基于轨迹规划的平面三连杆欠驱动机械臂位置控制

针对中间关节为欠驱动的二阶非完整平面三连杆机械臂,提出一种基于轨迹规划的末端点位置控制策略.首先,建立系统的动力学模型,并根据几何关系利用差分进化算法求取所有连杆与目标位置相对应的目标角度;然后,根据驱动关节与欠驱动关节的耦合关系,采用时间缩放法和双向法分别规划两根驱动连杆的两条轨迹,并利用遗传算法优化合适的第1连杆中间位置,将两条轨迹拼接成一条完整可达轨迹;最后,设计滑模变结构控制器以跟踪完整可达轨迹,实现系统从初始位置到目标位置的控制目标.数值仿真结果表明了所提出控制策略的有效性.     

无杆气缸驱动的柔性机械臂振动控制

提出了一种无杆气缸驱动的柔性机械臂定位和振动抑制系统,采用脉冲码调制(pulse code modulation,PCM)方法实现.首先,推导了气动驱动柔性臂的系统模型,对采用的复合定位和振动抑制控制算法进行理论分析.其次,气缸行程长、气体具有压缩性以及气动驱动存在非线性和阀门开关有时延等因素会引起控制作用的滞后问题,容易激发高阶模态的极限环振荡,导致观测和控制溢出,这将影响控制系统的稳定性.为了克服上述问题,在控制算法中引入时延补偿、低通滤波法.最后,进行气动驱动柔性臂同时定位和振动抑制的试验研究.试验结果表明,采用的气动驱动控制方法可以有效地抑制柔性臂的低频模态振动,并同时实现定位.     

压电柔性机械臂的主动振动控制研究

针对柔性机械臂的振动问题,采用压电智能结构作为敏感器和驱动器进行主动控制.首先建立柔性机械臂的实验装置,其次对设计的柔性机械臂系统进行辨识研究,得到系统的前二阶模态频率,再次采用PD控制和PPF控制算法对柔性机械臂进行主动振动控制.实验结果表明,采用压电智能结构可以抑制柔性机械臂的振动,效果明显.     

基于粒子群优化的刚柔混合机械臂振动抑制规划

提出基函数叠加与粒子群优化(PSO)相结合的振动抑制轨迹规划方法.首先推导了各关节变量与模态坐标的关系,采用正弦-梯形函数作为基函数构造各关节的角速度,其中基函数的系数和幅值为待定参数;然后将末端振动最小化轨迹规划转换为待定参数的优化问题,并采用PSO算法获得待定参数的最优值;最后以双杆刚柔混合机械臂为例开展仿真研究.仿真结果表明,所提出的方法大大减小了机械臂末端的残留振动.     

垂直三连杆欠驱动机械臂通用控制策略设计

本文针对一类含单一欠驱动关节的垂直三连杆欠驱动机械臂提出一种基于振荡衰减轨迹的通用控制策略.与传统的分区控制策略相比,本文控制策略无需采用分区方式就能快速地实现将机械臂末端点由垂直向下初始位置开始移动,并最终稳定在垂直向上目标位置的控制目标.首先,根据驱动连杆的初始和目标状态,为驱动连杆规划含可调参数的振荡衰减轨迹.该轨迹能够在一定调节时间内将驱动连杆直接由初始状态移动至目标状态.基于连杆状态间的耦合关系,利用粒子群优化算法优化轨迹参数使欠驱动连杆在相同调节时间内也运动至目标状态.接着,利用滑模方法设计跟踪控制器使驱动连杆跟踪优化后的振荡衰减轨迹,这样,系统末端点将由初始位置移动至目标位置.进一步利用极点配置方法设计镇定控制器克服重力的作用将末端点稳定在目标位置.最后,通过仿真实验验证所提控制策略的有效性.     

柔性机械臂的变结构振动控制研究

当机械臂的质量很轻,尤其是空间应用场合,机器人系统将受到高度柔性限制并且不可避免地产生机械振动.本文为了证实提出的控制不期望残余振动的方法,设计并建立了柔性机器人实验平台.控制方案采用交流伺服电机通过谐波齿轮减速器驱动柔性机械臂,利用粘贴在柔性臂上的压电陶瓷片(PZT)作为传感器来检测柔性臂的振动.对由于环境激励,尤其是在电机转动(机动)时由于电机力矩产生的振动,采用了几种主动振动控制器:包括模态PD控制,软变结构控制(VSC)和增益选择变结构方法,进行柔性臂的振动主动控制实验研究.通过实验比较研究,结果表明采用的控制方法可以快速抑制柔性结构的振动,采用的控制方法是有效的.     

时滞柔性关节机械臂自适应位置/力控制

针对具有时滞的柔性关节机械臂自适应位置和力控制问题进行了研究.首先,通过坐标变换得出降维的位置/力控制模型.随后,将时间滞后近似表示成一阶滞后,进行时滞补偿.利用自适应算法修正机械臂系统参数,克服模型参数不确定性对系统的影响.同时,采用反步控制技术设计机械臂位置/力控制器,运用Lyapunov稳定性定理证明控制器能使机械臂位置和力跟踪误差收敛.最后的仿真研究验证了控制方案的有效性.     

基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究

柔性机构因其工作效率高,能量消耗低和结构简单等优点被广泛应用于机器人领域.但柔性机构由于刚度较低,易产生弹性振动,使机器人的定位精度和运动精度降低.为了验证在前期的工作中提出的柔性机械臂主动振动最优控制位置分析的正确性,搭建了一个基于Labview的测试系统.在柔性臂上不同位置粘贴压电片来实现对柔性臂不同位置的主动振动控制,通过测试系统得到最优控制位置处和最优控制位置附近的柔性机械臂振动的传感电压,根据控制前后传感电压的变化分析柔性臂抑制的强弱.根据实验结果显示,柔性臂在前三阶振动下,分别在其最优控制位置上获得最高的抑振率,从而验证了最优控制位置的有效性.     

