任务空间内空间机械臂的自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机械臂系统,本文在任务空间内给出了一种自适应控制算。证明了当系统存在参数不确定性时,该算汉不但可以保证末端招待器在任务空间内的位置轨迹跟踪误差渐近收敛,而且还可保证在关节空间的角偏差及角偏差速率渐近收敛。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统设计

为保证机械臂的抓取精度,保证物体抓取的稳定性,本文设计基于卷积神经网络的机械臂抓取控制系统。在系统硬件部分,加设图像、位置和压力传感器,改装机械臂抓取控制器和运动驱动器,利用图像传感器设备,获取满足质量要求的机械臂抓取目标图像,为机械臂抓取控制功能提供硬件支持。软件部分利用卷积神经网络算法提取图像特征,确定机械臂抓取目标位置。结合机械臂当前位置的检测结果,规划机械臂抓取路线,预估机械臂抓取角度与抓取力。最终通过机械臂抓取参数控制量的计算,在控制器的支持下实现系统的机械臂抓取控制功能。实验结果表明,所设计系统应用下位置控制误差和速度控制误差的平均值分别为0.192m和0.138m/s,同时物体抓取掉落概率明显降低。     

空间机械臂在线实时避障路径规划研究

针对目前空间机械臂避障路径规划算法计算量大难以达到在线实时规划的缺点,对空间机械臂的在线实时避障路径规划问题进行了研究和探讨。采用规则体的包络对障碍物进行建模,并借助C空间法的思想,把障碍物和机械臂映射到两个相互垂直的平面内,将机械臂工作空间的三维问题转化为二维问题,并结合二岔树逆向寻优的方法进行路径搜索,从而大大减少了计算量,达到了在线实时规划的要求。最后在空间机器人仿真系统上对其进行了仿真研究,验证了该方法的可行性。     

基于ROS的七自由度机械臂抓取系统研究

针对移动机器人上的七自由度机械臂进行系统设计,以完成目标检测、跟踪和抓取等工作.该系统包括上位机、图像采集设备和机械臂控制三大部分,在ROS Kinetic框架下让Franka Panda机械臂和Kinect V1摄像头协同工作.采用Linemod方法提取图像特征,可在较短训练时间内从RGBD信息中得到物体的信息、位姿...     

空间机械臂操控技术研究综述

考虑到空间机械臂在执行在轨维修、在轨组装、在轨加注等复杂危险的空间任务时,其精准、灵巧的操控技术的重要性,从不同类型空间机械臂构形、末端执行器出发,分析了空间机械臂的发展趋势。综述了空间机械臂操控过程中涉及的5项关键技术,包括：交会对接与捕获技术、自主规划与智能控制技术、传感与感知技术、智能协同与操控技术及系统安全保障技术。最后,就现有的空间机械臂在操控过程中面临的问题,提出未来的发展方向及展望。     

空间机器人的动力学等价机械臂DEM

本文讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人等价成一个通常固定基座上 机器人，本文将之定义为动力学等价机械臂方法。本文阐述了ＤＥＭ方法的理论推导过程，展示了动力学与运动学的等价性，并通过仿真验证了在闭环控制下ＤＥＭ与空间机器人的等价性。     

空间机器人的动力学等价机械臂

讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人(SM)等价成一个通常固定基座上的机器人,将其定义为动力学等价机械臂(DEM),并阐述了DEM与SM运动学与动力学的等价性.通过仿真验证了在闭环控制下DEM与SM的等价性.     

空间机械臂的鲁棒复合自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机械臂系统,考虑存在参数不确定性及非参数不确定性,首先建立了系统的估计模型,并且提出了一种鲁棒复合自适应控制方法,其参数适应律由估计误差和跟踪误差共同决定.证明了这种方法不仅可维持系统的全局渐近稳定,而且还可快速收敛和减小跟踪误差.     

面向机械臂的抓取位姿检测

针对结构化环境和单一已知目标的抓取方面,搭载末端夹持器机械臂抓取技术取得了显著进展。但当工作场景环境不明、工作目标形状各异时,机械臂容易受环境光照变化、物体遮挡的影响,为此,本文深入研究了机械臂抓取系统流程和抓取方法,设计了基于卷积神经网络自主检测机械臂抓取位姿的方法。     

Development of rescue manipulator to search narrow space for victims

Recently, disasters such as earthquakes and so on occur at various places, and rescue operation using robots has attracted much attention. In this paper, we propose a new rescue robot with duplex mechanism that is realized by connecting two manipulators in parallel. We have demonstrated the validity and effectiveness of the proposed system by developing a prototype system. This work was presented in part at the 13th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan, January 31–February 2, 2008     

考虑重力影响的空间机械臂轨迹跟踪滑模控制

针对空间机械臂由地面装调到空间应用过程中重力环境发生变化的问题,使用滑模控制器对空间机械臂进行控制,通过将配置特殊的非线性结构-fal函数引入趋近律的设计中,提出一种新的基于趋近律的滑模控制方法,并基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明该方法能够很好地完成不同重力环境下机械臂的轨迹跟踪控制任务,并具有较强的鲁棒性。     

