基于阻抗控制的骨外固定机器人矫形力自适应跟踪

针对传统骨外固定器矫形力无法准确控制、安全性差的问题,本文基于 RCM 构型,搭建一种膝关节骨外固定机器人,提出一种间接自适应阻抗的矫形力跟踪方法。 由于存在机械摩擦以及外部不确定性,针对阻抗控制鲁棒性差的问题,采用力误差信号作为目标阻抗的驱动力,建立新的阻抗模型适应矫形环境的变化,根据矫形力误差的变化,设计自适应律对阻抗参数实时调节,在线补偿动态环境的不确定性,使系统的力跟踪误差为零。 并对所提的控制算法进行了胫骨矫形力控制的对比仿真和样机实验。 结果表明:阻抗控制仿真结果各性能指标的加权平均值分别为 2. 12、8. 58 和 13. 2,且力跟踪实验的最大误差为 20 N;相比于阻抗控制,自适应阻抗控制仿真性能指标的加权平均值仅为 0. 36、0. 18 和 0. 61,力跟踪波动误差控制在±3 N 以内,具有更好的鲁棒性和自适应能力。     

基于阻抗控制的机器人力控制算法性能分析

Hogan提出的阻抗控制算法由于必须要求机器人准确的动力学方程,在实际工程背景中很难应用.本文针对其弊端,研究了自适应阻抗控制算法.以平面机械手为控制对象,使用以上两种控制方法对其加以控制,从而详细分析比较了两种算法的性能优劣.最后,针对阻抗控制算法在实际运用中阻抗参数的调整原则一直是比较困难的问题,本文通过仿真实验总结了调参规律.     

适应环境刚度、阻尼参数未知或变化的机器人阻抗控制方法

针对机器人阻抗控制在实际应用中其性能受环境的阻尼、刚度参数未知或变化影响的问题,提出了一种机器人自适应阻抗控制方法。在定义机器人阻抗控制性能指标的基础上结合阻抗模型刚度变化的几何表示,给出了阻抗模型刚度参数初值计算方法,提出了基于人工神经网络的环境等效刚度在线估计方法,并结合二阶系统临界阻尼条件计算阻抗模型阻尼参数初值。机器人力控制实验结果验证了该方法较已有的机器人阻抗控制方法在参考轨迹平滑性、力控制稳定性和易于工程实践方面有一定的优势。     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

基于阻抗控制的工业机器人力控制方法

针对工业机器人的力控制问题,提出一种通过机器人运动轨迹补偿来间接控制接触力的阻抗控制算法.通过分析机器人末端与加工对象的接触模型设计控制系统.借助力传感器采集的力信号,将阻抗控制表达式进行离散化处理,由此计算轨迹修正值的表达式.对机器人运动轨迹补偿进行仿真,验证方法的可行性.通过进行机器人磨削试验,对比有力控和无力控的接触力波形图,验证了方法的有效性.     

基于NURBS的扫描曲面造型方法的研究

由于非均匀有理Ｂ样条（ＮＵＲＢＳ）表示的曲线,曲面具有充分的灵活性,同时又统一了初等曲线,曲面和自由曲线曲面的表示,故在ＣＡＤ领域得到广泛应用。扫描曲面造型则是自由曲面造型的重要手段之一,介绍了ＮＵＲＢＳ表示曲线曲面的方法及特点,对扫描曲面造的各种情况进行了讨论,在此基础上给出了基于ＮＵＲＢＳ的扫描曲面造型算法。     

基于足地接触特性辨识的六足机器人自适应阻抗控制

为提高足式机器人在未知地面环境中运动适应能力,提出了一种基于足地接触特性辨识的模糊自适应阻抗控制算法.首先,针对六足机器人提出一种足地接触特性辨识方法.为降低六足机器人行走时足地之间的冲击力,提出了一种六足机器人沿腿长方向基于足地接触参数的模糊自适应阻抗控制器.基于六足机器人在不平坦地面行走时的足地接触状态,建立机器人...     

