基于集成概率模型的变阻抗机器人打磨力控制

工业机器人对工件柔顺打磨作业的适应性差,为此设计机器人柔顺浮动力控末端执行器,基于集成贝叶斯神经网络模型的强化学习,提出主动自适应变阻抗的机器人打磨力控制方法.所提方法根据打磨作业的接触环境信息,利用自助法获取小量数据的多次采样样本,训练集成贝叶斯神经网络模型以描述机器人打磨系统与工况环境交互作用,采用协方差矩阵自适应进化策略（CMA-ES）求解最优阻抗参数.构建机器人打磨系统虚拟样机平台,开展叶片工件的打磨仿真实验,验证所提方法的有效性.实验结果表明,所提方法在十几次训练后,能够将打磨力的绝对跟踪误差减小至较小值,较好地实现了机器人打磨系统的主动自适应变阻抗打磨力控制,提高了机器人打磨力控制的柔顺性和鲁棒性.     

基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制

为满足脑卒中患者早期卧床康复需求,结合临床康复手法与人机工程学,设计了一款卧式康复机器人。该卧式康复机器人可以提供单腿屈髋屈膝运动、卧式步态运动、桥式运动等多种有效的康复动作。为确保训练的安全性以及改善在训练过程中由人机交互作用带来的舒适度和柔顺性差等问题,采用一种基于阻抗模型的柔顺控制方法。将人与机器人之间的交互视为一种虚拟的阻抗模型,即二阶质量-弹簧-阻尼模型,并基于该阻抗模型进行康复机器人的柔顺控制研究。该柔顺控制策略由外环阻抗控制器和内环PID控制器组成,外环的阻抗控制器通过将人机交互力作用在阻抗模型上,实现根据人体意图对运动轨迹进行改变,而内环的PID控制器主要实现对生成的期望轨迹进行稳定跟踪。通过实验证明了基于阻抗模型的卧式康复机器人柔顺控制的有效性。     

基于阻抗控制的机器人砂带打磨的建模与仿真

针对六自由度机器人砂带打磨作业,基于力跟踪阻抗控制方法建立了一种机器人砂带打磨样 机系统．首先,考虑实际打磨过程中砂带以及接触轮的弹性形变和刚度时变等特点,根据Ｈｅｒｔｚ弹 性接触理论建立了连续接触力模型．进而,分析砂带打磨过程的刚柔耦合关系,设计了一种具有自 适应补偿的力跟踪阻抗控制器,补偿接触时砂带的形变量．然后,依据砂带的材质特点,运用模态中 性文件法创建砂带柔性体,在此基础上,在Ａｄａｍｓ中建立机器人砂带打磨的虚拟样机．最后,利用 Ａｄａｍｓ和Ｍａｔｌａｂ搭建机器人砂带打磨联合仿真平台;仿真实验结果表明该样机能够较好的满足 对力控制的要求．     

基于自适应边界能量法的柔顺力控制研究

阻抗控制方法是有效的机器人接触控制方法,但是该方法只能在预估的环境参数范围内保证系统的稳定性。针对这一问题,该文提出一种新的自适应边界能量（Energy Boundary Method-EBM）方法,通过在线估计控制参数提高系统整体性能,保证系统的稳定性。在该控制方法下,系统在与超出预估范围内的不确定环境相接触时,仍可保持期望的稳定接触力,同时具备较强的鲁棒性。为证实该方法的可行性及有效性,以气液联控柔顺力控制系统为例,进行理论及仿真研究,理论性能及仿真结果分析证明了该方法的有效性。     

多关节机器人的自适应阻抗控制研究

为了对动车组侧窗玻璃安装机器人末端接触力进行控制研究,在阻抗控制的基础上,提出了一种多关节机器人自适应阻抗控制算法,该算法能实现机器人末端接触力准确跟踪期望力。以PUMA560机器人前三关节为对象在接触空间进行仿真研究,仿真结果表明,基于自适应阻抗控制方法能很好地对动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和力进行跟踪。     

