焊缝打磨机器人的运动学分析与仿真

根据铝合金车体焊缝自动化打磨方案的布局,对所选的焊缝打磨机器人IRB6700应用蒙特卡洛法计算其工作空间,由计算结果可知所选机器人符合实际工作空间的要求.根据打磨方案对机器人末端位姿的要求对机器人的运动进行轨迹规划,为了让机器人的运动过程平稳进行,应用五次多项式插值法完成轨迹规划,在Matlab中建立机器人模型,通过仿真得到机器人各关节的角位移、角速度与角加速度的曲线图,仿真结果验证了轨迹规划的合理性.     

缝合机器人自主规划与协调控制系统设计

为提高复合材料预制件缝合机器人灵活性与加工柔性,应用三维扫描技术对缝合预制件点云数据进行采集,根据接缝特征进行中心线提取并提出一种缝合机器人自主规划算法,完成了机器人位姿矩阵的求解.以自主规划所得机器人位姿矩阵作为缝合工位及缝合姿态,采用西门子PLC设计缝针运动与机器人运动协调控制系统.基于Profibus现场总线通信技术,采用"一主多从"网络控制策略,完成各个设备之间的数据交换,进而达到控制目的.缝合实验结果表明,实际缝合轨迹偏差总体小于1.5 mm,该系统可以满足实际缝合工艺要求.     

一种直线电机弹奏机器人的设计与研究

针对钢琴弹奏专用机器人存在弹奏不流畅、节拍不合、结构复杂等问题,依据仿生学原理设计了一种仿人机械手.首先进行机械手指结构设计,使用雷温法进行构件速度分析,并对关键部件手指进行应力分析.其次搭建基于精密直线电机移动平台的控制系统,设计单片机与Elmo驱动器同步控制方案,并对机械手指结构设计和控制方案进行优化.最后通过对弹奏机器人进行试验,表明基于直线电机的弹钢琴机械手可以满足弹奏机器人设计要求.研究可以为机械手的设计和直线电机的应用提供参考.     

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题，设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题，提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向，以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向，自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿，使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线，实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性，最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.     

基于VC的直角坐标机器人控制系统设计

针对现代工业对机器人控制系统开放性和通用性的要求,基于VC++设计了一种直角坐标机器人控制系统。整个系统以"工控机+运动控制卡"为核心,采用GALIL DMC-1842运动控制卡、伺服电机驱动器以及直角坐标机器人构成一个开放式结构。控制系统主要包括硬件设计、软件设计和轨迹规划,实现了单轴点动、连续运动、回零运动以及多轴直线插补、圆弧插补等功能。机器人根据末端执行机构的不同,可完成不同作业任务,具有良好的开放性和扩展性。本文执行机构采用雕刻机专用电主轴,根据设定的雕刻任务,编写轨迹程序,成功实现了雕刻任务。实验结果表明,所设计的机器人控制系统较好的完成了轨迹规划任务,具有很好的性能和应用前景。     

多足机器人嵌入式控制系统研究

针对多足机器人行走控制的应用,进行了完整的控制系统任务规划,构造了以无线通信和485总线通信为基础的三级控制系统方案,设计了多控制器多驱动器协调控制的嵌入式硬件体系,同时对单个电机采用了位置模式下速度PID控制方案,并采用了双缓冲策略,有效维持了机器人行走.     

