一类三关节体操机器人的类等效建模

无力矩驱动模式的电机驱动器使得三关节体操机器人控制难度增加,但具有实际意义.针对该类机器人系统,提出了基于＂类等效＂思想的简化动力学模型,该模型由刚体动力学和加速度驱动两个子模型构成.利用拉格朗日法建立刚体动力学方程;使用频率响应法得到加速度驱动模型的伯德图并确定了其阶次,根据阶跃响应曲线确定其纯滞后;使用改进的遗传算法辨识模型参数.通过对简化前后的模型进行对比实验以及简化模型的稳定控制实验,验证了简化模型的有效性和优越性.     

3关节单杠体操机器人的动力学参数辨识

在采用拉格朗日方法确定了3关节单杠体操机器人动力学模型结构的情况下,动力学参数的精确辨识对机器人实时控制的实现显得十分重要.为实现对体操机器人多个动力学参数的精确辨识,在传统的遗传算法中,通过引入混合编码、海明距离、可变精度的交叉操作、正交试验设计、动态编码和反馈式突变等思想,再加上特殊设计的适应度函数,形成了一种改进的遗传算法.该算法在统计上更加合理,鲁棒性更强,更容易搜索到接近全局最优的可行解.通过体操机器人各个关节自由运动实验与模型数值仿真实验数据的实际比较,验证了所提出改进遗传算法的有效性,实现了3关节单杠体操机器人模型更为优化的动力学参数辨识.     

基于DSP的欠驱动体操机器人的摇起控制设计

针对欠驱动机器人控制系统,给出一种基于DSP控制的类人形的三关节欠驱动体操机器人。首先以ADSP2181为核心设计出控制器,通过高速PCI总线与上位机PC通讯,采用直流电机伺服控制。然后依据建立的体操机器人动力学模型提出基于能量增加的正弦和斜坡函数输入方式,经对体操机器人作摇起控制实验,实验显示,设计的三关节欠驱动体操机器人控制系统满足实时性、稳定性和准确性要求。     

具有谐波减速器的机器人关节建模与动力学参数辨识

针对串联机器人,提出了一种改进的机器人关节模型,并采用该模型开展了机器人动力学建模与辨识工作。建立了机器人动力学模型,对机器人关节结构进行分析,改进了关节模型,并通过谐波减速器的输入力矩近似估计其摩擦力矩。选取傅里叶级数为激励轨迹并优化其参数,通过控制关节按照所得轨迹运动,采集并处理相关数据,并基于加权最小二乘法分别辨识机器人关节模型参数与连杆动力学参数。通过关节预测力矩对所得参数进行验证,结果表明,基于改进关节模型的机器人动力学模型精度得到明显提升。     

机器人转动关节的LuGre摩擦模型参数辨识

根据Lu Gre摩擦模型辨识理论,以伺服电机驱动轴与伺服电机内部的摩擦模拟机器人关节摩擦,建立Lu Gre摩擦模型。对伺服电机做基于固高卡的模拟量控制,通过C++编程,从编码器中读取角度、转速值、加速度值。正转速度和对应的驱动力矩,以及反转速度和对应的驱动力矩,分别构成静态参数辨识的两组数据。位移、速度、加速度和驱动力矩构成动态参数辨识数据。在MATLAB中编写粒子群算法辨识程序,对以上数据进行处理,最终得到Lu Gre模型的6个参数的辨识值。     

欠驱动机械手的非线性补偿控制的实现

以具有欠驱动关节的水平两自由度机械手为对象,建立了其动力学数学模型。对具有非完全约束机器人的特点进行了分析。利用解非线性方程的有效方法一平均值法对模型进行了处理,得到平均值系统,使模型得到简化。含有非驱动关节的平面二自由度机械手具有不可积分的速度和加速度束。因而是一个二阶非完整系统。通过分析系统的动力学机构,设计了一种非线性补偿控制的方法来对欠驱动关节实现控制。实验结果表明。该控制方法在控制模型、控制算法和反馈控制方法上都是十分有效的。     

