地面和空间机械臂的动力学等效条件与控制相似律

针对如何在地面机械臂上有效验证空间机械臂控制律的问题,本文研究空间机械臂和地面机械臂系统间的动力学等效条件和控制相似律.首先,基于量纲分析研究地面机械臂和空间机械臂之间的动力学等效条件,并基于等效条件设计地面机械臂系统.其次,基于量纲分析建立空间和地面机械臂系统间的控制相似律,设计的空间机械臂控制律通过控制相似律将可以转化为地面机械臂相应的控制律.最后,考虑地面机械臂基座往往无法和空间机械臂的基座航天器一样进行全6自由度运动,以及地面机械臂运动时受到重力影响,使得地面机械臂不再满足动力学等效条件,基于反馈线性化技术设计一种地面机械臂的动力学误差补偿策略,使得地面机械臂和空间机械臂具有相似的闭环动力学行为.这样,空间机械臂的控制律可以在设计的地面机械臂上进行验证,仿真中以在地面机械臂上验证空间机械臂的PID控制器为例说明所提方法的有效性.     

基于机械臂的工业生产自动化

机器人技术是20世纪兴起的,并在21世纪迅速发展的一门技术,将机器人技术,尤其是自由度最丰富的机械臂,应用于工业生产是大势所趋,它将使工厂富有时代感、科技感、无人化,更高效、更先进,机器人技术的应用是符合先进生产力要求的。本文将论述以多自由度机械臂作为终端,结合嵌入式技术、工控计算机技术以及网络技术,系统集成为多功能的自动化生产线的体系结构和方法。     

生产线设备机械臂的自动控制方法

在传统的机械臂自动控制设计中,机械臂动力学模型的构建融合了滑动摩擦,导致机械臂的控制精度不足,为此,提出生产线设备机械臂自动控制方法。首先通过确定机械臂自由度传动,奠定整体的机械臂控制基调,然后在驱动元件的构建中选择伺服电机以带动机械臂传动,最后在摩擦力计算的基础上建立机械臂的动力学模型,实现生产线设备机械臂的自动控制。结果表明,该机械臂在X轴上的精度为95.48%,在Y轴上的控制精度为92.63%,具有较高的自动控制精度,可以运用到生产线设备的产品作业中。     

双连杆机械臂的动力学建模

本文以双连杆机械臂为对象,针对这一类非线性的机械模型对象,利用拉格朗日法对被控对象进行运动学建模,以便于根据模型设计各种不同的控制器,不仅使双连杆机械臂系统具有良好的稳态和暂态性能,同时也保证了系统具有较好的鲁棒性。笔者通过仿真实例验证了所给结果的有效性,为机械臂的控制提供了一种新的思路。     

空间机械臂收拢状态零重力模拟

利用吊丝配重法进行零重力模拟装置的结构设计,结合重力补偿原理推导出空间机械臂分离体静力学重力补偿计算公式,同时采用最小方差原理将多个力矩的优化问题转化为一个总体目标,建立了吊点力优化程序,通过该优化程序得到各吊点力的数值.当吊丝长度为1 000mm时,利用ADAMS建立空间机械臂零重力模拟装置模型.当空间机械臂为静止状...     

基于稀疏学习的连续型机械臂自适应控制器

探讨空间连续型机械臂执行在轨操作任务过程中的自适应轨迹跟踪控制器设计问题.首先,对于具有显著非线性特征的连续型机械臂动力学模型,考虑运动过程中存在的建模误差和外部干扰因素,设计变结构动力学控制器;然后,基于深度强化学习(deep reinforcement learning, DRL)对变结构控制器参数进行在线调整,实时优化控制器性能;最后,提出一种针对强化学习网络稀疏训练方法,训练过程中采用具有随机稀疏拓扑结构的稀疏连接层代替神经网络的全连接层,并以一定概率对连接薄弱的网络进行迭代剪枝,使得DRL的策略网络由初始稀疏拓扑结构演化为无标度网络,在不降低训练精度的基础上压缩网络规模.仿真结果表明,所提出基于强化学习的自适应控制器能够有效地进行连续型机械臂的跟踪控制,通过稀疏学习的方法,控制器在保证控制精度的同时,双隐层网络节点参数量下降99%,大幅降低了计算成本.     

