遥控挖掘机器人轨迹跟踪的电液比例控制系统

为实现自动挖掘，在挖掘机器人的轨迹规划器给出铲斗期望的运动轨迹的情况下，需要挖掘机的控制系统能够控制其工作装置实现对给定轨迹的准确跟踪。电液比例阀兼有开关控制和伺服控制的优点。能实现对液压系统流量和方向的比例控制。该文提出了一种对常规挖掘机的液压回路进行简单的改造后，在挖掘机上既能实现常规手柄操作控制，又能实现电液比例遥控轨迹跟踪的液压回路。在建立系统数学模型的基础上，该文提出了一种PID参数自适应的控制策略，并利用仿真实验对其性能进行验证。     

矿用大型挖掘机器人轨迹规划与控制

为提高矿用大型液压挖掘机的自动化水平,适应挖掘工况,设计了一种基于倾角传感器检测反馈的轨迹规划与控制系统。对目标挖掘机D-H建模,确定了其运动学正解及位姿表示;提出了一种适应性运动学逆解方法,提高了轨迹规划的柔性;建立了关节空间-驱动空间-检测空间的转换关系;对常见的挖掘卸料工况进行了轨迹规划,得到了液压执行器的位移目标曲线;通过上位机输出控制信号,控制比例多路阀开口,实现了执行器位置伺服。以95 t大型矿用挖掘机为试验对象,进行了挖掘轨迹规划与控制试验。试验结果表明,通过轨迹规划得到的各执行器目标曲线平滑连续,多执行器动作协调且铲斗位置精度较高,初步实现了自主挖掘作业。     

挖掘机器人轨迹控制及运动可视化研究

为了实现挖掘机器人的人机交互控制并确保作业安全,设计了基于虚拟仪器的挖掘机器人轨迹控制及运动可视化系统。该系统利用传感器采集挖掘机器人的运行状态信息,包括液压缸位移、车身回转角度、工作压力等。首先建立挖掘机器人的运动学模型,其次分析系统的基本工作原理,在此基础上建立了包含三维姿态可视化、轨迹控制、运行信息监测和远程网络在内的完整系统。最后,将其应用于挖掘机器人常见的整平作业和斜坡作业中,结果表明系统能够实时可靠地显示挖掘机器人的三维姿态,整平作业和斜坡作业的最大误差分别为44.56mm和41.21mm,均在合理范围内,验证了系统的实用性和有效性。     

挖掘机器人液压传动的伺服控制策略

分析了液压挖掘机器人伺服控制的特点，提出了一种按时间基准对其轨迹进行规划的策略，不必检测机器人的关节角速度就能实现平稳、高精度的轨迹跟踪控制。在自行研制的挖掘机器人上进行的实际试验结果表明，这一伺服控制策略取得了预期的效果，能满足作业控制要求。     

基于神经网络参数自整定PID的双臂机器人协调操作的轨迹跟踪控制

将BP神经网络与PID相结合，解决了双臂机器人协调操作同一刚性负载的轨迹控制问题，设计了应用于机器人协调操作刚性负载轨迹跟踪的控制系统。针对主臂和从臂在实际操作中所处地位的不同，对主臂，从臂应用了不同的控制子结构。采用这一方法，可以实时调整PID控制器的参数，使其在线达到最优状态，克服了依靠经验离线整定PID参数的局限，使系统具有更强的鲁棒性和自适应性，其输出可达到期望的控制精度，仿真实验验证了控制系统及算法的有效性。     

基于虚拟样机的挖掘机器人轨迹规划控制仿真和优化技术研究

阐述了用虚拟样机技术进行挖掘机器人轨迹规划控制的仿真和优化的必要性;提出了轨迹规划控制的实现方案,分析了关键技术及其解决方法,重点研究了用挖掘机器人虚拟样机进行控制系统参数优化和轨迹规划仿真实验的方法,并以动态响应特性的仿真为例,用物理样机的相应实验结果验证了虚拟样机轨迹规划控制仿真实验模型的正确性;借助在虚拟样机上的仿真实验,分析了液压系统流量分配对轨迹规划效果的影响,提出了轨迹规划的改进措施,用以提高轨迹规划的速度和轨迹跟踪的精度。     

