气动三自由度并联平移型机器人的同步控制

气动三自由度并联平移机器人由固定平台、动平台、3个辅助臂和3个驱动臂组成,3个辅助臂约束机器人动平台的转动,3个气缸驱动机器人动平台沿x, y, z方向的运动。根据并联平移机器人的机械结构及运动特征,得到动平台的运动学正解和逆解。在并联平移机器人的运动控制中,不仅要减少单个驱动臂的跟踪误差,还需考虑驱动臂间的运动协调性。由于气体的可压缩性、负载的时变性和摩擦力等因素,精确的驱动臂模型难以建立,因此针对单个驱动臂设计了线性自抗扰控制器;此外,根据机器人结构特点设计基于驱动臂跟踪误差分解组合的协调控制器,解决了运动协调的问题,进一步减小了空间轨迹的跟踪误差。实验证明了该控制策略的有效性。     

基于Matlab/SimMechanics的六自由度并联运动平台建模与分析

为了研究六自由度并联运动平台的运动学特性,对六自由度并联运动平台的运动学位置正解与反解进行分析,并利用Matlab的SimMechanics工具箱进行六自由度并联仿真平台的搭建,其包含轨迹产生器、PID控制器、执行机构与输出显示共4个部分。SimMechanics模型仿真结果表明,该仿真平台轨迹跟踪较为准确,验证了仿真平台的有效性,为六自由度并联运动平台的设计与应用开发奠定了理论基础,同时,也对其他结构的并联平台的分析提供了借鉴。     

带有迟滞非线性的气动运动模拟平台自抗扰轨迹跟踪控制

针对带有迟滞非线性的气动运动模拟平台的轨迹跟踪提出了带有切换扩张状态观测器的自抗扰控制方法。气动运动模拟平台的迟滞非线性特性主要指气动人工肌肉在正向充气反向放气时长度和拉力曲线的差异。针对此特性设计了切换扩张状态观测器来估计和补偿模型非线性,分别对于气动人工肌肉正反向充放气的不同模型采用不同的观测器增益,以提高状态估计效果,减小跟踪误差。进一步,设计了状态误差反馈控制器,得到了基于切换扩张状态观测器的二阶非线性动态系统全局有界稳定的充分条件。最后实验结果证实了所设计的切换扩张状态观测器的实际效果。     

一种六自由度海浪模拟并联平台的零点标定与性能评估

针对并联机器人中存在的运动精度欠缺的问题,对一种用于海浪模拟的六自由度并联平台进行了零点标定与性能评估。确立了并联平台的运动控制模型,通过齐次坐标方法建立了该并联平台的运动学反解,并且在运动学反解的基础上采用边界搜索法确定了平台定姿态时的工作空间。采用"PC机+运动控制卡"的控制模式对该平台进行了运动控制系统的设计,实现了并联平台的运动控制。首先运用矢量推导法建立了平台的零点误差模型,然后借助于激光跟踪仪对平台进行了零点标定,提高了平台的运动性能。最后针对特定的海浪谱,利用该平台对其进行了模拟实验,并根据实验结果对平台的跟踪性能进行了分析。研究结果表明,经过零点标定后的并联平台能够很好地对海浪进行跟踪模拟。     

采用改进蝙蝠算法优化的并联机器人液压驱动误差控制研究

为了提高并联机器人运动平台轨迹跟踪精度,采用了改进蝙蝠算法优化并联机器人液压驱动控制机构,并对轨迹跟踪误差进行仿真.创建并联机器人液压驱动机构简图模型,给出液压驱动运动平台控制方程式,引用非线性级联控制并联机器人运动平台输出轨迹.设计并联机器人运动平台的参数变量,构造误差输出目标函数并且进行约束.采用差分进化算法融合蝙蝠算法优化目标函数,将优化后的参数输入到Matlab软件中进行误差仿真验证.同时,与蝙蝠算法优化级联控制仿真结果进行对比.仿真结果证明:采用蝙蝠算法优化级联控制,运动平台在x轴、y轴及z轴输出的最大误差分别为1.3×10~(-2),1.8×10~(-2),2.6×10~(-2) m;采用改进蝙蝠算法优化级联控制,运动平台在x轴、y轴及z轴输出的最大误差分别为1.5×10~(-4),1.9×10~(-4),2.5×10~(-4) m.采用改进蝙蝠算法优化并联机器人级联控制,能够提高运动平台定位精度.     

