机械臂执行器故障重构与容错控制

为了提高机械臂系统鲁棒性、使系统在故障情况下能够正常运行,提出了基于滑膜控制的故障重构与容错控制方法。建立了机械臂系统动力学方程和执行器故障模型;设计了准连续高阶滑膜观测器,结合等效输出误差注入法给出了故障重构方法;提出了非奇异快速终端滑膜控制方法,求解滑膜面得到了容错控制律。经仿真验证,准连续高阶滑膜观测器可以快速、高精度重构执行器故障,同时避免了滑膜控制抖振问题;非奇异快速终端滑膜控制器可以在系统故障情况下快速跟踪期望轨迹,有效提高了机械臂系统鲁棒性。     

空间4R机械臂容错空间的分析

针对一个空间4R机械臂的不同关节发生锁定故障时的容错空间问题进行研究。首先给出了冗余度机械臂的容错运动规划算法,然后给出了空间4R机械臂容错空间的计算方法,分析了影响容错空间的因素,并提出了几种新的结构;最后,在仿真中对一个4R空间机械臂进行分析并给出了容错空间的三维模型。     

位姿水平的冗余自由度机械臂运动学逆解算法

本文通过分析七自由度机械臂构造特点,用曲面几何理论得到肘关节在笛卡尔空间中的点集,参考各关节角运动范围,可以求出冗余自由度机械臂逆运动学的全部构型解,从而可以方便地实现实现机械臂的全局优化。此方法既提高了解的精度,又减少了运算量,同时为速度解的解算提供了便利条件和新的思路。     

空间机械臂协调操作的容错空间与容错规划算法研究

针对两空间机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先给出了空间机械臂容错空间的计算方法,并构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标。然后基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。该算法可以同时实现故障时刻和故障后的容错操作;最后,利用两空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性     

一种冗余自由度机械臂逆运动学解析算法

针对7自由度机械臂逆运动学求解问题,在考虑了空间构型的复杂性和冗余自由度机械臂自运动流形的基础上,提出了一种逆运动学的位置解析算法,即参照"自由度模块化"的概念,进而将仿人机械臂的7自由度划分为两个4自由度的模块化单元。通过控制自由度模块化单元,将复杂的空间构型转化为平面构型,减少了计算的复杂性;同时基于"锚点"和"虚拟连杆"的概念,实现冗余自由度机械臂的位姿参数化,从而实现了机械臂逆运动学快速求解。     

空间4R冗余度机械臂容错空间分析

针对空间4R冗余度机械臂活动关节工作空间进行了定量研究,并且对其容错空间做了进一步探讨。首先推导出空间4R冗余度机械臂不同关节锁定时工作空间的解析表达式,并且根据表达式对工作空间进行了三维造型;然后,进一步分析了机械臂的D-H参数对工作空间的影响;最后,给出3 sigm a型机械臂容错空间的计算方法及三维造型,分析了其容错空间的影响因素。研究结果表明:当机械臂结构参数一定时,一个活动关节(关节2)在一定范围内锁定,工作空间不变,并且此锁定范围与结构参数一一对应;机械臂的臂长之和一定时,各机械臂长度越接近,机械臂的工作空间越大;机械臂关节2偏置的存在使机械臂工作空间不会出现薄壳,另一活动活动关节(关节3)的偏置的存在也可以增大工作空间;关节工作空间增大,容错空间也会相应增大。     

大型空间机械臂容错关节设计与控制

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。针对电机失效概率较高的特点,进行了预防单台电机失效的容错关节设计,并建立了该关节的细化动力学模型,模型中考虑了间隙、啮合误差等非线性因素。基于此模型,进行了抗力矩饱和的非线性PD控制律设计,并利用精细积分方法对闭环系统进行数值求解。仿真结果表明:该容错关节可以在单台电机掉电或堵转时,保证关节的稳定、正常运行,且电机和关节的输出力矩均保持在许用转矩的范围内。     

基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法

为了提高机器人机械臂故障曲线跟踪准确性,本文设计了基于故障在线估计的欠驱动机械臂容错控制方法。分析机器人欠驱动机械臂关节故障原理,建立动力学模型实现对关节故障的检测。采用分散控制的思想将机器人欠驱动机械臂容错控制分为故障检测、信号重构、取代控制以及反馈控制四个部分,依据这四部分设计容错控制律,实现对速度信号与错误信息的实时反馈。在此基础上,通过干扰观测器实现控制律的干扰补偿,使容错控制后的机器人欠驱动机械臂具有抗外界干扰能力,以此完成控制方法设计。分析实验结果可知,所提方法不仅提高了故障曲线跟踪的准确性,减少了欠驱动机械臂容错控制后的稳态时间,满足了机器人欠驱动机械臂容错控制设计需求。     

空间机械臂模拟系统的设计与实现

针对某科技馆的一个科普展品,设计了一种空间机械臂模拟系统。首先对空间机械臂各部分的结构和传动机构进行了设计,利用D—H坐标法建立了机械臂的运动学模型,并进行了其运动学正、反解的求解。然后,构建了空间机械臂的伺服控制系统,开发了上位工控机和底层运动控制器的控制软件。最后,使用Quest3D虚拟现实软件制作了VR机械臂。机械臂模拟系统的工作情况表明,该系统可以满足科普展品的要求。     

机械臂逆运动学算法推导与实验研究

针对求解机器人操作臂逆运动学问题,在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出一种简化实用的机械臂解析运动学模型,通过该运动学模型求取逆运动学方程,从而实现在控制系统中的实时计算.最后,进行机器人手臂抓取的仿真实验及把该算法模型应用于机器人的轨迹规划系统实物抓取实验.实验表明,采用该解析运动学模型能实现对目标物体的准确抓取.     