柔性机械臂的双时间尺度组合控制

本文研究柔性机械臂的轨迹跟踪和振动抑制问题. 首先, 利用Lagrange法和假设模态法建立柔性机械臂的动态模型, 进而利用奇异摄动理论得到柔性机械臂的双时间尺度模型. 然后, 基于慢时间尺度模型利用滑模控制理论设计轨迹跟踪控制器; 借助于快时间尺度模型利用自适应动态规划设计参数不精确已知情况下的最优振动抑制控制器; 将二者相结合, 构造双时间尺度组合控制器, 利用奇异摄动理论证明闭环系统稳定. 最后, 在Matlab/Simulink环境下进行实验, 与现有方法相比, 本文设计的控制器对柔性振动具有更好的振动抑制效果, 跟踪精度更高.     

柔性空间机械臂的闭环方波序列控制

本文将“输入成形”方法和推广,提出了一种方波序列控制,并利用幅值调制的思想,提出了一种闭环方波序列控制方法,在保证无余振的前提下,实现了柔性空间机械臂的高精度机动控制,并对系统惯量不确定性具有较强的鲁棒性,理论和仿真结果表明,该方法是有效的。     

柔性空间机器人振动抑制轨迹规划算法

本文首次提出了一个描述柔性空间机器人振动的可直接计算的激振力指标,进而提出了柔性空间机器人抑振轨迹规划算法．该算法采用均匀非周期四阶B样条描述机器人的运动轨迹,B样条的控制点作为优化参数,使用改进的微粒群优化算法,以激振力为性能指标对轨迹进行优化求解．该方法根据激振力指标而不是待定轨迹的控制结果来判定轨迹的抑振性能,极大地简化了规划过程．对柔性双臂空间该机器人的抑振轨迹规划仿真,表明优化轨迹取得了良好的振动抑制效果,证明了算法的有效性．     

Vibration control for a nonlinear three-dimensional flexible manipulator trajectory tracking

This paper proposes an innovative approach to the trajectory tracking in three-dimensional space and vibration control problems in the presence of a nonlinear three-dimensional flexible manipulator based on the partial differential equation model. Unlike two-dimensional plane, we select spherical coordinates to describe the position of the end point in three-dimensional space. This novel approach makes it possible to realise the trajectory tracking by controlling the two angles in spherical coordinates, meanwhile, a vibration control scheme is proposed to restrain vibrations. In addition, the existence and uniqueness of solutions are demonstrated. Finally, the performance of the desired trajectory tracking, the proposed vibration control scheme and their convergence properties are demonstrated by numerical simulations.     

机器人的最优五次多项式轨迹规划

为了避免传统多项式轨迹中的一些固有缺陷,本文给出一种新的适于工业机器人或操作器运动的最优五次多项式轨迹,并根据位置误差平方最小和加速度平方最小的加权指标函数,作者借助于PROLOG语言编制的可对符号变量进行各种数学运算的程序包求得了最优解的充要条件。从而使全部的多项式系数均可通过简便的代数运算而迅速获得最优解。进一步,做为5次轨迹的特例,生成了各种不同(或相同)阶次多项式不同排列组合成的新的多项式轨迹,多项式中所包含的冗余系数被文中建立的优化计算公式自动地唯一决定。给出的几个典型对比实例证实了这种轨迹的有效性。     

粘弹性阻尼材料在柔性机械手振动控制中应用的实验研究

本文对一实验用柔性机械手进行了粘弹性约束阻尼处理,以减少柔性振动,改善控制系统的稳定性,提高定位精度.文中给出了测量机械手柔性振动的实验方法,对约束阻尼处理前和处理后的机械手进行了柔性振动、残余振动、重复定位精度等实验研究,并做了比较.     

柔性机械手的建模与控制

讨论近年来柔性连杆机械手在建模、位置控制、力控制、柔性振动的消除几方面的研究进展。最后对一些未来重要的研究方向进行了探讨。     

双连杆柔性臂轨迹跟踪的鲁棒控制

研究了双连杆柔性臂轨迹跟踪的鲁棒控制问题·基于假设模态法和奇异摄动法,导出了双连杆柔性臂系统的动力学方程,并将系统模型分离为慢变和快变两个子系统.针对柔性臂的特点,提出了关节角的补偿控制思想,并且给出了补偿控制算法.对两个子系统分别采用滑模变结构控制和H∞控制,由此得到的组合控制使系统精确跟踪目标轨迹.研制了双连杆柔性臂实验台,并对文中提出的方法进行了实验.     

基于扰动观测器的柔性机械臂鲁棒边界控制

本文研究了具有未知边界扰动和分布扰动的柔性机械臂系统的边界控制. 为了补偿扰动和抑制柔性臂的振动, 针对利用Hamilton原理建立的无穷维偏微分方程模型, 设计了带有扰动观测器的鲁棒边界控制器对柔性臂进行控制. 利用Lyapunov方法对柔性臂系统的稳定性和一致有界性进行了证明. 所提出的控制方法所需测量信息较少, 对未知扰动具有鲁棒性, 并且所提出的边界控制策略能保证对柔性臂的振动抑制, 系统状态最终是外界扰动下指数稳定的. 最后, 通过数值仿真验证了所提出控制器对柔性臂振动抑制的有效性.