动态环境下的机器人平滑自适应变阻抗控制

针对磨抛任务中的机器人柔顺恒力控制问题,提出一种动态环境下基于位置的平滑自适应阻抗控制方法。首先研究了机器人磨抛任务空间转换接触力变化过程,使用自抗扰控制中的微分跟踪器来安排过渡过程,使期望力缓慢释放,以减小接触力冲击。然后针对磨抛任务中环境位置不确定性的问题,建立自适应阻抗模型,根据接触力的变化进行自适应调整阻抗参数,实现位置的自适应补偿,并对自适应变阻抗的稳定性进行证明。最后,通过对已有的自适应变阻抗控制方法和所提出的平滑自适应变阻抗控制进行仿真实验对比,并对所提出的平滑自适应变阻抗控制进行实机验证。实验结果表明,平滑自适应阻抗控制方法能够有效地减小力超调,达到更好的力跟踪效果,提高系统的稳定性和鲁棒性。     

基于自适应变阻抗的工业机器人双机械臂控制

为了实现对工业机器人双机械臂位置/力的精准控制,提出了一种自适应变阻抗控制算法。首先建立了阻抗模型,并对双机械臂系统进行了受力分析,将接触力分解为外力和内力,并分别针对外力和内力设计了自适应变阻抗控制算法来实现对位置/力的协同控制;然后通过仿真验证了自适应变阻抗控制算法能够实现对工业机器人双机械臂位置/力的协同控制,运动轨迹跟踪最大误差仅为0.3 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.2 N,表现出了更优的控制效果;最后在定点控制测试平台上得到位置定位的最大误差仅为0.17 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.22 N,表现出了更优的工程实用性。     

气液联控系统的模糊自适应阻抗控制研究

针对阻抗控制中力控制的难点在于不能精确知道外界环境刚度和位置,继而导致跟踪误差的问题,采用滑模位置控制器及模糊自适应控制方法,设计了气液联控柔顺力控制系统.内环的滑模位置控制器增强了系统的鲁棒性,外环通过模糊自适应机构实时调整阻抗参数,使系统具有良好的动态品质.在外界环境模拟系统做不同运动情况下进行了气液联控柔顺力的试验研究.试验结果表明,该方法具有较好的鲁棒性,实现了环境位置变化时的力跟踪控制.     

基于阻抗控制的飞机清洗臂主动柔顺控制研究

针对飞机清洗臂清洗飞机蒙皮过程中的接触力控制问题,提出了基于位置的模糊自适应阻抗控制策略,开展了相关的理论分析和仿真验证研究。在阻抗控制的基础上引入自适应控制,解决了传统阻抗控制难以精确跟踪位置的问题。同时,加入模糊控制器,通过力误差实时调节阻抗参数,提高位置跟踪的准确性和稳定性。搭建MATLAB仿真平台,仿真结果表明,该方法可以准确地实现对清洗臂末端的位置控制,提高了清洗臂的跟踪效果。     

未知时变环境下机器人自校正阻抗控制研究

针对未知、时变环境下机器人力位控制需求,基于非线性接触动力学模型进行了阻抗控制的位置自校正修正算法研究.通过建立基于Hunt-Crossley非线性接触动力学模型的阻抗控制系统,构建了在刚性或柔顺作业环境下机器人末端位置与接触力之间的动态关系;在自校正控制系统中引入自扰动递推最小二乘辨识算法,以接触力误差最小为设计指标,设计了阻抗控制的位置自校正修正算法,在预测控制同时进行接触动力学参数在线跟踪辨识,解决了在材料力学特性未知或存在时变的环境下,力跟踪的实时性和准确性问题;仿真实验模拟了环境力学特性参数事先未知且在不同作业区域间存在差异的应用场景,结果表明,该算法能够实时进行阻抗控制的自适应位置调整,保证了力位跟踪控制的快速响应性和收敛性,稳态力跟踪误差控制在2％以内,环境力学特性发生变化时的控制调整时间仅约7个采样周期,相较对比算法减少约70％.     