基于自适应变阻抗的工业机器人双机械臂控制

为了实现对工业机器人双机械臂位置/力的精准控制,提出了一种自适应变阻抗控制算法。首先建立了阻抗模型,并对双机械臂系统进行了受力分析,将接触力分解为外力和内力,并分别针对外力和内力设计了自适应变阻抗控制算法来实现对位置/力的协同控制;然后通过仿真验证了自适应变阻抗控制算法能够实现对工业机器人双机械臂位置/力的协同控制,运动轨迹跟踪最大误差仅为0.3 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.2 N,表现出了更优的控制效果;最后在定点控制测试平台上得到位置定位的最大误差仅为0.17 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.22 N,表现出了更优的工程实用性。     

基于自适应阻抗模型的双机器人协调搬运内力控制

针对双机器人协调搬运作业中的内力控制问题,建立内力的数学模型,提出基于自适应阻抗模型的从机器人单端调节的内力控制策略,设计仿真和实验的任务场景:双机器人搬运箱体完成抬起、移动、放下的运动轨迹,对物体z轴方向的内力进行控制.仿真模拟了物体所受内力的变化,给定物体z轴方向的正弦位置误差信号并进行验证,完成了双机器人协调搬运的物理实验.结果表明:所提出的内力控制策略可以有效地把物体所受的内力控制在期望水平上.     

基于IIR结构的自适应滤波振动主动控制方法

当前自适应滤波前馈控制方法中具有代表性的是滤波-X最小均方(filtered-X least mean square,简称FX-LMS)算法,它通常假定干扰源可测且作为前馈控制器的参考输入,但实际振动控制过程中需要考虑控制输出反馈信号对参考信号的影响,因此滤波-X算法面向实际应用具有较大的局限性。针对这一问题,以机敏压电太阳能帆板结构为模拟试验对象,提出一种基于IIR(infinite impulse response,简称IIR)结构的滤波-U最小均方(filtered-U least mean square,简称FULMS)自适应滤波控制方法,着重分析了控制器结构设计、FULMS算法推理过程、试验模型结构设计、试验平台的构建及其试验验证等环节。经过与FXLMS算法对比仿真试验,笔者所设计的控制算法控制效果良好。将其进行试验验证分析,结果表明,所采用的控制器设计方法与控制算法收敛速度快,控制效果好,为自适应振动控制方法向实际工程应用提供了较好的研究基础。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池等效电路模型参数辨识方法

针对常用的等效电路模型参数辨识软件在使用时需用户多次手动调整初始参数,不利于阻抗谱车载应用的问题,提出了一种无干预的等效电路模型参数辨识方法。根据电化学阻抗谱各特征成分与等效电路模型不同电路环节相对应的规律,通过分段拟合的方法自适应地获取阻抗谱拟合的初值,进而实现了等效电路模型参数辨识。通过解析不同老化状态、荷电状态、温度下的阻抗谱,发现该方法与常用参数辨识软件的结果保持一致,从而为阻抗谱在线应用提供了基础。     

阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制

针对当前示教器示教过程烦琐、效率低下以及对操作者技能水平要求高等缺点,提出了一种阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的机器人零力控制方法,适用于机械臂的直接拖动示教。该方法采用阻抗控制框架,通过设置低刚度增益的方式,无需获取精确的动力学参数便可实现良好的零力控制效果。同时,区别于基于六维力传感器的零力控制方法,该方法不仅可对机械臂末端进行拖动,还可实现在关节空间下对机械臂任意关节的拖动。最后,在自行设计搭建的机器人平台上进行拖动实验。实验结果表明,该方法鲁棒性强、性能稳定,并可实现对机械臂任意关节的零力控制。     

基于改进遗传算法的雷达天线曲面拟合参数辨识

采用遗传算法参数辨识的途径求解雷达曲面方程拟合的坐标平移、旋转以及曲面标准方程的参数。由于经典的简单遗传算法存在一定的缺陷,对其进行了一定的改进,并且用MATLAB语言实现之。在一个工程实例中分别采用改进遗传算法和简单遗传算法进行了多次运算,并且对结果进行了比较。应用和比较结果表明,遗传算法能够很好地应用于雷达天线等曲面拟合,并且该改进算法更具优巍。由此可知该研究具有一定的实用价值。     

