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...     

力矩输入有界的柔性关节机器人轨迹跟踪控制

为解决柔性关节机器人在关节驱动力矩输出受限情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于奇异摄动理论的有界控制器.首先,利用奇异摄动理论将柔性关节机器人动力学模型解耦成快、慢两个子系统.然后,引入一类平滑饱和函数和径向基函数神经网络非线性逼近手段,依据反步策略设计了针对慢子系统的有界控制器.在快子系统的有界控制器设计中,通过关节弹性力矩跟踪误差的滤波处理加速系统的收敛.同时,在快、慢子系统控制器中均采用模糊逻辑实现控制参数的在线动态自调整.此外,结合李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,通过仿真对比实验验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

柔性关节机器人基于柔性补偿的奇异摄动控制

传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制．为了解决这一问题,设计了关节柔 性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关 节具有一般柔性的机器人系统中．此外,对于慢子系统的控制,选择以投影算法作为参数估计规律的自适应控制 器,并证明了它的渐近稳定性．该控制策略没有关节柔性限制,不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用． 最后以本实验室的柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究,验证了所提控制策略的有效性和可行性．     

柔性关节机器人非线性解耦控制

本文提出了一种柔性关节机器人模型的非线性解耦控制规律，并给出了全局线性化系统的变换方程。     

柔性冗余度机器人力矩优化的研究

本文首先应用模态理论，对柔性冗余度机器人振动的控制问题的原理与策略进行了研究．在此基础上通过对满足抑振要求的自运动的选取进行分析，指出柔性冗余度机器人在通过优化其自运动实现振动抑制的同时还具有二次优化的能力，并给出了在满足抑振的前提下实现关节力矩优化的方法．最后对一个末杆为柔杆的平面三杆机械手的振动控制与力矩优化进行了仿真，结果验证了该方法的可行性．     

基于新型补偿控制策略的柔性关节控制器设计

柔性关节机器人控制系统中存在不确定性扰动、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,而常规PID控制无法兼顾稳定性和控制精度的要求,为此设计了一种基于新型补偿控制策略的柔性关节鲁棒控制器.控制器设计中,将摩擦力分为线性和非线性两部分,扰动分为确定性和不确定性两部分:机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分可以通过...     

自由飞行空间机器人的关节驱动力矩递失算法及其仿真

由于空间特有的微重力环境和卫星本体重心不固定,机械手和卫星本体之间存在运动学和动力学耦合作用,已有针对地面机器人提出的计算关节力矩的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ法和地面机器人的控制策略不能直接应用于自由飞行空间机器人（ＦＦＳＲ）的研究报告。文中首先分析了ＦＦＳＲ的速度和加速度关系,在此基础上建立了计算ＦＦＳＲ机械手各链杆的速度和加速度的递推公式;其次基于已有的针对地面机器人提出的Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅ     

自由飞行空间机器人的关节驱动力矩求解算法

本文首先分析了自由飞行空间机器人(FFSR)的速度和加速度关系,在此基础上建立了计算FF SR机械手各连杆的速度和加速度的递推公式;其次基于Luh等人针对地面机器人提出的Newto n-Euler动力学算法,开发了适用于FFSR的关节驱动力矩的递推算法;最后,用计算机仿真 验证了本文提出的关节力矩算法的有效性．     

机器人柔性关节准椭球面齿轮传动齿形分析与设计

本文就机器人柔性关节准椭球面齿轮传动的齿形问题作了分析研究,其凸齿齿形是以圆锥面代替了以往采用的渐开线回转面,使加工制造大为简化,文中又依据空间双自由度啮合理论,推导出啮合方程组及凹齿齿面方程,对四齿齿廓的几何特征作了分析并给出了齿廓坐标的计算方法.最后还对重合度进行了研究和计算.其结果证明该种准椭球面齿轮副传动可实现连续传动,     

基于腿部关节控制的仿人机器人偏摆力矩控制方法

针对机器人步行过程中产生的偏摆力矩影响步行稳定性的问题, 提出一种全新的基于腿部关节控制的偏摆力矩控制方法. 分析了偏摆力矩产生的原因及步行过程中垂直方向上的力矩平衡条件; 根据仿人机器人连杆模型和力矩平衡条件, 将偏摆力矩控制问题转化为带约束条件的二次规划问题, 推导出支撑腿腿部关节角度控制的表达式, 设计了腿部关节自适应控制器以提高轨迹跟踪性能, 并给出了稳定性证明. 仿真结果表明, 该方法能较好地克服偏摆力矩的影响, 使机器人实现稳定的步行.

