dVRK外科机器人操纵臂建模与控制

为提高dVRK外科机器人主操纵臂控制系统的快速响应性和控制实时性,开发一种基于Simulink Real-Time和实时目标机Speedgoat的外科机器人主操纵臂实时控制系统。利用D-H法建立主操纵臂坐标系并推导运动方程,通过设计和建立位置控制算法和仿真模型,设计UDP Real Time通信指令和相关应答机制,构建了"宿主机-目标机"的机器人实时控制系统。试验结果表明,系统实时准确地完成了外科机器人操纵臂的数据采集和相关控制算法验证。     

基于Simulink Real-Time的dVRK机械臂实时控制研究

为提高dVRK外科机器人控制系统的快速响应性和控制实时性,基于D-H参数模型建立dVRK 七自由度机械臂的连杆模型。计算机械臂的齐次变换矩阵,为机械臂的实时控制提供参考。基于MATLAB/Simulink建立机械臂各关节的PID位置控制半实物仿真模型,实现机械臂末端的实时定点控制。结果表明：所提系统可实时准确地完成外科机器人机械臂的数据采集和相关控制算法的验证。     

直线一级倒立摆系统控制仿真及实验研究

倒立摆是一个非线性、不稳定的系统,控制情况比较复杂,在航空航天,军工领域,机器人等智能控制方面有所应用。倒立摆也是检验新控制算法的理想实验平台。阐述了直线一级倒立摆系统的组成和工作原理。首先根据直线一级倒立摆的物理模型,经过力学分析和近似处理等方法变为数学模型,随后分别使用PID和Fuzzy模糊控制方法,在MATLAB/Simulink中搭建合理的仿真模块,进行相关仿真分析。对比两种控制算法对倒立摆系统稳摆的控制结果,找出控制效果最好的控制方案,并分析不同算法的特点。最后使用直线一级倒立摆实物进行实时控制实验,以验证仿真的结果是否和实际结果相符。     

直线一级倒立摆系统控制仿真及实验研究（英文）

倒立摆是一个非线性、不稳定的系统,控制情况比较复杂,在航空航天,军工领域,机器人等智能控制方面有所应用。倒立摆也是检验新控制算法的理想实验平台。阐述了直线一级倒立摆系统的组成和工作原理。首先根据直线一级倒立摆的物理模型,经过力学分析和近似处理等方法变为数学模型,随后分别使用PID和Fuzzy模糊控制方法,在MATLAB/Simulink中搭建合理的仿真模块,进行相关仿真分析。对比两种控制算法对倒立摆系统稳摆的控制结果,找出控制效果最好的控制方案,并分析不同算法的特点。最后使用直线一级倒立摆实物进行实时控制实验,以验证仿真的结果是否和实际结果相符。     

基于多目标优化克隆算法的机器人模糊控制研究

为了提高机器人运动轨迹的控制效果,提出一种基于多目标优化克隆算法的机器人模糊控制方案。分析了克隆变异算法的等级支配关系及增殖机制,并基于多目标优化策略对算法的性能进行优化;基于目标函数向量识别出理想曲线的最优解,实现对机器人系统运动轨迹优化和动态控制补偿。搭建仿真平台验证所提控制算法的有效性,从对机器人各关节运动数据采样对比可知：所提出算法的轨迹控制偏差更小,控制轨迹更接近于理想轨迹,尤其是在加入噪声和干扰信号的条件下控制效果的优势更明显     

新型三平移并联机器人机构的光滑滑模控制研究

有关并联机器人的研究多限于机构学、运动学和动力学方面的研究.针对一种新型三平移并联机器人机构,在根据动平台运动要求,基于运动学分析实时求得各支路主动副期望角位移,并基于动力学分析实时求得各支路主动副主要等效干扰作用的基础上,建立了控制系统模型,设计了一种新型光滑滑模控制算法,仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪.仿真结果表明:所设计算法解决了传统滑模控制在数字实现时的震颤问题,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能.其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础.     

