多轴运动控制器研制及其在机械手上的应用

针对数控机床、机械手等系统的发展需要,设计了基于DSP的开放式运动控制器.控制器通过PCI总线与上位机通信,采用DSP和CPLD完成了运动控制功能,实现了机械手关节运动的伺服控制.考虑机械手的动力学特性,设计了单神经元自适应PID控制器,在开放式控制平台上实现了机械手的精确轨迹跟踪.试验结果表明,该系统具有良好的开放性...     

多自由度火车车轮生产机械手设计

针对火车车轮各生产工序间轮坯传递的高负载、高温、高位置精度、高生产率等要求,提出了一种多自由度生产机械手解决方案。该机械手采用特殊的机构设计方案,实现了轮坯多自由度的自动定位、夹紧和传递等功能;采用西门子高速响应运动控制器和电液伺服控制技术,实现了机械手高性能运动控制。实际运行效果表明,该机械手具有工作范围大、定位精度高、夹紧可靠、生产效率高等特点,并且已经应用于火车车轮生产过程,较好地解决了各生产工序间的工件传递。     

五自由度液压伺服机械手研制

针对液压机械手在实际生产中存在的问题,设计了满足大功率负载搬运的高负载、高位置精度、高生产率等要求的液压机械手。该机械手采用五自由度机构设计方案,包括夹取机构、俯仰机构、推拉机构及回转机构,实现了负载多自由度的自动定位、夹紧和传递功能,通过机械手正运动学的分析,及末端执行器运动轨迹的仿真试验验证了设计的合理性;设计了机械手液压系统,包括回转机构驱动回路、俯仰机构驱动回路、推拉机构驱动回路、手抓机构驱动回路,并且进行了元件的选型与参数计算;采用西门子控制器和电液伺服控制技术,实现了机械手高性能运动控制。研究结果表明,该液压机械手具有结构简单、运行平稳、精度符合要求、传递效率高等特点,能够较好地解决生产搬运的问题。     

基于迭代学习的电液机械手末端轨迹跟踪控制研究

针对目前常见串联式机械手末端存在控制误差累计而导致末端控制精度较低,无法实现高精度位置伺服控制,使得末端轨迹跟踪控制较差等问题,该文借助迭代学习控制算法的优点,提出了一种基于迭代学习的电液机械手末端轨迹跟踪控制算法。首先,该文以型号为REbot-6R机械手为研究对象,建立机械手的三维模型和坐标,利用D-H坐标,建立REbot-6R机械手运动学模型;然后,设计了基于迭代学习的电液机械手末端轨迹跟踪控制器;最后,以REbot-6R机械手为对象搭建实验平台进行轨迹跟踪控制实验。实验结果表明了迭代学习算法能够很好的运用在REbot-6R机械手上,有效性地解决机械手末端轨迹跟踪控制较差等问题,提高了轨迹跟踪精度。     

基于西门子S7-1500 PLC的电液伺服控制系统设计

电液伺服控制系统是一种常用的工业控制系统,通过伺服元件连接和放大电气信号和液压信号控制工业负载。文章以工业机械手为例,探讨基于西门子S7-1500可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）的机械手电液伺服控制系统替代传统的模拟控制器,旨在实现实时工业监控,降低功耗。     

基于PLC和组态王对三轴机械手控制系统的设计

介绍了由可编程控制器(FX3U)、组态王、VB和交流伺服装置及丝杆工作台组成的三轴运动控制系统,实现了三轴机械手的手动控制,点动定位控制和空间轨迹控制。采用组态王组态人机界面对PLC进行监控;并且实现了VB与组态王之间的数据实时通讯,为编写机械手的运动轨迹算法提供了平台。在手动控制和点动定位控制中,利用组态的人机界面控制PLC的高速计数脉冲和脉冲频率,以达到控制电机位移和电机速度的目的,实现了整个系统的精准定位控制。在空间轨迹控制中,利用VB的强大的运算能力,把经过处理后的数据传输给组态王去控制PLC的脉冲频率,达到三轴电机按照规定的算法输出的目的,实现了对三轴运动控制系统的轨迹控制。     

特种车辆救援机械手电液伺服控制系统仿真

通过对电液比例伺服控制系统的分析,建立了比例阀控制液压缸的数学模型,针对特种车辆救援机械手电液伺服系统设计了基于单片机控制的电液比例伺服控制系统数字校正环节.实验验证了建模分析的正确性以及 PID参数选择的合理性.为实现电液比例伺服控制系统在救援机械手中的应用打下良好的基础.     

