新型变刚度电液串联弹性机械臂振动控制仿真研究

为了抑制变刚度电液串联弹性机械臂振动幅度,设计反演自适应模糊滑模控制器,并对机械臂输出效果进行仿真。创建新型变刚度电液串联弹性机械臂,给出阀内流体流动分布的非线性控制方程式。针对传统滑模控制器进行改进,将输入整形技术与模糊逻辑系统相结合,设计反演自适应模糊滑模控制器。引用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性进行证明,保证系统的状态变量到达并保持在滑动面上。采用MATLAB软件对机械臂角位移、角速度和转矩变化进行仿真,与滑模控制器输出结果进行对比。结果显示：在无干扰环境中,采用滑模控制器和反演自适应模糊滑模控制器,机械臂运动轨迹与期望轨迹的误差较小,振动幅度较小;在有波形干扰环境中,反演自适应模糊滑模控制器控制效果明显优于滑模控制器,机械臂运动轨迹与期望轨迹的误差较小,振动幅度较小,自适应调节时间较短,无超调量发生。采用反演自适应模糊滑模控制器,能够抑制变刚度电液串联弹性机械臂振动幅度,减小其输出误差。     

基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划

针对传统机械臂的离线式笛卡尔空间轨迹规划无法解决与环境发生接触的情况,提出了一种基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划方法。将机械臂笛卡尔空间轨迹规划分为了位置规划与姿态轨迹,并通过时间标度参数s(t)将二者归一化,其中以最为常见的直线运动和圆弧运动为例进行了轨迹规划说明;构建导纳控制器,并将末端六维力传感器获取到的信息代入控制器中,计算出末端位姿的调整量;在轨迹规划的基础上引入导纳控制,解决了轨迹规划无法实时感知外界环境作用力的问题;最后,搭建了机械臂实物验证实验,进行了直线运动和和圆弧运动实验。实验表明,基于导纳的实时柔顺轨迹规划方法既可以实现机械臂轨迹高精度运动,也可以主动顺从外界环境接触力,提高了系统的稳定性和安全性。     

工业机械臂动力学模型简化分析与仿真

针对工业机械臂进行动力学分析的常用方法是利用Lagrange方程进行动力学建模后再实行仿真计算。利用Pieper准则,将五自由度工业机械臂动力学方程展开式简化,即将腕部与手抓部的关节视为外部干扰,只针对前三关节进行动力学分析;提出一种针对简化后的模型利用开源引擎ODE完成机械臂动力学计算;在建立的机械臂三维仿真平台上利用ODE进行仿真的方法。仿真结果表明:该仿真方法不仅可实现机械臂的实时控制,还能得到机械臂动力学参数曲线图。为解决机械臂动力学仿真中效率低和实时性差的问题提供了理论依据。     

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题,提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合,计算出关节角度增量,并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中,为减小超限关节的角度增量,将相应关节设置较小的关节优先级,将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明：将相应关节设置较小优先级后,该关节角度增量减小,证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。     

串联机械臂的设计与仿真

提出了一种新的服务机械臂构型设计方法,该方法研究了人的手臂运动形式,并进行了仿形。建立了数学模型,运用牛顿-欧拉方法进行了动力学分析,从而选择了电机和减速器;利用UG三维造型技术对机械臂进行具体设计,包括利用UG设计机械臂机构、优化机械臂结构等;利用ADAMS和ANSYS进行了仿真分析。结果表明:所设计的机械臂保证了轻量化的同时能够满足强度和刚度的要求。     

基于SimMechanics的六自由度机械臂仿真研究

运动学和动力学分析对机械臂的研究具有很重要的作用。以往对机械臂的研究方法均需要建立复杂的数学模型和程序,而Sim Mechanics具有简单、快捷获取动态系统的模型的功能,并且系统建模方便直观,仿真功能强大,可以在模型中通过改变结构,优化系统参数,在仿真环境中分析结果。利用Sim Mechanics的上述优点,以工业六自由度机械臂ER10为研究对象,将SolidWorks建立好的机械臂ER10模型导入到MATLAB/SimMechanics仿真平台中,生成对应的仿真模型,并且在运动仿真平台中,通过在机械臂模型添加末端位姿信号和各个关节信号(角度函数,力矩值),全面地对机械臂进行运动学和动力学分析。     

基于ADAMS的重载液压机械臂动力学建模与仿真

针对七自由度重载液压机械臂,建立精确、高效的重载液压机械臂系统逆动力学模型。利用牛顿-欧拉递推法、Spong柔性关节模型和Stribeck摩擦模型建立机械臂动力学模型;利用Creo完成机械臂三维模型搭建并导入ADAMS分析计算。与试验结果对比,确定系数均大于0.6,与无摩擦纯刚体模型计算结果相比有明显提升,验证了建模方法的准确性。     

重箱转载机械臂的运动学建模与仿真

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,建立了机械臂的正运动学数学模型及仿真模型,并对模型进行了数值验证。在此基础上,应用MATLAB/Robotics工具箱进行了运动学仿真,结果表明:该机械臂结构参数设计的合理性,各关节在运动过程中并无冲击、骤变等现象。     

基于改进麻雀搜索算法的机械臂路径规划

针对串联机械臂在三维空间的无碰运动规划问题,提出一种基于改进麻雀搜索的无碰运动规划方法,对比蚁群算法在此问题的应用,改进算法效果出色。首先,利用包围盒法建立机械臂与障碍物模型,使机械臂与障碍物的碰撞检测抽象为空间内判断直线与平面的相交问题;其次,把无碰运动规划问题转化为函数优化问题,利用新颖的麻雀搜索算法,融合柯西变异与反向学习机制对其控制参数改进;最后,构建三维环境模型在MATLAB中仿真验证算法的可行性。结果表明,所提算法可使机械臂在三维空间中避碰预设的障碍物且基于多项式插值法规划的轨迹连续平滑,满足各关节角度与速度的光滑连续。     