自主挖掘机器人控制系统设计

挖掘机具备自动识别作业对象物,自行规划并控制执行单元完成作业任务的能力.通过实验验证,该自主挖掘机器人控制系统满足现场作业精度要求,可有效提高作业质量,减轻劳动强度,提高生产效率,为工程机械的智能化发展提供了有益的参考,具有重要的社会经济效益.     

自适应模糊算法优化的足球机器人轨迹跟踪

为了提高足球机器人在运动控制过程中的轨迹跟踪性能和稳定性,将自适应模糊PID算法用于机器人运动控制环节中,对PID参数进行实时调整。建立足球机器人在场地上的控制系统模型,分析机器人在轨迹跟踪中由驱动方向、角度等时变因素导致的实际轨迹发生偏移的问题,分别在MATLAB-Simulink和SimRobot仿真平台对优化算法的性能进行仿真,同时与传统的PID控制进行对比。实验结果表明,自适应模糊PID算法相比传统的PID控制器在最大跟踪误差和平均跟踪误差方面分别减少20.18%和29.34%,同时提升了系统的稳定性。该控制算法提升了足球机器人的轨迹跟踪性能,满足机器人在运动过程中的动力学和控制要求,易于在工程中应用。     

基于模型预测控制的排爆机器人轨迹跟踪算法研究EI北大核心CSCD

排爆机器人在复杂、危险环境下代替人作业拥有非常重要的地位。排爆机器人对期望轨迹的跟踪是避免发生危险最重要的环节。基于模型预测控制算法提出了排爆机器人末端轨迹跟踪算法。给出了机械臂状态空间的离散模型,已知当前时刻位置状态和下一时刻位置输入状态,预测未来某时域内的输出状态;然后根据给定性能指标和约束条件,求解未来一段时域内的输入序列,对实际输出进行反馈校正;最后,采用实验仿真对比测试,验证了该算法的有效实时性,结果表明,基于模型预测控制的机器人末端轨迹跟踪算法具有良好的动态实时跟踪能力,实现了目标轨迹的有效跟踪。     

柔性宏刚性微空间机器人末端连续轨迹跟踪控制研究

对一类柔性宏刚性微结构的空间机器人系统进行了运动学和动力学建模,介绍了采用微机械臂快速精确运动来补偿宏机械臂由于弹性形变和振动产生的末端误差的设计方案,并对此进行了简化。在此基础上设计了两种控制方案。一种是对宏机械臂和微机械臂都采用PD(比例微分)反馈控制,另一种是宏机械臂采用PD控制而微机械臂采用滑模变结构控制。最后进行了仿真试验,比较了两种控制方案的不同控制效果,并得出补偿算法是有效的,且滑模变结构控制在该试验中优于PD控制的结论。     

Experimental implementation of complex path tracking control for large robotic hydraulic excavators

The experimental implementation of the path tracking control of a real hydraulic excavator with an operating weight of 4,500 kg for realising a large hydraulic servo robot with a high loading ability is described in this article. The three working arms are driven by hydraulic valve-controlled cylinders with boom structure systems to achieve rotational motion. Accordingly, the non-linearity of the boom mechanisms, large masses, large dimensions and low natural frequency of the working arms, as well as the coupling influence between the multi-body systems of the three working arms make it difficult to realise high accuracy path tracking control. The control strategy of the model reference adaptive control, which has a simple algorithm and on-line self-tuning ability, is used. Complex path profiles tracking can be achieved by the combination of the path tracking control of the three working arms. Consequently, the large hydraulic excavator can be used as large multi-purpose robots for high loading and high precision applications.     