基于动力学分析的机械臂可达性方法研究

为实现在轨维护维修性验证技术中可达性定量化分析的目的,首先对维修 任务进行任务层次法分解。在此基础上,对维修作业进行运动控制,遥控指令和自主作业指 令均通过PID 控制仿真器进行仿真,转化为各运动执行器的位移轨迹曲线,从而获得维修运 动仿真的理想运动轨迹,进而建立维修过程中机械臂的制造和控制误差模型,最后利用虚拟 运动制动器将误差的影响叠加到维修仿真中,提高维修仿真验证评价的可靠性和真实性。     

基于动力学约束的机械臂最优关节轨迹规划

本文提出了基于机械臂关节驱动力矩约束方程规划其关节最优运动轨迹的一种有效方法.该方法运用矩阵范数理论简化机械臂的动力学约束方程;在机械臂的关节空间内采用归一化的无因次量运用非线性规划法优化其运动轨迹.将所规划的无因次量轨迹方程作为机械臂产生实际运动轨迹的发生器,通过给定机械臂各运动段的起始和终止关节坐标,由系统的动力学约束方程计算出整个运动段所允许的最短运行时间,即生成所期望的运动轨迹.本文的轨迹规划方法计算效率高,可用于在线轨迹规划,文中通过算例证实了该方法的实用性.     

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。     

基于电子模拟计算机的动力学等效实验

电子模拟计算机,动力学,等效实验,仿真,非线性时变系统基于电学和动力学的广泛相似性,针对动力学实验复杂、可观测性差的实际,用电子模拟计算机实现动力系统的传递函数和基本算子,将动力学实验问题转化为电问题,从而可以利用成熟的电测量技术完成动力系统的仿真和实验.给出了基于电子模拟计算机的动力系统的基本元件的等效模型、典型动力系统的等效模拟和等效实验系统构架.模拟及仿真结果表明,文中方法简单、正确,应用范围广.     

城市轨道交通车站通过能力仿真模型研究

以城市轨道交通站前接轨站和站后折返站为例分析了列车在车站的详细作业过程,提出了车站的抽象模型.基于车站模型设计了列车进路搜索算法,开发了车站列车运行过程仿真系统.该系统可以对城市轨道交通车站进行仿真建模,仿真列车在车站的作业过程,并进行车站通过能力的分析计算.     

基于OSG的空间机械臂三维仿真平台的设计与实现

为了实现空间机械臂路径规划算法的可视化仿真,采用OSG技术,开发了一个实用方便的空间机械臂三维仿真平台;该仿真平台在VS2005开发平台上,基于QT框架类和OSG的图形库进行开发,将仿真平台系统框架分为了OSG仿真界面,任务管理,数据管理和路径规划四个模块并设计了人机交互界面;最后,通过典型的仿真实验对仿真平台进行了测试,有效地验证了空间机械臂单臂路径规划算法和双臂协调路径规划算法的正确性以及空间机械臂三维仿真平台的可行性。     

基于系统动力学的环境承载力仿真与调控

环境承载力是区域环境系统结构与区域社会经济活动适宦程度的一种表示。环境承载研究很重要。为使陕西省经济发展与环境保护相协调,优化陕西省环境承载能力,采用定性和定量相结合的方法,通过建立系统动力学模型,仿真陕西省中长期（2007—2020年）不同发展策略下各指标数值,并采用综合评价方法计算不同策略下环境承载力的值,最终得出承载状态（超载、满载、可载）。仿真结果表明基于系统动力学的环境承载力模型能够动态仿真现实的环境承载力;研究结果可为陕西省发展规划的制定提供一定的理论依据。     