地面装调的空间机械臂在空间应用时的自适应鲁棒控制

针对空间机械臂在轨操控过程中,重力加速度不同于地面装调阶段的重力加速度,会随着空间位置的改变而变化的问题.本文提出了一种自适应鲁棒控制策略,用于空间机械臂的末端控制,从而使在地面重力条件下装调好的空间机械臂能够在空间微重力条件下实现在轨操控任务.通过分析重力项对空间机械臂轨迹跟踪控制的影响,设计自适应律在线估计重力加速度,从而得到重力项的估计,系统的不确定性通过鲁棒控制器来补偿.基于李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,在地面装调阶段的重力环境下和空间应用阶段的微重力环境下,该控制器对空间机械臂的末端控制均能达到较高的轨迹跟踪精度,具有重要的工程应用价值.     

考虑铰间间隙和重力影响的空间机械臂轨迹跟踪控制

以在轨服务高精度操控任务为背景,研究了铰间间隙和重力对空间机械臂末端轨迹跟踪精度的耦合影响,并设计了间隙补偿控制器.通过分析不同重力环境下含铰间间隙机构的运动特性,基于铰间间隙的Kelvin-Voigt线性弹簧阻尼假设,建立了地面装调及空间服役两种不同工况下的近似间隙等效模型.以二自由度空间机械臂为例,利用牛顿欧拉法推导了重力及重力释放条件下的含间隙机械臂动力学模型,并分离出了间隙补偿项.最后,通过轨迹跟踪控制仿真研究,给出了含间隙机械臂在不同重力环境下的动力学行为差异,同时验证了间隙补偿控制器的有效性.     

大型挠性空间机械臂振动抑制的一种关节控制策略

大型空间机械臂在操作过程中,一个突出的问题是超低频挠性,不仅存在机械臂的弯曲振动,而且还存在关节的扭转变形振动;另外一个不能忽视的问题就是减速器的扭矩传递特性,以及机械臂关节运动与基座扰动（空间站）之问的耦合特性,这就要求根据关节结构和传感器配置实现关节位置控制,同时稳定和衰减机械臂及其关节的低频挠性振动．本文运用集中参数法对空间机械臂的挠性动力学进行建模,设计了工程可实现的单个关节控制策略及其控制律,分析和数值仿真了其稳定性,对未来空间站的大型挠性空间机械臂设计、动力学与控制的研究具有一定的参考价值．     

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。     

The generalized momentum approach to the dynamic modeling of a 6-dof parallel manipulator

Dynamic modeling is of great importance regarding computer simulation and advanced control of parallel manipulators. Due to their closed-loop structure and kinematic constraints, dynamic modeling of parallel manipulators presents an inherent complexity. Despite the intensive investigation in this topic of robotics, mostly conducted in the last 2 decades, additional research still has to be done in this area. The dynamic model of a parallel manipulator is usually developed using the Newton–Euler or the Lagrange methods. Nevertheless, additional approaches were also investigated, such as the virtual work, and screw theory based approaches. In this paper, an approach based on the manipulator generalized momentum is studied. This approach is used to obtain the dynamic model of a six degrees-of-freedom parallel manipulator. The involved computational effort is evaluated and compared with the one involved within the classic Lagrange’s formulation. It is showed the proposed approach presents a much lower computational burden.     

Robust nonlinear task space control for 6 DOF parallel manipulator

This paper presents a robust nonlinear controller equipped with a friction estimator for a 6 degree of freedom (DOF) parallel manipulator in the task space coordinates. The requisite 6 DOF system states for the task space control are acquired by an alpha-beta tracker and a numerical forward kinematic solution. The Friedland-Park friction observer in the joint space coordinates provides friction estimates that help to improve the control performance. Finally, the RNTC turns out to outper form a nonlinear task space control and a popularly adopted PID control with the friction estimator in the joint space coordinates.     

Fuzzy PID control of space manipulator for both ground alignment and space applications

Considering gravity change from ground alignment to space applications, a fuzzy proportional-integral-differential (PID) control strategy is proposed to make the space manipulator track the desired trajectories in different gravity environments. The fuzzy PID controller is developed by combining the fuzzy approach with the PID control method, and the parameters of the PID controller can be adjusted on line based on the ability of the fuzzy controller. Simulations using the dynamic model of the space manipulator have shown the effectiveness of the algorithm in the trajectory tracking problem. Compared with the results of conventional PID control, the control performance of the fuzzy PID is more effective for manipulator trajectory control.     

空间机械臂柔性连杆的弯曲形状

研究单连杆旋转柔性空间机械臂的弯曲形状,以确定空间柔性机械臂末端的位置.在考虑连杆变形对力矩影响和曲率表示式中不忽略形状函数一阶导数平方的情况下,利用Taylor展式表示连杆的变形,导出了连杆变形的数学模型.通过降阶方法导出形状函数一阶导数的解析式,并给出了由此解析式利用数值积分确定形状函数的方法.给出了利用二分法确定变形后的连杆在其固连坐标系中最大横坐标的方法.针对一组参数进行了仿真,证实了这种方法确定空间柔性机械臂末端的位置的可行性.