一种并联四足机器人机电耦合多能域系统动力学参数优化设计

采用平面冗余驱动并联四足机器人为研究对象,并且结合拉格朗日方程和键合图等两种方法,建立该四足机器人的机电耦合多能域系统动力学模型。而且还针对该机构的特点,提出了一种将动力学模型线性化的待定系数法,并且通过该方法,经过严密的数学推导,就得到了机电耦合多能域系统动力学模型的线性化形式,将能很好地避免传统的简化方法得到的动力学模型线性化形式带来的误差。     

4-DOF混联机器人多能域动力学全解模型及试验

以4-DOF混联机器人为研究对象,分析了混联机器人的运动学,接着基于传统键合图建立了系统驱动部分（电动机和气动部分）键合图模型,基于旋量键合图建立了系统机械本体动力学模型,由于系统的并联部分引入冗余驱动,提出了采用输入力矩优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的机、电、气耦合的多能域系统动力学全解模型。冗余驱动分支在随动和施加优化得到的力矩（力/位混合控制）两种情况下,借助键合图自动化仿真软件（20-sim）进行多能域动力学仿真;并进行样机的控制试验,将仿真与试验得到的驱动力矩进行对比,验证了所建机器人系统多能域动力学模型的正确性。通过试验可以证明：力/位混合控制时样机运行更加平稳且能有效提高机构的运动精度。     

Delta型3D打印机多能域系统动力学全解建模与实验

对Delta型3D打印机多能域机、电耦合系统展开了动力学建模研究。利用旋量键合图在并联机器人动力学建模上的优势,构建了该打印机机械本体子系统的动力学模型,并结合传统键合图建立驱动子系统的动力学模型,获得打印机系统机、电耦合的全局动力学模型。对于给定的动平台运动轨迹,对比Adams数值仿真、Matlab理论计算以及实验实测驱动力结果,证明了该机构多能域系统动力学全解模型的正确性。该成果为后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础,也为其他机械系统动力学建模提供了新思路。     

基于模糊优化辨识模块化机器人关节动力学参数

为了能更为合理、准确地辨识出机电结构系统结合面的等效动力学参数,提出了基于模糊优化的辨识方法。以9自由度模块化冗余机器人为研究对象,采用模糊优化方法辨识了机器人关节面等效动力学参数,并利用所识别的参数及机器人各部件有限元模型建立了机器人整机动力学模型,该模型的模态参数与试验结果具有较好的一致性,表明所提出的辨识方法具有较高的辨识精度,是合理和可行的。     

主动过约束并联机构6PUS+UPU力位混合控制

为了解决主动过约束并联机构驱动协调性问题,提出一种基于动力学的力位混合控制策略。以6PUS+UPU并联机构为研究对象,基于运动学分析的基础,利用虚功原理推导了机构整体动力学模型与单分支动力学模型,进而得到机构期望内力;以机构内力和运动精度为控制目标,在力位混合驱动的基础上提出一种基于动力学的力位混合控制策略;以6PUS+UPU机构样机为对象进行控制实验,并对实验结果进行了分析。实验结果显示,所提力位混合控制策略可以提高对主动过约束并联机构内力的控制精度,改善各分支驱动协调性,并能在一定程度上提高机构运动精度。     

球面二自由度冗余驱动并联机器人系统动力学参数辨识及控制

以伺服电机驱动的球面2-DOF冗余驱动并联机器人为研究对象,首先,建立了机构惯性参数辨识模型,并规划了惯性参数辨识轨迹;其次,建立了机构运动副摩擦参数辨识模型和驱动系统的摩擦参数辨识模型,分别分析了二者的辨识原理,并规划了摩擦参数辨识轨迹;再次,通过辨识实验得到了机构惯性参数、机构转动副摩擦参数和驱动系统摩擦参数的辨识结果,利用辨识结果对原机构参数进行修正,获得了更为准确的机器人系统动力学模型,并通过轨迹测试实验,对辨识结果进行了验证;最后,制定了基于机器人系统动力学模型的前馈控制策略,与传统的机构运动学闭环控制策略进行实验对比,验证了该控制策略的可行性。     

