柔索驱动并联机器人运动控制研究

针对柔索驱动并联机器人的工作特点,研究柔索驱动并联机器人的运动控制方法。通过对柔索驱动并联机器人系统动力学的强非线性、参数不确定性以及受到外界干扰等系统特性的分析,探讨了系统适用的控制策略。进一步,设计了一种将常规PI控制和Fuzzy控制相结合的Fuzzy-PI混合离散控制策略来实现柔索驱动并联机器人轨迹跟踪控制。这种控制策略不仅能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应快的特点,而且具有常规PI控制器的动态跟踪品质和稳态精度。在此基础上,为了进一步提高Fuzzy-PI混合离散控制系统的适应能力,设计了一种带有自调整因子的模糊控制规则。数值结果表明,在相同给定条件下Fuzzy-PI控制算法、常规模糊控制和离散非线性PID控制算法跟踪期望轨迹时,沿X方向、Y方向和Z方向的跟踪误差分别在 ±10cm、±7cm、±3cm,±15cm、±8cm、±5cm,±15cm、±9cm、±4cm的范围内。     

4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析EI北大核心CSCD

4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。     

一种柔索并联机器人的动力学建模与主动控制

柔索并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件，它结合了并联结构和柔索驱动的优点。500m口径大射电望远镜（FAST）粗调系统是通过六根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的六自由度运动，其工作特点类似并联机器人，因此也被看作柔索并联机器人。基于FAST5m缩比实验模型，首先进行了逆运动学分析；其次，采用拉格朗日方程建立了柔索并联机器人的逆动力学模型；最后，针对结构特点模拟作用在馈源舱上的随机风荷，设计了用模糊控制器自动调整免疫系统反馈规律的免疫PID控制器来控制馈源轨迹跟踪的风振响应。数值结果验证了该主动控制策略能够有效衰减风荷振动，从而提高了馈源轨迹跟踪精度。     

高速柔索牵引摄像机器人动力工作空间研究

首先,提出了一种基于最小二范数的高速柔索牵引摄像机器人的索力快速优化算法;其次,基于集合理论得到了动力工作空间的一致求解策略;进而,仿真计算了给定结构参数下的机器人动力工作空间,并结合机器人沿工作空间顶面特定曲线运行时索长及索力的变化规律,对工作空间顶面形成的原因进行了分析;最后,借助工作空间底面剖视图研究了机器人工作空间底面的可达区域与支撑杆高度的影响关系,得出合理选取支撑杆高度的依据。     

40米口径射电望远镜索支撑系统误差分析与补偿

主要研究了40米口径射电望远镜索支撑系统的误差分析与补偿问题,提出了一种基于索直线模型弹性变形的实时误差补偿方法。在索支撑系统运动学和静力学分析的基础上,建立了兼顾索弹性变形的误差模型,分析了索弹性变形对馈源跟踪精度的影响情况。针对天文规划给定的两条典型路径,根据索弹性变形量和实时控制要求,提出了一种基于索弹性变形的大跨度索支撑系统误差补偿方法,该方法不需要迭代,计算量小。仿真结果表明,该误差补偿方法提高了索支撑系统跟踪精度,同时满足射电望远镜的观测要求。     

索牵引并联机器人中变长度柔索的动力学分析

现有索牵引并联机器人研究中大多将柔索处理成简单的索杆单元,没有充分考虑柔索的动力学特性对末端执行器定位精度的影响。为此,本文提出了一种柔索长度慢速变化时的索牵引并联机器人动力学模型。文中首先推导了描述变长度柔索动力学特性的偏微分方程,空间离散化后采用有限差分法将其转换成普通微分方程。然后,根据末端执行器与柔索之间的动力耦合关系,得出索牵引并联机器人的动力学模型,模型中同时包含有柔索和末端执行器的自由度。最后,给出两个算例来验证本文模型的有效性,同时说明工作空间巨大时考虑柔索动态特性的必要性。     

