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。     

混联支路并联机器人动力学建模方法

混联支路并联机器人具有独立运动输出、高刚度、控制解耦等优点,但支路中闭环结构的存在也增加了运动学分析和动力学分析的难度.基于此,通过将支链与动平台完全断开以及将混联支路完全退化为串联支路或树状支路,提出基于虚功原理和等价树状结构的混联支路并联机器人动力学建模方法,推导出封闭形式的混联支路并联机器人逆动力学和正动力学模型,动力学模型的维数等于机器人的自由度数.利用最小惯性参数和递推牛顿-欧拉法可以减少支路逆动力学模型的计算时间,应用该方法对两种混联支路并联机器人(2-P(Pa)R-1-PUU和3-PU*)进行运动学分析和动力学分析,该方法适用于各类混联支路并联机器人,可以指导混联支路并联机器人的结构参数设计和驱动器选配,并可用于机器人的实时动力学控制.     

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.     

三平移并联机器人的结构优化设计与运动学多目标分析

三平移并联机器人内置传感器偏离并联中心,实际反馈机器人姿态信息不及时,导致分析得到的机器人运动姿态外倾角较小,针对该问题,优化设计三平移并联机器人的结构并构建运动学多目标分析过程。重构三平移并联机器人传动支路,调节传感器放置位置,设定机器人仿真参数,简化处理为运动指标,构建结构动力学方程,几何描述三平移并联机器人运动姿态,形成多目标分析算法。搭建机器人实验平台,应用基于时空差异的运动学多目标分析方法、基于柔性动力学的多目标分析方法与所设计的多目标分析方法进行实验,结果可知:所设计的运动学多目标分析方法得到的机器人运动姿态外倾角最大,且符合机器人的运动实际。     

3-RRS并联机器人的动力学分析

基于Lagrange方程导出了3-RRS并联机器人的动力学模型,分析了该并联机器人的动力学特性。通过实例讨论了3RRS并联机器人的等效转动惯量、驱动力／力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大。     

新型三平移并联机器人动力学优化仿真研究

用ADAMS2007建立了一种新型3RRC型并联机器人机构的参数化运动模型，并对该并联机器人机构进行了初步的位置、运动学、动力学分析，获得了有关运动学及动力学特性曲线，还通过Madab软件计算、分析、比较，验证了用ADAMS软件进行动力学仿真分析的可靠性，最后对该模型进行了动力学优化设计，为新型三平移并联机器人机构的应用打下基础。     

平面2自由度并联机器人的解耦控制和仿真分析

以平面2自由度并联机器人为研究对象,推导其运动学模型,在运动学模型的基础上结合欧拉-拉格朗日动力学方程推导其动力学模型,根据得到的动力学模型引入计算力矩解耦控制方法,并证明该方法在理想估计与非理想估计下,对应的李雅普诺夫函数是全局渐进稳定的,从而得到解耦控制率方程,根据控制率方程和机器人的实际结构参数搭建Simulink仿真模型,进行运动控制仿真,仿真方法有:基于传统PD控制器的计算力矩解耦控制仿真方法和基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制仿真方法,仿真输出机器人跟踪给定运动轨迹的效果图和误差图。仿真结果表明,无论是在理想或非理想状态下,计算力矩解耦控制方法确实可以使控制系统趋于稳定,且跟踪误差小,通过比较可知,基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制方法的效果更佳。     

一种两自由度并联机构位置分析与仿真

依据中医推拿中常用的滚法、按法、揉法、振法等手法的运动学及动力学特征,得出完成各推拿手法的运动输出矩阵和施力方向.采用串联机械臂与并联机构结合的方式实现推拿手法中五种运动.其中依据并联机器人型综合理论,以单开链支路为单元,提出了一种能实现空间一平移和一转动的两自由度并联机构.该机构由两条主动支链为P⊥R//R,两条辅助支链为P⊥R组成.对该并联机构进行了结构和位置分析,求出其运动学正反解的解释解.借助ADAMS软件进行动态仿真,检验了理论推导的正确性.采用串联式机械臂和并联机构结合的方式,不仅能完成中医推拿的五种手法,而且结构简单、位置分析求解容易,为机器人的控制提供理论依据.     

三自由度并联机器人动力学及仿真

利用雅可比矩阵建立了一种三自由度并联机器人(3-RSR)动平台的外力、外力矩、惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系,在合理的假设基础上,运用牛顿欧拉动力学方程得到了动力学数学模型.并且基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件对三自由度并联机器人进行动力学仿真.结果表明,用动力学模型计算的驱动力矩值和仿真结果一致,动力学模型精度较高,将其作为驱动力矩控制设计的基础是可行的.     

