柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的建模及控制

研究了柔性两轮直立式自平衡仿人机器人的动力学建模问题．运用拉格朗日方法和动力学原理建立了柔性两轮自平衡仿人机器人的动力学模型．使用弹簧模仿人的腰椎,并考虑了机器人的柔性腰椎弯曲;这是与以前机器人的不同之处．对得到的动力学模型进行了线性化处理,并建立其状态空间方程;由此建立的动力学模型结构简单,易于对机器人进行有效控制．仿真实验验证了系统的稳定性,对其实验结果进行的详细分析验证了系统建模和LQR控制器设计的合理性和有效性．     

基于无源性理论的柔性关节控制器设计

为了提高柔性关节机器人的轨迹跟踪精度和抖动抑制能力,设计了一种基于无源性理论的柔性关节控制器.通过Simulink仿真验证和简化了该控制器,使其更加适合于多自由度机器人的控制.用于实验的7自由度机器人采用DSP+FPGA结构,数字信号处理器(DSP)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)分别实现非线性部分和线性部分计算,避免了由于自由度的增加引起的关节控制器性能变化.实验结果表明,与传统的PD控制相比,基于无源性理论的柔性关节控制器具有力矩波动小以及抖动抑制快、稳态精度高等优点.     

基于Hopfield 网络的柔性两轮自平衡机器人控制

用弹簧模仿人的腰椎,采用LQR 成功实现了机器人实物控制．针对柔性两轮自平衡机器人的姿态控 制,提出了一种基于联想学习的离散Hopfield 网络实现方法,以生物学习控制方式实现柔性两轮自平衡机器人在姿 态控制上的自适应、自组织能力．针对非线性、强耦合的柔性机器人系统,首先定义了合理的能量变化函数,并运用 柔性机器人动力学方程设计了满足该动态过程的Hopfield 网络控制器,然后分析了该控制器的收敛性．仿真实验表 明了该方法的有效性和系统的稳定性．对实验结果进行详细分析,表明了系统姿态控制器设计的合理性和有效性．     

一种独轮车机器人俯仰平衡运动的控制与实现

针对一台3驱动独轮车机器人系统,对其运动学和动力学特性进行了分析,给出了一种可实现其前后俯仰平衡运动的控制策略;通过对独轮车俯仰运动分析,建立了独轮车俯仰平衡运动的简化力学模型;采用部分反馈线性化的控制方法对车体俯仰角进行了线性化处理,以车体俯仰角和行走轮转角为输出设计了控制器;最后,通过数值仿真实验和物理样机实验验证了力学模型的可靠性和所设计的控制器的有效性。     

NPC三电平光伏并网逆变器

设计了一种20kW NPC型三电平光伏并网逆变器,采用无升压变压器型设计,Boost部分采用交错并联结构,逆变部分采用NPC三电平结构,控制系统硬件平台采用DSP+FPGA结构,并对系统层参数进行了详细设计和仿真.针对NPC拓扑结构中的中点电压平衡问题,提出了在Boost电路中改变上下电容的充放电时间调节中点电压,与基于母线电容中点电荷的中点电位平衡控制算法,并进行了实验验证.逆变器控制采用电网电压定向矢量控制,并通过实验验证了装置的可靠性.     

柔性仿生爬壁机器人控制系统研究

通过对壁虎运动机理以及柔性脚掌结构的理论分析和实验研究,文中提出一种新型柔性仿壁虎爬壁机器人的控制方法,该控制系统采用以MCU为核心控制器的分布式系统,依据精确的步态规划实现了机器人的稳定爬行,在实验环境下通过实物样机验证了该方法的可行性和有效性.     

双轮自平衡机器人行走伺服控制算法

为解决双轮自平衡机器人行走伺服控制问题,针对其动力学特性,提出使用分层模糊控制的方法对双轮自平衡机器人运动进行控制,并且设计一种基于mamdani型模糊推理规则的模糊控制器.使用这种模糊控制器在双轮自平衡机器人硬件平台上完成了2个实验.一是以恒定倾斜角行走为控制目标的行走伺服控制;二是以恒定速率行走为控制目标的行走伺服控制.实验结果表明,设计的模糊控制器模糊规则简洁,可以很好地解决双轮自平衡机器人行走伺服控制问题.     