3-PPR并联伺服平台非线性同步鲁棒控制

3-PPR并联伺服平台由3个伺服电机协同驱动,实现平面位姿的精密调整。针对各轴运动不协同而导致轨迹精度降低的问题,基于平台的运动学分析和动力学模型,引入虚拟电机的概念,定义了平台的非线性同步误差,设计了一种非线性同步鲁棒控制器,使三轴的跟踪误差和同步误差均能渐进收敛。仿真和实验结果表明,采用该控制策略可以提高各轴的非线性同步性能,有效提高系统协同性,平台位置轨迹跟踪误差小于0.1 mm,满足3-PPR并联伺服平台在实际应用过程中的控制需求。     

基于气动人工肌肉的六自由度运动平台

实现六自由度机构准确、稳定运动控制的关键在于执行元件的控制特性以及动力学模型的准确表达。在分析一般六自由度平台特性的基础上,建立了气动人工肌肉双三角六自由度并联运动平台,运用Matlab进行运动学分析,生成机构运动空间。对所建模型进行运动模拟,根据仿真计算数据得到气动人工肌肉的运动特性,进而提出控制方法。     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

气动肌肉并联关节的位姿轨迹跟踪控制

针对多输入多输出的气动肌肉并联关节,建立包含任务空间负载动态方程、容腔压力动态方程和高速开关阀平均流量方程的多阶动态系统数学模型。为保证气动肌肉并联关节系统良好动态特性的同时具有高精度的位姿轨迹跟踪,采用基于非连续投影算法的自适应鲁棒控制策略。该策略通过自适应参数估计来消除因气动肌肉并联关节系统动态数学模型的参数未知而引起的较大参数不确定,通过鲁棒反馈来消除因气动肌肉的伸缩力模型误差、摩擦力时变和关节系统的不可知干扰等引起的严重非线性不确定,且控制器基于反推设计,对多输入多输出的多阶耦合动态系统具有很好的适用性。试验结果表明：所研究的气动肌肉并联关节阶跃响应的静态误差小于0.09°,连续轨迹跟踪的标准误差小于0.15°,且具有较强的自适应性和鲁棒性。     

基于小脑模型神经网络的气动六自由度并联平台的复合控制方法研究

针对气动驱动系统的强非线性特性,本文采用基于小脑模型(CMAC)神经网络和PD的复合控制结构,用于气动六自由度并联平台各驱动关节的轨迹跟踪控制,以提高系统的跟踪精度和抗干扰能力。CMAC网络采用不均匀的输入量化函数,在零值误差附近增加量化等级,以提高系统的控制精度;而在误差较大处减小输入量化级数,从而在不增加存储空间的情况下,加大输入信号的范围。系统的仿真和实验结果都表明,与PD控制相比,该方法能有效地提高系统的轨迹跟踪精度。     

基于MIMO滑模的气动伺服系统控制

针对非线性气动伺服系统的轨迹跟踪和柔顺控制问题,采用MIMO滑模控制器实现气动系统多输出的跟踪控制。对气动伺服系统基于流量控制策略的动力学进行建模,将其状态方程转换为严格反馈系统形式;设计用于轨迹跟踪和内腔压力跟踪的双滑模面,基于传统的滑模控制率构造用于气动系统的双控制输入,实现气动系统控制器的设计。基于Simulink搭建控制仿真平台,仿真结果验证了控制器对系统多输出的有效跟踪控制。     

宏微并联机器人系统自适应交互PID监督控制

500m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)的馈源支撑与指向跟踪机构由宏微并联机器人系统构成,大跨度柔索驱动的宏并联机器人保证系统的大工作空间,精密电动缸驱动的Stewart平台作为微并联机器人保证系统的末端精度并扩展其伺服带宽。为了降低宏并联机器人的柔性对末端定位精度的影响,提出基于并联机构学原理的三维机动目标解耦跟踪预测算法,对馈源舱的运动进行跟踪预测。引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整,设计自适应交互PID监督控制器,根据馈源舱的预测运动和馈源平台的目标轨迹产生电动缸规划级控制量。此外,在电动缸执行级采用带前馈的数字伺服滤波器实现电动缸的高精度轨迹跟踪。FAST50m缩尺模型试验表明,结合解耦预测算法对馈源舱的运动预测,自适应交互PID监督控制器效果良好,能够确保宏微并联机器人系统在以期望的跟踪速度运行时,获得完全满足控制要求的定位精度和指向精度。     

气动人工肌肉并联机器人平台

提出一种基于气动人工肌肉的新型3自由度并联机器人平台,该机器人平台结构简单,具有3转动自由度。在对该新型3自由度并联机器人平台运动学和动力学特性理论分析的基础上,采用模糊变结构控制策略设计了新型3自由度并联机器人平台的两层滑模模糊变结构控制器,并建立了试验系统,开展了新型3自由度并联机器人平台的试验研究,其最大位置跟踪误差0．3 mm,当气源压力改变后,最大跟踪误差仍小于0．6 mm。试验结果表明,采用气动人工肌肉作为驱动装置设计的3自由度并联机器人平台是可行的,两层滑模模糊变结构控制策略对于该系统是适合的。     