搬运工业机器人的教学仿真系统设计

利用OpenGL开发环境,与Visual C++相结合,建立搬运工业机器人的三维模型,开发的仿真系统具有可扩充性和可移植性,将FMS机器人的正逆运动学、正逆动力学、各种控制算法、轨迹规划封装成通用模块,并提供用户接口,供用户设计自己的模块和控制算法;增加多个输入输出模块。该结构可扩展实际的FMS机器人控制系统,从而更好地为搬运工业机器人在工作空间的工作姿态进行三维仿真,实现实时控制与实时仿真的一体化。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

飞机表面清洗机器人的三维实时仿真及其运动控制的实现

以实验室的五自由度飞机表面清洗机器人为样机,为其搭建一套含三维实时运动仿真的实时控制系统。该系统硬件主要采用CAN卡和Copley的驱动器进行运动控制,软件采用Visual Studio C#对三维软件SolidW orks进行二次开发。利用数据库将运动控制软件和三维仿真软件相结合,实现三维实时仿真。实验表明:该系统在保证精度的前提下,可对机器人下达控制指令的同时通过三维模型反馈其运动的实时位姿,记录其运动数据,从而实现对机器人的实时控制与监控。     

飞机表面清洗机器人的三维实时仿真及其运动控制的实现（英文）

以实验室的五自由度飞机表面清洗机器人为样机,为其搭建一套含三维实时运动仿真的实时控制系统。该系统硬件主要采用CAN卡和Copley的驱动器进行运动控制,软件采用Visual Studio C#对三维软件SolidW orks进行二次开发。利用数据库将运动控制软件和三维仿真软件相结合,实现三维实时仿真。实验表明:该系统在保证精度的前提下,可对机器人下达控制指令的同时通过三维模型反馈其运动的实时位姿,记录其运动数据,从而实现对机器人的实时控制与监控。     

基于模糊算法的水下机器人路径规划研究

针对水下机器人的工作环境的复杂性与不确定性,为了提高自主式水下机器人与外部环境交互及自主航行的能力,结合视线导航原理与模糊控制算法,提出一种未知环境下水下机器人的局部路径规划策略,可实现机器人的实时避障功能。利用测距声呐、短基线系统对环境进行探测,得到一定范围内的障碍物与目标信息,通过模糊控制器实时调整水下机器人的运动偏转角度,有效地避开障碍物,达到预定目标点。最后通过MATLAB进行仿真,构建一个仿真实验平台,交互式设置障碍物的数量、大小、形状、位置等初始信息,机器人运用该算法在多障碍物、不同路障环境下,都能较好地实现机器人避障,验证了算法的有效性。     

竖井掘进机纠偏过程撑靴液压系统控制策略研究

为解决全断面竖井掘进机在钻进过程中的角度偏斜问题，提出纠偏过程撑靴液压系统控制策略。考虑到钻进过程中姿态测量的实时性，重点提出针对小角度偏斜的纠偏原理，将竖井掘进机的纠偏过程规划为绕钻头顶点旋转和向下钻进的交替配合；将各支撑液压系统的作用独立开来，以单个撑靴液压缸为对象，建立了含不确定干扰的纠偏过程撑靴液压系统动力学模型，设计基于模型补偿和角度误差符号积分的鲁棒控制策略，并通过李雅普诺夫稳定性分析证明了控制器可理论实现渐近跟踪性能；基于MATLAB/Simulink平台建立系统仿真模型和控制算法模块，选择两类转角指令，完成控制策略对比仿真。结果表明：在不确定干扰下所提出控制策略具有较高的偏斜角度调节精度。     

基于Simulink仿真平台上的随机干扰液压自适应控制系统

基于Simulink仿真平台,给出适合应用于液压系统的自适应控制策略.为简化控制算法,在设计自适应控制器时,只考虑控制输入作用,忽略随机干扰的作用,从而极大地简化了自适应控制器,有利于在线实时控制.通过大量的仿真研究,说明用这种简化的控制策略能有效地控制包含随机干扰作用下的整个液压控制系统,它不仅能使一个不稳定的系统变为稳定,且能在随机干扰作用下,也能渐近一致地跟随参考模型的希望输出,使被控系统满足性能指标要求.     

