下肢康复机器人模糊增益自适应调整的滑模阻抗控制

为了实现下肢康复机器人在康复训练过程中主动模式下的控制,在分析了人机交互作用力与动力学模型的基础上,提出了一种模糊增益自适应调整的滑模阻抗控制。该控制方法,通过阻抗控制器修正期望的下肢运动轨迹,得到新的关节运动轨迹,将新的关节轨迹与实际的关节轨迹误差转化为滑模函数,通过模糊化,将自适应力矩作用于下肢康复机器人。该控制方法减轻了滑模控制中的抖振现象,使其达到期望的力矩控制效果,实现了主动模式下的的柔顺性。     

一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法

针对下肢康复外骨骼机器人在主动康复训练中运动柔顺性不足的问题,提出一种基于模糊控制的分数阶自适应导纳控制方法。该方法是先在导纳控制模型中,惯性项、阻尼项和刚度项的阶数由整数变为分数,同时通过设置不同分数阶参数对比分析,找到最佳分数阶参数,用于人机交互控制中,可以有效提高康复机器人系统的平稳性和柔顺性。然后将实际人机交互力与期望交互力的偏差转化为位置偏差,以此来修正期望轨迹,其中位置控制器采用PID控制,实现位置跟踪。再利用模糊推理实时地调整导纳控制器的阻尼与刚度参数,相比固定导纳参数更能顺应人体运动意图,改善人机协调性,实现下肢康复外骨骼机器人的自适应主动柔顺控制。在Matlab/Simulink平台对分数阶自适应导纳参数控制器进行仿真实验,与固定导纳参数控制器进行对比分析。仿真结果显示,该方法可以有效降低轨迹跟踪误差,提高跟踪精度,使得人机之间的协同程度更高,同时降低人机交互力,有效改善运动柔顺性,保证患者的安全,避免肌肉二次损伤。     

关节型码垛机器人轨迹规划及运动学研究

为了使关节型码垛机器人运动更加精确、流畅、连续、平稳的码放货物,提出了基于双平行四边形机构码垛机器人的轨迹规划及运动学分析方法。根据D-H法建立运动学模型,并对其进行反解。采用"5-3-5"轨迹规划法,将各关节运动轨迹分为三段,使用不同低阶多项式对各轨迹段进行插补。利用MATLAB进行运动学仿真分析,并生成关节角、角速度、角加速度变化曲线。利用拉格朗日方程推导各关节驱动力矩,保证各关节按照期望的角速度和角加速度运动。为实现关节型码垛机器人轨迹规划提出一种新的方法。     

基于ADAMS的手康复机器人运动学仿真分析

文中基于手指的生物学特征与ADAMS,设计了一种手指康复训练机器人,机器人通过平行四边形连杆机构进行关节独立驱动,实现对手指的屈曲/伸展运动训练,通过对机构进行运动学仿真,分析了机器人驱动关节速度、角速度及角加速度特性,结果显示符合手指的运动学特性,可以作为手指康复机器人的机构模型。     

上肢康复机器人被动变刚度驱动器建模与试验

康复机器人的关节往往要求良好的变刚度特性以适应人体的柔顺性。根据上肢的关节肌肉特点,对上肢康复圆周轨迹训练中不同位置的刚度需求进行分析,并在此基础上设计了一种新型被动变刚度驱动器,其通过凸轮-滚子-簧片机构产生变化的阻力矩,从而实现上肢圆周轨迹训练过程中不同位置的刚度变化。建立了被动变刚度装置的数学模型并通过仿真和试验验证了模型的准确性和设计方案的可行性。设计的被动变刚度驱动器满足上肢康复训练过程中的刚度变化规律,结构简单且无需额外驱动与控制。     

机器人关节空间B样条轨迹优化设计

在关节空间中对机器人Ｂ样条轨迹进行了时间了短优化计算,该优化问题模型包括关节角速度、角加速度、角加加速度及力矩４种约束,给出优计算方法,给出了 经计算方法,给出了ＰＵＭＡ５６０机器人前三铰Ｂ样条轨迹优化算例。     