空间冗余索驱动并联机构的耦合振动特性研究

针对大型空间结构的在轨装配任务,提出了索驱动并联机构的方案,对其振动特性进行了研究。基于微分变换推导了机构的刚度矩阵,在此基础上建立了索并联机构的振动方程。通过理论计算分别分析了运动平台的位姿以及绳索拉力水平对机构振动特性的影响,并通过仿真研究了不同工况下机构的振动规律。搭建了空间冗余索并联机构的缩比样机并开展了机构的振动特性试验,进一步验证了振动模型的正确性以及仿真结果的有效性。结果表明：运动平台在中心位置处时各阶模态是解耦的,不同方向的振动相互独立;在边缘位置处,各阶模态具有强耦合性,单方向的干扰力会引起多个方向的振动,且振动频率以一、二阶固有频率为主。研究结果对于索并联机构的振动控制具有指导意义。     

基于索力优化的FAST柔索牵引并联机构的静力学分析

FAST望远镜的馈源支撑是一个跨度巨大的柔索牵引并联机构,其中可承载用于收集射电波信号的馈源接收机的馈源舱由六根并联的支撑钢索悬挂于空中,并随着6索的协调收/放可在空中大范围缓慢运动。由于支撑钢索的截面尺寸较大,在机构平衡状态下其自重不能忽略。其中一部分钢索还需要悬挂入舱的动力电缆和通讯光缆,因此馈源舱运动范围、馈源舱姿态、各索的张力和索的几何构形均存在着复杂的耦合关系。该文建立了支撑钢索和馈源舱的静力平衡方程,通过引入各索张力均衡分配的优化原则,对舱静力平衡方程进行了优化求解,并获得了各索张力和馈源舱姿态角在轨迹球冠面内的优化计算结果。从各索张力的优化计算结果可推导出各索张力的最大值、最小值和变化趋势。基于馈源舱姿态角的优化计算结果,并结合馈源接收机在焦点位置所必须达到的姿态角控制要求,估算了舱内的AB转轴机构所需要的最小姿态角补偿范围。该文最后分析了支撑塔高度和馈源舱的重心位置对于索张力和馈源舱姿态角在轨迹球冠面内的优化分布计算结果的影响。分析结果表明最大索张力对于支撑塔高度较为敏感且成反比,而舱姿态角对馈源舱的重心位置较为敏感。这两项重要参数均应在未来FAST的设计中进行优化。     

基于ADAMS的冗余驱动并联机器人动力学仿真研究

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.     

考虑柔索振动影响时索牵引并联机器人的动力学分析与控制

现有索牵引并联机器人研究中,大多没有考虑柔索振动对系统运行精度的影响。为此,本文提出了一种适用于慢速运动的索牵引并联机器人动力学模型,模型中将柔索的运动分解为稳态运动与小幅振动两部分。系统的期望运动可由柔索的稳态运动来实现,柔索偏离稳态位置的运动可由对应的小幅振动来描述。针对稳态运动和小幅振动分别设计了相应的控制器,稳态运动的控制器保证系统可按期望的轨迹运行,小幅振动的控制器则用来抑制柔索在运动过程中出现的振动,这种振动是不希望出现的。最后,给出了一个数值算例来验证本文动力学模型及控制算法的有效性。     

Analysis of robot positioning error

Positioning errors of robots used for material handling and assembly can be sufficiently large to cause problems. These errors are due to imperfect repeatability of the robots, and their effects can be ameliorated or exacerbated by tolerances on the workpieces and on the jigs and fixtures. In this paper, a model for characterizing the positioning errors of robots is developed. A statistical analysis of positioning error data is performed to make inferences about the stochastic nature of the robotic system. The basic issue is whether the positioning errors of the robot are state dependent or state invariant.     

悬索驱动并联机器人的非线性PD控制研究

基于悬链线方程建立了大跨度悬索的索力与索端位移和索长之间的增量关系,同时推导出机器人末端执行器的位移偏差与悬索作用力增量之间的关系,据此构造出系统的动力学方程。采用李雅普诺夫法先对末端执行器上的合力设计反馈控制器,然后结合系统的动力学方程,构造出以索长调整量为控制输入时的非线性PD控制器。数值算例证明了控制算法的有效性。     

三芯电力电缆各芯线电流测量偏心误差的计算和补偿方法

用磁传感器测量三芯电力电缆各芯线的电流时,磁传感器阵列的中心可能偏离电缆中心,致使测量结果中含有由此产生的误差即偏心误差,为此提出一种对偏心误差的计算和补偿方法。在原有测量方法基础上,将磁传感器阵列沿电缆轴向安装表面旋转180°,测量新位置上的磁感应强度。通过求解非线性方程组,可以确定偏心误差的大小;并据此对测量结果进行补偿,可得到计及偏心误差情况下三芯电力电缆各芯线电流值的实际大小。电磁场有限元仿真试验结果表明,所建立的解析模型具有很好的准确性,验证所提出计算和补偿方法的有效性。     

