压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

柔性机械臂的动力学模型及PD控制

应用模态控制理论，对柔性机械臂的主动控制问题中的动力学模型进行了研究，在小变形假设的前提下，考虑由于横向变形而引起的轴向位移的影响，采用拉格朗日方程建立了计及动力刚化项的动力学模型，并将ＰＤ控制理论和方法应用于该模型。最后，对一单杆柔性机械臂的振动控制进行了计算机仿真。     

双连杆柔性机械臂的变结构轨迹控制

针对双连杆具有柔性前臂的机器人建立了非线性动力学模型，柔性臂所在的动坐标系上对坐示系采用相对坐标系，即悬臂梁坐标系，便得关节的实际转动角度与动坐标系的转角一致，利于控制方案的实施。基于输入输出线性化，提出了一种关节轨变结构跟踪控制方案，该方案考虑了柔性臂弹性变形的稳定性对参数的变化的鲁棒性。     

基于自适应神经网络的柔性关节机械臂控制

柔性关节机械臂系统是一个非线性高阶系统,且其动力学方程难以精确地获得。因此,提出一种以关节驱动电机的输入电压为控制量的自适应神经网络控制器,用于控制多连杆柔性关节机械臂系统。所提控制方法通过对柔性关节机械臂模型解耦得到关节转角关于电压的方程,以电压为系统控制输入。设计神经网络控制器用于逼近最优控制输入,并设计鲁棒控制器补偿逼近误差。该控制方法不再涉及复杂的动力学方程,因此能简化计算。相比已有控制方法,所提出的控制策略更简单、响应更快且更有效。并以二连杆柔性关节机械臂为例进行了仿真研究,结果证明了所提出控制方法的有效性。     

柔性机械臂变结构跟踪控制及柔性振动抑制

柔性机械臂具有质量轻、速度快和负载大的特点,针对柔性机械臂轨迹跟踪与弹性振动抑制问题,基于奇异摄动理论和两种时间尺度的假设,将柔性机械臂系统分解为代表大范围刚体运动的慢变子系统和代表柔性振动的快变子系统.对于慢变子系统采用变结构控制来实现关节轨迹的跟踪,而快变子系统则采用最优控制方法来对柔性杆振动进行主动抑制.仿真实验结果表明,该控制方法不仅能够保证系统刚性运动轨迹的精确跟踪,并能有效抑制柔性杆件的弹性振动.     

刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究

根据假设模态法,对刚-柔耦合机械臂系统进行运动学分析;基于Lagrange方程,建立刚-柔耦合机械臂系统的动力学模型;采用滑膜变结构控制方法对刚-柔性机械臂的振动控制进行仿真研究.结果表明:一阶模态下的动力学模型即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求,滑模变结构控制能够有效地减缓柔性末端的振动,提高机械臂系统的动力学性能和精度.     

双连杆柔性机械臂的非线性轨迹跟踪控制

针对双连杆柔性机械臂提出了一种非线性轨迹跟踪控制方案。利用输入－输出线性化方法使得关节变量与弹性变量解耦，导出了柔性机械臂的零动力学方程，并证明关节轨迹跟踪控制的稳定性。最后进行的仿真实验表明了本方法的有效性     

刚-柔性机械臂动力学建模及其动力学特性研究

根据假设模态法,对刚-柔性机械臂系统进行了位形表达及运动学分析.基于Kane方程,建立了刚-柔性机械臂系统的动力学模型.数值仿真结果表明,截取前二阶模态即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求;分析了柔性机械臂的结构参数、材料参数和驱动力矩对其动力学特性的影响.研究结果表明:通过采用矩形截面,采用较大弹性模量的材料,减小外部施加的驱动力矩,避免驱动力矩产生突变,可以有效地提高刚-柔性机械臂系统的动力学性能.     

基于期望关节角补偿的车载液压刚柔机械臂建模及轨迹跟踪控制

采用拉格朗日原理和假设模态法,通过引入驱动Jacobian矩阵,推导出液压刚柔机械臂动力学方程。针对柔性臂的特点,提出了关节角补偿方法。为了克服参数扰动和外界干扰,利用自适应律估计不确定性项提出了同时控制刚体运动和振动抑制的自适应滑模控制方法。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。     

大型空间机械臂柔性关节的微分几何算法控制器设计

大型空间机械臂负责空间站大型负载的运输、装配,而关节柔性会在一些工况下造成振动.因此设计了一种大型空间机械臂柔性关节控制器.针对谐波减速器的引入而带来的柔性,建立了柔性关节的动力学模型;采用基于微分几何反馈线性化方法对柔性关节模型做了精确线性化解耦处理.对于线性化后的系统,为了克服不确定性及提高鲁棒性,采用具有较高鲁棒性和抗干扰性的滑模变结构控制规律来实现轨迹的合理跟踪.在Matlab/simulink中实现了线性化过程和滑模控制过程,对给定输入信号进行跟踪仿真,改变滑模控制的控制参数,得到控制参数对系统影响,验证了滑模控制的高鲁棒性,并能很好地跟踪输入信号.仿真结果表明,反馈线性化与和滑模控制的结合可以很好地应用于柔性机械臂的控制.     

