用虚拟连杆构造冗余残差对多关节机械臂进行故障诊断

提出了一种多关节机械臂的故障诊断方法.基于机械臂各个关节间的转动传递关系,对多个关节构造虚拟连杆的残差,利用虚拟连杆与机械臂工作空间残差间构成的冗余关系进行故障诊断.将残差阈值的设计与机械臂末端位置的渐变相联系,改进了现有方法中判别关节故障没有利用关节间位置关系的不足.     

基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法

针对目前柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法忽略了不同重力影响下的机械臂驱动力变化,导致柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制效果较差的问题,提出了基于PMSM驱动的柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制方法。基于构建PMSM驱动数学模型,采用PMSM的矢量控制方法,分析驱动力矩矢量。根据驱动力矩矢量分析结果,分析不同重力环境下有、无摩擦时的驱动力矩。构建柔性关节模型,分析其在不同重力环境下遇到的重力释放问题,使用自适应反演滑膜控制方法,设计控制率,保证机械臂能够按照既定的方向运动,使机械臂具有鲁棒性。根据柔性关节空间机械臂动力学特性,分析不同重力环境下基于PMSM驱动力矩,确定重力项是随之发生改变的。设计控制器,构建动力学模型,确保空间阶段能够最大限度跟踪运动轨迹。实验结果表明,所提方法X轴、Y轴的末端跟踪结果均与实际运动轨迹一致,误差为0。关节控制力矩在时间为3s时,出现了最大为0.5N.m的误差,说明所提方法的跟踪控制效果较好。     

线驱动柔性机械臂的运动学分析

与传统的由连杆和关节构成的刚性机械臂不同,设计的柔性机械臂无任何刚性结构,外围驱动装置通过嵌在机械臂内部的拉线与柔性机械臂相联系,控制拉线长度的变化量即可调整柔性机械臂末端执行器的位置和姿态。柔性机械臂由弹性材料制作而成,拥有无穷多个自由度,在确保了高安全性、高灵活性的同时,随之也带来运动学和动力学建模复杂、控制难度大等问题。基于分段常曲率的假设,提出了一种运动学建模方法,通过建立3个空间,即驱动空间、虚拟关节空间、任务空间,以及两个映射,即驱动空间-虚拟关节空间映射、虚拟关节空间-任务空间映射,将拉线长度的变化量和柔性机械臂末端执行器的位置和姿态关联起来。仿真结果表明,提出的线驱动柔性机械臂的运动学模型,能较为真实地模拟柔性机械臂在拉线长度变化时的形态,计算末端执行器的位置和姿态。     

基于改进蚁群算法的六自由度机械臂轨迹规划

为了解决六自由度械臂末端轨迹的平稳性和效率的问题,针对多关节机械臂末端轨迹提出了一种基于改进蚁群算法的多关节机械臂轨迹规划。采用了关节空间轨迹方法包括B样条插值、三次多项式插值和五次多项式插值进行实验分析论证,同时根据改进的蚁群算法对机械臂的轨迹进行规划,对比位置的准确性、轨迹的连续性、加速度的变化率,确定最后的轨迹规划算法为改进的蚁群算法与多项式轨迹规划相结合效果最好。     

基于光学偏振成像技术的机械臂运动结构稳定性检测

针对机械臂运动时会产生振动,影响机器运行精准度这一现状,提出一种基于光学偏振成像技术的机械臂运动结构稳定性检测方法。采用成像稳定的分孔径光源偏振成像技术,应用BRDF模型测量机械臂运动结构偏振度,分析机械臂运动情况。结合机械臂运动分析结果,利用拉格朗日法建立机械臂的动力学模型,分析机械臂末端位置增加质量块时的弹性运动结构特征,获取保持机械臂运动稳定性的必要条件。实验结果表明:该方法可有效获取机械臂运动偏振度,分析机械臂运动情况。该方法检测结果显示当驱动关节转动惯量一定时,末端位置附加质量越大,机械臂的运动结构越容易失稳,当机械臂驱动关节转动惯量为1.6 kg·m²时,维持机械臂运动结构稳定的最大末端质量为0.81 kg。     

