液压四足机器人关节重复补偿控制

针对液压四足机器人电液伺服作动器存在的位置跟踪精度较差问题,提出一种重复控制策略来实现位置跟踪控制。根据液压四足机器人的电液伺服系统各个驱动单元的数学模型,得到简化后的液压位置驱动单元的传递函数。设计了重复控制补偿PID控制器,采用Matlab和AMEsim软件进行联合仿真,进行各个模块的参数设置,得到了的电液伺服系统的位置跟踪曲线。并通过液压四足机器人实验平台进行实验验证控制器的有效性。研究表明,重复控制器可以有效的利用电液伺服作动器的重复运行信息,经过一定误差纠正后,幅值实现完全跟踪,相位滞后减小,验证了重复控制补偿PID的有效性。     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略.该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪.通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性.引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高.基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%～28.2%.     

基于集成概率模型的变阻抗机器人打磨力控制

工业机器人对工件柔顺打磨作业的适应性差，为此设计机器人柔顺浮动力控末端执行器，基于集成贝叶斯神经网络模型的强化学习，提出主动自适应变阻抗的机器人打磨力控制方法.所提方法根据打磨作业的接触环境信息，利用自助法获取小量数据的多次采样样本，训练集成贝叶斯神经网络模型以描述机器人打磨系统与工况环境交互作用，采用协方差矩阵自适应进化策略（CMA-ES）求解最优阻抗参数.构建机器人打磨系统虚拟样机平台，开展叶片工件的打磨仿真实验，验证所提方法的有效性.实验结果表明，所提方法在十几次训练后，能够将打磨力的绝对跟踪误差减小至较小值，较好地实现了机器人打磨系统的主动自适应变阻抗打磨力控制，提高了机器人打磨力控制的柔顺性和鲁棒性.     

绳索牵引并联康复机器人的建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了一种绳索牵引并联康复机器人.在对机器人进行运动学和静力学分析的基础上,利用牛顿-欧拉法建立了机器人的动力学方程.在给出力分解模型的基础上,提出了一种力/位并行控制策略:位置环和力环分别用于实现患者骨盆运动轨迹和绳索张力大小的控制.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能满足对轨迹跟踪要求,而且具有很好的鲁棒性.     

基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型

针对传统的通过操作示教盒移动六轴工业机器人到达指定位置效率低、过程复杂的问题,以Ethernet作为通信总线,将嵌入式系统引入六轴工业机器人的顺应性跟踪控制(零力跟踪)中,提出了一种基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型.在该模型中,将六维力传感器上的力信号进行解耦与坐标变换,从而获得机器人末端的6个力的大小信息.通过刚度矩阵计算出输入位置控制器的偏移量,同时设计了一种轨迹预测算法来确定6个力的信息及下一个目标点的方向.最后,机器人根据运动学方程的逆解,调整相应的位姿.实验结果表明:该机器人末端分别在3个不同方向的牵引力的作用下,能平滑而快速地经过预定的轨迹,为直接示教系统中的顺应性跟踪控制提供了方法.     

基于位置控制的液压操纵负荷系统

从理论上分析了基于位置控制的液压操纵负荷系统的力感模拟原理,阐明了力感模拟效果的影响因素为位置控制回路的带宽、综合刚度及操纵力引起的位置扰动。在理论分析的基础上,借助计算机仿真方法,阐述了根据模拟对象的特性和仿真精度确定位置控制回路的带宽和综合刚度的方法,并提出了设计原则。指出位置控制回路的带宽应等于10倍仿真模型的转折频率,在满足二自由度系统模拟单自由度系统的模拟精度要求下,综合刚度应取3～10倍的液压弹簧刚度。通过时域和频域的计算机仿真证明了本文设计方法的可行性,仿真结果也证明了理论分析的结果是正确的。     

具有临场感的主从机器人系统双边控制策略

针对主从机器人系统双边控制策略的透明性问题,利用电液比例阀控制液压缸建立了单自由度主、从机器人临场感实验系统。在力和运动的双边控制中,采用力反馈伺服型、并行型和改进并行型3种控制策略,对空载、小刚度弹性负载和大刚度弹性负载情况下的位置和力跟踪性能分别进行了实验。实验结果表明:力反馈伺服型、并行型的运动跟踪存在时间滞后,主手受力存在振动;与其他两种控制策略相比,改进并行型控制策略在小刚度和大刚度负载时具有较好的透明性。     

液压四足机器人的自适应模糊PID控制

为提高液压四足机器人的控制性能和足端轨迹跟踪效果,将自适应模糊PID算法用于机器人腿关节控制,并对PID参数进行实时增量调节.建立阀控非对称缸系统的数学模型,分析其伸出和缩回运动时由非线性、参数时变等因素导致的控制问题,利用AMESim-Simulink联合仿真模型对算法的控制效果进行了仿真,并在单腿试验平台上进行了实物样机测试.结果表明:自适应模糊PID算法的控制效果在减小调节时间、抑制干扰等方面相比常规PID有较大改善.该控制算法提高了机器人的动态跟踪性能,易于工程应用,有利于机器人的运动控制.     