空间站载荷转移机构机器人的力加载控制方法

针对机器人在空间站载荷转移机构力加载过程中,由于展开完成后的载荷转移机构在力的方向上发生变形,导致机器人力控制系统难以保持稳定、加载精度不足或调节时间过长的问题,提出了自适应调整导纳控制器参数的策略．首先,根据导纳控制理论建立力与位移的关系,初步提出了基于直角坐标系的力跟随/力加载控制器;然后,根据加载实验数据,采用最小二乘法对载荷转移机构模型进行参数辨识,建立机器人特定工作空间的力与位置关系;最后,通过自适应调整导纳控制器参数使机器人动力学模型与载荷转移机构的动力学模型近似匹配,实现机器人对展开完成后的载荷转移机构末端的空间力实时加载．实验得出机器人对载荷转移机构位置跟随偏差不超过0.1 mm,加载力误差不超过1%．仿真结果表明,该机器人满足精度要求,为载荷转移机构提供了较为真实的等效空间载荷．     

Simulation of Industrial Manipulators Based on the UDU T Decomposition of Inertia Matrix

The UDU ^T – U and D are respectively the upper triangular and diagonal matrices – decomposition of the generalized inertia matrix of an n-link serial manipulator, introduced elsewhere, is used here for the simulation of industrial manipulators which are mainly of serial type. The decomposition is based on the application of the Gaussian elimination rules to the recursive expressions of the elements of the inertia matrix that are obtained using the Decoupled Natural Orthogonal Complement matrices. The decomposition resulted in an efficient order n, i.e., O(n), recursive forward dynamics algorithm that calculates the joint accelerations. These accelerations are then integrated numerically to perform simulation. Using this methodology, a computer algorithm for the simulation of any n degrees of freedom (DOF) industrial manipulator comprising of revolute and/or prismatic joints is developed. As illustrations, simulation results of three manipulators, namely, a three-DOF planar manipulator, and the six-DOF Stanford arm and PUMA robot, are reported in this paper.     

虚拟试验中临近空间大气环境仿真技术研究

临近空间作为空天过渡区域,对火箭等各种飞行器的安全和准确入轨有重大影响。为了完善临近空间的虚拟试验验证平台,提出一种基于美国TIMED卫星的SABER探测数据和参考大气模式的虚拟试验环境资源构建方法。该方法使用Matlab读取和预处理SABER探测数据,利用SABER探测数据的压强和密度参数计算大气风场,通过三维离散点插值算法构造符合分辨率要求的大气环境模型,根据SEDRIS规范格式化大气环境数据,生成临近空间虚拟环境资源。测试结果表明,该方法生成的临近空间虚拟大气环境资源能够为虚拟试验验证平台提供相应的环境支撑。     

空间机械臂地面竖直方向重力补偿控制系统设计

为解决大型空间机械臂地面微重力模拟实验问题,设计了一种3维主动悬吊式重力补偿系统.系统主要由水平2维直线运动单元与竖直重力平衡吊挂单元组成,在竖直方向上通过恒张力控制思想实现微重力模拟,并给出了带负载的伺服电机的数学模型.提出一种基于模糊PID(比例―积分―微分)参数整定的力/位混合控制方法,并研究了在未知负载干扰、系统干扰以及机械臂不同运动速度下控制器的控制性能.仿真实验结果表明,该控制方法能够将重力补偿精度保持在0.3%F.S (全量程)之内,使得系统具有较强的鲁棒性和动态响应能力.     

基于BLINK的DCS手自动操作站的仿真及应用

仿真支撑系统的内核主要有模型数据库,算法数据库,模型的执行与调度,进程、线程的管理与调度等部分构成。仿真支撑软件对仿真机的开发、维护是至关重要的。在开发仿真机时,可以根据被仿真的对象或系统开发新的算法加载到算法数据库。讨论了基于仿真支撑软件Blink的DCS手自动操作站控制算法的仿真过程及步骤,并阐述了此算法在仿真机开发中的应用方法。     

基于扩展知识空间理论的技能自适应测试过程①

当前扩展知识空间理论只提出了技能测试,没有给出技能测试的详细过程。定义了问题函数、技能函数以及技能状态函数,完成了知识结构到技能结构的映射,给出了技能自适应测试的详细过程,实现了对受测者技能水平的测试。此外,引入了知识状态的邻居和边界,并对自适应测试过程中选题策略这一关键过程做了进一步优化,使测试更适合受测者的知识特点。