柔性冗余度机器人自运动中的混沌

研究了柔性冗余度机器人的自运动状态，通过将其中的柔性连杆简化为Euler—Bernoulli梁建立了柔性冗余度机器人的运动学模型。运用混沌数值分析法中的相图法、Poincare映射法和最大Lyapunov指数法发现了该类机器人自运动中的混沌现象。对一个未杆是柔性连杆的平面3R柔性冗余度机器人的自运动状态的研究结果表明，基于Jacobian矩阵的伪逆法求解该柔性冗余度机器人采用PD调节器控制其末端重复跟踪工作空间内的一条封闭路径时的运动学逆解，其自运动是混沌的。     

柔性冗余度机器人振动中的混沌现象

研究了柔性冗余度机器人末端振动中的混沌现象.通过有限元方法和拉格郎日方程建立动力学模型.运用混沌数值分析方法中的相图法、Poincare映射法、最大李雅普诺夫(Lyapunov) 指数法,发现了该类机器人末端振动中存在混沌现象.对一平面3R柔性机器人研究表明,以机器人的刚性运动进行轨迹规划,基于雅可比矩阵的伪逆求解运动学逆解,重复跟踪工作空间内的封闭路径时,末端柔性变形之中存在混沌运动.     

平面4R冗余度机器人自运动中的混沌现象

基于反馈线性化控制理论推导出对应于平面4R刚性冗余度机器人零空间中伯杆件自运动的零动态方程；通过混沌分析的数值方法，首次找到了该冗余度机器人自运动状态与其零空间中的矢量的关系的统计规律，该规律的发现为冗余度机器人的控制设计提供了重要的依据。     

冗余度柔性机器人自运动规划新方法

柔性机器人的末端运动精度是人们追求的重要指标 ,对其进行规划具有理论和实际意义。本文提出了一种新的自运动规划策略 ,在保证柔性机器人实现预定运动任务条件下 ,利用机器人的冗余度 ,通过优化机器人各关节的自运动 ,降低柔性机器人末端在运动过程中由于弹性变形引起的误差。文中给出了一空间 4R柔性机器人的仿真实例 ,结果表明这一方法具有全局性和易于控制。     

平面串联型冗余度机器人的混沌运动研究

基于反馈线性化控制理论推导出对应于冗余度机器人零空间中的杆件自运动的零动态方程；以平面3R、4R刚性冗余度机器人为研究对象，通过几种分析混沌的数值方法，找到了该类平面串联型运动冗余机器人的自运动状态与其零空间中的矢量的关系的统计规律。该规律的发现为冗余度机器人的控制设计、避障规划等提供了重要依据。     

柔性冗余度机器人自运动消减余振的研究

应用模态理论对柔性冗余度机器人残余振动的控制问题进行了研究,把阻尼的主动控制思想应用于机器人残余振动的抑制中,并给出了一种控制方法。这种方法通过优化机器人的自运动实现外部能量的输入以提高系统的阻尼,使振动迅速衰减。最后对一个末杆为柔杆的平面三杆机械手残余振动的抑制进行了仿真,结果验证了该方法的有效性。     

多冗余度柔性机器人运动规划

研究多冗余度柔性机器人运动规划问题。利用冗余度机器人的冗余特性 ,通过运动规划 ,可以使柔性机器人的运动精度提高。采用充分利用冗余特性的初始位形和自运动同时规划法 ,分别对具有一个冗余度的平面三柔性臂机器人和具有两个冗余度的平面四柔性臂机器人进行规划。通过比较 ,显示了多冗余度在改善柔性机器人性能方面的优越性     

空间4R冗余度机器人的混沌自运动研究

通过数值仿真及分析混沌的相图法、Poincare映射法和最大Lyapunov指数法对一个空间4R刚性冗余度机器人采用PD调节器控制其末端重复跟踪工作空间内的一条封闭路径时的杆件自运动状态进行了研究。研究首次发现,基于Jacobian矩阵的伪逆法求解该机器人运动学逆解时其自运动是混沌的。     

基于分解运动控制的平面冗余度机器人中的混沌运动

通过做出系统的运动仿真图和相图,以及计算系统的最大Lyapunov指数,对平面3R、4R刚性冗余度机器人自运动中的混沌现象进行了研究。研究表明：基于分解运动速度控制方法求解冗余度机器人末端重复跟踪工作空间内的封闭路径时的运动学逆解,其自运动是规则的;基于分解运动加速度控制方法求解其运动学逆解,其自运动是混沌的。     

