中医按摩机器人双臂推拿过程的避碰控制

讨论了中医按摩机器人的双臂协调运动控制问题.根据机械臂的结构特点,将空间避碰问题转化为平面内的避碰问题,对按摩机器人双臂推拿过程中可能发生的碰撞情况进行了分析.利用平面几何方法,对机器人双臂协调推拿过程进行了避碰规划,设计出一套双臂协调运动控制策略.利用MATLAB对双臂的避碰情况进行了运动学仿真,仿真结果表明本文中设计的方法可以有效的实现双臂在推拿过程中的协调运动.     

双臂空间机器人的避自碰轨迹规划研究*

本文针对自由漂浮的双臂空间机器人系统研究了一种基于危险域的避自碰轨迹规划方案。首先,引入危险域的概念,用来评估两个机械臂之间发生碰撞的危险程度。其次,在路径规划的基础之上,利用危险域的反馈信息,设计了一种安全避自碰的轨迹规划方案,用以保证两个机械臂可以运动在安全位型,从而避免发生自碰。最后,针对一个双臂冗余空间机器人系统进行运动仿真,仿真结果验证了本文方法的有效性。     

空间机器人双臂捕获卫星操作的事件采样输出反馈神经网络避撞柔顺控制

讨论漂浮基空间机器人双臂捕获非合作卫星过程避免关节冲击破坏的避撞柔顺控制问题,提出在机械臂与关节电机之间加入一种旋转型串联弹性执行器(rotatory series elastic actuator,RSEA)作为柔顺缓冲机构,其作用在于:1)捕获碰撞过程,通过其内置弹簧的拉伸或压缩吸收捕获操作过程中被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击能量;2)捕获完成后的镇定过程,利用设计与之配合的避撞柔顺控制策略保证关节冲击力矩限制在安全范围.利用第二类拉格朗日方程推导得到捕获操作前含柔顺机构双臂空间机器人系统及目标卫星的各分体系统动力学模型;基于系统动量守恒关系、系统运动几何关系及牛顿第三定律,得到捕获操作后双臂空间机器人与被捕获卫星混合体系统综合动力学方程;针对捕获操作后受碰撞影响而产生不稳定运动的混合体系统,提出一种基于事件采样输出反馈的RBF神经网络避撞柔顺控制方案.上述方案与柔顺机构相结合不仅能有效吸收被捕获卫星的冲击能量,还能在冲击能量过大时应时开、关双臂空间机器人关节电机,以防止关节电机发生过载和破坏.通过李雅普诺夫稳定性理论证明系统的全局稳定性,并通过仿真结果验证所提避撞柔顺控制方案的有效性.     

空间机器人捕获航天器操作的避撞柔顺复合自抗扰控制

讨论空间机器人在轨捕获非合作航天器过程避免关节受冲击力矩破坏的避撞柔顺控制问题.在机械臂与关节电机之间配置一种弹簧类柔顺装置—–旋转型串联弹性执行器(RSEA),其作用在于:1)在捕获碰撞阶段,可通过其内置弹簧的变形吸收碰撞产生的能量;2)在镇定运动阶段,结合避撞柔顺策略适时开、关电机,以保证关节所受冲击力矩受限在安全...     

蒸汽发生器检修机械臂监控软件设计

为实现对蒸汽发生器检修机械臂的远程控制和操作模拟与训练,设计了一套上位机监控软件.在VC 平台下,利用OpenGL和3DMAX建立了机械臂、蒸汽发生器水室和检修工具模型;设计了监控软件与六个关节控制器CAN通讯算法,实现了六个关节的协调控制;设计了轨迹规划算法和避碰监测算法,实现了机械臂的无碰撞运动;设计了机械臂单关节的重力矩补偿,提高了关节的控制精度.实际工作验证了监控软件的有效性,利用软件可实现对机械臂的远程控制,完成蒸汽发生器的检修任务.并可用于对操作人员的模拟训练.     

双臂机器人协调轨迹滑模鲁棒控制算法研究

双臂机器人控制时,受模型精度、外界扰动、关节柔性等因素影响严重,为了降低内外部因素对双臂协调控制性能的干扰,提出了一种关节轨迹滑模鲁棒控制算法.由于滑模控制善于求解非确定系统,因此适用于难以获得精确模型,且外界扰动未知的机械臂协调控制.在机械臂动力模型与偏差分析的基础上,把关节惯性、离心和重力表示为轨迹控制时的预期输出量,控制力矩表示为鲁棒因子,并根据角位置偏差设计滑模变量与指数趋近律.为避免滑模控制产生抖振,引入自整定边界层,使滑模控制机械臂轨迹收敛于边界层,计算得到最终的控制量与扰动量.基于与构造双臂机器人仿真模型,实验结果验证了关节轨迹滑模鲁棒控制算法能够抑制双臂机器人动作时受到的内外部扰动,避免发生系统抖振现象,有效提高机械臂的控制准确性与稳定性,获得更加协调稳定的双臂运动轨迹.     