工业机器人负载动力学参数辨识方法

为了解决负载变化导致的机器人控制性能降低的问题,本文在分析负载动力学参数对各关节力矩的影响的基础上,提出了一种仅驱动机器人的第3、4、5、6轴运行激励轨迹的辨识方法.首先,基于最小惯性参数集线性化工业机器人动力学模型;其次,在分析负载参数对各关节力矩的影响的基础上,选取相应的运动关节轴,设计适用于负载辨识的有限项傅里叶级数的优化激励轨迹;然后,在空载和带3种不用负载情况下运行激励轨迹,采集关节角度和关节力矩数据,并将数据通过低通滤波器处理;最后,基于动力学线性模型使用加权最小二乘法辨识负载动力学参数.机器人运行验证轨迹,通过计算负载力矩计算值和测量值的差的均方根(RMS)来评价负载辨识结果.同时将该方法与CAD (computer aided design)方法对比,结果显示前者最多可以将后者RMS值降为原来的16%,且该方法对不同负载辨识结果稳定有效.该方法避免了驱动所有关节轴运动的方式,减小了机器人耦合带来的误差,同时缩短了激励轨迹参数优化时间,有效提高负载动力学参数的辨识效率和效果.     

洁净机器人反应转矩观测与碰撞保护研究

提出一种基于反应转矩观测器的机器人碰撞保护方法;机器人的反应转矩由基于模型的干扰观测器估值得到,模型的建立包括电机系统转矩模型与机器人系统动力学模型两部分;由于洁净机器人特殊的构型及关节耦合关系,机器人的动力学建模被大大简化,同时对简化后的模型采用最小二乘法对惯性参数和摩擦参数进行辨识,提高了模型的精度;根据永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型,可以得到基于电机电流的机器人关节转矩;机器人与外界环境接触时,关节转矩的增加量即为反应转矩;通过设计反应转矩观测器并采用力/位混合控制结构,实现基于电流的机器人主动柔顺控制功能,并在洁净机器人进行碰撞保护实验,实际运行结果验证了该方法的有效性。     

基于迭代学习控制的鳗鱼机器人切向速度跟踪控制

鳗鱼机器人的动力学模型非线性强、高度欠驱动,导致多关节鳗鱼机器人的切向速度跟踪控制极具挑战．本文采用P型迭代学习控制与步态生成器相结合的方法对多关节鳗鱼机器人的切向速度进行跟踪控制．首先,采用解析牛顿-欧拉法建立非惯性系下的鳗鱼机器人动力学模型,直接获得切向速度子动力学模型;然后,利用带饱和函数的P型迭代学习控制器控制步态参数,并且利用复合能量函数和切向速度子动力学模型分析该控制器的收敛性,得到切向速度跟踪误差的收敛条件;最后,提出鳗鱼机器人的运动控制框架,并对多模块的鳗鱼机器人进行仿真和实验．实验结果表明,实际的切向速度随着迭代次数的增加而逐渐跟踪上了期望的切向速度,故而验证了鳗鱼机器人切向速度跟踪控制器的有效性．     

含有未驱动关节的空间机器人控制

含有未驱动关节的自由潭浮空间机器人具有不可积分的速度和加速度约束，因而是一个二阶非完整系统，通过分析系统的动力学结构，本文设计了一种全 基于速度控制的方法控制未驱动关节，然后采用多步混合控制策略实现空间机器人的定位跟踪。     

Joint acceleration feedback control for robots: analysis, sensing and experiments

Independent joint control for robots is enhanced to suppress the dynamic couplings by incorporating an acceleration feedback loop that is designed in terms of its stability and ability in resisting the dynamic coupling disturbances. The sensing and modeling of joint acceleration via linear accelerometers is dealt from the viewpoint of practical implementation. Extensive experiments are conducted on a three-link direct drive robot, to mainly investigate the ability of the independent joint controller with the acceleration loop in resisting the coupling torque, and demonstrating the enhanced trajectory tracking performance. Results are given against the ones obtained by conventional independent joint control without the acceleration feedback control.     