多关节机器人的自适应阻抗控制研究

为了对动车组侧窗玻璃安装机器人末端接触力进行控制研究,在阻抗控制的基础上,提出了一种多关节机器人自适应阻抗控制算法,该算法能实现机器人末端接触力准确跟踪期望力。以PUMA560机器人前三关节为对象在接触空间进行仿真研究,仿真结果表明,基于自适应阻抗控制方法能很好地对动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和力进行跟踪。     

绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制

针对在康复训练过程中如何协调控制患者的骨盆运动轨迹问题,设计了由4根绳索牵引的三自由度绳索牵引并联康复机器人.基于力/位混合控制的思想,利用牛顿-欧拉法建立了绳索牵引康复机器人的动力学模型.以轨迹控制为目标,用计算力矩法设计了基于刚性模型的位置控制器,就绳索的刚度对机器人系统性能的影响进行了仿真分析;以刚度控制为目标,推导了机器人系统的刚度矩阵,并对康复机器人进行了仿真验证.理论分析和仿真结果表明,系统的刚度与绳索的张力有关,调整绳索的内张力可以改变系统刚度,实现对机器人系统的柔顺性控制.     

柔性关节机器人的模糊反步自适应位置控制

为实现柔性关节机器人的高精度位置跟踪控制,本文提出了基于模糊逼近的反步自适应控制方法。该方法将隐极式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)作为驱动系统,建立二自由度柔性关节机器人的系统模型,设计反步自适应位置控制器,并利用模糊逻辑系统,逼近虚拟控制器导数项,解决高阶系统反步控制器结构复杂的问题。考虑到无力矩传感器的情况,引入电机负载转矩观测器,结合电机矢量控制策略,设计了反步电流控制器,保证驱动电机有较快的动态响应。同时,利用Lyapunov稳定性定理,对柔性关节机器人控制系统进行稳定性分析,证明整个系统为渐近稳定。仿真结果表明,本文采用的模糊反步自适应位置控制器,能够实现柔性关节机器人高精度位置跟踪控制,响应速度快,驱动电机的转矩波动小,控制器结构简单。该研究在机器人驱动系统中具有广泛的应用前景。     

大刚度环境下力反馈主手自适应算法研究

针对机器人力反馈主手在大刚度环境下的稳定性和透明性下降问题,提出了一种力觉渲染与反馈的自适应算法。通过改进虚拟墙壁模型引入力的空间梯度,根据力信号随主手末端位置的变化率来自适应选取不同的控制策略,对大刚度环境下的阻抗显示力反馈主手的力觉输出进行渲染。仿真试验表明,该算法可在消除振荡、保障系统稳定的基础上,恢复输出刚度,提高系统的操作透明性。     

基于强化学习的学习变阻抗控制

为了提高力控制的性能,使机器人高效自主地学习执行力控制任务,本文提出一种学习变阻抗控制方法。该方法采用基于模型的强化学习算法学习最优阻抗调节策略,使用高斯过程模型作为系统的变换动力学模型,允许概率化的推理与规划,并在成本函数中加入能量损失项,实现误差和能量的权衡。仿真实验结果表明:该学习变阻抗控制方法具有高效性,仅需数次交互即可成功学习完成力控制任务,大大减少了所需的交互次数与交互时间,且学习得到的阻抗控制策略具有仿生特性,可用于学习执行力敏感型任务。     

基于虚拟模型和加速度规划的腿部缓冲策略

提出一种基于虚拟模型控制和加速度规划的腿部缓冲方法。通过建立机器人腿部的虚拟模型,设定落地过程中躯干加速度从而可减小地面对机器人的冲击力,保护机器人的机械结构。该方法将机器人的落地过程分为下落、缓冲、恢复3个阶段。在下落阶段,通过在足端与期望位置之间添加虚拟“弹簧—阻尼”系统来控制足端位置。在缓冲阶段和恢复阶段,通过规划躯干质心加速度,从而减小落地过程中躯干受到的冲击。该方法可避免在激烈的足地交互过程中调节系统的刚度和阻尼,控制过程更简单精确。基于Webots的仿真试验表明,该方法在机器人落地过程中的保护是有效的。     

液压四足机器人关节驱动节能

针对液压四足机器人作动器能耗较大问题,分析液压四足机器人各关节驱动力在摆动相和支撑相特点,提出变供油压力作动器作为液压机器人关节驱动方案,给出变供油压力作动器的构成、工作原理及参数设置方法,应用增益切换方法实现变供油压力作动器控制.此变供油压力作动器具有结构简单、控制方便、节能效果显著、便于应用到其他载荷变化较大的场合.采用MATLAB、AMESim联合仿真平台进行所提方案验证,仿真结果表明,变供油压力作动器与固定供油压力作动器具有相同性能,且能够实现系统节能,最后通过机器人单腿测试平台验证了所建仿真模型的正确性.     