基于阻抗模型的不确定环境下微纳操作力跟踪控制策略研究

微机电系统在生物医学领域具有巨大的应用潜力，以压电陶瓷为基础设计的压电驱动系统在微纳操作高精度控制领域发挥着重要作用。在各领域的实际应用中，微操系统与环境的交互一直是研究的热门方向。由于微尺度下跟踪力误差相比宏观尺度下更不可忽略，因此微操作臂与环境接触力的精准控制是提高微操作准确度的关键。为此本文提出一种力跟踪阻抗控制策略，能够在操作过程中实现对接触力的精确跟踪。考虑到阻抗模型对环境参数要求较高，本文提出了扩展卡尔曼滤波器对外部环境参数进行在线估计的方法。实验结果表明，所提控制方法能够成功实现微操作臂-环境交互模型的力跟踪控制并且有良好的跟踪精度，力跟踪平均绝对误差为7.82 mN,均方根误差为10.16 mN,因此该方法对不确定性环境下接触力的精确跟踪具有可行性。     

适应环境刚度、阻尼参数未知或变化的机器人阻抗控制方法

针对机器人阻抗控制在实际应用中其性能受环境的阻尼、刚度参数未知或变化影响的问题,提出了一种机器人自适应阻抗控制方法。在定义机器人阻抗控制性能指标的基础上结合阻抗模型刚度变化的几何表示,给出了阻抗模型刚度参数初值计算方法,提出了基于人工神经网络的环境等效刚度在线估计方法,并结合二阶系统临界阻尼条件计算阻抗模型阻尼参数初值。机器人力控制实验结果验证了该方法较已有的机器人阻抗控制方法在参考轨迹平滑性、力控制稳定性和易于工程实践方面有一定的优势。     

细纱接头机器人神经网络自适应力跟踪导纳控制

环锭纺细纱工序中断纱自动接头一直是业界难题，细纱强力低易断裂、纱线张力受环境因素影响明显等因素导致机器人接头过程中纱线张力控制困难。为解决接头过程纱线张力控制问题，提出了基于交互力预测的神经网络自适应导纳控制方法。首先设计了导纳控制器参数的神经网络自适应调整策略来解决接头过程环境模型参数动态变化导致恒导纳控制器力跟踪效果差的问题；其次针对现有自适应控制器跟踪时变期望力时由于控制滞后产生的误差突变问题，提出了一种交互力预测方法，通过加入未来控制周期交互力的预测值来完成导纳控制器参数的提前调整，进而避免期望力突变时较大的力跟踪误差产生；最后进行了仿真试验，结果表明神经网络自适应控制器在动态环境下的力跟踪任务中有很好的鲁棒性，基于交互力预测的神经网络自适应控制器在动态环境下的时变期望力跟踪任务中最大误差和总体误差相比未加入交互力预测时分别降低了78.3%和29.7%，证明了所提出方法在机器人接头过程中纱线张力跟踪控制的可靠性。     

基于SEM的微纳遥操作系统控制策略研究

为改善基于扫描电镜微纳遥操作系统的力觉临场感与稳定性,针对微纳遥操作系统提出一种基于滑模的阻抗控制策略。主操作手端应用阻抗控制策略,以提高主操作手的顺应性;从操作手端采用基于滑模的阻抗控制策略,解决从操作手端参数的不确定性问题。由于实现上述控制策略需要的微分控制信号难以直接获取,故在主/从控制策略中结合跟踪微分器技术进行在线获取。针对微纳遥操作系统工作于低频带,具有极大的力反馈增益(105以上)特点,利用 Liewellyn稳定判据推导出小延时下系统稳定条件。仿真和实验表明：所提出控制策略具有良好的鲁棒性,能够提供精确的力觉临场感。位置跟踪阶段最大位移误差小于0.5μm;接触阶段操作者能够精确地感知从操作手端1μN接触力。     

基于指令滤波的机械臂有限时间输出约束阻抗控制

提出一种基于指令滤波的机械臂有限时间输出约束阻抗控制方法.通过阻抗控制技术来解决机械臂与环境之间的相互作用,使机械臂跟踪期望轨迹.通过有限时间控制提高机械臂控制的响应速度,缩小跟踪误差,并引入障碍Lyapunov函数对机械臂末端输出状态进行约束.采用模糊自适应技术处理机械臂系统中的未知摩擦量和外部扰动量.仿真结果表明:...     

建筑幕墙安装机器人的力控制分析

建筑幕墙安装机器人在施工作业的过程中,不仅要求板材在自由空间移动的快速性,同时也要求安装时精确性。为实现幕墙安装机器人末端接触力的控制,基于阻抗控制的理论,针对简化动力学模型,提出一种基于位置的阻抗控制(导纳控制)并结合MRAC自适应理论。借助Matlab/Simulink构建了阻抗控制仿真平台,通过分析末端与环境接触力跟踪情况,验证了该控制算法的可行性。最终对机器人进行实验分析,该方法可以满足环境接触力控制的安装要求,提高了幕墙安装机器人的施工效率和精确性。     

HIT/DLR灵巧手单手指的阻抗控制

应用指尖六维力矩传感器,实现了单手指的基于位置的笛卡尔阻抗控制,根据指尖力/力矩传感器提供的力信息,按照目标阻抗模型修正手指的参考位置,利用内环的位置控制器使手指跟踪期望轨迹.     

