利用牛顿-欧拉动力学识别机器人连杆惯性参数

基于机器人基座力传感器的输出信号探讨了利用牛顿—欧拉动力学递推方程识别机器人连杆惯性参数的方法。首先通过理论推导阐述了利用该方法识别机器人连杆惯性参数的求解思路与步骤,其次采用仿真计算验证了该识别方法的有效性。使用上述方法识别的机器人连杆惯性参数包含了机器人的关节特性,进行动力学建模时,无需再对机器人的关节特性建摸。     

基于基座力传感器机器人连杆惯性参数的静态识别

文中探讨了基于机器人基座力传感器的输出信号,利用连杆的重力作用,识别机器人连杆的质量及质心三维坐标的静态识别方法。阐述了该方法的的求解思路与步骤,推导出了识别上述惯性参数的通用计算公式。虽然该方法仍属于解体识别法,但该方法计及了机器人的关节,识别出的惯性参数包含了机器人的关节特性,克服了传统解体识别法忽略机器人关节特性的缺陷,提高了惯性参数的识别精度。     

基于传感器的操作臂惯性参数在线识别神经网络模型

机器人惯性参数识别是机器人精确建模以及机器人控制和仿真的关键问题之一。机器人腕力传感器的接入将影响机器人系统的动力学特性 ,同时腕力传感器的输出也真实地反映了机器人的力作用和机器人末端的动力学特性。本文基于腕力传感器的输出信号 ,对在线识别机器人操作臂末端的惯性参数的方法进行了分析和研究 ,并建立了惯性参数在线识别的神经网络模型 ,网络学习后其权值即为辨识的惯性参数。     

一种仿人机器人臂的重力补偿研究

为了对7自由度握手机器人臂进行重力补偿,提出了基于最小二乘法的机器人臂动力学参数识别方法。首先,推导了该机器人臂各关节转矩的重力项理论计算公式;其次,对基于最小二乘法原理的参数识别方法进行详细分析;最后,利用该方法对机器人臂各连杆进行了参数识别试验。试验表明:依靠该方法进行参数识别后的重力项计算值和实测值基本上是一致的,能够用于机器人臂的重力补偿计算。     

仿生机器蟹单足惯性参数在线识别神经网络模型

机器人惯性参数识别是机器人精确建模以及机器人控制和仿真的关键问题之一。足端力传感器的接入会影响机器蟹系统的动力学特性,同时力传感器的输出也真实地反映了机器蟹的力作用和机器蟹足端的动力学特性。文中基于足端力传感器的输出信号,对在线识别仿生机器蟹单足末端惯性参数进行了分析和研究,并建立了惯性参数在线识别的神经网络模型,网络学习后其权值即为辨识的惯性参数。     

机器人操作臂动力学参数的动静态辨识方法研究

针对机器人惯性参数辨识的问题,提出了一种机械臂动力学参数的动静态混合辨识方法。在静态辨识中,通过变换机械臂的构型构造多维矩阵,利用机器人基座六维力传感器采集的三维力及力矩值,采用最小二乘法求解机械臂各连杆质量与质心坐标的乘积,为动态辨识过程消去待辨识参数的二次方项,降低辨识的复杂度。利用静态辨识结果,基于牛顿-欧拉算法推导参数解耦形式的机械臂动力学方程。在动态辨识中,规划各关节按照特定的组合方式运动,根据采集的各关节的力矩、速度及加速度值,采用伪逆法辨识各连杆的惯性张量以及质心坐标,继而完成动力学参数的全辨识,算法的参数辨识误差低于0.7%。最后,通过仿真实验验证了该辨识算法的正确性与可行性。     

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。     

机器人末端臂惯性参数辨识的人工神经网络方法

分析了机器人操作臂末端连杆惯性参数辨识的原理及数学模型,提出了一种与传统神经网络问题不同的惯性参数辨识方法,使神经网络的结构与权值具有明确的物理意义,解决了获取样本难的问题。探讨了人工神经网络在系统参数辨识应用中的一般规律及优越性。惯性参数辨识方法简单、直观、运算量小,可应用基于传感器信号的机器人末端惯性参数的在线辨识。在PUMA562机器人上,用实验验证了惯性参数辨识方法的可行性与有效性。     

无速度反馈的双臂空间机器人模糊滑模控制

针对存在不确定性且无速度反馈的自由漂浮双臂空间机器人关节轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态观测器的模糊滑模控制方法.根据双臂空间机器人完全驱动动力学方程以及运动学方程,建立自由漂浮状态下系统的关节空间动力学方程.利用模糊系统的万能逼近特性对系统不确定部分进行逼近,并设计状态观测器在线估计系统关节运动的角速度信息.以关节角度和观测器获得的关节角速度作为系统状态反馈,在传统滑模控制方法基础上,进一步考虑系统惯性参数未知导致的建模误差,设计模糊滑模控制器,实现了双臂空间机器人系统关节角度的轨迹跟踪控制.数值仿真验证了所提控制方法的有效性.     