基于液压驱动电液缸伺服控制系统研究

由于传统液压驱动机械手液压缸伺服控制系统的不稳定性,提出模糊控制与PID控制相结合的控制方法,可以很好地解决电液缸运动不平稳性问题。通过多自由度液压驱动机械手运动过程来设计电液缸伺服控制系统,介绍了机械手整体结构、常规PID原理、及模糊控制原理;最后,建立模糊PID控制电液缸模型,利用MATLAB仿真软件来对比两种控制方式下的控制效果。实验表明模糊PID具有很好的自适应性、抗干扰、稳定性;验证了该控制方法的合理性,并能够达到设计要求。     

电液位置伺服系统自适应反演滑模控制

在六自由度并联运动平台运动控制中，可转化为对各个支链的运动控制，每条支链采用电液伺服运动系统。针对并联运动平台支链位置控制中存在的抗干扰和控制精度问题，提出了一种基于自适应反演滑模控制算法。该算法利用自适应控制策略，以此对系统的建模误差和外加干扰等不确定性进行估计，再结合反演滑模控制算法设计平台支链位置控制器，解决并联运动平台位置精确控制问题。仿真结果和试验表明，该控制策略能够很好的实现支链电液伺服运动快速、稳定、高精度位置控制，并对系统的外加干扰具有很强的鲁棒性和自适应性。     

机械手关节运动控制模块设计

以机械手腕关节为研究对象,选用LM629N芯片对机械手的关节运动控制进行设计,设置关节运动控制的轨迹参数,对LM629N校正滤波器和读写操作进行研究,设计出关节运动控制电路,组成关节伺服控制系统的一个模块,实现高精度位置控制的机械手关节半闭环控制。经过验证,节约了成本、达到了设计的要求,为机械手关节控制模块的设计提供了可借鉴的模式。     

基于PID+ESO控制器的气动机械手控制仿真分析及试验研究

针对现实中的气动机械手存在的停滞及控制精度不高等缺点,为了使气动机械手具有更好的运动轨迹跟踪特性,降低非线性,通过分析PID+ESO控制器原理,对采用PID控制和扩张状态观测器PID控制下的气动机械手进行了理论研究。通过对控制器的设计,在MATLAB/Simulink软件上分别对两种不同的控制方法进行仿真,得到各轴的目标跟踪曲线和跟踪误差曲线。将此控制器原理应用于气动试验台,得出基于扩张状态观测器PID控制下的误差较低。应用于直角坐标气动机械手响应速度快、控制精度高。     

Performance improvement of pneumatic artificial muscle manipulators using magneto-rheological brake

A novel pneumatic artificial muscle actuator (PAM actuator), which has achieved increased popularity to provide the advantages such as high strength and high power/weight ratio, low cost, compactness, ease of maintenance, cleanliness, readily available and cheap power source, inherent safety and mobility assistance to humans performing tasks, has been regarded during the recent decades as an interesting alternative to hydraulic and electric actuators However, some limitations still exist, such as the air compressibility and the lack of damping ability of the actuator bring the dynamic delay of the pressure response and cause the oscillatory motion Then it is not easy to realize the performance of transient response of pneumatic artificial muscle manipulator (PAM manipulator) due to the changes in the external inertia load with high speed In order to realize satisfactory control performance, a variable damper — Magneto-Rheological Brake (MRB), is equipped to the joint of the manipulator Superb mixture of conventional PID controller and a phase plane switching control method brings us a novel controller This proposed controller is appropriate for a kind of plants with nonhnearity, uncertainties and disturbances. The experiments were carried out in practical PAM manipulator and the effectiveness, of the proposed control algorithm was demonstrated through experiments, which had proved that the stability of the manipulator can be improved greatly in a high gain control by using MRB with phase plane switching control method and without regard for the changes of external inertia loads     

基于操纵子学模型的5自由度宏-微精密机械手运动的映射关系

针对宏-微机械手末端位姿、位置准确度的误差问题,受细胞学操纵子学说的启发,提出了基于操纵子模型的宏-微精密机械手运动的映射关系,研究精密机械手运动的影响因子和细胞学中的操纵子模型,分析机械手精密运动影响因子的影响方式和操纵子模型的结构组成及其工作机理,结合操纵子模型的工作机理,分析宏-微机械手的控制系统,在此基础上,求解机械手精密运动控制系统的操纵子模型,考虑在几何因素的影响下,得出机械手末端位置在影响因子前后的误差值,通过基于粒子群算法的比例-积分-微分(Proportional-integral-differential,PID)控制器对误差结果进行优化,得出基于时间乘绝对误差积分准则(Time multiplied by the absolute error integral,ITAE)的粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)变化曲线和PID最优的控制参数。结论表明由映射关系推导出的控制系统能够满足一定的精度要求,并能进一步提高机械手的运动精度,为生物控制在机器人中进一步的创新研究提供了理论基础和依据。     

