基于位姿分离算法的冗余机器人逆运动学分析

针对冗余机器人逆运动学求解复杂、实时性差的缺点,提出一种基于冗余机器人位姿分离的逆运动学求解算法。该算法以腕点矢量为目标,计算冗余机器人位置关节的逆解及位置关节对腕关节的误差补偿,得出腕关节逆运动学解。通过建立基于运动轨迹的逆运动学约束泛函,对冗余机器人的逆解进行了优化。得到机器人关节运动特性随约束泛函的变化曲线以及关节逆解的优化解流形。     

液压挖掘机工作装置动力学分析与仿真研究

应用机器人学理论,建立了三自由度液压挖掘机工作装置的运动学和拉格朗日动力学模型,得出了工作装置关节转矩与铲斗末端位置、速度和加速度之间的关系,并用Matlab对末端沿直线轨迹运动时的动力学进行了仿真。研究结果可以用于挖掘机工作装置的轨迹规划和运动控制。     

挖掘机电液系统的滑模阻抗控制

为了实现挖掘机操作臂的轨迹控制,需要对各关节油缸位置进行控制。建立了挖掘机电液系统的非线性数学模型。由于挖掘机会在自由空间和约束空间运动,因此采用了阻抗控制。又考虑到挖掘机电液系统的非线性和不确定性,因此将变切换函数的滑模控制用于阻抗控制中,使得系统存在不确定性时,控制器仍然能保持较高的控制精度。滑模控制渐进驱动系统状态以执行目标阻抗,在对操作臂进行位置控制的同时进行力控制。针对所设计的控制器进行了仿真,给出了位置跟踪和力跟踪的效果。     

6R关节式机器人运动学仿真分析

为研究PR05型号6自由度关节型机器人的运动性能和轨迹规划,运用D-H建模方法对该机器人建立运动学方程,并基于其变换矩阵中元素的特性,提出一种6自由度机器人运动学逆解优化算法,该算法只需进行一次矩阵逆乘,从而使计算过程简化,而后分析了该机器人的奇异状态位置;在Matlab Robotics Toolbox环境下,对该机器人进行仿真建模,并对其运动学正逆解和关节空间轨迹进行实例仿真,得到了机器人各个关节的动力学参数仿真曲线和运动轨迹数据,验证了所建立的机器人运动学模型正确以及正逆解算法的有效性,表明了该机器人运动性能良好,轨迹曲线平滑无波动。     

基于Hammerstein模型的液压挖掘机非线性预测控制模型

液压挖掘机系统模型结构复杂,计算繁琐且分析耗时,无法满足高效操作的需求。对此,针对挖掘机模型跟踪性能较差的问题,采用Hammerstein模型,实现液压挖掘机的预测控制。通过液压挖掘机系统结构的理论推导,对复杂的液压挖掘机模型进行简化,建立具有Hammerstein结构的液压挖掘机非线性模型。结合序列二次规划算法对该非线性模型进行求解,实现对液压挖掘机非线性模型的预测控制。在MATLAB/Simulink环境下对回转装置、动臂、斗杆和铲斗的控制进行仿真和分析。结果表明：回转装置、动臂、斗杆和铲斗实际位置与预期位置存在较小偏差,且先导压力没有出现过于频繁的冲击,气缸压力波动幅度较小。该液压挖掘机非线性预测控制模型有良好的跟踪性能和较高的控制稳定性。     

电控正流量挖掘机功率控制技术研究

针对某大型液压挖掘机,进行电控正流量挖掘机技术的研究。建立挖掘机液压系统的AMESim模型以及电控系统的Simulink控制策略模型,重点针对双变量泵的功率匹配控制提出改进全功率控制策略,建立能够模拟电控正流量液压挖掘机真实情况的复杂虚拟样机,并进行联合仿真分析,得到挖掘机系统执行元件的输出特性。结果表明：执行机构在外负载下的运动变化符合实际运动规律,同时通过与分功率控制和全功率控制对比,验证了所提出的改进全功率控制策略优越性,进一步验证了所建虚拟样机的合理性。     

