并联机器人动态滑模轨迹跟踪控制研究

并联机器人是机器人研究与应用的重要部分,它具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等一系列优点,但它本身高度的非线性和强耦合}生,使对其精确控制极为困难.针对以交流伺服电机驱动的六自由度并联机器人机构,分析了其运动学逆解,进行了轨迹规划,设计了动态滑模变结构控制算法,建立了机器人支路的仿真模型,完成了对支路的期望运动轨迹的跟踪.仿真结果表明该算法系统抗干扰能力强,具有快速有效跟踪期望轨迹的优良性能.     

步进电机驱动的并联机器人模糊控制

步进电机具有体积小、转矩大、转速范围宽等优点.并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小等特点.针对一种以步进电机驱动的并联机器人初构,分析了其运动学正解和反解,在其工作空间中进行了轨迹规划,并建立了控制系统模型,设计了模糊控制算法,完成了对支路期望运动轨迹的跟踪,实现了对该并联机器人的高精度实时控制.     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

基于Matlab与Labview的柔索并联机器人监控系统联合仿真

针对柔索并联机器人的结构特点,搭建了该机器人监控系统的总体框架。考虑到柔索并联机器人系统具有非线性强、外界干扰等特性,提出带有模糊补偿的自适应控制算法。进一步,通过Matlab与LabVIEW混合编程对柔索并联机器人进行了运动轨迹跟踪的联合仿真、监控界面的设计及网络发布。联合仿真结果表明,柔索并联机器人监控系统具有良好的轨迹跟踪性能,且监控人机界面友好,仿真效果较为直观明显。     

基于交流伺服电机驱动的并联机器人动态滑模控制

并联机器人具有刚度大、承载能力强、误差小等特点,针对以交流伺服电机驱动的并联机器人机构--GPM-200并联机构,建立了控制系统模型,并在其工作空间中进行了轨迹规划,而后设计了一种动态滑模控制算法,在Matlab/Simulink上进行了仿真实验,结果表明:该算法鲁棒性好,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能,实现了对该并联机器人的高精度实时控制.     

混合驱动柔索并联机器人自适应迭代学习控制

以一种兼容混合驱动机构与柔索并联机构特点的新型混合驱动柔索并联机器人为研究对象,对其动力学建模及轨迹跟踪控制进行了研究;应用Lagrange方法建立了混合驱动柔索并联机器人系统的动力学模型;针对具有非线性、时变特性以及带有可重复时变干扰的混合驱动柔索并联机器人动态系统模型,设计了一种控制增益随迭代次数变化的自适应迭代学习控制策略,并采用Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性;数值仿真结果表明,在该控制器的作用下,混合驱动柔索并联机器人控制系统能够完成高精度跟踪期望轨迹,进一步验证了所建系统动态模型的正确性及控制策略的有效性。     

基于并联机构的螺旋焊缝跟踪系统的研究

提出了管壁为17.5 mm管线的焊缝超声自动探伤工艺,分析了螺旋焊缝的轨迹跟踪系统的组成。针对螺旋焊缝的非线性及不确定性,采用了多自由度的并联机器人机构,根据运动平台要求,进行运动学逆解分析,形成3条并行支路的闭环控制环节,从而实现平台的联动控制。针对支路的闭环控制要求,设计了一种新型分段式模糊控制算法,在普通模糊控制的基础上,结合了比例控制及PI控制,实现了双模分段控制方式。仿真结果显示,该算法具有响应速度快、抗干扰能力强,超调量小、无静差等优点,在线跟踪效果良好;3条支路对规划轨迹的跟踪具有较好的鲁棒性。现场试验结果,检测机构能平滑跟踪焊缝,探头耦合良好,超声扫描波形窜动平缓,检测效率高于国家标准值,具有较高的工程应用价值。     

刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

用于物料搬运和装配的合作机器人建模及仿真

根据合作机器人(Cobot)的特点,建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构模型,并对其进行了仿真分析,在此基础上建立了 Cobot 轨迹的控制模型.对 Cobot 跟踪期望轨迹进行了仿真研究.仿真结果表明,Cobot 能够跟踪期望轨迹,具有被动的约束特性,能够实现与人合作.研究的这种 Cobot 模型可以应用在物料搬运和零件的装配等需要人机合作的场合.     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

3-RRRT并联机器人轨迹跟踪控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型。设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真。仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制。     

基于计算力矩法的3-RRRT并联机器人控制研究

为了实现3-RRRT并联机器人的轨迹跟踪控制,在运动学分析的基础上,应用拉格朗日方程建立了3-RRRT并联机器人的动力学模型.设计了基于计算力矩算法的控制律,并利用Matlab软件进行了控制器仿真.仿真表明计算力矩控制可以使3-RRRT并联机器人实现全局稳定的动态轨迹控制.     

柔性机器人轨迹跟踪的逆动力学分析

基于绝对坐标,以期望轨迹而不是名义刚性位置作为机器人末端点的边界条件,建立了具有柔性关节和柔性杆的机器人的逆动力学模型,此方法可使柔性机器人非常准确地跟踪期望轨迹。最后,提出了求解此类非线性方程的数值算法。通过对３Ｒ机器人进行仿真,表明本方法优于通常的方法。     

基于双超越离合器的合作机器人建模及仿真

根据合作机器人(Collaborative robot,Cobot)与人合作的特点,建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构模型和控制模型,并对其特性进行了仿真分析。在此基础上建立了Cobot轨迹控制的模型和仿真模型,对 Cobot跟踪期望轨迹进行了仿真研究。仿真结果表明,Cobot能够跟踪期望轨迹,具有被动的约束特性,能够实现与人合作。这种Cobot可以应用在物料搬运和零件的装配等需要人机合作的场合。     

基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

并联机器人轨迹跟踪离散变结构鲁棒控制器设计

本文根据并联机器人支撑杆教学模型参数摄动较大和时变的特点,设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的离散滑模变结构鲁棒控制器,通过引入变速趋近律,控制系统响应速度快,对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性,仿真研究结果表明,本文的控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪,同时可削弱或避免通常变结构控制中不可避免的抖振。     

柔顺并联机器人动力学及轨迹跟踪

以含有开槽型柔顺关节的并联机器人为研究对象,对其动力学及轨迹跟踪问题进行研究。根据柔顺关节特性,建立系统分析模型,应用拉格朗日方法建立系统动力学方程。为补偿系统具有的不确定性,分别设计趋近律上界滑模控制策略和径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络趋近律滑模控制策略,基于Lyapunov理论证明了系统的全局稳定性。应用S型速度规划曲线,分别给出直线轨迹和圆轨迹的运动规划算法。仿真结果表明,系统模型及控制策略能够有效实现柔顺关节并联机器人的轨迹跟踪。     

新型三平移并联机器人主动副等效干扰力矩分析

新型三平移并联机器人具有较高的实用价值。基于其位置分析及动力学分析，求解了该机器人动平台在各种平移运动时各支路主动副主要等效干扰力矩，并通过Matlab仿真，给出了分析结果。仿真表明，其主要等效干扰力矩的计算量远远小于直接采用动力学方程关系的计算量，因此可用于各支路主动关节的实时控制。克服了各支路分别单独控制时一般难以预先考虑其他支路干扰作用的缺陷，从而为实现该并联机器人的高精度实时控制奠定了基础。     

轮式移动机器人轨迹跟踪控制研究

根据轮式移动机器人具有非完整约束特点,基于其运动学模型对机器人的轨迹跟踪控制问题进行了研究。采用Lyapunov函数直接法的思想设计机器人轨迹跟踪控制算法,并且直观地分析了系统的全局渐进稳定性.最后应用到MATLAB中对圆轨迹、螺旋线轨迹进行跟踪仿真试验,仿真结果表明位姿误差在2 s时刻趋近于零,轨迹跟踪效果良好,系统具有很好的全局渐进稳定性。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。