基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法

现有机器人辅助抗阻训练方法大多是运用易受噪声干扰的患肢主动作用力或表面肌电信号直接进行治疗控制器设计,且在设计过程中未能同时将机器人连续变量运动控制与医师离散事件决策控制这种混杂特性融于统一框架内,具有一定的局限。针对上述问题,提出一种基于阻抗辨识和混杂控制的机器人辅助抗阻训练方法,该方法首先根据患肢主动作用力和实际运动位置在线辨识患肢时变生物阻抗;其次,运用混杂控制理论建立机器人辅助抗阻过程系统模型,根据患肢生物阻抗变化分别定义连续系统区域切换离散事件及离散系统控制状态,并基于混杂自动机设计离散事件决策控制器;最后,选用美国Barrett公司WAMTM柔顺机械臂构建康复试验系统,对所设计控制器进行有效性验证。试验结果验证了阻抗辨识和混杂控制理论应用于机器人辅助抗阻训练过程的有效性和实用性。     

珠线式模板在Freehand超声图像快速 标定中的应用*

为了精确标定freehand超声图像坐标系与固定于超声探头上的跟踪设备坐标系间坐标转换关系,提出一种“Z”形珠线模板,由双层“Z”形棉线与精确定位的圆珠构成。定位珠能够引导用户将探头准确定位,即将定位珠全部收入图像视野中。计算定位珠在超声图像中成像点间距的比例关系,根据其相应的模板空间间距比例制定优化算法,校准用户拾取的图像坐标。应用同源点匹配算法得到超声图像平面坐标系与磁跟踪设备坐标系间的空间转换关系,从而实现2-D超声图像向3-D空间坐标系的定位转换。标定结果显示此方法与以往的标定方法相比：加快了标定速度,且标定精度与重建精度有所提高。试验采用磁定位方式进行探头的跟踪定位,此方法同样适用于其他定位方式。     

沿任意倾斜面的机器人力/位置控制方法研究

设计了沿任意倾斜面的机器人自适应阻抗控制方法,该方法解决了接触面法向方向、环境阻尼、刚度参数未知对机器人力/位置控制的影响问题。在机器人与倾斜面碰撞接触过程中采用递归最小二乘(RLS)算法估计环境的阻尼、刚度,根据接触力矩实际值与期望值的偏差实现机器人末端期望姿态的调整;在机器人末端沿倾斜面滑动阶段,设计规则自调整的模糊控制器,根据机器人末端位移、接触力误差实时调整机器人阻抗控制模型参数,以适应环境阻尼、刚度的变化。提出的控制方法具有编程实现简单且对环境参数变化鲁棒性较强的优点,实验验证了控制方法的有效性。     

基于改进卡尔曼滤波的叉车载重快速准确估计方法

针对工作环境恶劣、操作工况复杂的伸缩臂叉车载重实时快速准确估计需求,对伸缩臂叉车的载重估计数学模型及其求解算法进行了研究。首先,利用叉车现有功能模块中已装配的各类传感器,提出并分析了三种载重估计方案,在综合比较各方案的优缺点之后,确定并建立了基于动力学原理的载重估计数学模型;然后,将载重作为估计系统的状态变量,将液压系统压力、臂架变幅角度和伸缩臂伸缩长度等实时信号作为测量值,将基于转动定律建立的载重计算公式作为状态变量与测量值之间的观测方程,运用卡尔曼滤波算法对该数学模型进行求解;同时,为解决卡尔曼滤波算法在递推过程中状态变量发生改变从而导致大量新测量数据对状态变量失去校正能力的问题,提出了一种基于改进卡尔曼滤波的载重估计算法;最后,对某企业超长载重伸缩臂叉车进行了不同载重的离线试验和在线试验。研究结果表明：对于454 kg的轻载荷,该算法的估计结果的最大绝对误差小于91 kg,而对于1100 kg、2268 kg、3368 kg和4536 kg的重载荷,其平均绝对百分比误差小于3%;趋于稳定估计值的响应时间可在1 s之内,完全优于实际应用需求。该方法模型简单、可移植强,可推广应用到起...     

基于超声波串列扫查的自动扫查装置控制系统研究

针对高压容器焊缝常存在边界未融合、未焊透、裂纹等危害性缺陷，设计了一种利用磁带导航、光纤传感器检测、磁轮驱动的自动扫查装置。利用超声波自动串列扫查原理．在工控机的控制下，自动扫查装置沿焊缝方向运动，实现对焊缝超声串列检测的自动化，可以在线对扫查装置进行监视和控制。对容器缺陷参数进行数据采集、处理等，当运动方向偏离串列扫查基准线时，控制系统根据调整算法进行实时校正。试验结果表明，该装置具有很高的定位精度和导航性能，利用扫查装置检测探伤，提高了缺陷检测性能，保证焊接的质量，也节省了大量的人力和物力。