基于极小极大算法的双臂机器人精度提升方法

针对双臂机器人绝对精度和协作精度的指标要求,基于激光跟踪仪测量的双臂末端三靶球点位数据,使用极小极大的搜索算法,提出了鲁棒的双臂机器人运动学几何参数校准方法.该方法分两步:首先,分别对左右两臂的几何参数进行校准,在左(右)臂末端安装三个靶球,以三个测量点中的最差绝对定位误差为指标函数建立非线性优化问题,确保校准结果的鲁...     

双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控情况下,漂浮基双臂空间机器人系统跟踪惯性空间轨迹的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动系统,保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性关系;对系统的运动学分析表明,联系机械臂末端抓手运动线速度与机器人关节铰速度的Jacobi关系也可以通过增广向量的处理,得到保持惯性参数线性关系的增广广义Jacobi关系。基于以上结果,针对系统参数不确定的情况下,设计了自由漂浮双臂空间机器人跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,所提出的控制方案具有不需要测量、反馈机器人载体位置、移动速度、加速度的优点;同时,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解空间机器人机载计算机运算能力有限的矛盾。通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。     

漂浮基双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人系统的自适应控制问题。为了克服空间机器人系统动量及动量矩守恒关系的引入,使得系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系,给控制系统设计带来的困难,漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程被表示为欠驱动形式。其优点在于,相应的控制系统状态方程保持了惯常的关于系统惯性参数的线性性质。以此为基础,并借助于增广变量法,通过恰当地虚拟扩展系统的控制输入与输出,成功地克服了漂浮基双臂空间机器人系统自适应控制方案设计的难点,针对双臂空间机器人两个末端抓手持有载荷参数均未知的情况,设计了漂浮基双臂空间机器人两个末端抓手惯性空间轨迹跟踪的拟增广自适应控制方案。通过系统数值仿真,证实了上述控制方法的有效性。     

时间延迟下双臂空间机器人工作空间轨迹跟踪的改进控制方法

研究了载体姿态受控、位置不受控制情况下, 具有时间延迟的漂浮基双臂空间机器人载体姿态与末端爪手工作空间协调运动的动力学建模与控制问题。利用系统动量守恒关系及Lagrange方法, 建立了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学模型及运动Jacobi 关系。以此为基础, 考虑到系统存在时间延迟的复杂情况, 利用Taylor级数展开, 导出了适用于时间延迟情况下控制系统设计的数学模型。利用该模型, 提出了一种双臂空间机器人在时间延迟情况下的改进计算力矩控制方案。而后, 运用Lyapunov 第二类方法, 结合图形分析以及范数的方法证明了该控制系统的稳定性。数值仿真结果证实了该控制方案在系统存在时间延迟的情况下, 仍然可以有效地控制双臂空间机器人, 稳定地追踪工作空间的期望轨迹。     

自由浮动柔性空间双臂机器人的混合抑振控制

针对一种双臂4关节末端为柔性连杆的自由浮动空间机器人,将自由浮动空间柔性双臂机器人开链系统的柔性杆视为Euler-Bernoulli梁.采用假设模态法对柔性连杆的变形进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,根据拉格朗日法,并结合系统动量守恒,推导了自由浮动空间柔性双臂机器人开链系统的动力学方程和振动方程;考虑弹性变形、建模误差及扰动项,以及动力学的非线性强耦合效应,在模态空间下,采用模糊滑模及最优控制的混合控制方法,讨论空间柔性双臂机器人操作臂在捕获运动时的轨迹跟踪及振动抑制问题.仿真实验表明,混合控制可以削弱滑模控制的抖振程度,使得滑模控制的输出更平稳,有效地抑制柔性连杆产生的弹性振动,保持操作臂末端轨迹跟踪的鲁棒性.     

双臂空间机器人协调运动的模糊基函数网络控制

该文研究了在本体位置不受控、姿态受控的情况下,漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间协调运动的轨迹跟踪问题。针对存在外部扰动和未知系统惯性参数的情况,设计了一种基于模糊基函数网络的自适应调节控制方案。用模糊基函数网络对双臂空间机器人系统建模,利用鲁棒技术处理建模误差和外部扰动在内的不确定性。所提控制方案的特点是:不需要动力学方程中的惯性参数符合线性规律,也无需预知系统的惯性参数;同时可以利用学习规则在线自适应调节模糊基函数网络的所有权值和参数,因此控制方案是灵活的。该文稳定性分析证明了控制方案的全局稳定性和良好的轨迹跟踪性能。仿真算例表明了该方案能有效地控制双臂空间机器人的本体姿态和末端爪手协调地跟踪期望的运动轨迹。     

