基于行波超声波电机的新型机器人多自由度关节精密定位控制

文章对基于行波超声电机驱动的新型机器人多自由度关节精密定位控制系统进行了研究。在深入研究负载下行波超声波电机的启动特性、运行特性、调速特性、步进特性、带负载能力的基础上,揭示了负载对微步控制的影响规律,并提出了基于行波超声波电机驱动的机器人多自由度关节精密定位控制方法。文章所给的方法和结论,为行波超声波电机开环精密定位控制的进一步推广打下坚实的基础,研制出的精密定位控制系统不需要使用高精度编码器就可以使关节达到很高的定位精度。     

二自由度球关节电机转角与球关节角映射研究

球关节广泛用于微创手术机器人。针对一种运动灵活、加工方便、控制简单的二自由度球关节,研究其电机转角与真实球关节的转角之间的映射关系。利用建立数学模型、编程计算等方法,求解出每一时刻真实球关节的转角所对应的二自由度球关节电机转角。并建立三维模型,将两个球关节的转角值和三维模型导入Adams中进行仿真,得出两球关节末端点的运动轨迹数据,然后采用Matlab对运动轨迹数据进行偏差分析,从而论证了映射关系的正确性,为实际运动控制提供数据支持。     

多自由度磁悬浮球形主动关节机理及悬浮控制

提出一种新型多自由度磁悬浮球形主动关节,分析了关节产生磁悬浮力和电磁转矩的机理,基于状态重构原理实现转子的状态同步悬浮控制和无传感自检测反馈控制。通过仿真试验可知,状态同步悬浮控制精度高,抗干扰性强。     

多自由度超声电机设计与应用研究

设计了一种锥型结构的多自由度超声电机,电机定子采用单足驱动方式,利用四分区的叠层式压电陶瓷作为激励元件,在两路相位差90°的正弦信号激励下,驱动足分别产生沿X-Z平面、Y-Z平面的椭圆运动轨迹,进而驱动电机动子作直线运动。针对多自由度超声电机定子结构及实现2个自由度运动输出的要求,自行设计两自由度平台解决方案。     

圆柱-球体多自由度超声电机设计的若干问题

首先介绍了圆柱 球体多自由度超声电机及其工作原理。在此基础上 ,从实现该种电机的运动和提高其输出性能的角度出发 ,提出了电机的设计要求。分析了振动模态、工作频率、工作振幅、压电元件的位置、安装支座的位置、定转子间的预压力、干扰模态对该种电机性能的影响 ,进而阐明了满足电机设计要求所采取的技术途径。     

一种新型6自由度运动平台的控制研究

针对一种新型6自由度运动平台的控制问题,提出基于改进型自抗扰控制器的高性能轨迹跟踪控制算法。采用基于运动学的控制方法对6自由度运动平台进行控制研究,利用参考加速度前馈量对常规自抗扰控制器进行改进,在Matlab/Simulink中进行仿真研究,分析经典比例积分微分控制器、常规自抗扰控制器和改进型自抗扰控制器对正弦轨迹的跟踪性能及其对系统参数变化和外部扰动的抑制能力,并构建基于dSPACE的运动控制试验系统。对比仿真和试验结果表明,改进型自抗扰控制器能有效提高轨迹跟踪精度,使新型6自由度运动平台较好地实现给定的目标运动。     

基于滑模自抗扰控制的开关磁阻电机调速系统

开关磁阻电机的双凸极结构和开关电源供电方式使其电磁场存在非线性饱和特性,致使其运行时转矩脉动大,传统控制方法很难完成平稳调速。针对该问题,提出开关磁阻电机调速系统的滑模自抗扰控制策略。首先,内环根据开关磁阻电机数学模型设计自抗扰电流控制器,提高电流的响应速度和鲁棒性;其次,外环设计滑模速度控制器取代传统的PI控制器,并证明了系统的稳定性,增强了速度的鲁棒性;最后利用仿真与实验验证该控制策略的有效性。与传统的开关磁阻电机调速系统控制策略对比,能有效改善启动电流过大、转速超调和转矩脉动问题,提高了系统的响应速度和鲁棒性。     

基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制研究

针对传统永磁同步电机速度控制采用双闭环比例积分控制算法,存在参数适应性差、抗干扰能力不足等问题,设计了一种基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制策略.采用这一控制策略,内环控制器和外环控制器均采用一阶线性自抗扰控制.仿真结果表明,基于线性自抗扰的永磁同步电机速度控制只需要整定带宽参数,与传统比例积分控制相比,具有转速抗干扰能力强、控制鲁棒性强的优点.     

多自由度离散系统减振器的设计及其应用

给出了一种多自由度离散系统减振的方法——在原系统中加入减振环节,在理论上对减振环节的参数设计进行了推导,并给出了一种振动性能指标函数。然后,将这套理论应用到ＶＶＶＦ电梯减振上,给出了ＶＶＶＦ电梯的动力学模型,对其减振效果进行了动态仿真。     

超声电机驱动多关节机器人的非线性H∞控制

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动.一方面,由于超声电机是通过定转子间的摩擦驱动,其模型无法精确描述,另一方面,由于无法在方程中将关节机器人的所有动力参数表达出来,因而该机器人在控制中存在摩擦干扰和参数不确定带来的动力干扰.针对这些干扰,采用了非线性H∞控制方式,以L2增益作为设计指标,设计了H∞控制器.实践证明,非线性H∞控制器不仅可以保证机器人稳定运行,而且位置精度大为提高.最后,还对控制器的鲁棒性进行了实验验证,结果表明该控制器有很好的抗干扰能力.     