DDA方法在波动问题计算中的初步研究

采用DDA方法验证了一维应力波在不同边界的响应情况;在此基础上,实现了位移和应力两种地震波输入方式,并对两种方法进行了比较。基于DDA的一维计算模型,研究了在计算波动问题时块体单元尺寸和节理刚度的取值问题。研究结果表明：DDA模型网格在波传播方向的尺寸取最短波长的1/15～1/20;随着法向刚度的降低,节理对弹性纵波的衰减作用增大;当节理标准强度大于0.5时,DDA计算的节理面透射系数与理论透射系数的误差在5%以内。此外,基于DDA方法中波动问题的初步研究成果,对某地下厂房在正弦波作用下的动力响应情况进行了简单地分析,分析成果与有限元计算结果基本一致,这为DDA方法用于工程实例的动力响应分析奠定了基础。     

自由漂浮空间机器人力矩最优轨迹规划算法

针对自由漂浮空间机器人的轨迹规划问题,提出一种基于粒子群优化算法的机械臂关节角驱动力矩最优轨迹规划算法.首先通过对自由漂浮空间机器人系统的动力学方程进行分析,给出了以机械臂关节角驱动力矩为目标函数的轨迹最优控制算法,并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,结合粒子群优化算法对机械臂关节角轨迹进行优化求解.数值仿真表明,规划出的关节角轨迹平滑连续,在完成自由漂浮空间机器人姿态调整任务的同时,机械臂关节角驱动力矩降至最低.     

具有非驱动关节机器人模型的研究

以具有非驱动关节的水平两自由度机械手（大臂为驱动臂，小臂无驱动、自由）为对象，建立了其动力学数学模型，对其非完全约束（约束条件为不可积）情况进行了分析，在此基础上，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，得到了与原系统动力学性能基本等价的平均系统，使模型得到简化，通过非线性系统相平面分析的方法，对原模型与简化后的平均系统模型在扰动作用下的特性进行了分析，得到了满意的仿真结果，验证了简化方法的有效性，简化后的模型可方便地用于该机械手的位置控制。     

下肢外骨骼机器人动力学参数辨识与步态跟踪

为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。     

三自由度柔性机器人的逆运动学解与振动抑制控制

在柔性机器人末端执行器的轨道跟踪控制中,其逆运动学与振动抑制是两个非常重要的问题,基于对象的低阶振动运动模型提出了一各迭代型逆运动学数值解法,同时分析了解法的稳定性,给出的振动抑制法是将杆件振动高频位置信息反馈给关节角速度,此法因不需检测杆件振支速度而简实用,为提高末端执行器轨道跟踪性能,从系统自由运动开始的轨道末端点起导入了振动抑制控制。     

基于数据驱动的膝关节外骨骼控制

为了识别人体运动意图协调人机运动,采用二维激光测距仪采集地形数据进行在线识别,使用学习向量量化（LVQ）的方法,基于不同地形间的距离特征实现快速、准确的地形分类. 设计基于数据驱动的无模型自适应控制方法,基于膝关节角度的输入输出数据建立动态线性化模型,避免了人机外骨骼建模的复杂性和建模误差. 建立人机外骨骼模型,通过仿真得到正常行走时膝关节的先验力矩,引入先验力矩提高控制器的准确性. 搭建ADAMS和MATLAB联合仿真平台,选取平地路况进行实验. 实验结果表明,所设计的控制方法使得外骨骼膝关节对目标角度有良好的跟踪,对人体行走有较好的助行效果.     

控制受限的挠性航天器大角度机动变结构控制

考虑刚性主体上带有挠性梁的航天器,在建立挠性系统动力学模型的基础上,基于"喷气-飞轮"执行机构工作模式,设计了简单易行的滑模变结构控制策略进行大角度机动控制.通过最优控制理论设计弹性稳态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动.实现了旋转机动的同时,有效抑制了弹性振动.     

具有非驱动关节机器人的位置闭环控制

以具有非驱动关系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，在此基础上，针对平均系统，利用李亚普诺夫稳定性方法设计了非驱动关系的任意位置闭环控制，仿真结果表明平均系统与原真实系统具有相同的动力学特性，且设计的位置环控制方法是有效的。     

基于模型预测控制的磨削机器人末端力跟踪控制算法

基于曲面预测与模型预测控制算法提出磨削机器人对连续曲面工作时的末端力控制算法。给出机械臂离散、线性化的动力学模型;根据曲面预测算法计算未来时刻的曲面坐标,通过快速算法和求逆解运算获得机械臂满足设定值时各关节的期望角度;由动态矩阵控制算法求得机械臂各关节的输入力矩,以实现对期望关节角的轨迹跟踪。在仿真试验中控制机械臂追踪未知连续曲面,证明了机械臂针对未知曲面作业时所提算法力控制的实时有效性,并且达到目标要求。     

全方向康复步行训练机器人的跟踪控制

针对全方向康复步行训练机器人在跟踪运动过程中x轴、y轴和方向角各轨迹之间存在强耦合的问题,提出了速度跟踪控制器设计方法,从而使全方向康复步行训练机器人能同时实现各个方向理想的跟踪效果.在全方向康复步行训练机器人动力学模型和运动学模型的基础上,采用输入-输出线性化方法,通过模型解析推导出四轮转速与其驱动力间的解耦状态方程,设计速度跟踪控制器,实现速度的解耦控制.将速度控制器与非线性反馈控制律相结合,可以实现对运动轨迹的跟踪.仿真实验表明,本文方法具有一定的有效性,解决了传统跟踪过程中不能同时实现运动速度和运动轨迹跟踪的问题.