托卡马克真空室内窥机器人的运动学仿真

托卡马克真空室内窥机器人主要用于携带摄像器材近距离观测托卡马克真空室第一壁的状况。基于EAST平台,设计了一种弧形关节臂托卡马克真空室内窥机器人;接着在已建立的机器人运动学正解和反解算法基础上,根据机器人不同工作位置,分别采用"点到点"和连续路径规划方法对机器人末端轨迹进行规划;最后整合轨迹规划数据,并将其导入ADAMS中实现真空室垂直断面扫描过程的仿真,得到机器人各关节的角位移,角速度,角加速度以及关节力矩随时间变化曲线,且曲线光滑连续。     

基于变导纳柔顺策略的康复机械臂示教研究

针对康复机械臂在康复示教过程中随动效果不佳的问题,设计了在关节空间内结合力矩微分项的导纳控制器,并利用双曲正切函数设计了改进的变导纳控制策略。在Adams与MATLAB/Simulink联合仿真平台上进行了示教仿真,并搭建了实物示教试验平台进行了验证。结果表明,该变导纳控制器能够较好地实现示教功能,同时降低了轨迹跟随误差及人机交互力矩的大小,提高随动效果,示教重复性高。     

基于DENSO机器人的地插打磨时间最优轨迹规划

高档装饰用地插多采用铜或不锈钢材质,其外观要求光亮圆滑。为实现DENSO机器人在执行打磨作业过程中运动高效、平滑且连续,对比分析了匀加速匀减速、三次多项式、五次多项式三种插值方法,对机器人手臂末端轨迹进行任务空间轨迹规划。通过对DENSO机器人逆运动学求解,将任务空间轨迹转换到关节空间。运用MATLAB建模仿真得到机器人各关节的角位移、角速度及角加速度曲线图,结果表明用五次多项式插值法规划后的各关节角位移、角速度及角加速度曲线更加平滑且无突变,机器人运动性能优于另外两种方法。根据角加速度曲线波动范围及最大允许角加速度的限制,对各段轨迹运动时间进行了重新分配,得出在满足DENSO机器人运动平稳和物理约束的条件下所需的最短时间。最后通过整机实验与对比,实现了DENSO机器人对地插打磨作业的时间最优轨迹规划,为进一步提高机器人工作效率奠定了理论基础。     

基于非均匀B样条曲线的挖掘机最优时间轨迹规划

为了实现挖掘机器人平稳、高效率地完成给定挖掘任务,提出了非均匀B样条曲线的轨迹规划方法.利用3次非均匀B样条曲线,在关节角速度、角加速度和角加加速度的约束条件下,在关节空间对挖掘机进行轨迹规划.采用自适应粒子群优化(APSO)算法求取插值时间的最优值,优化得出各个关节角度的最优时间曲线,从而得到末端挖掘轨迹,在相同的约...     

基于屏障 Lyapunov 函数的上肢康复机器人 自适应主动交互训练控制

针对上肢运动功能障碍患者进行辅助康复训练,搭建了一套上肢康复外骨骼机器人系统,并提出一种基于屏障Lyapunov函数的增广神经网络自适应导纳控制策略。首先,介绍了上肢康复外骨骼的机械机构及其控制系统。然后,推演了控制器的设计过程并进行了Lyapunov稳定性证明。最后,分别进行了不同控制内环的轨迹跟踪被动训练实验和不同导纳参数下基于人机交互力的主动交互训练实验,同时分析比对了主动训练时的人机交互力与轨迹偏差的变化关系。被动训练实验结果证明了增广神经网络对人机模型动力学的逼近效果,其轨迹跟踪峰值误差为模糊PID控制器的53%。主动交互训练实验证明了通过调整导纳参数可实现在相同训练任务下不同强度的康复训练以匹配不同康复阶段下的患者。     

基于力阻抗控制的手臂康复机器人实验研究

把阻抗控制理论运用于手臂康复机器人控制中,使用基于力阻抗控制模型设计了系统的控制器。利用MATLAB/Simulink系统设计工具建立了系统控制模型,并在dSPACE实时仿真平台上进行了实验研究。结果表明,通过调节控制器中的刚度系数、阻尼系数可以使手臂康复机器人具有不同的刚度特性和阻尼特性。该控制器实现了被动和主动两种训练模式中机器人的柔顺运动控制。     

