一种串联式液压机械臂PLC运动控制方法研究

串联式液压机械臂是一个复杂的连杆控制机构,针对复杂多变的运行工况下串联式液压机械臂的运动控制精确化需求,在串联式液压机械臂工作原理和运动控制系统结构基础上,构建了PLC主从式控制系统图,并设计了PLC控制程序,优化了运动控制系统的标定参数,在搭建好的串联式液压机械臂运动控制实验台架中进行调试测试,最后实验结果表明该控制方法能够快速提高串联式液压机械臂的运动控制精度,提升运动控制系统的响应能力。     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。     

基于PLC的液控分拣机械臂设计与研究

随着科学技术水平的提高,机械臂逐渐代替人力应用于工业生产中,实现货物的装卸、搬运及分拣等工作。传统球坐标机械臂由于承受自重及货物负载,导致转动角度及控制精度较差。对此,基于传统球坐标机械臂及PLC控制原理,设计了新型五自由度液控机械臂。该机械臂以液压为驱动力,通过PLC控制程序实现对机械臂的运动控制,完成生产线中物料的自动分拣,其应用大幅降低了人工劳动强度,提高了生产效率。     

考虑动态倾覆稳定性的液压重载机械臂路径规划方法

针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树（Rapidly-exploring Random Tree,RRT）算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机械臂的关节空间内进行路径规划。以7个关节变量组成的七维数组作为采样点,结合正运动学与力矩法建立机械臂的动态倾覆稳定性计算模型,利用双采样点择优原则,选择其在对应位姿下抗倾覆稳定力矩最优的随机点作为采样点,以增强算法的启发性。在Matlab平台进行的仿真实验表明,改进RRT算法规划路径的倾覆裕度在3种典型工况下分别提升了37%、28%和38%,有效地改善了液压重载机械臂作业平台的抗倾覆稳定性。     

复杂多向耦合液压机械臂电气化优化设计

液压机械臂是一种高精度化控制的综合机械设备,在越来越复杂的工业化作业工况下,需要液压机械臂具备完善的多样化自动化功能,针对液压机械臂控制系统的电气化缺陷,在液压机械臂运动学基础上,进一步构建其控制系统的电气化拓扑结构,对电液耦合协调驱动、电气系统故障诊断以及运动控制进行优化设计,最后利用DOE实验设计方法进行验证,通过实验结果可以说明采用的电气化优化设计方法能够满足液压机械臂的电气化目标。     

考虑重力的液压重载机械臂模型修正应用研究

液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。     

基于等效臂的遥操作机械臂的运动性能优化方法

随着工业技术的发展,遥操作系统被广泛地应用于各领域之中。在遥操作过程中,从臂的运动性能影响着任务的完成效果。因此,希望在从臂跟随人臂轨迹运动的同时,对从臂性能进行优化。然而,现有性能优化方法会改变机械臂的运动状态,导致人臂和机械臂的运动不相似。为此,文章提出了基于等效臂的遥操作性能优化方法。首先,基于等效臂模型建立运动学映射方法,将人臂运动信息完整的映射到机械臂。然后,提出性能优化方法,通过调整等效臂来优化机械臂的运动性能。最后,进行了性能优化实验,实验结果表明性能优化方法能够在保证两臂运动相似性的同时,提升机械臂的性能指标。     

基于自适应阻抗控制的大负载液压机械臂柔顺控制

针对大负载液压机械臂的柔顺作业问题,提出了一种自适应阻抗控制算法进行机械臂柔顺控制。算法根据六维力传感器测量的接触力信息和机械臂末端位置信息,对环境刚度和环境位置实时估计。根据环境刚度和环境位置的估计值,对机械臂的参考轨迹进行修正,实现自适应阻抗控制,以达到更佳的力控效果。开展了液压机械臂管道搬运实验,进行自适应控制算法性能验证。结果表明,相较于传统的阻抗控制算法,机械臂采用自适应阻抗控制算法能够获得更好的力控性和柔顺性。     

危险品处理机械臂液压关节运动分析

以危险品处理机械臂液压驱动关节为研究对象,基于电液比例技术对液压驱动关节控制系统作理论分析与建模,以小臂关节为例研究了液压缸活塞杆与关节运动传递关系.从液压驱动关节比例控制原理出发,依据阀控液压缸工作动态方程,得到活塞杆速度与阀芯位移以及机构位置的确定关系.仿真结果证明了液压缸活塞直线运动与关节旋转运动之间的非线性传递关系,并指出了它们位移、速度之间特定的约束关系,为机械臂的运动轨迹规划与控制奠定了基础.     

基于UG的液压机械臂建模与故障诊断方法研究

液压机械臂是智能化工业制造中不可或缺的重要机械装置,针对在复杂多变的工业应用情景下液压机械臂故障诊断效率下降的问题,在UG交互式建模系统中构建了液压机械臂的实体造型,明确相关性能参数,与此同时,构建了液压机械臂的运动学模型,设计了液压机械臂运动状态观测器,利用分段阈值故障诊断算法对不同工作状态下进行故障检测,最后,在构...     

机械臂电液伺服系统双闭环稳定性控制方法研究

机械臂电液伺服系统是一种可控大功率输出、响应速度快的机电液控制系统,针对工业机械臂大功率高负载工况下机械臂电液伺服系统稳定性下降的问题,在机械臂电液伺服系统结构基础上,构建了电液伺服系统的扩张状态观测器,利用窗口平移检测稳定性分析方法分析其稳定性,采用数模结合的双闭环控制方法,通过内环模拟流量控制、外环数字速度控制来提升电液伺服系统的稳定性,最后在机械臂电液伺服系统实验平台对控制方法进行验证,通过分析实验数据,验证了所设计的双闭环稳定性控制方法能够快速提高电液伺服系统的稳定性和响应速度。     

利用PLC灵活控制液压设备的运动

为了使液压实验台执行件能实现运动速度、方向的自动改变,并使执行件具有多种运动形式,研究了利用微型计算机、PIE控制液压执行件的技术方案,灵活控制了液压执行件的运动,显著提高了"液压传动"课程和"电气控制与PLC应用"课程的综合教学效果,所采用的技术方案对多种机械运动及其控制系统的设计具有参考作用.     