漂浮基双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划

讨论了漂浮基双臂空间机器人非完整运动的最优控制规划问题。以多体动力学理论为基础,导出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人耦合了系统动量守恒关系的系统动量矩守恒关系,并将其转化为控制系统状态方程。由此,将双臂空间机器人的非完整运动规划问题转化为非线性系统的控制问题。以此为基础,利用近似优化的方法,给出了双臂空间机器人基于自适应遗传算法的最优非完整运动规划控制算法。其优点在于,仅需要控制双臂空间机器人机械臂的关节运动,即可达到对载体姿态及机械臂关节位置的双重控制效果。一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。     

姿态受控柔性关节双臂空间机器人的抗力矩饱和控制与振动抑制

研究了漂浮基柔性关节双臂空间机器人载体姿态与机械臂关节协调定位的抗力矩饱和控制与柔性振动抑制问题。利用系统动量守恒定律及拉格朗日方法,给出载体姿态受控柔性关节双臂空间机器人的完全驱动式动力学方程。结合柔性补偿及奇异摄动技术,推导系统相应的奇异摄动模型。为实现双臂各关节柔性振动的有效抑制,针对快变子系统提出一种力矩微分状态反馈控制策略;为避免空间机器人实际载体姿态控制系统及关节驱动电机出现控制饱和问题,针对慢变子系统提出一种姿态、关节协调定位且基于力矩主动约束设计的抗力矩饱和控制方法。数值仿真结果显示,所提控制方案不仅可以完成对系统载体姿态、双臂各关节的精确定位,而且还能有效抑制关节的柔性振动、限制实际控制力矩的输出幅值。     

机器人双臂建模与击掌碰撞虚拟样机仿真

碰撞是仿人机器人研究的难点.今设计了5自由度仿人机器人上肢体,并且基于雅克比矩阵建立了速度运动学模型;基于拉格朗日能量函数法,建立了动力学模型;采用广义非线性等效弹簧阻尼模型,建立了碰撞动力学模型.参照人体特性,搭建了ADAMS虚拟样机仿真平台,进行了上肢体击掌动作仿真实验,开展了不同刚度系数值下的手部接触碰撞仿真.实验曲线表明动作仿人,角速度曲线满足正弦曲线形态;碰撞中,肘关节所受力矩最大;缓冲后,腕关节所受力矩大于肘关节.证明碰撞仿真平台有效,碰撞时应采用较小的仿真步长.     

闭链双臂空间机器人动力学建模及力矩受限情况下载荷运动自适应控制

讨论了在输入受限的情况下,漂浮基双臂空间机器人抓持负载后转移目标过程中的建模与自适应控制问题。利用拉格朗日第二类方程建立了开链空间机器人系统动力学模型,之后结合闭链系统的闭环约束条件,获得了闭链双臂空间机器人系统的动力学方程。在这个基础上,考虑到双臂空间机器人及负载存在参数不确定,系统存在外部扰动及输入力矩有限的情况,设计了自适应控制方案,以完成对载荷位置和姿态运动的精确控制。由带饱和函数的控制律限制输入力矩,采用自适应控制器逼近系统的不确定度。方案中利用高精度滤波器估计系统速度及角速度,从而仅需测量其位置信息。通过Lyapunov方法证明了系统的稳定性。最后通过数值仿真实验模拟了平面双臂空间机器人转移目标过程,并证实了上述控制方案的有效性。     

中医推拿机器人末端执行器工作空间分析

 构造了一种新型中医推拿机器人末端执行器的结构形式．通过坐标变换,建立了机构的运动学模型,并进行了反解分析．针对推拿机器人的手法要求,探讨了结构参数对该并联机构工作空间的影响规律,为工作空间的综合提供了依据．基于蒙特卡罗原理,通过MATLAB编程对此并联机构的工作空间进行了数值解的描绘．并利用Pro/E建立末端执行器机构的三维模型,导入ADAMS就其运动轨迹进行模拟和分析,仿真结果表明中医推拿机器人末端执行器的设计符合推拿要求,验证了机构设计的正确性．推拿机器人末端执行器的工作空间内部工作点密集且分布均匀,满足推拿动作高效作业的要求,为中医推拿机器人的实用化提供了理论依据．     

码垛机器人的工作空间分析

目的分析在机器人设计和托盘码垛布局规划过程中码垛机器人的工作空间。方法用D-H法则建立运动学方程,根据运动学方程对四轴型的码垛机器人进行分析,最后利用矩阵变换法建立码垛机器人位姿变化关系,求解运动学的正逆解,并用Matlab软件的图形用户界面(GUI)对求解结果进行仿真。结果得到了机器人的可达工作空间图,工作空间在x-y平面投影图和工作空间在x-z上的平面投影图。结论通过分析Matlab软件的仿真结果,可以直观地得到该码垛机器人的工作空间。     