双气缸顺序控制系统的设计

在分析气动顺序控制系统的组成形式和设计方法特点的基础上,利用传感器等信号获取装置获得缸的位置信号,设计出双气缸顺序动作的逻辑控制系统及其电气回路,实现系统的自动控制。     

深井钻机绞车多电机主从同步控制设计

随着钻井深度不断地加深,大功率、高性能的绞车呈逐年增长趋势。大功率的绞车就必须采用多电机同步驱动,解决好多电机同步控制关键就是找到一种新的控制方法来消除或减小多电机之间转矩差值。针对这个问题,以7000 m变频钻机为研究对象,借鉴了国内在多电机控制方面的各种方案对比,找出更适合绞车多电机同步控制方法 -主从同步控制。解决好多电机同步性的问题,为未来超深井钻机绞车的研制奠定科学依据。     

A Novel Design of a Metacarpal/MetatarsaI-Phalangeal Total Joint Replacement

Arthritis, most notably rheumatoid arthritis, can destroy the surfaces of the bones; the ideal solution for this is T JR （total joint replacement）, which would restore joint functionality, maintain correct aesthetics and eradicate pain for the patient. Current metacarpophalangeal TJR do not provide the normal biomechanical range of motion and functionality. The proposed design attempts to correct this through the use of design geometry and functional anatomy. Numerical analysis is used in conjunction with computational solid modeling to compare a one-piece silicone implant with the proposed T JR. Peak stresses during flexion for the proposed design did not exceed 1.2 MPa, where as soft implants approach 100 MPa to 1,000 MPa for peak stress values. The proposed design, due to high stress tolerances with low deformation, along with functionality and biomechanics, seems to be an appropriate replacement for one-piece silicone implant.     

新型过约束球面并联式关节机构仿生设计

以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。     

具有谐波减速器柔性关节摩擦力辨识及控制

为了减轻关节重量,提高关节输出力矩,在关节内部集成谐波减速器等部件。然而,谐波减速器的加入,不仅增加关节柔性,而且导致关节内部摩擦力复杂。针对具有谐波减速器的柔性关节,提出了摩擦力辨识方法,并且的得到关节摩擦力模型与Strbeck摩擦力模型相似的结论。搭建了柔性关节试验平台,利用辨识的摩擦力模型有效的补偿了关节内部摩擦力的影响,提高了关节的控制精度。     

纯电动公铁两用车多电机智能控制器设计

针对当前纯电动公铁两用牵引车转向系统响应性差的问题,提出了一种纯电动公铁两用车转向系统多永磁同步电机协同控制策略.该控制策略采用偏差耦合同步控制方式,设计了转角协同补偿器对多电机转角误差进行补偿.同时将模糊智能控制算法与PID控制算法相结合,设计了能在线整定控制器增益的模糊PID控制器,与转角协同补偿器相配合,实现多永磁同步电机协同控制策略.基于Matlab/Simulink平台搭建了系统的仿真模型,实验结果表明,模糊PID控制器与PID控制器相比,能使系统响应的稳态时间缩短39％,跟踪精度提高了70％.     

一种新型棱镜型双通道光纤旋转连接器的设计

目的：光纤通信技术提高了信息传输的速率和容量,目前它已成为一种主要的信息传输技术。在某些信号旋转传输的特定场合中需要使用以光信号传输为基础的光纤旋转连接技术。光纤旋转连接器因其具有传输容量大、体积小、重量轻以及良好的电磁兼容特性等优点而被广泛研究和应用。方法：本文分析了棱镜型多通道光纤旋转连接器的结构及原理,对解旋转机制进行了分析,并由此设计了一种新型的方双柱面解旋转棱镜结构的双通道光纤旋转连接器。结果：通过对该结构的光纤旋转连接器的耦合特性分析,结果表明其损耗主要由机械误差和解旋转棱镜球差所产生,数值模拟结果表明该结构的光纤旋转连接器的插入损耗可低于2.0dB。结论：这一性能完全能满足雷达等相关军事装备对其应用的要求,具有广泛的应用前景。     

自动翻转变幅机构三铰点位置的优化设计

在翻转机构设计中,为确定三铰点的最佳位置而建立了优化的数学模型,使汽缸在推动翻转机时的力矩最大,从而减小了汽缸和整个机构的尺寸。     

新型SMA驱动器设计与控制

介绍了一种新型SMA驱动器。该驱动器实际上是偏心内嵌有单程SMA丝的弹性硅胶棒。它集成了驱动单元和执行单元的功能，特别适于作为小型和微型机器人系统中的致动元件。以弹性棒变形理论为基础，研究了驱动器的机械和力学特性。最后，实现了基于SMA电阻反馈的变结构滑模控制策略探讨和实验研究。     

一种用于主从控制的阻尼力可调关节模块机构设计

现有的力觉反馈设备,大多将驱动力直接作用于操作人员,具有操纵安全性和柔顺性上的缺陷。针对这个问题,设计了一种用于主从控制的阻尼力可调关节模块机构。该关节模块机构基于制动器原理设计,为被动力反馈系统,安全性好。驱动器使用一对膜片式气缸,采用驱动力转换为摩擦力方式,间接达到转动阻尼力调节的目的。文中论述了阻尼力可调关节模块的设计方案、阻尼力调控原理,并对制作的样机进行实验和数据分析。经过实验证明,阻尼力可调关节模块机构响应速度快、运动可靠、控制精度高,达到了主从控制的使用要求。