漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的自适应控制问题。为了克服空间机器人系统动量及动量矩守恒关系的引入,使得系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系,给控制系统设计带来的困难,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被表示为欠驱动形式。其优点在于,相应的控制系统状态方程保持了惯常的关于系统惯性参数的线性性质。以此为基础,并借助于增广变量法,通过恰当地虚拟扩展系统的控制输入与输出,成功地克服了漂浮基双臂空间机器人系统自适应控制方案设计的难点,针对双臂空间机器人两个末端抓手持有载荷参数均未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人两个末端抓手惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。通过系统数值仿真,证实了上述控制方法的有效性。     

具有外部扰动及不确定载荷参数双臂空间机器人的拟增广鲁棒与自适应混合控制

研究载体位置与姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的控制问题。为了保持系统控制方程关于惯性参数的线性性质,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被描述为欠驱动形式。对系统的动力学分析表明,基于增广变量法所得到的系统增广广义Jacobi矩阵亦可以表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。在此基础上,针对系统既存在有外部扰动且两机械臂末端爪手所持载荷参数又具有不确定性的复杂情况,设计了漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广鲁棒与自适应混合控制方案。与自适应控制方法相比,所提控制方案化大量积分运算为简单的加减乘除四则运算,因此大大减少了计算量,非常适用于机载计算机运算能力有限的空间机器人控制系统的实时、在线应用。仿真运算证实了方法的有效性。     

带滑移铰空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的带滑移铰空间机器人的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质。对系统的运动学分析表明,联系机械手末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系,亦可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人跟踪惯性空间期望运动轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,提到的控制方案具有不需要测量、反馈空间机器人载体位置及移动的速度、加速度的优点;此外,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解机载计算机运算能力有限的矛盾。仿真运算,证实了方法的有效性。     

基于标称计算力矩控制器的双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基双臂空间机器人系统完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系。以此为基础,针对双臂空间机器人两个末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案;即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统参数未知对标称计算力矩控制器控制精度的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。该文提出的控制方案能够有效地克服系统未知参数的影响,控制漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手协调地完成惯性空间的期望轨迹运动,并具有不需要测量和反馈双臂空间机器人载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点。通过系统数值仿真证实了方法的有效性。     

漂浮基柔性空间机械臂关节运动的拟增广自适应控制及柔性振动实时主动抑制

讨论了载体位置、姿态均不受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂系统关节运动的拟增广自适应控制和柔性振动实时主动抑制问题。此类机器人系统的特点在于:结合系统动量及动量矩守恒关系得到的完全能控形式的系统动力学方程,关于系统惯性参数不符合惯常的线性函数关系,因此地面机器人的控制方法在此难以直接推广应用。为了克服上述难点,我们仅将系统动量守恒关系耦合到系统动力学方程当中,而不耦合系统动量矩守恒关系,结果得到一组欠驱动形式的系统动力学方程。其优点在于,系统动力学方程关于一组组合惯性参数保持惯常的线性函数关系。以此为基础,设计了具有未知参数柔性空间机械臂关节轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。并根据柔性子系统的动力学特性,设计了一个基于反馈的自适应控制方案来对柔性杆的振动进行快速实时的抑制。所提出的控制方案还具有不需要测量、反馈载体位置、移动速度和移动加速度的显著优点。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

双臂空间机器人协调运动的模糊基函数网络控制

该文研究了在本体位置不受控、姿态受控的情况下,漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间协调运动的轨迹跟踪问题。针对存在外部扰动和未知系统惯性参数的情况,设计了一种基于模糊基函数网络的自适应调节控制方案。用模糊基函数网络对双臂空间机器人系统建模,利用鲁棒技术处理建模误差和外部扰动在内的不确定性。所提控制方案的特点是:不需要动力学方程中的惯性参数符合线性规律,也无需预知系统的惯性参数;同时可以利用学习规则在线自适应调节模糊基函数网络的所有权值和参数,因此控制方案是灵活的。该文稳定性分析证明了控制方案的全局稳定性和良好的轨迹跟踪性能。仿真算例表明了该方案能有效地控制双臂空间机器人的本体姿态和末端爪手协调地跟踪期望的运动轨迹。     

时间延迟下双臂空间机器人工作空间轨迹跟踪的改进控制方法

研究了载体姿态受控、位置不受控制情况下, 具有时间延迟的漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手工作空间协调运动的动力学建模与控制问题。利用系统动量守恒关系及Lagrange方法, 建立了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学模型及运动Jacobi 关系。以此为基础, 考虑到系统存在时间延迟的复杂情况, 利用Taylor级数展开, 导出了适用于时间延迟情况下控制系统设计的数学模型。利用该模型, 提出了一种双臂空间机器人在时间延迟情况下的改进计算力矩控制方案。而后, 运用Lyapunov 第二类方法, 结合图形分析以及范数的方法证明了该控制系统的稳定性。数值仿真结果证实了该控制方案在系统存在时间延迟的情况下, 仍然可以有效地控制双臂空间机器人, 稳定地追踪工作空间的期望轨迹。     

漂浮基闭链空间机械臂抓持载荷基于神经网络的反演自适应控制

讨论漂浮基闭链空间机械臂抓持系统目标载荷的位置、力混合协调控制问题。结合系统动量、动量矩守恒关系及闭合运动链几何约束关系,利用多刚体动力学建模方法建立了漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统的合成动力学方程。针对参数不确定和外部干扰的情况,提出一种基于反演神经网络的位置、力自适应协调控制方案,从而达到对抓持负载位置与所受内力的双重控制效果。此控制方案无需要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系;同时,它可保证系统渐近稳定性。数值仿真结果证实了该控制方案可有效地消除参数不确定对系统的影响。     