下肢外骨骼康复机器人的动力学建模及神经网络辨识仿真

针对下肢外骨骼康复机器人的灵敏度放大控制需要精确逆动力学模型的问题,通过Solidworks软件建立精确的三维实体模型,联合Matlab/SimMechanics建立下肢外骨骼康复机器人的动力学模型,以角度、角速度和角加速度作为输入信号,输出信号为髋、膝关节力矩,进行逆动力学仿真分析。将仿真后的输入输出数据利用BP神经网络进行训练并获得外骨骼逆动力学动态数学模型。仿真结果表明,该方法可以获得下肢外骨骼康复机器人精确的模型,并为进一步的实现外骨骼的灵敏度放大控制提供保证。     

永磁变刚度柔性关节的力学分析与控制器设计

提出一种采用永磁弹簧、绳索驱动、梯形布置的拮抗式变刚度柔性机器人关节,能够根据任务需要,实时调节关节刚度。所述永磁弹簧装置,在绳索提供力矩一定的情况下,增加了关节刚度变化范围,同时减小操作臂的质量与惯量。对提高柔性机器人关节的运动性能具有重要意义。对关节空间与绳索空间的映射关系进行推导并利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度模型,进而实现关节刚度与位置解耦。以轨迹控制为目标,设计了一种双闭环解耦控制器,并进行了试验验证。仿真分析与试验结果共同表明,该柔性关节在较宽刚度调整范围内,都具有较好的位置响应特性和轨迹跟踪能力。上述结构与控制方式同样也适用于多自由度并联柔性机器人关节。     

一种改进的SCARA机器人动力学参数辨识方法

针对SCARA机器人动力学参数辨识问题,提出了一种基于优化改进傅里叶级数的辨识方法。根据SCARA机器人完整动力学方程,推导得到动力学模型的线性形式。采用改进傅里叶级数作为机器人关节的激励轨迹,使得关节角度满足连续周期性,并且关节角速度和角加速度在轨迹起始和停止时刻为零。为进一步提高辨识精度,以SCARA机器人观测矩阵的条件数为目标函数,采用基于排挤机制的小生境遗传算法对激励轨迹的系数进行优化。考虑到测量噪声的影响,采用加权最小二乘法（WLS）作为参数估计方法。实验结果表明,采用所提方法能准确辨识出SCARA机器人的动力学参数,两关节力矩测量值和预测值的残差均方根分别减小了11.50%和26.35%。     

基于滑模变结构的轮式机器人双环轨迹跟踪控制

针对轮式机器人轨迹跟踪问题,提出了一种利用滑模变结构算法构建的双环轨迹跟踪控制系统。在基于轮式机器人运动学模型基础上,针对该非线性欠驱动系统采用滑模变结构算法设计了能够保证全局范围内渐近稳定的轨迹跟踪控制器,并构建了双环控制系统。通过内环系统控制角速度,实现对方向角的跟踪;外环控制器得到控制角之后实现对速度的控制,使机器人达到期望位姿状态。文中利用Lyapunov稳定性理论对所设计的闭环系统进行了稳定性分析,并通过仿真进一步验证了该控制系统的有效性。     

柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

基于ADAMS的多机器人协同焊接相贯线运动学动力学分析

以松下TA1400型六轴工业机器人为研究对象,在ADAMS中建立多机器人协调运动仿真环境。通过设计绘制双贯线的辅助机构,仿真动作设计及仿真脚本编写,对三台机器人协同焊接双贯线进行动力学分析,求取各机器人各关节所需驱动力矩并测量角位移、角速度、角加速度曲线。经与采用末端牵引机器人运动测量的角位移、角速度、角加速度曲线比对分析,验证动力学分析正确性。     

柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

沿任意倾斜面的机器人力/位置控制方法研究

设计了沿任意倾斜面的机器人自适应阻抗控制方法,该方法解决了接触面法向方向、环境阻尼、刚度参数未知对机器人力/位置控制的影响问题。在机器人与倾斜面碰撞接触过程中采用递归最小二乘(RLS)算法估计环境的阻尼、刚度,根据接触力矩实际值与期望值的偏差实现机器人末端期望姿态的调整;在机器人末端沿倾斜面滑动阶段,设计规则自调整的模糊控制器,根据机器人末端位移、接触力误差实时调整机器人阻抗控制模型参数,以适应环境阻尼、刚度的变化。提出的控制方法具有编程实现简单且对环境参数变化鲁棒性较强的优点,实验验证了控制方法的有效性。