     

基于关节力矩传感器的灵巧手指的阻抗控制

基于位置的阻抗控制以位置控制为基础,将它作为整个控制器的内环,附加的外环是阻抗力控制器,其控制效果的好坏取决于位置控制器的精确程度。将轨迹跟踪控制算法构建的位置控制器作为控制内环,同样阻抗参数下,增加了控制的稳定性和柔顺性,减小了超调和跟踪阶段的误差。并给出了基于H IT/DLR灵巧手手指基关节力矩传感器的阻抗控制的实验效果。     

大型挠性空间机械臂振动抑制的一种关节控制策略

大型空间机械臂在操作过程中,一个突出的问题是超低频挠性,不仅存在机械臂的弯曲振动,而且还存在关节的扭转变形振动;另外一个不能忽视的问题就是减速器的扭矩传递特性,以及机械臂关节运动与基座扰动（空间站）之问的耦合特性,这就要求根据关节结构和传感器配置实现关节位置控制,同时稳定和衰减机械臂及其关节的低频挠性振动．本文运用集中参数法对空间机械臂的挠性动力学进行建模,设计了工程可实现的单个关节控制策略及其控制律,分析和数值仿真了其稳定性,对未来空间站的大型挠性空间机械臂设计、动力学与控制的研究具有一定的参考价值．     

Nonlinear H∞ disturbance attenuation for robots with flexible joints

The tracking problem is considered for robots having flexible joints. We propose a state feedback control algorithm which guarantees arbitrary attenuation on the outputs of the effects of time-varying disturbances as well as of parameter uncertainties. Only a lower bound on the values of the elastic constants is required to be known.     

卓越Ⅰ型仿人机器人底层关节控制器的设计

为了实现卓越Ⅰ型机器人在实际环境中稳步行走,设计了底层控制系统中的关节控制器用于控制舵机。选用DSP TMS320F2812作为处理器,充分利用其全数字型,集成度高,体积小,低功耗以及可实现多轴运动的特点,对底层各个关节舵机进行控制,实现既定舵机的运转,以及将舵机的转速和位置等相关传感器的信息反馈给上级控制处理器实现对关节舵机精确的控制,并通过DSP TMS320F2812的两个事件管理器分别同时控制机器人的左右腿的关节舵机单元,提高了机器人在实际行走以及执行任务过程中的实时性、准确性以及稳定性。     

Topology optimization of frame structures with flexible joints

A method for structural topology optimization of frame structures with flexible joints is presented. A typical frame structure is a set of beams and joints assembled to carry an applied load. The problem considered in this paper is to find the stiffest frame for a given mass. By introducing design variables for beams and joints, a mass distribution for optimal structural stiffness can be found. Each beam can have several design variables connected to its cross section. One of these is an area-type design variable which is used to represent the global size of the beam. The other design variables are of length ratio type, controlling the cross section of the beam. Joints are flexible elements connecting the beams in the structure. Each joint has stiffness properties and a mass. A framework for modelling these stiffnesses is presented and design variables for joints are introduced. We prove a theorem which can be interpreted as the fact that the removal of structural elements, e.g. joints or beams, can be modelled by a small strictly positive material amount assigned to the element. This is needed for the computations of sensitivities used in the applied gradient based iterative method. Both two and three dimensional problems, as well as multiple load cases and multiple mass constraints, are treated.     

Control of underactuated robot manipulators using switching computed torque method: GA based approach

A new concept for controlling of underactuated robot manipulators is presented by using switching computed torque method. One fundamental feature of the present approach is to use the partly stable controllers (PSCs) in order to fulfill the ultimate control objective. Dynamic model of an underactuated robot system is directly analyzed to synthesize partly stable, computed torque controllers without performing rigorous linearizations or any other deformation methods to the original nonlinear system. Here, we use genetic algorithms (GAs) to employ the optimum control action for a given time frame with the available set of elemental controllers, depending on which links or state variables are controlled, i.e. the selection of optimum switching sequence of the control actions. Two underactuated robot manipulators are taken into consideration so as to illustrate the design procedure. Simulation results show the effectiveness of the proposed method. This basic concept has led authors to explore a vast research area on controlling underactuated manipulators.     

Modelling and adaptive tracking control for flexible joint robots with random noises

This paper investigates modelling and adaptive tracking control problems for flexible joint robots subjected to random disturbances. A stochastic flexible joint robot model is given by introducing random noises reasonably. Under some weaker assumptions, a new controller is constructed by exploiting adaptive dynamic surface control technique. It is proved that the mean square of the tracking error can be made arbitrarily small by choosing appropriate design parameters. A mechanics model is provided in the simulation to show the effectiveness of the presented theory.     

基于Karnopp摩擦的柔性滑移铰的建模与仿真

对含Karnopp摩擦的柔性滑移铰系统进行动力学建模和仿真.将滑移铰中的滑块视为柔性体,滑道视为刚性接触面,考虑滑道与滑块之间的间隙.由于柔性滑块与滑道的接触状态和摩擦情况比较复杂,采用有限元方法建立了柔性滑块的力学模型,基于罚函数方法建立含Karnopp摩擦柔性滑移铰接触力模型,通过试算迭代法判断柔性滑块各节点的接触状态,基于KED方法和Newmark方法给出了含该滑移铰机械系统动力学方程的数值算法.最后,以含Karnopp摩擦的柔性滑移铰和驱动摆杆构成的机械系统为例进行动力学仿真,分析了其动力学特性,验证了本文给出的方法的有效性.