基于信号重构的可重构机械臂主动分散容错控制

针对可重构机械臂系统传感器故障,提出一种基于信号重构的主动分散容错控制方法. 基于可重构机械臂系统模块化属性,采用自适应模糊分散控制系统实现正常工作模式时模块关节的轨迹跟踪控制. 当在线检测出位置或速度传感器故障时,分别采用数值积分器或微分跟踪器重构相应信号,并以之代替故障信号进行反馈实现系统的主动容错控制. 此方法充分利用了冗余信息,避免了故障关节控制性能的下降对其他关节的影响. 数值仿真结果验证了所提出容错控制方法的有效性.     

在人机协作中基于动量观测和优化算法的全机械臂单点接触信息实时估计

针对协作型机器人,提出了一种依据机器人控制与运动状态信息,基于动量观测与优化算法相结合的全机械臂单点接触信息实时估计方法.该方法将接触位置估计问题转化为优化算法有界搜索问题,搜索范围由动量观测方法确定的接触臂长度确定,两种方法的结合保证了估计的精度和实时性.基于UR机械臂实验平台的仿真与实验结果表明,本文方法能够实时、准确地估计除第1关节以外首次发生接触的机械臂任意位置处的力和位置信息.本研究可以在不借助传感器的情况下实现机械臂对外力的感知.     

基于STM32的力反馈型康复机器人控制系统设计

研究了一种基于STM32的力反馈型康复机器人控制系统的设计。采用位置传感器和扭矩传感器检测康复机器人机械臂的位置信息以及机械臂与患者的相互作用力信息,将位置信息与作用力信息送入基于ARM-M3内核的STM32微控制器进行处理,从而实现康复机器人中驱动电机的控制。该系统硬件处理电路包括了扭矩信号的信号调理单元、微控制器控制单元、电机驱动单元以及USB接口单元。经实验验证,本系统可以实现康复机器人的平稳安全的控制。     

基于改进神经网络的机械臂关节角度级联控制方法研究

为了提高机械臂关节角度级联控制能力,提出基于改进神经网络的机械臂关节角度级联控制方法.构建机械臂关节角度级联控制的约束参数模型,结合机械臂关节角度的位姿参数传感测量方法进行信息融合和特征提取,建立机械臂关节角度级联参数测量和层次融合模型,根据两传感器可信度参数分布定位关节角度的姿态,通过定姿补偿和反馈修正的方法,实现机...     

基于关节位置约束的仓储运输机械臂分拣控制

仓储运输机械臂分拣配送路径较为复杂，节点配送模式选择难度较大，难以保证分拣的准确性，为此提出了基于关节位置约束的仓储运输机械臂分拣控制方法。建立各机械连杆坐标系，采用PD控制器负反馈机制，优化操纵任意矢量。通过服务定位协议和射频标识技术构建包裹出库量的时间序列模型，计算仓库系统各功能模块模糊增益，获得包裹分拣的出库数据序列，明确节点配送模式。把关节位置约束问题转换为关节速度约束，将关节速度进行非齐次空间映射，调节关节的位移与权值，完成对关节位置约束校正，实现运输分拣控制。通过实验证明所提方法能够较好实现控制分拣，减少机械臂晃动，保证分拣的准确性。     

自组网通信下的机械臂关节振动频率自动检测

振动频率检测过程易受噪声信号和冗余计数信息干扰，整体检测时间与检测效果较差，为此，该文提出自组网通信下的机械臂关节振动频率自动检测方法。构建自组网通信模型，在数据中心设备模块中，采集机械臂关节的振动信号，通过混合检错校验模式剔除噪声；在主控制器模块中，采用原子分解算法提取振动频率计数特征，输入到振动频率测量仪中，拟合振动时间与振动次数，分析窗口函数与目标信号之间的最大内积，匹配机械臂关节振动属性，实现机械臂关节振动频率的自动检测。实验结果表明，机械臂关节振动信号的采集效果好、振动频率自动检测时间短、自动化检测效果好，便于机械臂各关节避开共振频率范围，为保证空间机械臂安全平稳运行提供新思路。     

考虑多传感器故障的可重构机械臂主动取代分散容错控制

针对可重构机械臂系统位置传感器和速度传感器多故障, 提出一种主动取代分散容错控制方法. 基于可重构机械臂的模块化属性, 设计正常工作模式下的分散神经网络控制器. 利用微分同胚原理将子系统结构进行非线性变换, 将传感器故障转化成伪执行器故障, 设计分散滑模观测器以对多传感器故障进行实时检测, 并利用其输出信号取代故障传感器信号, 实现了多传感器故障情形下可重构机械臂的主动容错控制. 仿真结果表明了所设计的容错控制方法的有效性.     