直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位

提出一种直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台,研究并联平台视觉精密定位技术。给出并联平台结构并采用矢量链法得到并联平台运动学模型。针对并联平台动平台位姿测量问题,利用视觉系统作为反馈单元,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现对动平台位姿精确测量;针对传统PID关节控制器在实际控制中问题,采用基于扰动观测器的并联平台支链控制器模型。试验结果表明：对于目标位置为(20 mm,20 mm),并联平台半闭环控制精度约为±500 µm,而通过视觉定位精度达到±5 µm。视觉定位较半闭环控制大幅提高了并联平台定位精度,能够满足并联平台大行程、高精度定位的需求。     

柔性机械臂结构-控制耦合特征的实验研究

利用柔性机械臂主动控制实验装置以及相应的动力学参数测试系统 ,采用光电编码器、加速度计和应变片分别检测柔性臂的大范围运动、末端振动及驱动力矩 ,对柔性机械臂结构 -控制耦合特性进行了研究。实验结果发现 :1)由于结构与控制系统的耦合 ,改变了柔性机械臂的第一阶振动频率 ;2 )在实现规定运动时 ,不同结构的柔性机械臂的驱动力矩形式明显不同 ;3)柔性机械臂的驱动力矩具有随伺服驱动系统工频的脉动现象。验证了柔性机械臂结构与控制系统之间存在相互作用 ;指出采取结构 -控制一体化设计方法是提高柔性机械臂性能的一个重要手段。     

Hot turning of a difficult-to-machine steel (sae xev-f) aided by infrared radiation

This paper discusses how to improve the position precision of a semi-closed loop servo system. A support vector regression algorithm is chosen to model and predict position error. The predicted error is then fed back to the input entry to compensate the error. Fuzzy PID control is introduced to adjust the controlling rule of the PID controller in the semi-closed loop servo system so as to improve the dynamic response characteristics of the servo system and reach a high degree of position precision. A case study is implemented. The simulation and experimental results show that combining the improved fuzzy control with predicted position error feedback ensures a high degree of position precision and a high degree of dynamic response characteristics.     

灰色预测模糊PID控制在调节阀智能定位系统中的应用

针对气动调节阀系统大惯性、纯滞后和时变性的特点,建立了调节阀执行机构的二阶加纯滞后模型,在此基础上设计了基于灰色预测模糊PID算法的复合控制器。PID模块作为该复合算法的基础,用来减小系统偏差,提升动态性能;模糊控制模块对系统偏差及其变化率进行模糊处理,输出值作为PID参数的调整量,实现在线调整控制参数,克服时变性对系统的影响;灰色预测模块对系统输出数据序列进行提取并预测未来发展趋势以进行系统的“超前控制”,进一步解决气动系统滞后和稳态性能差的问题。基于灰色预测模糊PID算法的复合控制器将灰色预测模型、模糊控制和比例微积分算法相结合,可实现阀门位置的高精度调节与智能控制。仿真结果表明,灰色预测模糊PID控制算法相比常规PID以及模糊PID具有更快的响应速度、更高的调节精度以及更好的稳态性能。     

基于积分分离式 PID 的三连杆机械臂传动控制方法

提出基于积分分离式 PID 的三连杆机械臂传动控制方法。将三连杆机械臂看作一个机械系统,构建动力学模型,拆解分析模型中每个元素。将三连杆机械臂的运动状态划分为退化、摇起以及平衡 3个阶段。根据每个阶段的定义公式,判断机械臂是否满足条件,随时切换运行状态,直至切换至平衡阶段停止。在积分分离式 PID 算法中,给定一个控制系数阈值,并与机械臂当前阶段采样差对比,选择合适 PD 、PID 控制算法。搭建实验测试环境,通过与其他算法展开对比,结果表明,所提方法具有最高的控制效率和机械臂运行精度。     

前馈PID控制器在钻柱运动补偿系统中的应用

针对"深海钻柱运动补偿系统负载大时,钻柱运动补偿系统响应的时间长,使得补偿系统在控制过程中出现滞后、反馈补偿出现振荡"等问题,设计了钻柱运动补偿系统中的前馈PID控制器。根据对负载变化趋势的预测结果,采取前馈补偿的方法来减小补偿系统负载变化对钻压产生的影响,提高了系统的响应速度;同时,引入PID反馈控制消除补偿系统在前馈控制过程中产生的误差,提高了系统跟踪补偿的精度。研究结果表明,该方法对于大惯性负载的运动补偿装置控制器的设计具有一定的借鉴意义和实用价值。