冗余度机器人容错操作运动误差的研究

建立了一个冗余度机器人的实验平台,利用该平台对冗余度机器人的末端误差进行了系统深入研究。通过对实验数据分析得出:机器人的末端误差在锁定时刻,主要取决于关节速度突变;在锁定后,主要取决于退化机器人的关节速度。为了降低冗余度机器人的关节速度突变,从而控制锁定时刻的末端误差,笔者提出了一种最小关节速度突变优化算法。最后,分别用最小关节速度突变优化算法和最小范数法来规划平面3R机器人的末端轨迹,通过对比两种算法的仿真数据和实验数据证明了结论的正确性。     

冗余度机器人自由摆动故障的运动学容错

对于工作在恶劣环境下的机器人 ,容错是一个重要的设计准则。本文针对冗余度机器人发生自由摆动故障 ,提出了以机器人末端误差为评定标准 ,构造了机器人运动学综合性能指标 ,通过使该综合性能指标最小 ,实现机器人的容错。计算和仿真的结果表明 ,按该性能指标进行优化 ,可使关节实现容错 ,并且关节速度平稳、可操作度较高 ,是一个有效的优化方法     

柔性冗余度机器人的振动控制

研究了柔性冗余度机器人振动控制问题。利用冗余度机器人的冗余特性，经运动规划提高机器人的运动精度；然后在此基础上，在柔性臂上加压电作动器和应变传感器采用主动控制的方法来减振。通过一个平面3R机器人算例，验证了这两种控制策略结合的有效性。     

柔性冗余度机器人的振动控制

研究了柔性冗余度机器人振动控制问题。利用冗余度机器人的冗余特性,经运动规划提高机器人的运动精度;然后在此基础上,在柔性臂上加压电作动器和应变传感器采用主动控制的方法来减振。通过一个平面3R机器人算例,验证了这两种控制策略结合的有效性。     

冗余度机器人的非接触阻抗控制

机器人与运动物体接触的过程包括非接触、接触过渡和接触3个部分。对于机器人与高速运动目标接触等存在较大冲击的应用实例，进行有效的非接触阻抗控制是实现机器人稳定、安全作业的必然要求。这方面的研究是实现机器人捕捉运动物体的关键技术，在工业、军事和航天等领域均有重要意义。本文对冗余度机器人非接触阻抗控制的理论和应用研究的现状进行了详细的综述，并提出了需要进一步深入研究的一些问题。     

基于神经网络的冗余度机器人动态最优化控制

进行了冗余度机器人动态最优化控制的研究,由于局部优化方法有一定的局限性,研究中采用了全局优化方法,基于全局优化的思想,提出了一种冗余度机器人的动态优化控制算法,由于控制算法在数值求解时的困难性,在算法中应用了神经网络,用其来逼近复杂的非线性函数,使问题求解得以简化,通过仿真验证,此控制算法能够获得良好的动态性能,运算速度快,具有工程应用的可行性。     

基于容错性能的冗余度机器人结构综合

构造退化条件数和容错空间影响因子两个容错性能指标,前者反映了某一故障时刻退化机器人的操作能力,后者反映了该故障时刻退化机器人相对工作空间的大小,它们可分别用来衡量机器人在故障时刻和故障后的容错操作能力。基于这两个指标,提出冗余度机器人结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机器人具有最佳容错操作性能的臂长参数。给出平面3R和空间4R机器人的仿真实例,并就容错操作性能对各臂长的敏感度进行了分析。研究结果表明,机器人的容错操作性能对不与故障关节相连或只与一个故障关节相连的臂长具有较高的敏感度,在调节臂长时,应优先考虑这些臂长。另外,与平面机器人不同,空间机器人的这两个容错指标并不存在着很有规律的对应关系,相互的冲突也不那么明显,这说明使他们同步最优的可能性更大。     

冗余度机器人研究动向

冗余度机器人，从运动学的观点来说是指完成某一特定任务时，机器人具有多余的自由度。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性，躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标，优化关节速度，加速度，力矩，能量等。冗余度机器人由于其自身众多优点而越来越受到人们的关注。本文介绍冗余度刚性机器人、冗余度柔性机器人研究的发展现状及存在的问题。     

柔性冗余度机器人随机动态响应主动控制研究

研究了柔性冗余度机器人随机振动主动控制问题。设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏连杆，建立了该离散时变动态系统的状态空间表达式。根据最优控制理论，设计了基于Kalman滤波估计的LQG状态反馈控制器。以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，其结果证明了这种主动控制方法的有效性。     

柔性冗余度机器人振动主动控制

采用振动主动控制方法降低柔性冗余度机器人的弹性动力响应。设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏连杆 ,建立了离散时变受控系统的状态空间表达式。利用 Bellman动态规划设计 L QR状态反馈控制器 ,并提出了一种状态估计的近似方法。平面 3R柔性冗余度机器人的仿真算例表明 ,采用该方法可以使柔性冗余度机器人的动力学性能得到显著的改善     

