基于Hilbert Huang变换的空间机械臂振动特性研究

为深入分析机械臂的振动特性,采用了一种自适应性的信号分析方法 Hilbert-Huang变换(HHT),先对信号时频图进行了分析,并计算了本征模函数(IMF)的方差贡献率,实现了信号能量比的定量分析。分析结果表明:随着转速增加,机械臂的共振现象削弱,弹性形变量增大。     

含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性

谐波传动关节是机械臂的典型关节.为了研究含谐波传动关节的机械臂在不同转速情况下的时频特性,针对空间机械臂,研制机械臂实验装置和测试系统,测试不同转速下机械臂关节处和末端标志点的振动响应.采用小波变换信号分析方法并借助于机械臂的驱动模型,分析谐波传动关节处的摩擦和运动滞后等非线性因素对不同转速下机械臂振动特性的影响.基于...     

含间隙非线性的工业机器人关节振动特性分析

为了探明关节间隙对工业机器人振动特性的影响,建立含间隙非线性的关节机电耦合动力学模型,对该系统间隙稳定性进行数值分析,随后对关节重要零部件开展扭转振动特性仿真研究,并搭建单关节摆臂试验台进行间隙测试。根据采集到的电流信息参数,提出一种基于力矩观测器的间隙补偿策略。间隙实验测试结果与关节系统谐振频域响应的仿真结果验证了所提含间隙关节模型的准确性,且通过补偿前后电流信号的实验结果证明了该补偿策略对提高关节系统稳定性有效。     

关节非线性的串联双连杆机械臂运动控制研究

各轴上的关节非线性和不同轴间的动力学耦合效应是导致多轴工业机器人轨迹跟踪误差的主要非线性因素。因此,提出一种考虑关节非线性的串联双连杆机械臂模型的工业机器人运动控制方法。通过构造机械臂运动学和动力学模型,将连杆的非线性刚度和摩擦力直接辨识为关节非线性,从而进行参数化建模,通过实验验证了模型的有效性;提出了辨识双连杆动态模型的二自由度控制方案及带可变陷波滤波器的反馈整型控制方案,对机械臂运动进行控制。实验结果表明:与常规PI轨迹跟踪控制方法相比,此控制方案缩短了调整时间且减小了最大路径误差,降低了超调量。研究表明该控制方案能够有效地抑制残余振动,提高机械臂运动稳定性和轨迹追踪精度。     

预压叠层柔性机械臂振动抑制试验研究

为抑制柔性机械臂的低频振动，研究预压叠层柔性机械臂的抑振效果和动态特性，文章介绍了预压叠层组合机械臂不同的叠层夹紧力和叠层厚度的抑振对比试验，对振动的响应采用了动力学数值仿真并用实验对仿真结果进行了验证。试验及分析结果表明：有限元分析方法能比较、准确地反映组合柔性臂的动力学性质；叠层机械臂的层间滞迟阻尼能有效的抑制机械臂的低频振动；增大层间夹紧力可提高柔性机械臂对振动能量的耗散，但过大的夹紧力对小振幅振动的抑制作用减弱；减少组合层之间的刚度差可以提高柔性臂的抑振能力。     

焊接机器人内载多关节机械臂的设计

焊接机器人在工业和制造业等行业得到了广泛应用,但由于其自身的机械结构是通过焊接或串联等形式设计,使得其整体的刚性无法充分满足焊接机器人在高强度工作中长时间运行。为解决该问题,文中先是通过对机械臂的设计原理和性能方面进行了分析,然后从焊接工艺、机械臂构型以及臂杆尺寸参数等方面展开相应的讨论。最后,结合动密封完成对机械臂电机设计,并在保证机械臂构件的强度和刚度基础上,实现对多关节机械臂的运动学、误差建模分析,利用多关节补偿法对其拟定的误差进行了相应修正,以此完成了焊接机器人的内载多关节机械臂设计,证明了该机械臂设计的可行性。     

柔性机械臂关节刚度的一种间接测量方法

给出一种分析柔性机械臂关节刚度的间接测量方法。该方法在机械臂末端执行件上的不同位置加载,测量载荷与载荷方向上的位移数据,然后使用有限元方法计算不含关节时结构对应点的载荷、位移关系,从测量结果中排除不含关节时的位移。利用这些仅包含关节信息的载荷和位移数据通过求解一个线性方程组,可以得到各个关节的刚度数据。最后通过一个实际的例子,说明了该方法的有效性。     