用于并行结构机器人关节的开发方法

 与目前几乎仅绝对使用的串行结构相比，并行运动结构的机器人在各个领域的应用具有广阔前景。并行结构机器人的主要优点是有较高的结构刚度并可以实现较大的加速度。在并行结构机器人中，除了主动的关节(即驱动装置)之外，还需要被动的关节。这些被动的关节在大多数情况下都具有更多滑移自由度和转动自由度。对这些关节的要求主要是：移动性大、刚度高、质量轻以及结构空间紧凑。市场上现有的关节大都不能很好地满足这些要求。     

Full-field phase error compensation method based on relationship between unwrapped phase and phase error

The three-dimensional reconstruction in phase-measuring profilometry (PMP) usually involves the phase error caused by the gamma effect of the projector. In this study, the relationship between the unwrapped phase and the phase error of every pixel is analysed, and an effective full-field phase error compensation method based on this relationship is proposed for the reduction of every pixel error. In our optimized PMP system, the full-field phase error can be detected by directly fitting the unwrapped phase of the reference plane. In addition, the relationship between the unwrapped phase and the phase error can be established by creating a phase-error lookup table for the phase error compensation of every pixel. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed method in practical PMP, and the measurement errors can be reduced by a factor of least 10.     

工业机器人校准技术与补偿方法发展现状及趋势

工业机器人因具有自动化程度高、定位精度好等优势,已成为我国工业智能化的攻关方向之一,并将逐步替代人工,在智能制造领域发挥不可替代的作用.在使用过程中,造成工业机器人准确度下降的因素众多,将直接影响其在叶片研磨、高精度钻铆等高精尖领域中的应用.文章在总结工业机器人通用校准模型的基础上,分析了工业机器人校准技术与误差补偿方...     

消防水炮射流运动轨迹模型与定位补偿方法

传统的喷洒水和气体灭火系统已不能满足大空间建筑场所的灭火要求,智能消防水炮已逐步成为高大空间和工业场合的灭火新设备.针对当前智能消防水炮射流灭火误差较大的问题,在考虑空气阻力的情况下,构建智能消防水炮射流运动轨迹模型,分析射流轨迹特性,求解初始仰射角,进行定位旋转角补偿.通过仿真实验完善和验证射流运动轨迹模型初始参数,以及它们之间相互约束关系;在实际试验环境下,对通过射流运动轨迹模型计算得到的初始仰射角进行分段修正补偿.实验结果表明,基于考虑空气阻力下的智能消防水炮射流运动轨迹模型的定位时间小于30s,射流落水点和火源中心偏差小于0.3m,射程误差满足国家标准,可为智能消防水炮的控制和研发提供借鉴.     

数控机床手动补偿误差的方法研究

为了减少数控机床精度损失及维护成本,以SIEMENS、FANUCK和FAGRO数控系统为例,采用双频激光干涉仪系统完成数控机床的精度检测,以手动补偿的方式修正数控机床的误差。根据双频激光干涉仪的测量原理,结合数控机床精度检测的方法及影响因素,对手动方式补偿数控机床误差的方法进行了分析说明。实验表明,手动方式补偿数控机床误差的方法实用,较为安全、可靠和经济。     

Simulation driven performance characterization of a spatial compliant parallel mechanism

The integration of compliant mechanism and parallel mechanism provide an effective solution for medical micromanipulation, especially for the scenarios where high precision and high dexterity are required. The development of spatial compliant parallel mechanism (CPM) takes advantages of the features for both compliant mechanism and parallel mechanism to generate greater comprehensive performances. In this research, a novel three degrees-of-freedom CPM is designed and analyzed. Since performance characterization is one important factor that greatly affects the application potential, the performance indices including stiffness, dexterity, manipulability and workspace are mapped respectively. The finite element analysis is conducted to prove the feasibility of the proposed design. The multi-parameters improvement is implemented to demonstrate a way how to optimize the performance of the compliant parallel mechanism based on a generic method.