3-RRS并联机器人的动力学分析

基于Lagrange方程导出了3-RRS并联机器人的动力学模型,分析了该并联机器人的动力学特性。通过实例讨论了3RRS并联机器人的等效转动惯量、驱动力／力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构的位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大。     

基于6维力/力矩传感器的并联机器人惯性参数辨识方法

提出了基于6维力/力矩传感器的并联机器人惯性参数辨识新方法,这种方法不需要了解关节摩擦和驱动器动力学特性的精确模型,推导了一般并联机器人的惯性参数辨识模型,分析了并联机器人的基惯性参数,提出了并联机器人惯性参数辨识轨迹的选择原则,并给出了两种新型空间并联机器人的分析实例。     

多能域过约束并联机器人系统动力学建模方法*

采用旋量键合图建立球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统动力学模型,该方法相对传统力学原理动力学建模方法的优点是建模过程规则化,能够得到适合于现代控制理论的空间并联机构状态方程。所建动力学模型只有36个方程,但由于被动过约束(公共约束和冗余约束)和主动过约束(冗余驱动)的存在,共有43个未知量需要求解。为此,针对被动过约束问题,分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;针对主动过约束问题,提出了采用输入力优化的方法,增加了1个补充方程,最终得到了该机器人完整的多能域系统动力学全解模型。通过数值算例,验证了该方法的可行性和合理性。该方法可以推广到其他包含机、电、液、气的多能域过约束并联机器人系统,为该类多能域机器人系统动力学建模分析提供了一种新的思路。     

基于Modelica的并联机器人整机建模与仿真

并联机器人是一类典型的复杂机电系统,往往包含刚柔耦合、机电耦合、电液耦合等因素。采用动力学分析软件实现其多领域耦合仿真通常需借助额外的程序间接口,且用户难以进行功能和模块的扩展,而Modelica多领域统一建模语言便于统一考虑上述耦合因素,容易获得并联机器人的整机真实性能。对于包含特殊多闭链机构的并联机器人,在Modelica建模过程中往往需注意若干细节的特殊处理。文中以Delta机器人为例,基于Modelica语言建立机器人多刚体动力学模型、刚柔耦合动力学模型和机械控制耦合模型,并通过与Recurdyn软件仿真结果进行对比,验证了该建模方法的有效性。本方法亦可用于该类并联机器人的性能分析,为并联机器人的进一步设计优化奠定基础。     

混合驱动柔索并联机器人自适应迭代学习控制

以一种兼容混合驱动机构与柔索并联机构特点的新型混合驱动柔索并联机器人为研究对象,对其动力学建模及轨迹跟踪控制进行了研究;应用Lagrange方法建立了混合驱动柔索并联机器人系统的动力学模型;针对具有非线性、时变特性以及带有可重复时变干扰的混合驱动柔索并联机器人动态系统模型,设计了一种控制增益随迭代次数变化的自适应迭代学习控制策略,并采用Lyapunov函数证明了该控制器的稳定性;数值仿真结果表明,在该控制器的作用下,混合驱动柔索并联机器人控制系统能够完成高精度跟踪期望轨迹,进一步验证了所建系统动态模型的正确性及控制策略的有效性。     

3-(R)RC并联机器人动力学分析

对一种空间3自由度并联机器人(3-RRC并联机器人1进行动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一圆柱副支链组成.基于Lagrange方程导出3-RRC并联机器人的动力学模型,并分析此并联机器人的动力学特性.通过一个算例,讨论3-RRC并联机器人的等效转动惯量、驱动力/力矩和能耗的变化规律.结果表明,对于给定的运动规律,机构位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大.研究对进一步分析3-RRC并联机器人的动态特性、机构优化设计和系统控制等实际工程应用具有重要意义.     