冗余度机器人优化的自运动控制方法

提出一种冗余度机器人优化控制方法,通过自运动变量的选取,构造出以自运动变量作为状态变量的冗余度机器人优化控制结构,并由此得出冗余度机器人优化控制的新算法。这种方法可以对冗余度机器人的运动学、动力学等多种优化进行统一处理,具有较好的通用性;同时将冗余机器人运动学和动力学求优化解的过程,转化为非冗余度机器人求解,以便直接利用各种高效率的非冗余度机器人计算方法。     

COMPREHENSIVE EVALUATION OF FAULT-TOLERANT PROPERTIES OF REDUNDANT ROBOTS

When a redundant robot performs a fault-tolerant operation for locked joint failures, its fault tolerant properties should include dexterity and sudden change of joint velocity at the moment of locking failed joints and the dexterity during the post-failure. Firstly three fault-tolerant indexes, reduced condition number, sudden change of relative joint velocity and centrality are proposed, which can comprehensively evaluate the kinematical performance of a redundant robot during its entire fault-tolerant operations. Then, the influence of the initial postures of robot＇s end-effector on these fault-tolerant indexes is analyzed with a planar robot and a spatial robot. Simulation results show that for a given task the joint trajectory with the best comprehensive effect of fault tolerance can be determined by optimizing the initial posture of a robot.     

基于自运动控制的冗余度机器人运动学优化

基于自运动变量与雅可比矩阵零空间矢量的关系,提出了冗余度机器人自运动变量选取的新方法。基于线性化思想,建立了冗余度机器人运动学性能指标统一的表达式,并推导了性能指标的自运动变量解析式。利用非线性反馈,建立了基于自运动变量的优化控制系统,从而提出了冗余度机器人优化控制的新算法。该算法减少了系统的状态变量,从而简化了优化控制系统,比起以往的优化算法,如梯度投影法等,具有运算量小、优化能力强等优点,特别是在多冗余度机器人控制系统中具有很高的应用价值。利用计算机仿真证实了所提优化方法的可行性。     

冗余度机械臂协调容错操作中的关节速度突变

针对两协调机械臂在发生锁定关节故障的容错操作中关节速度突变问题进行了研究。首先将原机械臂关节速度与退化机械臂关节速度之差定义为容错操作中的关节速度突变;然后基于这一指标提出了相应的容错运动规划算法;最后给出了两个平面3R机械臂进行容错操作的仿真实例。研究结果表明,该算法可以有效地避免在容错协调操作中两机械臂出现的关节速度突变,提高容错操作的运动平稳性,从而改善机械臂容错操作的运动学和动力学性能。     

基于运动可优化度的冗余自由度机器人运动学实时控制研究

为解决冗余自由度机器人的运动学实时控制问题,给出了冗余自由度机器人运动学速度级的解析解。针对机器人系统振动及多性能指标融合控制,提出了“运动可优化度”的概念,并引入了运动可优化度函数。仿真和实践结果证明了这一新的控制方案的有效性。     

RESEARCH ON THE ADAPTIVE CONTROL OF DRILLING PROCESS

ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＴＨＥＡＤＡＰＴＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＯＦＤＲＩＬＬＩＮＧＰＲＯＣＥＳＳＺｈａｎｇＦｅｉｈｕ；ＹｕａｎＺｈｅｊｕｎＹａｏＹｉｎｇｘｕｅ；ＣｈｅｎＳｈｕｏｄｏｎｇ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）Ａｂｓｔｒａｃ...     

用冗余驱动方法进行柔性机构动力平衡的理论与试验研究

采用冗余驱动方法对柔性机构的动力平衡进行了研究。建立了具有冗余驱动的柔性连杆机构动力学模型,从理论上阐述了冗余驱动的平衡原理;给出了柔性机构最优平衡方法及其数值仿真结果;用附加冗余驱动电机的方法对一平面4R柔性连杆机构的动力平衡进行了试验研究,试验结果与理论分析吻合,充分表明了该方法的有效性和优越性。     

SOLVING INVERSE KINEMATICS OF REDUNDANT MANIPULATOR BASED ON NEURAL NETWORK

For the redundant manipulators, neural network is used to tackle the velocity inverse kinematics of robot manipulators. The neural networks utlized are multi-layered perceptions with a back-propagation training algorithm. The weight table is used to save the weights solving the inverse kinematics based on the different optimization performance criteria. Simulations verify the effectiveness of using neural network.     

单冗余度机器人避障能力指标的建立及在7自由度冗余手臂上的实践

将判断机器人杆件与环境中物体是否会发生碰撞的问题转化为求解中心线上各点与障碍物表面各点间的最小距离问题,从而用中心线上各点在自运动过程中远离碰撞危险点的距离描述避障成功的概率.中心线上各点避障成功概率的加权均值刻画手臂的避障能力,且只与机构参数和末端操作器位姿有关,是机构固有的性能,将其定义为避障商.位姿工作空间中的每一个点均对应一个避障商,避障商以操作任务在工作空间内分布的概率密度为权值在全工作空间求取加权均值得到全局避障商.全局避障商衡量了机器人在全工作空间内的综合避障能力.作为该避障能力指标的实践,求解一种7自由度冗余手臂在两类情况下的避障商,最后分析杆件长度对全局避障商的影响.