基于双观测器的机器人自适应摩擦补偿控制

针对机器人系统中存在关节摩擦的问题,提出一种基于终端滑模观测器和摩擦状态观测器的双观测器自适应摩擦补偿反演控制方案:为避免速度测量带来的噪声影响,设计终端滑模观测器对机器人的速度进行估计;考虑到摩擦力无法直接获取,采用连续LuGre摩擦模型,设计摩擦状态观测器和摩擦参数自适应律,得到摩擦的估计值;结合摩擦估计值设计反演控制器,使机器人在受到关节摩擦影响的情况下能有效跟踪期望位置轨迹。最后通过Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性以及机器人轨迹跟踪误差的收敛性,并通过MATLAB仿真验证该控制方案的有效性。仿真结果表明,该控制方法能有效抑制关节摩擦对机器人轨迹跟踪的影响,提高了系统的位置跟踪精度。     

一种全方位移动机器人的系统设计

针对机器人寻找场地黑色中心区域的任务要求,研制一种四轮驱动全方位移动机器人.依据机器人所需的驱动力,计算驱动电机的功率,并对电机进行选型,分析机器人的转向性能,设计基于ATmega128单片机的控制系统.机器人性能实验结果表明:设计的全方位移动机器人采用前、后轮逆相位转向时,运动稳定性较好,并能够准确地找到目标点.     

基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练控制方法

现有基于Kinect构建的康复训练系统,大多以患者自行开展主动康复训练为主,未能充分利用康复医师的临床经验且很少用于机器人辅助康复训练系统,具有一定的局限.针对此问题,提出一种基于Kinect的机器人辅助上肢被动康复训练方法.首先,开展基于Kinect的上肢骨骼点跟踪与逆运动学计算;其次,基于Linux/QT及Kinect设计三维虚拟康复训练环境;再次,在康复医师示教训练任务并通过Kinect获取示教任务参考轨迹基础上,根据训练过程中Kinect实时捕获的患肢运动位置反馈,设计基于模糊推理的机器人辅助被动康复训练控制器;最后,基于Kinect及Barrett公司4自由度WAM~(TM)康复机器人构建试验统平台,对方法有效性进行试验验证.实验结果表明,所提方法能有效利用医师的临床康复经验,并使机器人较平稳地牵引受试者上肢沿示教任务轨迹进行训练,较好地实现了"医师—机器人—患者"之间的人机协同康复训练.     

四自由度SCARA机器人控制系统研究

传统的机器人大多采用封闭的体系结构,其缺点是不能适应不同的应用场合,不便于不同软硬件平台移植。基于此,提出一种以Otostudio软件和计算机可编程自动化控制器(CPAC)作为软硬件研究平台的方案,并在该平台上开发SCARA机器人的控制系统,设计开发了一款具有良好开放性、移植性和拓展性的机器人控制系统。本系统利用Otostudio软件编写SCARA控制系统界面及底层运动模块,实现机器人的示教-再现控制,同时使用MATLAB对SCARA机器人的轨迹规划进行了仿真,验证参数设计的合理性。通过示教再现测试,其误差较小,满足控制要求。     

自由曲面砂带磨削轨迹规划与误差控制分析

砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一,针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足,基于砂带磨削加工的特性,提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先,对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导,结合轮与曲面上加工点主曲率关系,通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差,并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后,基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划,同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理,获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后,应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划,并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求,提高了叶片型面的表面质量和精度,证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差,解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题,能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。     

基于逆向工程的机器人磨削叶片

提出了一种基于逆向工程的机器人磨削叶片加工方法。机器人逆向工程系统对叶片进行扫描,获得具有叶片型面几何信息的点云数据,利用逆向建模技术生成叶片的逆向CAD模型,并依此采用等距轨迹法进行机器人磨削加工的路径规划,生成机器人加工轨迹。最后,将生成的轨迹应用于机器人叶片磨削系统,试验验证了方法的有效性和可行性。     

液压轮毂马达辅助驱动系统控制策略实车验证

为充分提升重型牵引车辆通过不良路面的能力,对国内某款重型牵引车在传统结构的基础上加装了前轴液压轮毂马达辅助驱动系统,并针对该混合动力系统,开发了工程化的控制策略,实现分时全驱控制. 该策略通过对两套动力系统的工作状态和驾驶意图的识别保证系统模式的平稳切换,控制液压系统适时介入与退出,在各模式下对泵排量进行合理的控制,助力模式下实现轮速良好跟随. 采用该控制策略的实车试验结果表明:驾驶员操作意图识别准确,模式切换和换挡平顺性好;两系统工作协调且互不干扰,行驶安全性得以保证;各模式下变量泵排量响应合理,轮速跟随方法有效. 实车试验验证了轮毂液压混合动力系统实际应用的可行性和所提策略的合理性.     