Experimental investigation of snakelike motions of a three-link mechanism

A three-link joint mechanism is considered, which is able to move on a flat rough surface by changing its configuration. A model for this mechanism is presented, and its control system is described. The results of experiments with the three-link robot for various motion modes are presented.     

Swing-up control of a 3-DOF acrobot using an evolutionary approach

We present a control method for a 3-DOF acrobot which is a model of a gymnast on a horizontal bar with three links, two active joints, and a passive joint. This robot is a nonholonomic and underactuated system. We propose two control methods for the 3-DOF acrobot. First, swing-up control is performed by genetic programming (GP), and stabilizing control is handled by a linear quadratic regulator (LQR). GP can search widely for the optimum input torques for swing-up so that the acrobot is able to reach a near balancing point. The LQR is then switched on to stabilize the system. In the simulation results, the 3-DOF acrobot could swing up to the desired position, and the proposed method could control the acrobot effectively.     

基于T-S模型的体操机器人系统模糊变结构控制

针对体操机器人（Acrobot）这类非线性系统,给出一种基于T—S模型的模糊变结构控制律设计．首先采用T—S模型建模,得到Acrobot的全局模糊模型;然后基于Lyapunov理论设计出保证Acrobot全局渐近稳定的模糊变结构平衡控制器．仿真结果表明,所设计的模糊变结构控制器与普通变结构控制器相比．可使Acrobot系统在垂直向上平衡点附近具有更大的吸引域和更强的鲁棒性．     

体操机器人的模糊控制策略

提出了一种体操机器人模糊控制策略,它结合了无需模型和基于模型的模糊控制,无需模型的模糊控制器是为摇起体操机器人垢,它确保体操机器人的随着每次摆动而增加,基于模型的控制器是为平衡体操机器人设计的,它基于一个Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ模糊模型。     

Dynamic simulation of a contact-enhanced MEMS inertial switch in Simulink?

A novel contact-enhanced design of MEMS (micro-electro-mechanical system) inertial switch was proposed and modeled in Simulink^?. The contact effect is improved by an easily realized modification on the traditional design, i.e. introducing a movable contact point between the movable electrode (proof mass) and the stationary electrode, therefore forming a dual mass-spring system. The focus of this paper is limited to a vertically driven unidirectional one for the purposes of demonstration, but this design concept and Simulink^? model is universal for various kinds of inertial micro-switches. The dynamic simulation confirmed the contact-enhancing mechanism, showing that the switch-on time can be prolonged for the dynamic shock acceleration and the bouncing effect can be reduced for the quasi-static acceleration. The threshold acceleration of the inertial switch is determined by the proof mass-spring system’s natural frequency. Since the inertial switches were fabricated by the multilayer electroplating technology, the proof mass thickness were assigned two values, 100 and 50 μm, in order to get threshold levels of 56 and 133 g respectively for the dynamic acceleration of half-sine wave with 1 ms duration. Other factors that influence the dynamic response, such as the squeeze film damping and the contact point-spring system’s natural frequency were also discussed. The fabricated devices were characterized by the drop hammer experiment, and the results were in agreement with the simulation predictions. The switch-on time was prolonged to over 50 μs from the traditional design’s 10 μs, and could reach as long as 120 μs. Finally, alternative device configurations of the contact-enhancing mechanism were presented, including a laterally driven bidirectional inertial switch and a multidirectional one.     

车辆系统集成化建模与换档规律特性仿真

将传动系统的虚拟样机模型与操纵控制系统的模型集成起来,实现对包括发动机、液力变矩直至行动系统在内的换档动态特性的仿真,建立换档规律、液压控制系统、动力传动系统及行动系统的集成化模型,并在虚拟样机及控制软件中实现多学科多软件的联合仿真,在对车辆的32 km/h加速性能的仿真试验中,得到相应的仿真时间以及相关动力传动系统的动态特性.