机器人实际几何参数识别与仿真

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度,为了提高机器人的位姿精度,需要对机器人进行标定。讨论了运动学模型的建立方法,基于修正的ＤＨ模型和微分变换关系推导出机器人实际几何参数识别的全部公式。该方法要求测量各关节角的码盘数值和机器人的基坐标系下的位姿。     

上肢外骨骼机器人的阻抗控制与关节试验研究

外骨骼机器人穿戴于人体上,可以作为一种助力、增强或者交互的工具,应用于康复、遥操作等领域。针对上肢外骨骼机器人的人机交互控制问题,提出一种上肢外骨骼机器人的阻抗控制模型,并建立了一体化关节的动力学模型,详细设计了单关节的阻抗控制方法。基于外骨骼机器人在人机交互控制中的随动任务特性,设计了基于力的阻抗控制方法以及基于位置的阻抗控制方法。针对阻抗控制模型为二阶系统的特点,提出了阻抗控制参数优化分析的方法。建立了单关节阻抗控制的数值仿真模型,通过仿真试验分析了惯性参数、阻尼参数、刚度参数以及人机接触刚度对阻抗控制性能的影响。开展了单关节系统的阻抗控制硬件试验。试验结果表明单关节系统的触碰检测、重力补偿以及阻抗控制均可实现,并且操作者与关节系统可以实现协同运动。     

机器人负载惯性参数的快速辨识

机器人的惯性参数辨识是基于动力学模型控制器设计的基础,除了需要辨识机器人自身的惯性参数外,还需要快速准确地辨识负载的惯性参数。针对需要更换负载的工作场景,提出了一种快速辨识负载的激励轨迹,该轨迹不需要经过优化,即可在短时间内覆盖更多的机器人运动状态,从而获得更为全面的采样参数集,提高了辨识效率的同时增强了辨识模型的泛化能力。实验表明,辨识的结果与负载模型的CAD参数符合,机器人关节理论力矩能较好地拟合实际驱动力矩,验证了负载参数的正确性。     

Method for measuring transient friction coefficients for rubber wiper blades on glass surface

A method for measuring the coefficient of friction between sliding solid bodies has been developed. In the proposed method, both frictional and normal forces are measured as inertial forces acting on masses. Two pneumatic linear bearings, one placed horizontally and the other vertically, are used to realize a linear motion with a sufficiently small friction acting on the masses, i.e., the moving parts of the linear bearings. The inertial force acting on each mass is calculated from the velocity of the mass; this velocity is determined with a high accuracy by measuring the Doppler shift frequency of a laser light beam that is reflected off the mass using an optical interferometer. The performance of the proposed method is demonstrated by measuring the coefficient of friction between a car wiper blade and a glass surface.     

Piezoelectric inertial robot for operating in small pipelines based on stick-slip mechanism: modeling and experiment

Small pipes exist in industrial and biomedical fields, and require microrobots with high operational precision and large load capacity to inspect or perform functional tasks. A piezoelectric inertial pipeline robot using a “stick-slip” mechanism was proposed to address this requirement. In this study, the driving principle of the proposed robot was analyzed, and the strategy of the design scheme was presented. A dynamics model of the stick-slip system was established by combining the dynamics model of the driving foot system and the LuGre friction model, and the simulation analysis of the effect of system parameters on the operating trajectory was performed. An experimental system was established to examine the output characteristics of the proposed robot. Experimental results show that the proposed pipeline robot with inertial stick-slip mechanism has a great load capacity of carrying 4.6 times (70 g) its own mass and high positioning accuracy. The speed of the pipeline robot can reach up to 3.5 mm/s (3 mm/s) in the forward (backward) direction, with a minimum step distance of 4 μm. Its potential application for fine operation in the pipe is exhibited by a demonstration of contactless transport.     

The inertial characteristics of dynamic robot modelsCaracteristiques inertielles des modeles dynamiques robotiques

Robot dynamics are embedded in the mathematical foundations of classical mechanics to introduce novel physical interpretations and structural characteristics of the Lagrangian dynamic robot model. Within this framework, the centrality of the inertial matrix emerges. The physical significance of the inertial coefficients is further illuminated by the introduction of the coefficient of coupling of robotic manipulators. The properties of the inertial matrix follow directly from the kinematic and dynamic parameters of the robot. These properties translate into the characteristics of the centrifugal, Coriolis and gravitational components of the dynamic robot model. The novel approach reinforces the need to integrate the mechanical and controller designs of robotic manipulators. The conceptual framework leads to design guidelines for simplifying and reducing the nonlinear kinematic and dynamic coupling of robot dynamics. The development of the paper is applied to illustrate the properties and structural characteristics of industrial robots.     

基于链间耦合的并联悬架的刚度优化

针对越野车辆座椅刚度提升问题,提出了利用并联机构作为座椅悬架主体结构的方案。为保证悬架装置具有高精度位姿和高刚度结构,对链间耦合与固有频率进行研究。首先,通过能量法、虚功原理和扰动理论,可以获得机构的广义质量和广义刚度矩阵;其次,弹性耦合和惯性耦合是基于以上两个广义矩阵而定义的两个指标来测量并联机构的耦合程度,通过Cholesky分解法获得机构的固有频率;然后,为了获得较小的弹性耦合、惯性耦合和较大的固有频率,以固有频率作为目标函数来优化悬架装置的结构参数;最终,对优化结果综合分析,获得最优结构参数用于改进装置结构。