多自由度火车车轮生产机械手设计

针对火车车轮各生产工序间轮坯传递的高负载、高温、高位置精度、高生产率等要求,提出了一种多自由度生产机械手解决方案。该机械手采用特殊的机构设计方案,实现了轮坯多自由度的自动定位、夹紧和传递等功能;采用西门子高速响应运动控制器和电液伺服控制技术,实现了机械手高性能运动控制。实际运行效果表明,该机械手具有工作范围大、定位精度高、夹紧可靠、生产效率高等特点,并且已经应用于火车车轮生产过程,较好地解决了各生产工序间的工件传递。     

空间机械臂锁紧点布置方法的研究

为了使空间机械臂能够安全可靠地运行,在发射时需要进行可靠的锁紧固定,因此空间机械臂的锁紧固定十分重要。在进行锁紧固定时,需要确定最优的锁紧点数目和位置。针对机械臂锁紧点数量及位置的布置方法,运用有限元理论,分析了几种不同形式的机械臂臂杆锁紧点添加时系统一阶固有频率的变化趋势,确定了针对不同形式臂杆锁紧点的添加方法,可对类似的锁紧问题提供一定的指导意义。     

一种惯性导航系统的容错配置方法

无人机导航系统设计中,惯导系统的容错能力的提高是需要解决的重点问题之一。在分析余度配置方法和奇偶方程的基础上,给出一种简单易行的惯性器件余度配置方法,并进行了仿真。仿真结果表明,该方法简单易行,有一定的借鉴意义和实用价值。     

一种新型七自由度数据臂结构分析与设计

介绍了一种新型（BUAA—Ⅲ型）七自由度数据臂的设计原理和组成,进行了数据臂的空间结构虚拟设计和数据臂测量机构的自由度分析。该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,同时又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,并具有部分关节力反馈功能,已成功应用在网络遥操作主从臂控制仿真平台上。     

基于Pro/E的三自由度机械臂末端执行曲线轨迹匀速运动的仿真与实现

文章以三自由度机械臂末端在一定的运动范围内沿规划好的曲线轨迹做匀速运动为目标,首先在Pro/E软件中建立机构模型,然后进行仿真分析定义,最后求解得出关节运动规律曲线,研究方法及获得结果为进一步研究关节处驱动电机的控制方法提供了一定的依据。     

机电产品容错纠错设计系统及其基本框架研究

在深入研究现代产品设计理念、方法和现代控制理论的基础上,提出了机电产品容错纠错设计的基本理论体系,设计了面向机电产品的容错纠错设计与仿真软件平台的基本框架,研究了容错纠错设计中的关键技术,为实现机电产品的容错纠错设计,提供了一套行之有效的理论、方法及数字化集成环境。以避障机器人的容错纠错系统作为设计实例,详细阐述了机电产品的容错纠错设计过程,仿真结果说明,容错纠错设计可有效地保障机电产品的安全性和可靠性。     

五自由度康复机械手臂的设计

在对现有上肢康复设备和上肢康复治疗分析的基础上，设计研究了一种五自由度康复机械手臂，给出了各部分工作原理及运动特性，对主要部件的承载能力进行了验算，设计选择了驱动系统。对机械臂进行了动力学仿真．证明了该设计可以满足预设动作要求，提高人体康复进程。     

一重载高速机械臂的结构与控制同时设计

拟订了机械臂的工作原理,建立了机械臂的受控动力学方程,运用优化算法设计了PD控制器的增益,计算了机械臂在不同角度下的刚体动力学响应。为了确定合理的机械臂截面尺寸,运用有限元法建立了机械臂的弹性动力学方程,求解了不同截面尺寸下的机械臂弹性动力响应,评价了机械臂的弹性振动。实践证明,所确定的机械和控制设计方案满足设计要求。     

机器人臂／手仿真系统操作物体的研究

为了研究机器人臂／手仿真系统对物体的操作,首先对机器人臂／手系统和物体进行了运动学建模,然后利用建好的机器人臂／手仿真系统,基于机器人臂／手系统的运动学、静力学,实现了右手拿杯倒水、手指拧、斜抛球等操作,最后探讨了机器人臂／手操作物体时,机器人臂关节力矩对灵巧手指端力的影响。实验结果表明,该模型具有建模方便、适用于大部分机器人臂／手系统和利于计算机求解等特点。     

管柱移运机械臂液压系统仿真

管柱移运机械臂是新型不压井作业装置系统中的一部分,其作用是将水平管柱起升至垂直位置或其逆过程.针对机械臂液压系统的性能要求,对大臂起升过程进行分析并将其简化为阀控非对称缸和定量泵-溢流阀等液压单元,建立系统结构模型.基于AMESim软件搭建大臂起升系统的仿真模型并进行变参数仿真试验.对试验结果进行分析,从而掌握液压系统的动态特性及系统参数随时间的变化情况,为系统的优化及实际液压系统的搭建提供了理论支持.