带滑移铰空间机械臂协调运动的复合自适应控制

讨论了载体位置不受控制的带滑移铰空间机械臂载体姿态与末端抓手协调运动的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的系统运动学、动力学分析表明,系统协调运动的广义Jacobi矩阵及系统的动力学方程可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,对于系统中存在未知惯性参数的情况,设计了载体姿态与末端抓手惯性空间期望轨迹协调运动的自适应控制方案。仿真运算证实了方法的有效性。     

基于柔性补偿的带柔性铰空间机器人鲁棒控制

研究了载体位姿均不受控制的漂浮基带柔性铰空间机器人工作空间轨迹跟踪的鲁棒控制问题。利用系统动量、动量矩守恒关系及拉格朗日方法,导出了系统的动力学方程。考虑到空间机器人各关节铰往往具有较强的柔性,引入了一种关节柔性补偿控制器,以较好地补偿关节柔性对系统控制精度所带来的影响。之后结合奇异摄动技术,针对系统惯性参数存在不确定的复杂情况,提出了一种空间机器人工作空间期望运动轨迹跟踪的鲁棒控制方案。通过对一个平面带柔性铰空间机器人系统的数值仿真运算,证实了上述方法的有效性。     

输入力矩受限情况下漂浮基空间机械臂的鲁棒自适应混合控制

讨论了在空间机械臂关节控制输入力矩幅值受限且系统存在不确定参数的复杂情况下,载体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机械臂系统的智能控制问题。结合系统动量守恒关系进行系统运动学、动力学分析,并借助增广变量法,将获得的系统动力学方程表示为一组适当选择的(组合)惯性参数的线性函数。以此为基础,针对关节控制输入力矩受限且空间机械臂末端爪手所持载荷的参数不确定的情况,设计了一种鲁棒自适应混合控制方法。所提出的控制方法通过运用连续可导递增函数,有效地限制了关节控制输入力矩的幅值;且通过对不确定的系统参数进行鲁棒自适应调节,有效地克服了不确定性对控制精度的影响;更重要的是,无论不确定参数的估计值是否超出给定的误差范围,提出的控制方法都能保证系统的稳定,体现了控制系统的强鲁棒性。仿真运算结果证实了该方法的有效性。     

自由飞行空间机器人地面实验平台系统规划器

为了研究自由飞行机器人的运动学和动力学特性,开发了可以在地面上模拟空间微重力环境并能自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器地面实验平台仿真系统。介绍了整个系统的组成,讨论了系统所采用的规划器,主要介绍了规划器采用的控制策略和规划算法,最后用计算机仿真验证了规划器的正确性。     

双臂机器人协作空间的解算

双臂机器人能极大的拓展机器人的活动能力,在空间科学领域中得到了越来越多的应用.双臂机器人工作空间的形状边界的精确计算在它的优化设计和应用中非常重要.本文针对一种双臂空间机器人的二维地面实验系统,给出了双臂的运动学模型.依据从关节空间到工作空间的运动学映射,采用蒙特卡洛方法分别建立每只操作臂的工作空间.在此基础上针对机器人双臂工作空间的公共区域即协作空间,采用计算机图形学理论中的射线相交方法加以分析计算,得到了协作空间的几何形状.     

码垛机器人的工作空间分析

目的分析在机器人设计和托盘码垛布局规划过程中码垛机器人的工作空间。方法用D-H法则建立运动学方程,根据运动学方程对四轴型的码垛机器人进行分析,最后利用矩阵变换法建立码垛机器人位姿变化关系,求解运动学的正逆解,并用Matlab软件的图形用户界面(GUI)对求解结果进行仿真。结果得到了机器人的可达工作空间图,工作空间在x-y平面投影图和工作空间在x-z上的平面投影图。结论通过分析Matlab软件的仿真结果,可以直观地得到该码垛机器人的工作空间。     

一种重载码垛机器人结构优化设计方法

码垛机器人常用于焊接、喷涂、上下料、装配和码垛等工艺,可以提高劳动生产率和保证产品质量。针对现有的重载码垛机器人,使用D-H法构建其运动学方程并利用MATLAB解算其工作空间。联合使用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和ANSYS Workbench,分别对重载码垛机器人零部件和整机进行瞬态动力学仿真,得到机器人各零部件所受的应力、应变以及机器人末端变形量等,并将其与试验数据对比,以验证仿真方法的可靠性和准确性。结合响应面法和拓扑法对重载码垛机器人结构进行联合优化,获得其结构的轻量化设计方法。研究表明该方法适用于各类关节型机器人的轻量化设计,可进一步降低机器人的材料、电机和减速器的成本。     

三平动并联机构动力学建模与工作空间分析

目的 以可以实现空间三维平动的3-UPU并联机构为研究对象, 对其进行运动学建模、 动力学建模以及工作空间和动力学仿真。方法 通过几何法建立机构的运动学模型, 同时使用拉格朗日方法建立3-UPU并联机构的动力学模型, 最后采用优化后的极限边界搜索法, 建立并分析并联机器人的工作空间, 求解工作空间的面积。在工作空间和速度与加速度的约束下, 采用五次样条曲线进行轨迹规划, 利用Matlab进行逆运动学与逆动力学建模与仿真。结果 通过对动力学建模仿真与工作空间的分析可知,该机构有较大和对称的工作空间, 同时拥有相对简单的动力学方程和较好的动力学性能。结论 3-UPU并联机构在工业自动化柔性包装、 搬运与加工装配中, 有广泛的应用前景。