利用分解加速度方法的机器人柔顺控制

机器人手臂在装配和制造生产上的应用,需要柔顺控制。意思是控制和监视机器人手臂的位置和力。本文提出了在作业空间基于分解运动加速度的稳定的精确的柔顺控制方法,在此系统的研制中使用了机器人手臂的动态模型,这种方法是通过把分解运动加速度方法和Raibert-Craig混合控制方法结合起来而导出的。对此方法的系统稳定性给予了分析,并对各种作业条件进行了仿真研究,结果表明所提出的柔顺控制方案具有满意的性能和较好的实用前景。     

下肢助力外骨骼机器人自适应阻抗控制研究

当前用于人体运动增强的下肢助力外骨骼系统获得越来越多的关注。获取高精度跟随控制是下肢助力外骨骼机器人研制的主要挑战。针对当前基于位置的控制算法需要复杂的外骨骼动力学模型的问题,该文提出了基于增强学习的变参数阻抗控制算法。首先介绍了HUALEX助力外骨骼系统并对HUALEX建立简单动力学模型。基于此,提出一种基于增强学习的自适应阻抗控制算法,验证了阻抗参数对控制效果的影响,并通过仿真实验验证了该算法的有效性。     

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题,设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题,提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向,以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向,自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿,使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线,实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性,最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.     

平面凸轮磨削过程磨削力的适应控制研究

以数控凸轮磨床的磨削过程为研究对象,提出了一种基于神经网络的适应控制方法,并采用MATLAB进行了控制器的设计和磨削加工的仿真验证,结果表明该方法能有效地解决凸轮磨削过程中的磨削力的波动问题,控制器具有良好的动态特性,实现了凸轮磨削过程中恒磨削力控制,进而提高凸轮磨削质量的目的。     

多模块蛇形管道打磨机器人的设计与分析

提出一种基于时延控制的自适应混合位置/力控制算法,以提高机器人与不确定环境交互时位置和力的精度。在位置控制子系统中,采用不需要依赖系统模型的时延控制以抵消机器人系统的所有非线性项,并引入自适应增益来减小由于不确定环境而引起的时延估计误差。在力控制子系统中,通过递推最小二乘法在线辨识未知环境参数,得到机器人末端执行器与环境的接触力。运用李雅普诺夫函数法分析系统的稳定性,仿真结果验证了所提算法的有效性。该算法对未知环境具有适应性,可以使机器人末端执行器同时保证位置和力轨迹跟踪的精确性,位置误差约为 0.016 m,力误差约为 0.034 N。     

Joint space compliance control for a hydraulic quadruped robot based on force feedback

In the realm of quadruped robot locomotion, compliance control is imperative to handle impacts when negotiating unstructured terrains. At the same time, kinematic tracking accuracy should be guaranteed during locomotion. To meet both demands, a joint space compliance controller is designed, so that compliance can be achieved in stance phase while position tracking performance can be guaranteed in swing phase. Unlike operational space compliance control, the joint space compliance control method is easy to implement and does not depend on robot dynamics. As for each joint actuator, high performance force control is of great importance for compliance design. Therefore, a nonlinear PI controller based on feedback linearization is proposed for the hydraulic actuator force control. Besides, an outer position loop(compliance loop) is closed for each joint. Experiments are carried out to verify the force controller and compliance of the hydraulic actuator. The robot leg compliance is assessed by a virtual prototyping simulation.     

Force-feedback based active compliant position control strategy for a hydraulic quadruped robot

Most existing legged robots are developed under laboratory environments and,correspondingly,have good performance of locomotion.The robots‘ability of walking on rough terrain is of great importance but is seldom achieved.Being compliant to external unperceived impacts is crucial since it is unavoidable that the slip,modeling errors and imprecise information of terrain will make planned trajectories to be followed with errors and unpredictable contacts.The impedance control gives an inspiration to realize an active compliance which allows the legged robots to follow reference trajectories and overcome external disturbances.In this paper,a novel impedance force/position control scheme is presented,which is based on Cartesian force measurement of leg's end effector for our hydraulic quadruped robot The simulation verifies the efficiency of the impedance model,and the experimental results at the end demonstrate the feasibility of the proposed control scheme.     