混合驱动柔索并联机器人系统集成设计

混合驱动柔索并联机器人是机电高度集成系统,其动态性能由结构系统和控制系统共同决定。为了提高混合驱动柔索并联机器人整体系统的动态性能,并考虑到其结构系统和控制系统的密切耦合关系,对混合驱动柔索并联机器人的结构系统与控制系统进行集成优化设计。描述混合驱动柔索并联机器人系统的结构和运动过程;根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对混合驱动柔索并联机器人进行运动学分析;基于Lagrange方程,推导出混合驱动柔索并联机器人的动力学模型;讨论优化过程中涉及的设计变量、约束方程表达式和目标函数,建立混合驱动柔索并联机器人系统的集成优化模型。结合实例,对混合驱动柔索并联机器人系统进行分离优化设计和集成优化设计的数值仿真比较研究,结果表明,集成设计方法能够使系统获得更好的动态性能。     

3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。     

3-■RC并联机器人动力学分析

对一种空间3自由度并联机器人(3-■RC并联机器人)进行动力学分析。此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副—转动副—圆柱副支链组成。基于Lagrange方程导出3-■RC并联机器人的动力学模型,并分析此并联机器人的动力学特性。通过一个算例,讨论3-■RC并联机器人的等效转动惯量、驱动力/力矩和能耗的变化规律。结果表明,对于给定的运动规律,机构位形对系统的等效转动惯量和驱动力/力矩的影响很大。研究对进一步分析3-■RC并联机器人的动态特性、机构优化设计和系统控制等实际工程应用具有重要意义。     

刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

3-RRR并联机构动力学参数辨识模型

根据运动学模型,推导了3-RRR并联机构的雅可比矩阵.在每一个运动构件上选择一个适当的关键点,从而使运动构件的偏角速度矩阵和关键点的偏速度矩阵中不包含基本动力学参数.相对于这些关键点,计算出每一个运动构件的惯性力和力矩.基于虚功原理,从惯性力和力矩中提取基本动力学参数,推导出3-RRR并联机构动力学参数辨识模型.     

面向驱动力前馈控制的重载并联机构运动学及力学分析

针对驱动力前馈的力位并行控制的需要,对3-PRS-XY混合并联机构建立Z-X-Z欧拉变换描述的反向运动学模型,并进行速度规划,得到力位控制系统运动插补方法。基于整体能量分析模型及拉格朗日法对3-PRS并联机构进行空载工况下反向动力学建模求解,并通过与重载工况不同位姿的静力反解进行线性叠加得到计算力矩控制所需的驱动力前馈,通过仿真分析了重载下3-PRS并联机构运动学及驱动力的变化情况。     

未知模型机器人的碰撞检测算法

针对工业机器人在模型未知情况下的碰撞检测问题,提出一种基于参数辨识和广义动量的新型碰撞检测算法.首先,通过整体辨识的方法,得到较为精准的机器人动力学模型.然后,基于动力学模型、电机反馈位置与驱动电流信号计算机器人运行过程中的动量偏差来观测碰撞力矩的大小和方向.通过等效为带通滤波器来分析调节观测器的参数,进一步对碰撞力矩...     

耦合型3自由度并联稳定平台机构动力学分析

基于舰船摇荡耦合动力学特征,分析耦合力/力矩对耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联稳定平台机构动力性能和动力学建模的影响,采用冗余驱动保证稳定平台各分支均匀承载,实现了稳定平台少驱动、多轴联动补偿外载荷的目标。提出耦合动力学参数等效变换方法,并分析动平台及运动分支耦合力/力矩在惯性坐标系中的表示;以系统驱动功率和最小为目标结合虚功率形式达朗贝尔原理,建立机构耦合动力学普遍方程。数值算例表明,采用冗余驱动的耦合型并联机构不仅实现了重载稳定平台多轴联动补偿的目标,而且有效地改善了系统动力学性能指标,为进一步研究耦合型并联机构动力学优化及实时控制奠定了基础。