机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

6R机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制

为适应工程机械智能化和节能化作业的发展趋势,提出基于集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制,其中液压缸采用增加势能回收腔的集成液压缸。建立挖掘机位姿空间、关节空间与驱动空间彼此间的转换关系,再利用正弦加减速法对挖掘机整平作业进行轨迹规划,并求得相应驱动空间中的位移曲线;搭建伺服电机-定量泵驱动集成液压缸的数学模型,分析其固有特性,并采用液压缸速度前馈、位置/速度反馈双闭环的控制策略提高其控制精度;最后在SimulationX软件中搭建机电液联合仿真模型。结果表明：铲斗齿尖末端最大误差为17 mm,在合理的范围内,所以可利用速度位置复合控制实现对挖掘机的准确控制。     

基于多层前馈BP网络的非线性逆系统自学习控制

提出的基于神经网络的非线性逆系统自学习控制方案运用逆动力学的基本思想，在系统模型未知的情况下，构造了神经网络一致的控制器和辨识器。运用自适应变步长冲量BP学习算法实现了网络辨识器对系统逆动力学模型的动态辨识，并通过网络辨识器向网络控制器在线动态传递更新权值的方法使神经网络控制器产生期望控制量。使得整个神经网络控制系统具有了自学习、自适应的控制能力。     

基于倾角传感器的液压比例驱动机械臂位姿控制

喷浆机器人的最佳喷浆工艺要求喷浆机器人的喷枪根据巷道位置及姿态进行控制。根据喷枪相对基座水平运动或竖直运动时的位置求解得到关节角度，采用倾角传感器实时测量关节角度，根据求解角度与测量角度形成位置闭环，进而驱动关节完成喷浆动作。使用MATLAB/Simulink建立基于倾角传感器和负载敏感比例阀控液压系统构建的关节位置闭环控制系统的仿真模型，采用电压阶跃补偿的方式消除比例阀死区带来的延迟，采用改进型Smith预估器消除纯滞后环节对控制系统的影响，最终验证了该方法的合理性以及可行性。     

沉井基础取土作业机器人设计与研究

针对传统沉井基础施工设备取土效率低、地层适应性较差、作业区域存在盲区等问题，设计一款沉井基础取土作业机器人。结合施工需求，对机器人进行结构设计，并对其伸缩臂进行有限元静力学分析，验证了伸缩臂结构设计的合理性和可靠性；基于D-H法和几何法分别建立了机器人正、逆运动学模型，基于几何法建立了机器人关节空间到驱动空间的运动学模型，将铣挖头位姿控制最终转换为各关节液压驱动器的位置控制；设计了机器人关节驱动电液比例控制系统，采用PID控制器对其进行校正，通过仿真验证了控制策略的有效性；通过现场试验对机器人整机使用性能进行分析。试验结果表明：沉井基础取土作业机器人满足沉井施工需求，达到预期目标。     

模糊逆模补偿控制在电液伺服系统中的应用研究

针对液压系统普遍存在严重非线性和不确定因素,难以建立精确数学模型实现满意控制效果的现实,提出一种采用模糊逆模预测补偿与常规PI控制器相结合的控制策略.用快速模糊聚类算法根据系统的输入输出数据关系进行建模,用常规控制器结合逆模预测补偿环节来进行控制.为了提升控制品质,利用当前数据对已建立的模糊模型进行在线学习调整.实验结果表明了该控制方案的可行性和有效性.     

液压位置系统扰动消除设计方法的研究

针对液压系统建模困难,模型误差影响系统动态性能和负载干扰难于抑制的问题,基于X-滤波自适应逆系统结构提出了一种对模型误差不敏感的液压位置自适应逆扰动消除系统.针对该系统结构特点,提出一种适用于X-滤波结构的自适应算法,利用该算法得到不受模型误差影响的较为精确的液压位置逆模型,为液压位置扰动消除系统中控制器和扰动消除器的建立莫定基础.仿真结果表明:液压位置自适应逆扰动消除系统在建模误差较大的情况下,具有良好的动态响应和干扰抑制能力.     