基于线性变参数控制的机械臂追踪误差仿真研究

针对目前机械臂在使用控制器时,存在轨迹追踪误差较大问题,设计了机械臂线性变参数控制方法,并且对追踪误差进行仿真验证。构造了两关节机械臂运动简图,建立机械臂刚体动力学数学模型,引入动力学参数的线性组合,推导出线性变参数模型。设计出机械臂的线性变参数控制器,采用Matlab/Simulation软件对控制器的轨迹追踪误差进行仿真。同时,与其它控制器的机械臂轨迹追踪误差仿真结果进行比较和分析。仿真结果显示,采用线性变参数控制器实际输出运动轨迹与理论期望运动轨迹更接近,运动比较平稳。采用线性变参数控制可以提高机械臂运动轨迹的追踪精度。     

一种五轴冗余工业机械臂运动分析及仿真

冗余机械臂凭借广泛的运动空间、较高的灵活度等优势得到了广泛的关注,但其逆运动学求解复杂,计算量大。针对此问题,以某五轴冗余工业机械臂为例,根据D-H约定建立正运动模型,结合实际情况确定关节运动顺序,基于代数法建立逆运动求解模型,降低求解的复杂性,计算结果满足轨迹规划的要求。并基于关节空间采用五次多项式函数进行运动仿真验证,结果表明:各关节运行平稳,没有明显的突变点,满足机械臂的工作需求。     

基于AMESim的电动静液作动器(EHA)系统级设计

未来飞行器的大功率伺服机构将广泛采用电动静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA),所以十分需要针对飞行器对EHA的指标要求,开展相关设计方法研究。由于EHA的机电液控多学科耦合特性,在原理架构设计之后,必须进行系统级设计,即确定主要设计参数及元器件选型,为后续系统及子系统详细设计打好基础。文中研究了系统级设计阶段设计方法,该设计方法分为静态特性设计、动态特性设计、设计结果验证3个步骤,且以AMESim仿真软件为依托,保证设计开发效率的同时还提高了可靠性,为同行进行EHA产品开发提供了参考。     

船用液压舵机故障模拟实验平台的研制

对船用液压舵机故障模拟平台的建设目的进行详细的阐述,并简要介绍了故障模拟平台的设计要求、基本结构和工作原理。经过长时间实验验证,该平台运行可靠,可满足液压舵机实验研究和教学演示要求。该平台为学校教学、科研提供了一种新的实验手段。     

基于OpenGL航空工业机器人手臂运动学仿真

以两种航空工业机器人(SCARA/PUMA)为研究对象,将其三维模型转换为STL文件。通过分析该三维模型的STL文件,研究数据存放的规律。在VS 2003的MFC中加载OpenGL的图形编程库,读取并显示STL文件中的机器人模型。根据机器人建模知识,进行运动学仿真,实现驱动模型实时显示功能。该方法对机器人手臂运动学分析有一定的通用性,为航空产品加工、制造及维护提供参考。     

基于视觉诱发电位脑机接口的四自由度机械手控制系统设计

脑机接口是近十年发展起来的一种新颖人机接口方式.设计了基于视觉诱发电位脑机接口四自由度机械手控制系统,该系统实现了脑电信号在线处理,通过贝叶斯分类器提取9个控制指令,完成对机械手4个自由度的实时控制.实验结果表明:该脑机接口控制系统平均传输速率为20.3 b/min,平均识别准确率达到95%.该系统的实现为延伸和提高人类对机器人的行为控制能力提供了一种新的方法.     

基于AMESim的电动静液作动器的仿真分析

阐述了一种用于飞机主飞行控制的电动静液作动器(EHA)的系统组成和工作原理,并基于AMESim高级建模和仿真平台对其进行了建模和仿真分析.采用AMESim对机电液控混合系统进行仿真具有明显的优势,仿真结果表明,所设计的EHA动态性能良好,达到了预定的性能指标,能够满足现代飞机对作动系统的要求,在飞控系统中具有很好的应用前景.     

转向臂锻造工艺研究

针对大头细杆类长轴锻件在用摩擦压力机模锻时,不制坯或制坯不合理造成材料利用率较低的问题,以带深孔的汽车转向臂为对象,对其锻造工艺进行了分析,工艺计算,运用有限元软件模拟了转向臂成形过程,分析金属流动情况、载荷、等效应力/应变等。根据分析结果,确定合理的制坯工艺和制坯尺寸,提高了锻造的材料利用率。     

旋转式电静液作动器设计与仿真

以某型无人机武器舱门为负载对象,为满足无人机对质量、体积的限制要求,实现舱门的快速、大角度开闭运动,设计了闭式回路和开式回路两种旋转式电静液作动器方案。通过对两种方案的工作原理分析及元件参数计算,开式回路方案的旋转式电静液作动器在电机功率、泵的排量及系统发热功率上有较大优势。利用AMESim仿真平台,对所设计的旋转式电静液作动器进行了运动仿真。仿真模型较好地反应了实际系统的性能。仿真结果表明:开式回路方案系统响应速度快、调节时间短,满足设计要求。     

全数字液压驱动单元设计与仿真

为满足节能和集成应用的需要,介绍一种全数字驱动的集成液压执行单元的工作原理,提出一种基于蓄能器的流量平衡策略对单出杆液压缸的流量进行匹配,并采用变频定量液压泵作为动力源,以高速开关阀作为调节装置,以全数字方式对执行机构的位移和力等参数进行控制。建立全数字液压驱动单元的AMESIM仿真模型。仿真结果表明所设计的驱动单元的性能满足要求。