双臂机器人无碰撞运动规划

双臂SCARA型机器人的操作臂的运动可以看成是平面内的四边形的运动，得出表示主 臂四边形位置的不等式，将表示从臂的四边形的边界取点离散，然后将从臂的关节空间进行 等分，在关节空间等分点上求从臂在此位置时其边界离散点的笛卡儿坐标，并将其代入表示 主臂位置的不等式以判断主从臂是否碰撞，然后用A*算法求取一条最优的无碰撞运动轨迹     

基于改进速度障碍法的多机器人避碰规划算法

针对多移动机器人运动协调中的动态安全避碰问题,在分析速度障碍法原理的基础上,设计用于机器人之间相互避让的互动速度法则,并通过制定机器人的碰撞时间、碰撞距离因子对构型障碍的大小进行实时调整,把运动障碍物、动力学约束下的多步可达窗口、目标点都映射到一种速度变化空间当中,使多机器人的动态避碰问题转化为一种最优化问题,并构造了新的优化评价函数;设计了基于改进速度障碍法的机器人动态避碰规划算法。仿真实验表明,该方法有效地克服了碰撞冲突,实现了多机器人之间的运动协调控制,提高了机器人追踪运动目标的快速性。     

自由浮动空间冗余度机械臂避奇异规化的混沌运动抑制控制

推导出自由浮动空间冗余度机械臂的广义雅可比矩阵,讨论空间机械臂避奇异问题,基于梯度投影法选取空间机械臂的运动学可操作度作为避奇异优化目标函数,利用关节空间的自运动,实现自由浮动冗余度空间机械臂的避奇异运动规划,混沌数值计算表明,空间冗余度机械臂避奇异运动时,其关节零空间的自运动处于混沌状态,利用状态延迟反馈控制来实现空间冗余度机械臂避奇异时的混沌抑制,将关节运动镇定到稳定的周期轨道。     

基于模糊补偿的主从式上肢外骨骼康复机器人训练控制方法

针对主从式上肢外骨骼康复机器人主臂信息获取、从臂快速响应等问题,提出了基于关节位姿、速度和力/力矩等信息的运动意图建模方法及基于模糊补偿的康复训练控制策略.根据人体工程学原理,提出了一种同构同型的主从式双臂康复机器人新型结构;利用D-H算法给出了笛卡儿空间的主从臂运动学模型,建立了患者健肢运动意图信息和从臂各关节动作的人机协作映射关系;以患者运动意图力矩作为输入,基于模糊补偿算法提出了患者-主臂-从臂协作控制策略,并利用李亚普诺夫定理证明了该控制系统的稳定性.仿真结果表明,康复机器人从臂可以根据患者运动意图跟随主臂运动,能有效地防止抖动误动,可避免对患肢的二次伤害.实验结果表明从臂运动轨迹平滑,无剧烈波动,控制轨迹跟踪主臂效果好.     

正弦驱动与传感反馈结合的双足机器人仿生行走控制

提出了一种正弦驱动与传感反馈结合的双足机器人仿生行走控制方法．所有关节由正弦振荡器驱动, 较之相互耦合的神经元振荡器更加简单;控制参数具有明晰的物理意义,便于对运动模式进行调节．传感反馈表征 了机器人的运动状态,对于保证机器人的稳定行走起着至关重要的作用．将机器人碰地、碰膝等关键运动状态作为 相位反馈,对控制力矩进行相位重置,协调各关节动作,进而实现控制器、机器人、环境的耦合．同时,从节省能量 和仿生的角度,考虑了关节运动的被动特性,确定了各关节力矩的作用区间．仿真结果表明,该控制方法能实现机 器人稳定行走,并具有良好的能效性和自稳定性.     

基于ROS的双臂机器人的协同控制路径规划研究

随着现代机器人技术的不断发展,服务类机器人成为早期机器人的代表,并逐渐走进了大众视野。本研究以六自由度柔性机器人为对象,采用D-H法对其进行数学建模。在考虑双臂机器人实际需求的基础上,本研究通过ROS对机械臂进行控制测试,发现运动路径混乱,无法满足实际需求。所以本研究改进了AABB包围碰撞监测算法,通过对空间六面体投影的重叠映射,检测机器人的运动路径是否存在碰撞。实验结果表明,该双臂按摩机器人在改进AABB算法防碰撞协调控制算法的保证下,实现了双臂主从协调的路径规划研究。     

一种六自由度机械臂避障算法研究

文章首先分析了六自由度机械臂的特点,针对单个障碍物的避碰问题进行建模;接着设计了机器人避障的通用算法,利用该算法很好地解决了机器人的机械臂避碰问题,使机器人有效避障且完成任务.     