A new impedance and robust adaptive inverse control approach for a teleoperation system with varying time delay

This paper presents a new robust adaptive inverse control approach for a force-reflecting teleoperation system with varying time delay. First, an impedance control is designed for the master robot. Second, an adaptive inverse control is proposed for the slave robot. Finally, the slave side controller is modified such that the robust stability and performance are achieved. In addition, robust stability analysis has been performed and optimal behavior is ensured by using standard characteristic polynomials. It is shown that despite of presence of randomly-varying time delay, the proposed control algorithm compensates the position drifts efficiently. Demonstrable simulation studies confirm the effectiveness of the proposed control system and its advantages over the existing sliding mode control strategies.     

Active magnetic control algorithm for small satellite

０　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｎａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｐｉｖｏｔａｌｓｕｂｓｙｓｔｅｍｏｆａｓｍａｌｌｓａｔｅｌｌｉｔｅ［１］．Ａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆａｓａｔｅｌｌｉｔｅｇｏｉｎｇｉｎｔｏｏｒｂｉｔ,ｔｈｅｓａ...     

考虑控制延时的AMD对偏心结构离散变结构控制

为研究考虑控制延时影响的AMD-偏心结构体系地震反应的主动控制问题,建立了AMD-偏心结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并将其离散化成标准离散状态方程形式;讨论了离散变结构控制器的设计方法,包括准滑动模态的定义,切换平面的选择及离散趋近率的构成;数值仿真结果表明,该控制方法不仅能有效抑制结构的两个正交方向及扭转方向的地震位移反应,而且在控制延时存在的情况下,仍能保证系统的减震性能和稳定性．     

基于强化学习的机器人曲面恒力跟踪研究

针对机器人末端执行器和曲面工件接触时难以得到恒定接触力的问题,建立机器人末端执行器与曲面工件的接触模型.构建曲面接触力坐标系与机器人传感器测量坐标系之间的关系,利用基于概率动力学模型的强化学习（PILCO）算法对模型输出参数与接触状态的关系进行学习,对部分接触状态进行预测,强化学习根据预测的状态优化机器人位移输入参数,得到期望跟踪力信号. 实验中,将强化学习的输入状态改为一段时间内的状态平均值以减少接触状态下信号的干扰. 实验结果表明,利用PILCO算法在迭代8次后能够得到较稳定的力,相比于模糊迭代算法收敛速度较快,力误差绝对值的平均值减少了29%.     

Distributed coordinated adaptive tracking in networked redundant robotic systems with a dynamic leader

Distributed coordinated control of networked robotic systems formulated by Lagrange dynamics has recently been a subject of considerable interest within science and technology communities due to its broad engineering applications involving complex and integrated production processes,where high flexibility,manipulability,and maneuverability are desirable characteristics.In this paper,we investigate the distributed coordinated adaptive tracking problem of networked redundant robotic systems with a dynamic leader.We provide an analysis procedure for the controlled synchronization of such systems with uncertain dynamics.We also find that the proposed control strategy does not require computing positional inverse kinematics and does not impose any restriction on the self-motion of the manipulators;therefore,the extra degrees of freedom are applicable for other sophisticated subtasks.Compared with some existing work,a distinctive feature of the designed distributed control algorithm is that only a subset of followers needs to access the position information of the dynamic leader in the task space,where the underlying directed graph has a spanning tree.Subsequently,we present a simulation example to verify the effectiveness of the proposed algorithms.     

改进型自适应变结构的挠性卫星姿态机动控制

针对带有输入非线性的挠性卫星的姿态机动问题,提出一种仅利用输出信息的变结构输出反馈控制方法.首先,采用拉格朗日方法建立挠性卫星的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,给出滑模存在条件以及变结构输出反馈控制器设计的方法;另外,为了避免确定不确定性和外干扰界函数上界的困难,又给出一种改进型自适应变结构输出反馈控制器的设计方法,通过增加一负反馈项,防止了不确定界函数的参数过大而导致控制过大及系统失稳,从而使对不确定界函数的参数的估计达到更好的效果.最后,将本文提出的控制方法应用于三轴稳定挠性卫星的姿态机动控制,并进行数值仿真研究.仿真结果表明:在反作用飞轮的控制受限条件下,完成姿态机动的同时,有效地抑制挠性附件的振动.