪,而且能有效地抑制弹性振动,并且对系统参数的变化具有较强的鲁棒性。该方法的特点是对系统中各个等效的摄动参数分别进行自适应估计和补偿,因而控制算法简单,易于工程实现。     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

空间柔性操作臂的动力学/控制耦合特性研究

采用哈密顿模型,对关节处含谐波减速器的空间柔性操作臂的动力学特性进行了研究. 在考虑谐波减速器柔性效应的前提下,分析臂杆运动过程中的动态约束类型,得到了包含系统控制参量和谐波减速器刚度系数的模态频率和振型方程. 综合关节和臂杆的柔性,建立了耦合系统控制律的动力学方程. 通过仿真计算不同控制参数下系统的动力学响应,验证所建系统动力学模型的有效性.     

采用积分流形与观测器的并联机器人轨迹控制

针对含柔性杆件并联机器人在高速运行时其末端存在弹性位移问题,以3RRR并联机器人为研究对象,提出一种基于积分流形与高增益观测器的柔性并联机器人轨迹跟踪复合控制算法.基于刚度矩阵引入小参数,将刚柔耦合动力学模型转为慢速与快速两个子系统.针对慢速子系统,采用反演控制,实现对末端刚体运动的跟踪控制,同时为避免杆件弹性变形与振动组成的弹性位移对机器人末端轨迹的影响,推导校正力矩,实现对弹性位移的补偿.针对快速子系统,采用滑模变结构控制,保证流形成立.为避免对曲率变化率的直接测量,引入高增益观测器对其进行估计.采用Lyapunov稳定性原理证明系统整体稳定性,并给出小参数上界.对提出的复合控制算法与奇异摄动及基于刚体动力学的反演控制算法进行仿真,从机器人末端振动抑制与轨迹跟踪性能两方面进行对比,验证了本文所提算法的控制效果.     

冗余度柔性杆机械臂自运动规划减振

提出了利用冗余度来减轻柔性杆机器人臂运动过程中的末端振动变形新方法,通过寻优确定机器人臂最佳的自身运动,使机器人臂末端在沿着预定轨迹运动的同时,具有最小的振动变形。平面三柔性杆机械臂动力学数值模拟显示了该方法的有效性。     

粘弹性阻尼对柔性多体系统瞬态响应的影响

对粘弹性材料阻尼对柔性多体系统动力学瞬态响应的影响进行数值研究，用Ｊｏｒｄａｎ变分原理建立系统动力学方程，采用独立铰坐标描述相邻物体间的大位移运动，用一致质量有限单元法对变琪体进行离散，并引入振动正则模态降低弹性自由度的数目，对系统中的粘弹性部件工程中常用的Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｔ模型，文末计算了两弹性臂机器人操作手在不同阻尼系数下的动力学响应，并与线弹性模型进行比较。     

刚-柔性机械臂动力学建模及其动力学特性研究

根据假设模态法,对刚-柔性机械臂系统进行了位形表达及运动学分析.基于Kane方程,建立了刚-柔性机械臂系统的动力学模型.数值仿真结果表明,截取前二阶模态即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求;分析了柔性机械臂的结构参数、材料参数和驱动力矩对其动力学特性的影响.研究结果表明:通过采用矩形截面,采用较大弹性模量的材料,减小外部施加的驱动力矩,避免驱动力矩产生突变,可以有效地提高刚-柔性机械臂系统的动力学性能.     

6R机器人柔体动力学建模及模态分析

根据D-H方法建立6R机器人的连杆坐标系,在此基础上,通过综合考虑机器人关节柔度与臂杆柔度,利用牛顿-欧拉法得到了6R机器人的柔体动力学方程;同时,根据模态理论计算了柔性机器人固有频率,并通过建立刚柔耦合模型进行仿真分析,验证了理论模型的正确性。     

柔性机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制

对多连杆柔性机械臂的轨迹跟踪控制提出了一种鲁棒控制方法。基于奇异摄动法将多连杆柔性机械臂系统分离为慢变和快变两个子系统，对两者分别采用滑模变结构控制和Ｈ∞控制，由此得出的组合控制使系统精确跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并且使由非线性机械结构引起的结构不确定性和由弹性变形引起的非结构不确定性及外扰具有较强的鲁棒性。最后通过仿真实验说明其有效性。     

一种柔性机器人系统建模方法

目的提出一种更实用的柔性机器人系统建模方法,方法采用改进的人工神经网络（ANN）的算法与结构,在建模过程所用数据全部取自一个运动中的非常柔软的铜质弹性杆,这个弹性杆被固定在一个FANUCS-300型机器人操作机的终端上,结果理论分析与实验结果表明这个建模方法更适合于具有快变动力学特性的柔性系统,与已有的建模方法相比,它更精确和更适合于实时应用,结论这种建模方法适合于具有快变特性的柔性机器人系统的建模。     

柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制

为解决机器人由于结构复杂、关节耦合以及控制的非线性时变等因素给其带来的动态响应迟滞,以及关节的柔性因素引起的机械谐振的问题,改进了刚体前馈力矩补偿方法,提出了基于柔体动力学模型的柔性力矩前馈补偿控制。该方法通过建立机器人柔性关节的动力学模型,辨识得到柔性关节的扭转刚度参数以及最小惯性参数,获取更为准确的柔性因素下的预设轨迹的位置、速度、加速度信息,从而计算出柔性关节下所需的力矩值;将计算值作为前馈量,以周期为T的形式发送到伺服驱动器的底层,实时刷新驱动器,采用补偿的形式与电流环输出量进行叠加,从而实现机器人的柔性控制,使得机器人末端振动加速度幅值下降60%,提高了定位精度。实验验证了柔体动力学模型的机器人柔性力矩前馈控制的工程应用价值。     

单杆柔性臂的动态切换滑模-最优混合控制

针对单连杆柔性臂的点对点定位问题,提出了动态滑模控制与最优控制相结合的混合控制方法.利用奇异摄动法将柔性臂系统分为慢变和快变2个子系统,并分别设计控制器;对慢变子系统采用基于动态切换函数的动态滑模控制.该方法考虑到了执行机构的动态特性,可以消除控制输入的抖振.快变子系统经变换后呈线性系统,故采用简单的最优控制即可快速有效地抑制振动.数值仿真结果表明,该方法不仅有效地降低了滑模控制所固有的抖振,而且能实现柔性臂的精确定位和振动抑制.     

柔性两轮移动机器人动力学建模及模型分析

针对两轮机器人腰部柔性的结构特点,以柔性多体系统动力学理论为基础,设计了柔性两轮移动机器人,并根据假设模态法,将其抽象为平面柔性三连杆系统,利用D'Alembert-Lagrange原理建立了柔性机器人的动力学模型,得到了以机器人本体的3个杆的倾斜角度和左右轮的转角为参量的系统动力学方程和系统腰部柔性连杆的振动方程.给出了数学模型推导的具体步骤,并对该模型做了仿真分析.结果表明,该模型为柔性机器人的运动及控制研究提供了理论依据.     

双连杆柔性机械臂的变结构轨迹控制

针对双连杆具有柔性前臂的机器人建立了非线性动力学模型，柔性臂所在的动坐标系上对坐示系采用相对坐标系，即悬臂梁坐标系，便得关节的实际转动角度与动坐标系的转角一致，利于控制方案的实施。基于输入输出线性化，提出了一种关节轨变结构跟踪控制方案，该方案考虑了柔性臂弹性变形的稳定性对参数的变化的鲁棒性。