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题,提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合,计算出关节角度增量,并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中,为减小超限关节的角度增量,将相应关节设置较小的关节优先级,将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明：将相应关节设置较小优先级后,该关节角度增量减小,证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

含间隙铰的柔性机器人动力学研究

论文将多柔体动力学的建模方法引入柔性机器人的动力学分析中。应用Lagrange方程建立空间刚-柔耦合多体系统动力学方程，采用牛顿二状态模型，对含间隙机器人的副间接触和分离过程，建立了铰接间隙动力学方程。仿真分析结果表明，由于间隙铰的存在。间隙运动副反力呈现大幅度连续波动现象，使整个机器人的稳定性大大降低。而当记入大臂的柔性后，间隙副反力的波动减小，所以，机器人可以通过适当添加弹性补偿单元降低部分副间碰撞时的冲击效应，提高机构运转的稳定性。     

基于关节位置约束的冗余机械臂协调控制误差仿真研究

针对冗余机械臂关节位置约束问题,设计了冗余机械臂关节位置控制策略,在不同条件下对机械臂运动效果进行仿真验证。建立冗余机械臂简图模型,通过雅可比矩阵推导机械臂运动方程式。分析机械臂优先级任务体系构造,比较冗余机械臂在不同优先级条件下的极限状态,引入了机械臂监控系统。设置机械臂仿真环境,采用MATLAB软件对机械臂运动进行仿真。结果表明:机械臂2个关节都违背了极限限制;监控系统在保证关节位置规避限制的同时,会导致路径跟踪误差较大。但是,路径跟随误差不会影响所需的相对末端效应器运动,能够保持末端执行器的相对运动,保证抓取对象的稳定性;证明了冗余机械臂控制器的有效性。采用该策略避免了运动过程中的机械臂关节的限制,能够实现机械臂抓取物体的路径跟踪功能。     

基于关节极限的冗余机械臂混沌动力学及控制

考虑关节位移极限指标,研究冗余机械臂系统动力学特性及延迟反馈法对系统混沌运动控制。以平面3自由度机械臂为研究对象,利用Jacobian矩阵伪逆法得到平面机械臂系统的动力学模型。基于关节位移极限指标,建立冗余机械臂系统的混沌动力学状态方程,采用龙格库塔法对模型求解,利用相图、Poincaré图及Lyapunov指数图等进行分析。结果表明基于关节位移极限的冗余机械臂的自运动表现出混沌现象。在此基础上,利用延迟反馈法进行混沌控制,得到在合适的扰动权重参数条件下,延迟反馈控制能使冗余机械臂的混沌运动稳定在周期轨道上,且发现在混沌吸引子内存在除1倍周期以外的2倍周期以及3倍周期窗口,通过选取不同的扰动权重能使系统稳定在不同的周期轨道上。     

结晶器振动系统机电液协同仿真技术研究

连铸机铸坯质量的好坏与结晶器振动系统的工作性能关系密切,应用ADAMS建立了结晶器振动系统刚柔耦合机械模型,并在MATLAB中根据机械电气液压的关系,搭建了控制框图,利用软件之间的接口建立了结晶器振动系统协同仿真模型,并对正弦和非正弦信号下的结晶器动态响应进行了分析,该方法可以为冶金机电液设备的设计与优化提供理论指导。根据现场测试的数据,对振动系统刚柔耦合机械模型进行了验证,结果表明所建立的模型是正确的。     

基于模糊切换增益消抖的机械臂滑模控制设计与仿真

针对滑模控制算法本身固有的抖振问题,设计一种新的模糊滑模控制器。利用拉格朗日方法建立双关节机械臂的动力学模型;基于Lyapunov稳定性原理,根据滑模到达条件,利用模糊规则对切换增益模糊化并代替原切换增益,以此设计了新的模糊滑模控制器;用MATLAB/Simulink进行仿真,并与普通的滑模控制器做比较。结果与原控制器相比,在具有外界非线性干扰的情况下,模糊滑模控制器对抖振仍有很好的消除作用,具有更优良的控制性能,更好的跟踪效果,更快的响应速度。文中所做的研究对实际机械臂的运动控制具有一定的参考价值。