液压挖掘机工作装置的动力学分析及控制

对液压挖掘机的工作装置进行三自由度的动力学分析,利用拉格朗日方法建立其动力学方程,并对挖掘机计算机控制进行了改造,绘出了PID控制的框图以及铲斗轨迹跟踪方程表达式.研究结果可以用于挖掘机工作装置的轨迹规划和运动控制.     

Hybrid finite-time trajectory tracking control of a quadrotor

In this paper, accurate trajectory tracking control problem of a quadrotor with unknown dynamics and disturbances is addressed by devising a hybrid finite-time control (HFTC) approach. An adaptive integral sliding mode (AISM) control law is proposed for altitude subsystem of the quadrotor, whereby underactuated characteristics can decoupled. Backstepping technique is further deployed to control the horizontal position subsystem. To exactly attenuate external disturbances, a finite-time disturbance observer (FDO) combining with nonsingular terminal sliding mode (NTSM) control strategy is constructed for attitude subsystem, and thereby achieve finite-time stability. Using the compounded control scheme, trajectory tracking errors can be stabilized rapidly. Simulation results and comprehensive comparisons show that the proposed HFTC scheme has remarkably superior performance.     

基于运动学分析的挖掘机器人轨迹规划新方法

基于D-H位移矩阵法、工作装置的变量空间模型和三角函数关系,对液压挖掘机工作装置的运动学模型进行了深入的分析研究,推导出各变量空间相互转换的通用表达式.对传统的挖掘机器人轨迹规划方法进行分析,研究液压挖掘机实际作业的特点和需要,提出了模糊速度的概念.进一步提出一种基于控制信号实时生成的挖掘机器人轨迹规划的模糊速度法.该方法完全避免了传统方法中未知的负载和预定的运动速度之间的矛盾,从根本上保证工作装置能够以合适的速度,精确的跟踪预定轨迹.     

液压挖掘机工作装置电液比例控制模型的建立与研究

为实现对液压挖掘机工作装置的精确控制,在分析电液比例模型结构特点的基础上,建立电液比例数学模型并对其时域和频域性能指标进行分析。由于系统响应速度较慢,在调节控制系统增益后,加入了PID控制算法,通过试验确定法确定仿真控制参数,进而分析系统性能的改进程度;为了验证控制算法的合理性以及控制参数的正确性,通过基于PID控制算法的挖掘机轨迹规划试验,验证系统控制效果,证明理论分析方法对实际应用的指导意义。     

液压挖掘机器人多关节协调控制研究

针对挖掘机器人位置伺服控制中,各关节伺服控制子系统相互独立,关节间速度无法匹配引起的轨迹轮廓误差问题,提出了一种基于交叉耦合路径预补偿算法的挖掘机器人多关节协调控制方法.以一台小型液压挖掘机为实验对象,实验结果表明该方法可以有效地提高斗齿尖轨迹的跟踪精度.     

EX220-3型液压挖掘机的回转控制

本文介绍了EX220-3型液压挖掘机回转过程中回转停放制动器的控制与回转缓冲的控制。     

液压挖掘机节能控制新策略

提出一种新的挖掘机节能控制方法,基于单片机测控技术,改进了挖掘机的操作柄,使挖掘机的动臂、斗杆、铲斗转动速度与操作员通过操作柄给定速度保持一致,实现系统功率的实时匹配,达到“所得即所需”.不仅可以提高操作人员的操作舒适性,仿真实验还表明,与恒功率控制相比,在新的控制策略下,挖掘机做功节省了7％左右.     

基于模糊控制的AGV轨迹跟踪研究

针对AGV轨迹跟踪问题,采用模糊控制原理,设计了一种模糊控制器。通过对AGV运动学模型的分析,得到了控制AGV在绝对坐标系中位姿变化的2个变量,并将这2个变量作为模糊控制器的输出变量,实现对AGV的轨迹控制。利用Matlab进行仿真,仿真结果较理想。     

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。