基于速度变化空间的移动机器人动态避碰规划

研究了移动机器人对运动障碍物的动态避碰．针对以往速度障碍法在动态避碰应用中存在的问题,制 订了相应的改进方法．综合考虑障碍物速度的动态变化和碰撞时间、碰撞距离,在速度变化空间中,基于避碰行为 动力学原理,设计了新的优化评价函数,采用双障碍物检测窗口进行动态避碰规划．仿真实验表明,该方法有效地 克服了避碰规划的保守性,提高了机器人运动的安全性,并能实现对运动目标的及时追踪．     

空间绳系机器人抓捕目标过程协同稳定控制

针对空间绳系机器人抓捕无控目标过程中的自身稳定控制问题,提出一种操作机械臂主动阻尼控制与利用空间系绳、反作用轮进行基体姿态稳定控制相结合的协同稳定控制方法.文中首先建立了空间绳系机器人抓捕目标的动力学模型及与目标的接触碰撞模型,分析了抓捕过程中空间绳系机器人及目标的运动状态,在此基础上设计了操作机械臂关节主动阻尼控制律以减小碰撞力对操作机械臂末端的冲击,结合基体姿态的变化设计了滑模姿态稳定控制律,通过空间系绳和反作用轮提供基体所需的滑模姿态控制力矩.在抓捕目标仿真过程中对关节主动阻尼控制方法和所提出的协同稳定控制方法进行比较分析,结果表明,本文提出的抓捕目标协同稳定控制方法能很好地稳定操作机械臂和基体,且空间系绳对基体及目标的扰动影响很小,达到了空间绳系机器人抓捕目标时自身稳定的要求.     

基于预测窗的轮式移动机器人最优避障避碰算法

针对非线性轮式移动机器人的避障以及多机器人间的相互避碰问题,提出了一种基于预测窗的避障避碰算法.首先为了便于预测碰撞的发生,通过反馈线性化将非线性的机器人运动学模型转化成线性模型;然后根据线性模型预测会导致机器人发生碰撞的所有相对虚拟加速度变化量集合,称之为加速度变化障碍.基于此,为每个机器人构造既能躲避障碍物又能相互避碰的可行加速度变化集合.然后通过优化指标函数求得最优虚拟加速度变化量,最后将其转换成机器人的实际控制量.这种算法与现有的相比,可使机器人在避障或避碰过程中的行驶方向角、线速度的变化幅值更小,角速度和线加速度的变化更为平顺,而且运行所用的平均时间更短.仿真结果演示了所提出算法的有效性和相对于已有方法的优势.     

配置弹簧阻尼装置空间机器人双臂捕获卫星操作缓冲柔顺控制

为了避免空间机器人双臂捕获卫星操作过程中关节被冲击载荷破坏,在电机与机械臂之间加入了一种弹簧阻尼装置(SDD).该装置不仅能够吸收、消耗冲击能量,还能配合所设计的缓冲柔顺策略将冲击力矩限在安全范围内.首先,针对捕获前的双臂空间机器人开环系统与目标卫星系统,分别利用耗散力Lagrange方程法与Newton–Euler法...     

基于压力反馈控制的车间机械手智能防碰撞监测系统设计

针对目前提出的车间机械手智能防碰撞监测系统监测精准度低,防碰撞效果较差的问题,提出基于压力反馈控制的车间机械手智能防碰撞监测系统。硬件系统引入自动调心装置,在机械手内部加入两个避碰开关,将避碰开关与报警器相连接,如果出现碰撞,则发出警报,引用JCQ1工作监测器与机械手串联,确定机械手的工作状态和动作次数。软件部分依据机械臂运动的特点,设置机械手双动式液压缸和臂架单活塞杆双动式液压缸,通过压力反馈计算活塞直径得到液压缸直径,判断最大流量,将判断结果与阈值进行对比,完成防碰撞软件监测。实验结果表明,基于压力反馈控制的车间机械手智能防碰撞监测系统能够更加精准地控制机械手智能防碰撞监测数据,防碰撞控制精度较高,说明所设计系统能够有效实现间机械手智能防碰撞。     

具有力矩传感器的柔性关节的振动抑制

针对具有谐波减速器的柔性关节机器人容易产生振动的问题,设计了一种轮辐式力矩传感器,该力矩传感器安装于谐波减速器输出端和机器人臂杆之间,用于反馈机械臂反作用于关节的扭转力矩,从而能够直接获得关节的振动状态信息.基于该力矩传感器信息和计算的关节名义输出力矩,提出了一种新的振动抑制方法,在传统力矩负反馈PD控制器基础上通过增...     

一种冗余机械臂的多运动障碍物避障算法

冗余机械臂的避障问题一直是工业机器人应用领域的研究热点之一;为了改进传统避障算法的不足,提出了一种多运动障碍物的避障算法;该算法利用各障碍物的运动状态得到与机械臂之间的最小预测距离,并将其利用雅可比转置矩阵转化为机械臂对应杆件上的躲避速度,再将躲避速度引入梯度投影法中求得机械臂的关节角速度,并通过积分得到避障运动中机械臂的关节角度值,在完成末端轨迹跟踪的同时实现冗余机械臂的实时避障;利用一款七自由度冗余机械臂对该算法进行了仿真验证,结果表明该算法能有效实现冗余机械臂对多运动障碍物的避障。