三自由度液压机械臂自动整平系统设计与研究

针对水下抛石基床整平需求,设计一套基于挖掘机三自由度液压机械臂的自动整平系统。对臂架机械结构进行适应性改造,通过试验计算其作业负载,结合有限元法验证改造结构的可靠性。基于D-H法和几何法搭建臂架正、逆运动学模型,将铲尖轨迹运动转换为臂架各构件的协同控制。设计基于PID控制的臂架电液比例位置控制系统,通过AMESim验证了臂架驱动控制系统方案的可行性。结合北斗定位技术,搭建臂架自动整平系统架构,提出适用于工程应用场景的定位、整平作业流程。最后,通过工程试验和应用对自动整平系统进行了验证。试验和应用结果表明：采用三自由度液压机械臂的基床整平效率更高、成本更低,整平精度也满足施工要求。     

基于机液联合仿真技术的液压挖掘机工作装置性能分析与研究

基于液压挖掘机工作装置机械系统和液压系统高度耦合特点,提出了一种机液联合仿真方法,分别建立了其机械系统和液压系统模型,运用计算机联合仿真与集成优化技术,实现了机械系统和液压系统的联合仿真,获得了工作装置的动态性能,提高了建模与仿真效率,将系统的控制信号与跟踪信号进行了对比,验证了联合仿真的精确性和可靠性。     

基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略

液压机械臂由于采用液压系统作为驱动装置，在实现闭环运动控制过程中存在能效较低的缺点。针对此问题，提出一种基于全局能量优化的液压机械臂节能控制策略。分析液压机械臂各关节与驱动液压缸之间的运动转换，并推导了关节运动与液压缸两腔压力之间的非线性映射关系。在此基础上，构建液压机械臂能量消耗目标函数，与运动时间构成多目标优化问题，并利用改进的NSGA-Ⅱ多目标优化算法求解该问题的最优解。通过对比仿真结果可以发现：所提出的基于全局能量优化的节能控制策略与传统的定供油压力控制策略相比，节约了46.73%的能量，与传统基于时间-能量的优化节能策略相比节约了8.62%的能量，从而验证了所提策略的有效性。     

基于多仿真模型的动臂势能再生控制策略研究

液压挖掘机工作时,动臂频繁下降会造成大量重力势能浪费,因此动臂势能再生能够有效提高挖掘机能耗效率。基于1.7×104 N液压挖掘机实验平台,设计一种组合式节能型动臂结构及其液压再生回路,建立动臂动力学模型、液压模型与控制器模型,进行多仿真模型联合仿真,提出基于模糊PID控制策略进行动臂势能再生控制。结果表明：与传统PID控制的无蓄能器模型相比,模糊PID控制的动臂势能再生系统节能效率达到25.57%,高于传统PID控制策略的18.04%。     

一种基于聚类的板形控制模糊神经网络模型

针对冷轧过程中难以建立精确的板形控制数学模型的问题,设计了RBF模糊神经网络模型用于冷轧板带过程中的板形控制.基于一种无监督聚类方法确定了模糊规则数和网络初始参数以建立网络初始模型;采用BP算法训练网络,使网络能够快速收敛;同时,为使所建立的控制系统能够应用于在线控制,增加了模糊规则在线自学习功能,避免网络过度修正权值.仿真实验表明,所建立的RBF模糊神经网络模型控制精度高,满足板形在线控制要求.     

挖掘机自动挖掘轨迹规划与动态优化控制

以挖掘机为研究对象,建立挖掘机工作装置运动学和动力学数学模型,通过五次多项式插值方法将运动轨迹离散,采用MATLAB编写离散运动轨迹程序并将其计算结果与ADAMS仿真结果进行对比,最终确定动力学模型参数;其次,建立基于动力学模型的Simulink和ADAMS联合仿真模型,在动态控制中采用PD控制方法,进行轨迹规划联合仿真并试验。结果表明：基于动力学模型的运动轨迹控制方法可以有效避免始末位置和液压缸输出力变化的突变,采用动态控制中的PD控制方法,得到的收敛趋势相较于未优化的要收敛近50%;液压缸输出力变化稳定,其误差在5%附近,提升了自动挖掘运动轨迹控制精度。