自适应控制策略在并联机构上的应用

利用并联机构的动力学模型，对自适应算法在并联机构上的控制效果进行了理论及其实际实验的研究。分别采用经典PD算法和基于计算力矩的自适应控制算法对实际的并联机构进行轨迹跟踪控制。实验结果表明。无论在低速或高速的情况下。自适应算法都能够获得具有更好的位置跟踪性能的高速高精度运动，并且运动过程更加平稳。     

运动模拟器及其运动平台系统的发展现状及应用前景

首先对运动模拟的概念进行了综述,同时针对并联运动模拟平台的国内外发展现状进行了详细描述,在此基础上,对并联运动模拟平台系统的应用现状及前景进行了详细阐述.由分析可以看出,运动模拟器和并联运动平台具有很好的发展及应用前景,因此有必要对其相关理论进行更近一步研究.分析可以为并联运动模拟平台及其运动系统的进一步研究提供参考.     

一种新型并联太阳能跟踪机构研究

设计了一种新型的并联太阳能跟踪机构,分析了并联跟踪机构的运动特性,给出位置逆解。依据太阳方位分析了跟踪性能,给出了并联平台转角与太阳位置的关系,并分析了并联机构支链受力和驱动性能。该机构结构简单、刚度大、运动范围大、可有效承载大面积光伏板并实现高效跟踪。     

3-RPC并联机器人的运动轨迹规划与仿真

对一种具有四角平台的3-RPC并联机器人进行了结构分析，应用并联机构逆运动学分析理论，对并联机构动平台的运动轨迹规划进行了推导，提出了3-RPC并联机构的运动学反解计算公式，进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上设定的运动规律。借助UG创建了该机构的装配模型，通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

Y型柔性铰链的设计与实验

为设计一种高精度、结构简单的大变形柔性铰链,提高并联平台的运动精度和零件使用寿命,本文提出了一种Y型柔性铰链。首先,借助ANSYS和ADAMS进行柔性铰链的回转中心、安装方式和行程要求的分析研究。接着,利用数控机床进行柔性铰链的加工制作。然后,利用光学坐标测量仪OPTOTRAK进行柔性铰链的轴漂测量实验。最后,进行了转动副并联平台、单片簧柔性铰链并联平台和Y型柔性铰链并联平台的圆轨迹实验。实验结果表明:Y型柔性铰链回转误差最大值为0.5962mm,Y型柔性铰链并联平台圆轨迹的误差最大值比转动副并联平台减小了42.7%。Y型柔性铰链可以很好地替换并联平台中的转动副,提高并联平台运动精度。     

步进电机驱动六自由度并联运动平台设计

为了能够在实验室内进行小型仪器元件的六自由度运动模拟和演示,设计了以步进电机驱动滚珠丝杠传动的小型六自由度并联运动平台。通过运动学反解建立了算法公式,应用Matlab仿真,得出了平台运动时各支路长度的变化曲线,验证了求解算法的正确性;运用Kutzbach-Grubler公式分析了电驱动UPU结构形式并联运动平台自由度的计算方法。根据给定参数建立了平台的三维模型,进行了结构协调性检测,并完成了步进电机驱动的六自由度平台的实体结构研制。将Lab VIEW组态软件与Matlab脚本解算程序结合,用于对平台的运动控制。测试结果表明:平台完全可以按照预定轨迹进行空间6个自由度的运动,实现对小型仪器元件的运动模拟。     

基于STM32的比例阀控气缸位置伺服控制器

传统的工控机控制系统具有成本高、功耗高、体积大、操作复杂等特点，针对这些问题，提出了一种基于嵌入式技术的比例方向阀控气缸位置伺服控制方法。首先，分析了气动位置伺服控制器的实际需求，设计了控制器的最小系统、主控板、模数扩展板和数模扩展板的硬件电路；然后，在集成开发环境Keil MDK下，使用C语言进行了嵌入式软件编写，在跨平台嵌入式软件编程环境Qt下，使用Visual C++语言进行了上位机软件编写；最后，为了验证气动位置伺服控制器的有效性，搭建了比例方向阀控气缸位置伺服控制实验平台，利用所开发的嵌入式气动位置伺服控制器，分别进行了气缸的定位控制和轨迹跟踪实验。实验结果表明：该伺服控制器能够简单、有效地实现气缸位置控制的目的，在跟踪频率为0.5 Hz的参考轨迹时，轨迹跟踪最大误差约为4.6 mm;在跟踪频率为0.25 Hz的参考轨迹时，轨迹跟踪最大误差约为3.1 mm。研究结果表明：该位置伺服控制方法具有良好的控制性能，能够适用于对控制精度要求不是特别苛刻的场合。