基于可靠性的机械臂运动优化控制与仿真研究

针对当前机械臂运行的可靠性要求,从可靠性评价的相关指标入手,选择末端位姿精度、末端速度精度和末端力精度作为评价指标,从多因素的角度对空间机械臂运动优化模型进行构建,通过采用协方差矩阵算法对目标函数进行求解。最后通过仿真试验,得到在不同阈值下空间机械臂运行的可靠性,结果表明经优化后,其运行可靠性可达到73.7%,大大高于优化前的39%,进而验证本文构建的空间机械臂运行模型具有一定的可行性。     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重,降低动力系统能耗,提高控制响应速度,文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先,选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样;其次,采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面,代替有限元模型提高计算效率;最后,以主臂米塞斯应力为约束边界,以主臂轻量化为优化目标,采用蒙特卡洛法求解优化问题,得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中,验证优化结果的正确性。优化后,主臂总质量降低28%,达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计,提供了良好工程案例。     

液压柔性机械臂奇异摄动法控制

将液压柔性机械臂系统分为相互耦合的两个部分，即柔性机械臂和液压伺服驱动系统，并通过一个驱动Jacobian矩阵构建其耦合关系。将作用于机械臂上的力视为一虚拟输入，运用奇异摄动法将柔性机械臂的模型分解为快慢两个子系统，其中慢变子系统控制器完成对期望轨迹的跟踪，而快变子系统控制器抑制柔性臂的振动。在此基础上，采用反演控制设计方法，得到液压伺服阀的位移控制律，使液压油缸的实际输出力完全满足柔性臂所需要的驱动力。数字仿真的结果验证了设计控制器的正确性和有效性。     

重载机械臂对未知载荷参数的补偿控制

为了研究机械臂在载荷参数未知,尤其在所持载荷较大的情况下,对机械臂的位姿精确控制问题。利用牛顿—欧拉方程建立重载机械臂系统的动力学方程,以此为基础,设计一种基于标称计算力矩控制器加滑模神经网络补偿器的复合控制方案,用来控制机械臂末端执行器夹持载荷参数未知且载荷大的情况,即通过滑模神经网络来补偿由于系统未知参数对标称计算力矩的误差影响,以确保存在未知参数和较大惯性的情况下整个控制系统的渐进稳定性。该方法能够有效地控制重载机械臂系统的位姿。于此同时,此方法具有系统动力学方程不要求系统惯性系数呈线性函数关系的显著优点。通过仿真研究表明该方法的有效性。     

液压机械臂控制系统的改进研究

针对矿井井筒施工中采矿液压伞钻钻孔位置和姿态调整过程自动化程度低的问题,改进了传统液压系统的控制方式,对动臂油缸和钻臂油缸进行了闭环控制。为减弱机械臂位姿变化时变负载对系统动态性能影响,设计信号校正控制模块,建立阀控液压缸数学模型,使用MATLAB中的SIMULINK仿真模块构建信号校正控制模块仿真模型。根据已有产品参数为模型添加仿真参数,经典PID控制算法和模糊自适应PID控制算法用于校正系统,当输入是步进力信号时系统响应。仿真结果对比表明:两者均可改善系统稳定性,达到预期目标;模糊自适应PID控制方法用于减少过渡期的过冲,校正信号的动态性能优于传统的PID控制方法。     

液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法.构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划.搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线...     

基于模型控制的液压机械臂高精度轨迹跟踪

液压机械臂具有高度非线动力学特性,末端轨迹跟踪误差大。为此,提出一种辨识动力学参数的基于模型的控制算法(Model-basedcontrol,MBC)。该控制算法由外环的液压缸位置反馈控制器、内环的力控制器以及前馈流量补偿控制器三部分输出叠加组成。力控制器充分考虑液压机械臂动力学模型,动态补偿惯性力、重力和摩擦力等干扰力对控制精度的影响;位置控制器用以消除液压执行器造成的力偏差;前馈流量补偿器根据液压执行器动力学模型计算流量补偿量,提高系统响应与精度。针对动力学模型中存在的参数不准确问题,采用了最小二乘参数辨识的方法,在激励轨迹下获取液压机械臂动力学参数精确值。试验结果表明,所提出的辨识动力学参数的MBC控制算法相比3D模型参数的MBC控制在自由空间运动位置跟踪精度提升了39.24%,相比与传统PID控制提升了93%,显著提高了轨迹跟踪精度。     

基于变溢流压力的电液机械臂节能控制策略

针对电液系统能量效率过低的问题,以一款多自由度液压机械臂为研究对象,提出了一种可变溢流压力的非线性控制策略,实现电液机械臂位置跟踪的同时,降低系统的能量消耗。同时考虑了液压系统动态特性与机械臂动力学,建立了电液机械臂的数学模型,基于该模型搭建了动态面非线性控制器。通过模型中位移与压力的关系,反推出理想位移对应的理论溢流压力,由该压力控制比例溢流阀,实现可变溢流压力。通过仿真对比分析,该控制策略在保证液压机械臂位置跟踪精度的同时,与传统的定溢流压力相比,降低了能耗,从而验证了该方法的有效性。