自平衡两轮机器人的参数自整定模糊控制

为解决具有强耦合、非线性和不确定性等特点的自平衡两轮机器人的平衡控制问题,提出一种参数自整定模糊控制器.该控制器通过比较系统响应与给定的差别来对控制参数进行自整定,降低了控制器设计过程中对设计者经验的要求.该控制器采用零阶Takagi Sugeno模型,易于在嵌入式系统中实现.搭建了自平衡两轮机器人硬件本体,建立了相应的数学模型,并给出仿真与实验结果,验证了该控制器的有效性.     

基于非线性PID的柔性两轮机器人运动控制

柔性两轮机器人是一种不稳定、非线性、强耦合系统。该系统的突出特点是在机器人的腰部装有柔性的机体结构,能够更好地模拟人和动物的生物动力学特性,具有更好的仿生性质,同时,系统的控制难度显著增大,为使机器人能够平衡直立运动,且具有较强的鲁棒性,提出了非线性PD的姿态平衡控制方法,实现了机器人的姿态平衡,并同时设计了PID航向差动控制结构驱动左右轮电机,使机器人能够完成直线行进、自旋、环绕等多种运动平衡模式。实验结果表明,机器人具有优良的平衡能力和机动性能,从而验证了方法的有效性。     

两轮自平衡小车控制研究

两轮自平衡小车是移动机器人研究中的一个重要领域,本文针对该系统的平衡控制问题,采用了最优控制方案,仿真实验结合实际系统实验均实现了其对平衡控制和运动轨迹控制,验证了控制效果.     

自平衡两轮移动机器人的LQR控制策略研究

采用dsPIC30F4011作为主控芯片,利用自制倾角传感器、陀螺仪和自制的电机编码器作为系统的传感器,设计了价格低廉的自平衡两轮移动机器人,很适合作为各种控制方法的研究平台。根据机器人的系统参数和运动状态,设计了电机模型、车轮模型及车身前进模型,构建了系统的动力学模型,得到了机器人平衡前进时的状态空间表达式,设计了LQR最优控制器,并进行了MATLAB仿真,得到了预期的平衡效果,验证了系统具有良好的鲁棒性,同时表明硬件设计和系统建模的合理有效性。     

微小气动机器人系统的模糊自适应PID控制

基于尺蠖的移动机理,研制了一种具有柔性移动机构的微小气动机器人内窥镜诊疗系统。描述了微机器人系统的本体结构和运动机理,并通过分析机器人系统的驱动力学特性和机器人的移动控制特性,给出了基于模糊自适应PID的气压-位置伺服控制方法,计算机仿真实验结果表明基于模糊自适应PID算法可实现机器人系统的有效控制。     

虚拟传感器的建模与实现

本文根据真实力触觉传感器的原理,研究并构造了 虚拟目标锁定跟踪显示器、虚拟距离传感器,用于在虚拟环境中从事基于传感信息的机器人 柔性操作、精密装配操作等的研究.     

基于中枢模式发生器的仿生机器狗步态控制的应用研究

由于人工规划产生的步态是比较僵硬的、缓慢的,缺乏灵活的自组织能力,与真正的动物步态存在很大差别;文章提出了机器狗生物步态的概念;以生物的中枢模式发生器CPG模型为核心建立仿生四足机器狗运动控制系统;根据哺乳动物的肢体运动关系,建立机器狗膝髋关节运动关系方程,并设计系统软硬件;设计的控制器能够有效地克服机器狗关节轨迹跟踪控制中耦合、力矩非线性等因素的影响,且具有自适应能力;通过仿真验证了应用于机器狗的生物CPG控制机理的控制方法是有效的。     

Adaptive parameter optimization approach for robotic grinding of weld seam based on laser vision sensor