3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析

目的针对一种六自由度3-PUPU并联机构,对其运动性能和工作空间进行研究。方法利用修正的(G-K)公式对该并联机构动平台的自由度进行计算,并建立机构的逆运动学和正运动学特征方程式,然后利用Matlab/Simulink中的Sim Mechanics功能模块建立3-PUPU并联机构及结构框图,利用杆长的运动范围限制条件编程求得3-PUPU并联机构的工作空间。结果该并联机构的工作空间范围较大,形状规则,结构紧凑,无空洞。结论 3-PUPU机构具有良好的工作空间性能。     

基于几何法的3-PCR平移并联分拣机器人工作空间研究

利用几何法,对3-PCR并联机器人运动学方程进行了分析。选取了一定的参数,在三维软件INVENT-OR里绘制出了相应的工作空间,通过分析单独支链的工作空间,最后确定了工作空间的包络面及包络线,并分析了该机构工作空间内的奇异性。     

挖掘机工作空间求解的蒙特卡洛法改进

对常规蒙特卡洛法求解挖掘机工作空间的原理、算法流程分析与仿真,发现大量随机点的分布在空间内部,边界随机点分布少,使得求解结果误差较大且效率低下。对挖掘机工作空间边界形成的内在机理分析,发现其边界的界定本质是其中两组油缸取极限值,另一组油缸为变量,而非三组油缸变量耦合,从而使得随机点的分布集中在工作空间边界。采用改进后的蒙特卡洛法对挖掘机的工作空间进行仿真,对比常规法求解,结果证明改进蒙特卡洛法求解高效且误差极小。     

码垛机器人连杆参数的变化对工作空间的影响

目的分析机器人的连杆2(l_2)、连杆3(l_3)的长度和l_2的关节转角θ_3的角度取不同值时,机器人工作空间的变化情况。方法建立机器人的连杆坐标系,根据连杆参数表用D-H法建立机器人的运动学方程。根据运动学方程,用Matlab仿真工作空间。改变l_2和l_3的长度以及l_3的关节转角θ_3,得到连杆取不同参数时和原参数时机器人工作空间的x Oy和x Oz平面对比图,并把对比图插入AutoCAD画出对比图的边界。通过分析对比图边界的变化来研究仿真平面图形的变化。结果获得了不同参数时机器人工作空间的x Oy和x Oz仿真投影图。结论连杆参数不同时,工作空间有不同的变化,为机器人连杆参数的优化和运动控制奠定了基础。     

面向对象的协同模板分类模型研究

协同模板延承了模板在工程CAD设计中的优势,又包含适合协同设计属性.从协同模板功能结构的角度对协同模板进行分类,分为元级,特征级与复合级,并采用面向对象方法表现其层次结构,建立了协同模板对象模型和协同模板库,提高了基于协同模板的协同CAD设计效率.在基于协同模板建模系统(CoTM)中,该模型在设计个人沙发等实例中得到了较好的应用.     

2-RPU/UPS并联机构自由度和位置分析

目的 针对目前包装流水线末端需要对大量物品进行码垛和搬运,而生产线末端自动化程度不高等问题,提出一种2-RPU/UPS并联机构,并应用于包装流水线上后期物品拾取和码垛来提高工作效率.方法 首先用SolidWorks软件画出机构的三维图,然后用螺旋理论对该机构进行自由度分析,并用修正的K-G公式对该机构的自由度进行验证.用封闭矢量法求出该机构的位置逆解,并根据位置逆解和该机构之间的相互约束条件,运用Matlab软件编程求出该机构的可达工作空间.结果 2-RPU/UPS并联机构具有两转(绕x轴y轴的转动)一移(沿z轴方向的移动)3个自由度,拥有较大的工作空间,并且在运动过程中没有出现奇异点.结论 该机构具有较大的工作空间,自由度多,运动灵活,运动性能良好,可以应用于包装领域的码垛与搬运.     

基于激光跟踪仪的协作机器人标定算法与实验研究

为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了一种基于激光跟踪仪测量的机器人几何参数标定方法,对协作机器人的参数误差进行辨识和补偿.为了避免机械臂相邻两个轴平行时会出现奇异性的情况,采用了MDH参数法建立误差模型;为了把测量数据定义在同一坐标轴上,结合了机器人工具坐标系转换(靶球中心点相对于机器人末端坐标系的平移变换);进而用...     

含闭环球铰的三自由度并联机构工作空间分析

目的 提出一种SPR+UPS+UPR非对称并联机构,用于不同类型产品的贴标与喷码。方法 首先用SolidWorks对机构进行三维建模;然后用螺旋理论和修正的G-K公式计算机构的自由度;并用封闭矢量环法求出机构的位置逆解;最后用三维动态法和Matlab编程求出该机构的可达工作空间。结果 SPR+ UPS+UPR并联机构共有两转一移3个自由度,且运动性能良好。结论 该机构可用于不同类型产品的贴标与喷码,降低了成本,提高了效率。