Research on CNC Turning System of Aspheric Machining Grinding Wheel

The technology of machining aspheric surface with high precision is the premise for the application of aspheric surface. The grinding machining with error compensation is a commonly used method to machine aspheric surface, which will directly influence the quality of aspheric workpiece surface. Multifunctional CNC grinding wheel truing system is a four-axis CNC truing system which can be applied to grinding wheel truing. In this system,DSP-based multi-axes motion control card is adopted as the controller, and visual C is used as development tool.When the design of hardware and software is completed, the system can implement truing of various grinding wheel with high precision aspheric machining such as plane gripding wheel, arc grinding one, and sphere grinding one.     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

下肢外骨骼机器人动力学参数辨识与步态跟踪

为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。     

一类欠驱动机械系统的虚约束动态伺服控制

为了克服欠驱动机械系统无法对任意点和轨迹进行跟踪的缺点,扩大欠驱动机械系统应用领域,研究一类欠驱动机械系统的动态伺服控制问题,动态伺服控制通过规划和跟踪特定轨迹来实现任意位形空间点的瞬时可达.采用虚约束方法来规划动态伺服轨迹,通过构造自由度之间的约束关系,并对约束作用下系统零动态进行分析,可以方便获得符合系统特性的周期轨道;利用虚约束函数与轨道函数之间的内在联系,基于Lyapunov稳定性理论设计轨迹跟踪控制器.最后,在Acrobot实物平台上进行了实验,实验结果证明轨迹规划方法和控制方法的有效性.     

基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制

针对汽车对连续、快速和稳定的车轮滑移率跟踪控制的需求,提出基于自适应快速终端滑模的车轮滑移率跟踪控制策略. 基于Burckhardt轮胎模型建立车轮滑移率跟踪控制模型,将模型简化过程中的不确定性考虑成复合干扰项,将轮胎侧向力对纵向力的影响考虑成未知参数. 利用双曲正切函数和终端吸引因子设计改进的跟踪微分器,平滑车轮滑移率跟踪误差和估计车轮滑移率跟踪误差的一阶导数. 以车轮滑移率跟踪控制模型和改进的跟踪微分器输出为基础,基于自适应快速终端滑模控制理论,设计对复合干扰项具有强鲁棒性的车轮滑移率跟踪控制律;基于投影算子理论设计自适应律来实时补偿未知参数,利用LaSalle不变性原理证明了闭环系统的渐近稳定性. 利用车辆动力学软件仿真验证提出的控制律的可行性和有效性. 结果表明,提出的车轮滑移率跟踪控制策略具有精度高和鲁棒性强的优点.     

Consensus and formation control of discrete-time multi-agent systems

Consensus problems for discrete-time multi-agent systems were focused on.In order to design effective consensus protocols,which were aimed at ensuring that the concerned states of agents converged to a common value,a new consensus protocol for general discrete-time multi-agent system was proposed based on Lyapunov stability theory.For discrete-time multi-agent systems with desired trajectory,trajectory tracking and formation control problems were studied.The main idea of trajectory tracking problems was to ...     

基于PMAC控制器的成型砂轮数控技术研究

分析以PMAC运动控制器为基础的任意母线砂轮修形机的原理和功能,借助PMAC中的驱动接口数据库Pcomm32PRO和执行程序PEwin32PRO开发工具,开发砂轮修改机的用户软件,在PLC程序支持下实现控制面板的快捷功能通过对PID参数的优化减少自身误差.试验证明,该系统可以实现砂轮的数控成型砂轮修形.