Automatic robot grinding technology has been widely applied in the modern manufacturing industry. A flexible abrasive belt wheel used to grind the weld can avoid burns on the base material and improve the processing efficiency. However, when the robot grinds a weld seam, the material removal depth does not coincide with the feed depth because of the soft contact and uneven weld height, affecting the weld seam surface uniformity. Given these problems, an adaptive parameter optimization approach for the robotic grinding of a weld seam was proposed based on a laser vision sensor and a material removal model. First, the depth of weld seam removal was obtained by a laser vision sensor based on triangulation in real-time. Then, a macroscopic material removal model considering flexible deformation was established to determine the relationship between the weld height and process parameters, and the model coefficient was experimentally fitted to ensure the accuracy and reliability of the model. In addition, the data of real-time interaction structure between the robot controller and grinding system were obtained and used to unsure that the rotational speed of the belt wheel increased in the convex part and decreased in the concave part, in order to obtain a uniform weld seam surface. Comparative experiments were performed to verify the effectiveness and superiority of the method, and experiments on the surface roughness and weld seam surface height difference were conducted to verify the universality of the method. Experimental results show that the residual height of the weld after grinding can be controlled within 0.2mm, and the maximum removal height difference can be controlled within 0.05mm. The surface roughness Ra of the weld after grinding could reach 0.408 µm.     

柔性双轮平衡机器人的动力学建模与分析

提出了一种柔性双轮平衡机器人,其机身具有以一段弹簧作为弹性阻尼的被动俯仰旋转关节．运用拉 格朗日方法建立了此机器人在平面运动的动力学模型．基于此模型,首先证明了柔性双轮平衡机器人在直立平衡点 不稳定和局部可控．其次,分析了关节刚度对线性二次型最优姿态平衡控制系统的影响．结果显示,关节刚度减小 在理论上能够加强系统的鲁棒性,却使得控制系统动态性能下降．本文提出的模型及相关分析为柔性双轮平衡机器 人的设计和控制提供了一定理论依据．     

虚拟触觉传感器的仿真模型研究

本文根据真实触觉传感器的原理,对虚拟触觉传感器的仿真模型进行了研究,以便 在机器人手抓拾取操作中揭示与材料特性相关的触觉信息瞬态特性,进而为在虚拟环境中从 事基于传感信息的机器人柔性操作、精密装配操作等提供良好的研究平台．     

Kinematics of an infinitely flexible robot arm

This article describes a research effort to develop a command and control algorithm for a proposed flexible robot arm. This robot arm, unlike previous arms, is assumed to be extremely flexible, possessing a large number of degrees of freedom and functioning as a “tentacle.” Algorithms for commanding smooth motion of this arm in the presence of obstacles are developed, including both forward and inverse kinematics. The approach is based on the use of Catmull-Rom splines and local radius of curvature commands to discrete actuators along the arm's length. Several example trajectories are presented and explained. According to the proposed method, a spline curve algorithm is successfully applied for the configuration of the flexible robot and the accuracy and the collision avoidability of the flexible arm are verified through simulation.     

Robust control of 3-DOF parallel robot driven by PMAs based on nominal stiffness model

This paper deals with an efficient implementation of robust controller on 3-DOF parallel robot driven by pneumatic muscle actuators (PMAs). PMA is a new flexible pneumatic actuator with relatively complex mathematical model. For the purpose of controlling robot, a new method to establish mathematical model of PMA is proposed. Based on analysis of stiffness characteristics of PMA, the concept of nominal stiffness coefficient is put forward and applied to establishment of mathematical model of PMA. According to 3-DOF robotic decoupling property, two rotational freedom of X, Y-axis are controlled by robust controller. Based on the dynamics, trajectory tracking control in simulation performs well under the circumstances of different interference via robust controller. Experimental results show that robust controller has satisfactory tracking performance and the characteristic of high real time. Its maximum tracking errors around X–Y axis are not more than 0.4°. Due to its less interference in motion around Z-axis, controlling Z-axis also has good tracking performance via computed torque method.     

基于MapleSim的六自由度柔性机械臂动力学仿真

柔性机械臂是一个复杂的机电一体化系统,涉及到多个物理领域。传统柔性结构建模一直存在建模复杂、模型不易扩展、运行速度慢等缺点,而且难以实现多领域建模,忽略了不同物理领域相互作用给整体系统所造成的影响。为了提高建模效率和仿真准确度,采用MapleSim多领域建模仿真平台,建立了六自由度柔性机械臂模型,包括柔性臂杆、关节、伺服驱动系统、传感器等。基于模型,从多领域的角度研究了柔性机械臂的动力学特性。该方法建模工作量小,所建模型易修改。仿真结果表明了该方法的有效性。