基于最小控制综合算法的液压机器人作动器控制

针对液压四足机器人在运行过程中作动器伺服精度差的问题,推导电液伺服作动器等效模型,分析作动器负载特点,提出流量补偿器最小控制综合复合控制策略,给出复合控制策略的工作原理,分别采用流量补偿器和比例位置内环抑制外干扰力和惯性负载变化对系统性能影响,应用最小控制综合控制器对偏差进一步修正,进而实现系统的高精度位置控制。通过MATLAB & AMESim联合仿真与半物理实验台对比实验说明仿真模型的正确性,在联合仿真环境下进行电液伺服作动器的变惯性负载和随机干扰力的仿真实验,仿真及实验结果表明：所提控制策略可使系统幅值超调小于10%,相位滞后小于10°,验证了此方法的有效性。     

基于神经网络的水下灵巧手阻抗控制

水下灵巧手抓取物体时,物体与指尖存在力控制问题,但是由于动力学模型、被抓取物体位置和刚度的不确定性,采用传统阻抗控制方法不具有鲁棒性.文中基于位置型阻抗控制方法,提出采用神经网络对手指动力学模型、物体刚度和物体位置误差进行补偿.对补偿策略进行了详细的推导,并通过仿真实验验证了该方法的补偿效果,结果表明基于神经网络的位置型阻抗控制器具有较强的鲁棒性.     

基于能量规划的崎岖地面四足机器人平面跳跃控制

针对四足机器人传统奔跑控制方法中存在的俯仰角波动以及崎岖地形适应问题,提出了一种基于Trot具有前后脚同时支撑步态的崎岖地形跳跃控制方法。建立了步态支撑相平面运动模型,并通过虚拟模型控制,实现了躯干平面运动控制解耦。对虚拟模型中躯干的运动过程进行了能量规划,计算出纵向虚拟位置刚度,实现了跳跃周期控制;通过水平方向虚拟力的比例控制实现了机器人水平运动速度控制;采用大位置误差增益的PD控制方法实现了躯干姿态控制,保证了跳跃过程中躯干俯仰角的稳定。在虚拟物理仿真环境中建立了四足机器人的平面虚拟样机,对控制方法进行了仿真实验以及在假设条件不满足情况下的鲁棒性测试,仿真实验结果表明了该方法对跳跃控制的有效性。     

基于环境参数估计的月季采摘柔顺抓取研究

为了降低抓持力控制偏差,从而避免机器人柔顺抓取系统在采摘过程中损伤月季花梗,在传统阻抗控制基础上引入环境参数估计实现柔顺抓持力控制。通过梯度下降法在线估计弯曲刚度并修正参考位置以降低抓持力稳态误差。在MATLAB/Simulink中进行抓取系统仿真。结果表明：所使用的改进阻抗控制算法相对于传统阻抗控制算法能有效减小稳态误差,11个不同刚度参数花梗的抓持力上升时间都在0.42 s以内、超调量在20%以内。最后,实验验证了系统能实现低稳态误差的抓持力控制,能满足月季采摘的要求。     

基于阻抗控制的机器人砂带打磨的建模与仿真

针对六自由度机器人砂带打磨作业,基于力跟踪阻抗控制方法建立了一种机器人砂带打磨样 机系统．首先,考虑实际打磨过程中砂带以及接触轮的弹性形变和刚度时变等特点,根据Ｈｅｒｔｚ弹 性接触理论建立了连续接触力模型．进而,分析砂带打磨过程的刚柔耦合关系,设计了一种具有自 适应补偿的力跟踪阻抗控制器,补偿接触时砂带的形变量．然后,依据砂带的材质特点,运用模态中 性文件法创建砂带柔性体,在此基础上,在Ａｄａｍｓ中建立机器人砂带打磨的虚拟样机．最后,利用 Ａｄａｍｓ和Ｍａｔｌａｂ搭建机器人砂带打磨联合仿真平台;仿真实验结果表明该样机能够较好的满足 对力控制的要求．