管道有源消声实验系统的阻抗控制研究

以声阻抗为控制目标，对管道有源消声实验系统的消声机理进行了分析和探讨，研究表明，有源消声的效果取决于次级扬声器位置的等效声阻抗以及管道的阻抗分布特性，在消声实验台的自适应控制结果表明，在主频上取得了降噪40dB以上的效果。     

沿任意倾斜面的机器人力/位置控制方法研究

设计了沿任意倾斜面的机器人自适应阻抗控制方法,该方法解决了接触面法向方向、环境阻尼、刚度参数未知对机器人力/位置控制的影响问题。在机器人与倾斜面碰撞接触过程中采用递归最小二乘(RLS)算法估计环境的阻尼、刚度,根据接触力矩实际值与期望值的偏差实现机器人末端期望姿态的调整;在机器人末端沿倾斜面滑动阶段,设计规则自调整的模糊控制器,根据机器人末端位移、接触力误差实时调整机器人阻抗控制模型参数,以适应环境阻尼、刚度的变化。提出的控制方法具有编程实现简单且对环境参数变化鲁棒性较强的优点,实验验证了控制方法的有效性。     

面向打磨机械臂的模糊自适应阻抗控制算法

为解决打磨机械臂在加工过程中轨迹移动和末端接触力的控制问题,讨论了一种自适应阻抗算法,能够实现力和位置的柔顺控制,并保证系统的运动稳定。同时引入模糊控制理论,对阻抗参数进行实时调整。以简化模型二自由度机械臂为例进行仿真实验。仿真结果表明,模糊自适应阻抗算法能够较为准确地控制机械臂末端的接触力,降低系统的超调,改善实时性,可以提高打磨机械臂的工作效率,在一定程度上满足打磨的精度要求。     

USING IMPEDANCE CONTROL METHOD TO ACHIEVE SIGNAL INTEGRITY IN BIOMEDICAL EQUIPMENT

Diagnostic instruments need very high signal accuracy for interpretation of diseases. In the design of a high-speed multilayer printed circuit board (PCB) for medical instruments, partitioning of power/ground planes breaks the return path of the signal current, either through power/ground plane. It causes undesirable side effects on the PCB due to radiation effect, reflection of signal or crosstalk. Routing on the biomedical system with a smaller number of routing layers reduces performance of the PCB while high frequency signals cross the split plane. In this article, the impedance control method is proposed for minimizing the slot plane effect when high frequency signals crossing the slot gaps. It is a geometry-based method to understand the physical degradations in the PCB.     

阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制

针对当前示教器示教过程烦琐、效率低下以及对操作者技能水平要求高等缺点,提出了一种阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制方法,适用于机械臂的直接拖动示教。该方法采用阻抗控制框架,通过设置低刚度增益的方式,无需获取精确的动力学参数便可实现良好的零力控制效果。同时,区别于基于六维力传感器的零力控制方法,该方法不仅可对机械臂末端进行拖动,还可实现在关节空间下对机械臂任意关节的拖动。最后,在自行设计搭建的机器人平台上进行拖动实验。实验结果表明,该方法鲁棒性强、性能稳定,并可实现对机械臂任意关节的零力控制。     

冗余度机器人的非接触阻抗控制

机器人与运动物体接触的过程包括非接触、接触过渡和接触3个部分。对于机器人与高速运动目标接触等存在较大冲击的应用实例，进行有效的非接触阻抗控制是实现机器人稳定、安全作业的必然要求。这方面的研究是实现机器人捕捉运动物体的关键技术，在工业、军事和航天等领域均有重要意义。本文对冗余度机器人非接触阻抗控制的理论和应用研究的现状进行了详细的综述，并提出了需要进一步深入研究的一些问题。     

功率超声系统负载的检测及模糊控制

功率超声医疗设备在治疗的过程中,为了取得良好的超声乳化效果,要求振动系统在不同的负载下都具有较大的输出振幅,这就要求振动系统在不同的负载下都工作在匹配状态下.文章首先分析了纵向复合棒大功率换能器加接变幅杆和刀具的振动系统的等效机电模型,然后根据等效机电模型分析了功率超声振动系统动态阻抗匹配的基本原理.同时针对功率超声系统的工作特点设计了一种动态负载在线检测方法,得到反映负载状态及其变化趋势的参数,并根据识别出的动态负载确定出模糊控制器的输入输出参数.最后给出了一种实用的模糊控制算法进行振动系统的动态阻抗匹配.实验结果表明,利用模糊控制器进行动态阻抗匹配能保证振动系统在变负载的情况下仍然获取较高的电功率和较好的超声乳化效果.