冗余度机器人优化的自运动控制方法

提出一种冗余度机器人优化控制方法,通过自运动变量的选取,构造出以自运动变量作为状态变量的冗余度机器人优化控制结构,并由此得出冗余度机器人优化控制的新算法。这种方法可以对冗余度机器人的运动学、动力学等多种优化进行统一处理,具有较好的通用性;同时将冗余机器人运动学和动力学求优化解的过程,转化为非冗余度机器人求解,以便直接利用各种高效率的非冗余度机器人计算方法。     

一种柔性冗余度机器人振动抑制的复模态法

研究了柔性机器人末端振动的抑制控制问题,方法是将机器人动力学方程进行分解,再将分解得到的柔性振动动力学方程写成状态空间的形式,根据复模态分析的原理对其进行分析,利用柔性冗余度机器人具有的自运动优化能力,提出了一种自运动优化选择的复模态法,该方法通过自运动的优化选择在复模态空间中零化低阶模态的激励力,以实现对机器人末端振动的抑制。针对一个末杆为柔性杆的3维4自由度机器人进行了控制仿真,仿真同时对比使用了其它2种同类方法,仿真结果验证了本方法的有效性,并显示复模态法取得了比其同类方法好很多的末端振动抑制效果。     

冗余度机器人研究动向

冗余度机器人，从运动学的观点来说是指完成某一特定任务时，机器人具有多余的自由度。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性，躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标，优化关节速度，加速度，力矩，能量等。冗余度机器人由于其自身众多优点而越来越受到人们的关注。本文介绍冗余度刚性机器人、冗余度柔性机器人研究的发展现状及存在的问题。     

Motion Planning Algorithms of Redundant Manipulators Based on Self-motion Manifolds

The current motion planning approaches for redundant manipulators mainly includes two categories: improved gradient-projection method and some other efficiency numerical methods. The former is excessively sensitive to parameters, which makes adjustment difficult; and the latter treats the motion planning as general task by ignoring the particularity, which has good universal property but reduces the solving speed for on-line real-time planning. In this paper, a novel stepwise solution based on self-motion manifold is proposed for motion planning of redundant manipulators, namely, the chief tasks and secondary tasks are implemented step by step. Firstly, the posture tracking of end-effector is achieved accurately by employing the non-redundant joint. Secondly, the end-effector is set to keep stationary. Finally, self-motion of manipulator is realized via additional work on the gradient of redundant joint displacement. To verify this solution, experiments of round obstacle avoiding are carried out via the planar 3 degree-of-freedom manipulator. And the experimental results indicate that this motion planning algorithm can effectively achieve obstacle avoiding and posture tracking of the end-effector. Compared with traditional gradient projection method, this approach can accelerate the problem-solving process, and is more applicable to obstacle avoiding and other additional work in displacement level.     

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。     

冗余度机械臂的自运动流形计算及关节轨迹规划

为了求解冗余度机械臂的全部逆运动学解,以计算包含全部逆运动学解的自运动流形为目标,提出了一种新的自运动流形计算方法。该方法基于人工蜂群算法完成自运动流形各分支初值的搜索,解决了分支初值难以确定的问题,并提出了分支搜索策略,实现了完整流形分支的搜索。在此基础上,为提高自运动流形的计算效率,定义了自运动流形的全等性与渐变性并建立了流形库,通过索引流形库内的自运动流形能够快速计算工作空间任意位置的自运动流形。利用流形库对机械臂进行全局性能分析,得到了各流形分支的局部最优位形;以每条分支的局部最优位形作为初始位形进行关节轨迹规划,实现了给定末端轨迹的全局最优关节轨迹规划,并通过4R机械臂和7R机械臂验证了方法的有效性。该方法还可用于超冗余度机械臂自运动流形的计算,具有较好的通用性。     

基于可控性和全局性的空间柔性机器人驱动力矩自运动规划策略

提出了一种有利于控制实施并具有全局性的自运动动力规划方法,优化了柔性机器人关节驱动力矩。在保证机器人实现预定运动轨迹的条件下,利用机器人的冗余度,通过优化机器人各关节自运动,尽可能地同时降低机器人的关节驱动力矩和末端的弹性变形的运动误差。通过对一空间4R柔性机器人的数值仿真验证了这一方法的有效性。