一种具有重力补偿的串联弹性执行器接触力控制方法

针对机械臂末端安装串联弹性执行器(Series Elastic Actuator,SEA)与环境或工件接触作业工况,考虑SEA端部负载对接触面压力随机械臂运动姿态变化的问题,研究一种具有重力补偿的SEA接触力控制方法。首先分析了一种基于滚珠丝杆模组的SEA与Staubli TX90 组合的力控制实验装置结构,建立了SEA与工件接触过程的动力学模型,提出了一种具有输入重力补偿的PD型SEA弹簧力控制方法,该方法在没有接触力传感器的情况下,依据机械臂关节角对SEA端部负载进行重力输入补偿,通过检测弹簧压缩变形量,计算并反馈弹簧力实现对接触力的控制。最后通过SEA与正弦面工件接触力控制实验,并对力传感器采集的接触力信号进行频谱分析,验证了所提出控制方法的有效性。     

EAST柔性机械手臂体数据采集系统设计

柔性机械手是确保全超导托卡马克核聚变试验(EAST)装置正常运作和维修的必要设备,它由机械臂体和末端执行器组成。针对该设备臂体的高定位精度和耐高温要求,设计了一种基于绝对式磁线性编码器和倾角传感器的位姿数据采集系统。该采集系统可在115℃的高温环境下正常工作。该系统主要由主控芯片DSPIC33FJ128MC804进行整体控制,并对传感器的信号进行读取。利用磁线性编码器芯片AS5047D和倾角传感器芯片ADIS16209,实现了臂体姿态的精确定位。设计了调理电路,并结合温度传感器Pt100,对电机的外表温度进行采集,实现了系统的辅助监测。该采集系统通过CAN总线方式与上位机进行数据交换。通过优化设计以及大量耐高温、位置定位和姿态试验,验证了该系统位姿数据采集的准确性,以及在高温环境中长时间稳定工作的能力,满足设计的要求。     

用虚拟连杆构造冗余残差对多关节机械臂进行故障诊断

提出了一种多关节机械臂的故障诊断方法.基于机械臂各个关节间的转动传递关系,对多个关节构造虚拟连杆的残差,利用虚拟连杆与机械臂工作空间残差间构成的冗余关系进行故障诊断.将残差阈值的设计与机械臂末端位置的渐变相联系,改进了现有方法中判别关节故障没有利用关节间位置关系的不足.     

基于干扰观测器的机械臂广义模型预测轨迹跟踪控制

为实现对多自由度机械臂关节运动精确轨迹跟踪,提出一种基于非线性干扰观测器的广义模型预测轨迹跟踪控制方法。针对机械臂轨迹跟踪运动学子系统,采用广义预测控制（Generalized Predictive Control,GPC）方法设计期望的虚拟关节角速度。对于机械臂轨迹跟踪动力学子系统,考虑机械臂的参数不确定性和未知外界扰动,利用GPC方法设计关节力矩控制输入,基于非线性干扰观测器方法实时估计和补偿系统模型中的不确定性。在李雅普诺夫稳定性理论框架下证明了机械臂关节角位置和角速度的跟踪误差最终收敛于零的小邻域。数值仿真验证了所提出控制方法的有效性和优越性。     

基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计

机械臂是多臂机器人的重要组成部分,针对基于姿态识别控制及位置识别控制系统受到被控量振荡影响,而导致机械臂运动轨迹控制不精准的问题,提出了基于FuzzyP的多臂机器人机械臂控制系统设计;基于FuzzyP控制系统,找到系统控制平衡点,设计系统硬件结构包含3个机械臂,共十八个自由度,简化关节控制器连线,选择直流有刷电机,采用增量型编码器,设计H桥电路,配合74ACT244增强驱动电路,利用NRF24L01无线模块获取与处理位置信息;使用FuzzyP控制器,抑制被控量振荡,控制连杆运动,完成多臂机器人机械臂控制方案设计;由实验结果可知,该系统轨迹与预期轨迹基本一致,较好解决多臂机器人机械臂对接精确定位要求。     

基于Kinect骨骼信息的机械臂体感交互系统的设计与实现

提出一种基于人体骨骼信息的机械臂体感交互方式。首先利用Kinect传感器获取图像景深数据,并通过骨骼追踪技术处理景深数据,以匹配人体的各个部分,进而建立人体各个关节的3D坐标。然后利用3D坐标值计算出人体腰、肩、肘和腕4个关节的转动角度,人体的这4个关节与四自由度机械臂的4个关节一一对应。最后将计算结果转换成控制指令通过串口发送给机械臂的控制器,实现体感交互。实验表明,该方法能够有效地控制机械臂的转动以及抓取物件。     

PUMA760基于红外接近觉控制与编程实验系统

本文介绍 PUMA760 工业机器人基于红外接近觉传感器信号控制与编程实验系统。提出了搜索信号极值确定基准相对位置的方法,在位置控制系统中加入了基于传感器信号控制的指令,使 PUMA760完成了快速寻找、接近、定位和抓取非完全固定方位和高度的工件的动作.     