基于神经网络的工业机器人力控制研究

针对工业机器人夹持工件进行磨削时的力控制问题,提出一种基于神经网络算法的机器人力控制方法,搭建一套工业机器人磨削系统,并在Visual Studio软件环境下开发了相应的上位机软件。通过分析神经网络算法的原理,设计神经网络结构,使用从实际磨削过程中获得的训练数据对神经网络进行训练;将力传感器实时采集的力信号输出给训练好的神经网络模型,预测出机器人磨削加工的轨迹修正值并传给机器人,对磨削轨迹进行实时修正,从而实现工业机器人的间接力控制。最后,在搭建的工业机器人磨削系统上进行了力跟踪实验和钛合金试件磨削实验,验证了所提出的力控制方法和机器人磨削系统的有效性和实用性。     

面向数控设备的实时Linux系统构建与应用

针对目前实时数控系统的发展现状和存在问题,提出了一种应用于数控设备的实时Linux系统构建方法和策略,并构建了以该实时系统为基础的数控系统框架.该系统采用模块化软件设计,采用分布式控制策略,具备良好的可扩展性.该项研究可广泛应用于工业机器人、精密数控机床等领域.     

基于几何不变性和滑动模态算法的冗余机器人运动控制研究

冗余机器人可以通过冗余自由度实现额外的优化目的。针对受空间约束条件下机器人运动控制问题,采用几何不变性和滑动模态算法,实现冗余机器人的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。通过建立冗余机器人系统数学模型,给出冗余机器人轨迹跟踪典型控制方案,优化了冗余机器人控制目标。设计推导出能确保机器人关节位置向量在约束空间内,且冗余机器人关节能平滑到达约束边界的几何不变性和滑动模态算法。采用数学软件MATLAB对平面3R冗余机器人系统进行仿真。同时,与不采用文中算法的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:冗余机器人关节在受到外部约束时,采用几何不变性和滑动模态算法所有关节能保持在约束空间内,同时关节能够平滑地接近约束边界,关节误差在3.2 s就能够快速收敛。     

xPC技术在异步电机瞬时起动电流特性曲线测试中的应用

为实现对异步电动机瞬时起动电流的测试,设计了基于xPC技术的半实物仿真测试平台。电机起动电流经变送器变换后,通过PCL-818HG A/D数据采集卡,送目标机-宿主机双机模式仿真测试平台,完成异步电机瞬时起动电流的实时测量,并输出测试数据曲线。     

基于CAN总线的某特种机器人控制系统设计与实现

针对某特种机器人运行过程中存在控制参数复杂、被控制伺服电机和辅助设备多等问题,设计一种机器人驱动控制系统。以PLC和PC为硬件的核心构架,利用C#语言编程完成了上位机软件的开发,实现对设备的集体远程控制和参数监视,同时具备完善的报警系统,使机械结构和执行机构的安全性得到保证。该系统中,PLC结合控制局域网络总线、自由口通信和普通IO实现了对执行机构的精准管控,上位机和PLC之间选用以太网进行通信。实验结果表明所开发的特种机器人控制系统实时性好、精度高、可靠性强。     

焊接机器人控制设计与仿真研究

采用MFC为框架平台设计实现上位机、以DSP控制器为下位机模式设计控制焊接机器人控制系统,其中DSP控制器以TMS320F28335为控制芯片设计外围硬件电路,支持TCP/IP、CAN、RS232等通信方式,控制器与伺服系统之间通过RS232进行连接,采用指令方式控制伺服系统。在Matlab7.0平台上对机器人各关节运动进行实时仿真,验证所设计的控制系统是可行的。