基于伪逆的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案

针对导轨机械臂在任务执行过程中出现的关节速度偏离期望值的问题,提出了一种基于伪逆算法的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案。首先,根据机械臂的关节角状态和末端执行器的运动状态,运用伪逆算法对导轨机械臂在速度层上进行冗余度解析。然后,设计时变函数对关节速度进行约束调整,使偏离后的关节速度收敛于期望值。接着,针对末端执行器出现的位置误差设计了误差修正方法以保证轨迹跟踪任务的顺利执行。最后,将运动规划方案在Matlab软件上以基座直线移动和弧形移动的四连杆冗余度机械臂为例进行了仿真实验。仿真结果表明了该方案能纠正导轨机械臂在任务执行过程中偏离期望值的关节速度,且能使末端执行器的轨迹跟踪达到较高的精度。     

基于一致性理论的多臂航天器协同控制方法

针对空间中自由漂浮多臂航天器的多臂协同问题,提出一种基于一致性理论的协同控制方法,采用有向通信拓扑与广义雅克比矩阵结合的方式,实现自由漂浮航天器多机械臂间的协同.首先,建立多机械臂间的通信关系有向图,确定“领导-跟随”体系下的主臂与从臂;其次,基于有向通信拓扑,进行主从臂末端运动规划,实现主臂运动向从臂的传递;再次,利用广义雅克比矩阵在动量守恒条件下进行末端运动向关节运动的映射,并基于一致性理论设计关节空间内的多臂协同运动控制器;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明控制器的稳定性,并分析位置控制误差.仿真结果表明,所提出的控制方法可以实现多臂航天器系统空间操控任务中各机械臂的聚集、跟踪与位置协同.     

采摘机械臂位置误差补偿方法研究

对采摘机械臂的结构误差补偿作了探讨,提出了基于模糊稳健性的误差补偿方法以及关节最小误差补偿量求解算法,并对5自由度采摘机械臂末端位姿误差补偿进行仿真分析,结果表明模糊稳健补偿后末端位置误差明显减小。     

基于伪逆的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案

针对导轨机械臂在任务执行过程中出现的关节速度偏离期望值的问题，提出了一种基于伪逆算法的导轨机械臂关节速度纠偏运动规划方案。首先，根据机械臂的关节角状态和末端执行器的运动状态，运用伪逆算法对导轨机械臂在速度层上进行冗余度解析。然后，设计时变函数对关节速度进行约束调整，使偏离后的关节速度收敛于期望值。接着，针对末端执行器出现的位置误差设计了误差修正方法以保证轨迹跟踪任务的顺利执行。最后，将运动规划方案在Matlab软件上以基座直线移动和弧形移动的四连杆冗余度机械臂为例进行了仿真实验。仿真结果表明了该方案能纠正导轨机械臂在任务执行过程中偏离期望值的关节速度，且能使末端执行器的轨迹跟踪达到较高的精度。     

基于三步法的机械臂轨迹跟踪控制

考虑机械臂末端轨迹跟踪控制问题,以跟踪逆运动学求解出的末端期望轨迹对应的各关节期望角度为控制目标.设计了一种基于三步法的控制器,该控制器由类稳态控制、可变参考前馈控制和误差反馈控制3部分组成.证明了该控制器可以通过控制机械臂的各关节力矩实现各关节实际角度对期望角度的状态跟踪,进而使得末端轨迹渐近跟踪期望轨迹,并且跟踪误差是输入到状态稳定的.仿真表明基于三步法控制器的空间机械臂末端可以渐近跟踪期望轨迹,并且该算法可以克服系统的末端负载质量变化等不确定性的影响.