基于强化学习的煤矸石分拣机械臂智能控制算法研究

针对传统煤矸石分拣机械臂控制算法如抓取函数法、基于费拉里法的动态目标抓取算法等依赖于精确的环境模型、且控制过程缺乏自适应性,传统深度确定性策略梯度(DDPG)等智能控制算法存在输出动作过大及稀疏奖励容易被淹没等问题,对传统DDPG算法中的神经网络结构和奖励函数进行了改进,提出了一种适合处理六自由度煤矸石分拣机械臂的基于强化学习的改进DDPG算法。煤矸石进入机械臂工作空间后,改进DDPG算法可根据相应传感器返回的煤矸石位置及机械臂状态进行决策,并向相应运动控制器输出一组关节角状态控制量,根据煤矸石位置及关节角状态控制量控制机械臂运动,使机械臂运动到煤矸石附近,实现煤矸石分拣。仿真实验结果表明:改进DDPG算法相较于传统DDPG算法具有无模型通用性强及在与环境交互中可自适应学习抓取姿态的优势,可率先收敛于探索过程中所遇的最大奖励值,利用改进DDPG算法控制的机械臂所学策略泛化性更好、输出的关节角状态控制量更小、煤矸石分拣效率更高。     

具有力矩传感器的柔性关节的振动抑制

针对具有谐波减速器的柔性关节机器人容易产生振动的问题,设计了一种轮辐式力矩传感器,该力矩传感器安装于谐波减速器输出端和机器人臂杆之间,用于反馈机械臂反作用于关节的扭转力矩,从而能够直接获得关节的振动状态信息.基于该力矩传感器信息和计算的关节名义输出力矩,提出了一种新的振动抑制方法,在传统力矩负反馈PD控制器基础上通过增...     

图像处理在位置控制实验系统中的应用

用图像采集设备及图像处理技术代替传统的位置传感器检测物体的位置,并将图像信息用作位置反馈信号对实时定位实验系统进行控制。     

基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统设计

传统上肢康复机器人交互控制系统受到奇异位形影响,导致系统控制精准度较低,为此提出基于力阻抗模型的上肢康复机器人交互控制系统;设计上肢康复机器人交互控制系统结构,选取双串口12CSA60S2系列单片机作为下位机控制核心模块,利用椎齿轮改变驱动力方向,设计机械臂肘部结构,通过同步带传动,将器件隐藏于空手柄中;设计机械臂腕部结构,满足临床康复时上肢患者站姿与坐姿训练需求;选择箔式应变片BF350力传感器,设计电阻应变片桥接电路,处理传输信号;构建机器人目标阻抗模型,设计基于力阻抗控制策略,调节位置、速度和关节;为改善奇异位形情况,在奇异位形附近关节角速度指令直接由各个关节力矩阻尼控制得到,实现角速度精准输出,完成系统控制;由实验结果可知,该系统直线运动位置、旋转关节位置和伸缩关节位置跟踪结果与标准值基本一致,满足系统设计需求。     

考虑时变输出受限的机械臂自适应容错控制北大核心CSCD

针对机械臂执行器失效故障,提出了一种基于障碍李雅普诺夫函数的有限时间模糊自适应容错控制方法。该控制方法引入自适应技术用于估计执行器的失效程度,补偿执行器故障带来的损失,保证了控制器的控制效果,并采用模糊逻辑系统使得控制律中无须模型参数,从而增加了控制系统的适用性。该控制方法能够保证闭环系统的所有信号和状态是有限时间有界,关节位置的跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内,在机械臂运行过程中不违反时变约束要求。最后,将所提控制方法应用于二自由度刚性机械臂,仿真结果验证了所提控制方法的有效性。     

基于一致性理论的多臂航天器协同控制方法

针对空间中自由漂浮多臂航天器的多臂协同问题,提出一种基于一致性理论的协同控制方法,采用有向通信拓扑与广义雅克比矩阵结合的方式,实现自由漂浮航天器多机械臂间的协同.首先,建立多机械臂间的通信关系有向图,确定“领导-跟随”体系下的主臂与从臂;其次,基于有向通信拓扑,进行主从臂末端运动规划,实现主臂运动向从臂的传递;再次,利用广义雅克比矩阵在动量守恒条件下进行末端运动向关节运动的映射,并基于一致性理论设计关节空间内的多臂协同运动控制器;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明控制器的稳定性,并分析位置控制误差.仿真结果表明,所提出的控制方法可以实现多臂航天器系统空间操控任务中各机械臂的聚集、跟踪与位置协同.