新型两平移一转动并联机器人机构精度分析与仿真

通过对一种新型两平移一转动并联机器人机构的分析,求出其运动学位置正解,利用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型。通过计算机仿真,分析了主动副的移动误差、结构参数误差和位姿变化对机器人机构精度的影响。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供理论依据。     

Method for analyzing articulated torques of heavy-duty six-legged robot

The accuracy of an articulated torque analysis influences the comprehensive performances of heavy-duty multi-legged robots. Currently, the extremal estimation method and some complex methods are employed to calculate the articulated torques, which results in a large safety margin or a large number of calculations. To quickly obtain accurate articulated torques, an analysis method for the articulated torque is presented for an electrically driven heavy-duty six-legged robot. First, the rearmost leg that experiences the maximum normal contact force is confirmed when the robot transits a slope. Based on the ant-type and crab-type tripod gaits, the formulas of classical mechanics and MATLAB software are employed to theoretically analyze the relevant static torques of the joints. With the changes in the joint angles for the abductor joint, hip joint, and knee joint, variable tendency charts and extreme curves are obtained for the static articulated torques. Meanwhile, the maximum static articulated torques and the corresponding poses of the robot are also obtained. According to the poses of the robot under the maximum static articulated torques, ADAMS software is used to carry out a static simulation analysis. Based on the relevant simulation curves of the articulated torques, the maximum static articulated torques are acquired. A comparative analysis of the maximum static articulated torques shows that the theoretical calculation values are higher than the static simulation values, and the maximum error value is approximately 10%. The proposed method lays a foundation for quickly determining accurate articulated torques to develop heavy-duty six-legged robots.     

Set-point control of elastic joint robots using only position measurements

Motivated by the dynamic output feedback passification results, point-to-point control laws for an elastic joint robot are presented when only the position measurements are available. The proposed method makes a parallel connection of the robot system and an input-dimensional linear system which obtains the effect of the desired differentiators. It is shown that the closed-loop nonlinear robot system can be rendered output strictly passive and the regulation of the system is achieved in the end. Robustness analysis is also given with regard to uncertainties on the robot parameters. Performance of the proposed control law is illustrated in the simulation studies of a manipulator with three revolute elastic joints.     

欠驱动弹跳机器人最优运动姿态的驱动器配置

研究了具有一个被动关节的三关节单腿欠驱动弹跳机器人的轨迹规划问题。首先建立欠驱动机器人在着地阶段的动力学模型;然后采用数值迭代的方法,以主动关节驱动力矩最小为优化目标,得出了机器人各关节转角的运动规律;最后通过仿真得到三种驱动器配置情况下机器人的关节转角运动规律、姿态图以及驱动力矩,并对其进行了分析比较。结果表明：所提出的运动规划方法是可行的,采用髋关节和踝关节驱动是三种驱动器配置中最合理的情况。     

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下,借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。     

轮式移动仿人机器人的动力学建模与分析

利用高效迭代牛顿-欧拉方法对一个21自由度的轮式移动仿人机器人进行了整体动力学建模,该模型虽然维数较高,但消除了分块建模中需要对模块之间相互作用力进行建模的难点问题,并且由于机器人双臂的对称结构,当合理规划双臂运动时,动力学模型将得到部分简化。本文还对某关节运动时在各个关节所产生的力或力矩进行了仿真分析。解析及仿真结果表明,合理规划上臂各关节的协调运动,将极大地削弱车体及腰部各关节所受的力或力矩扰动,为基于动力学的机器人运动控制以及稳定性分析提供理论依据。     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

平面2自由度并联机器人的动力学设计

通过对平面二自由度并联机器人动力学的研究和系统存在耦合原因的分析,得出了机构设计的五点措施。采用这些措施对提高平面二自由度并联机构系统的动态特性、易控性,以及增强系统运行的稳定性和精度等都具有重要的作用。最后,通过两个算例验证了这些措施的可行性和效果,经过参数调整后的系统大大降低了驱动力矩和能耗。     

Posture optimization for a humanoid robot using a simple genetic algorithm

This study proposes a method of real-time posture optimization of humanoid robots using a genetic algorithm and neural network. Here, the motion of a humanoid robot pushing an object is considered. When the robot starts pushing the object, the palms of its hands and the soles of its feet are assumed to be fixed on the object and on the ground, respectively, and they sense the reaction force from those surfaces. The reaction force results in changes of torques in the joints. This study determines an optimized posture using a genetic algorithm such that either the torques are evenly distributed over all joints or the torque of the weakest joint is rapidly reduced. Several different optimized postures are then generated by varying the reaction forces at the palms and the soles. The data is used as training patterns for a multilayer perceptron neural network with a back-propagation learning algorithm. Using the trained neural network, the humanoid robot can find the optimal posture for different reaction forces in real time. Several simulations were conducted to confirm the effectiveness of the proposed method. The simulation results showed that the proposed method can be used for real-time posture optimization of humanoid robots.     

积分切换面自适应滑模控制及其在并联机器人中的应用

针对交流伺服电机作为驱动装置的2-DOF并联机器人,设计出一种带有积分切换面的自适应滑模控制器。首先,带有积分运算切换面的变结构控制器使系统具有对未知参数变化和外部干扰不敏感的特性。其次,通过设计一种自适应律,实现对系统不确定量的在线辨识估计,以辨识结果实时调整控制器参数,以削弱系统抖动,提高了控制系统的实用性。仿真结果表明所设计控制器抗干扰能力强,能较好地实现2-DOF并联机器人各支路的运动控制,具有较好的稳定性和鲁棒性能。