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。     

大型空间机械臂容错关节设计与控制

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。针对电机失效概率较高的特点,进行了预防单台电机失效的容错关节设计,并建立了该关节的细化动力学模型,模型中考虑了间隙、啮合误差等非线性因素。基于此模型,进行了抗力矩饱和的非线性PD控制律设计,并利用精细积分方法对闭环系统进行数值求解。仿真结果表明:该容错关节可以在单台电机掉电或堵转时,保证关节的稳定、正常运行,且电机和关节的输出力矩均保持在许用转矩的范围内。     

冗余度机械臂容错操作中关节速度突变的影响因素分析

运用综合可操作度作为容错性能指标,在任务空间分别处于容错空间之内和超出容错空间两种情况下,分析计算了冗余度机器人在末端执行任务过程中,关节发生故障并被锁定前后,其它关节速度的突变情况;并对平面3R机械臂进行了仿真研究。结果表明,性能指标、末端起始点位置、关节起始位形角,末端速度以及步长等都会影响到关节速度突变。     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制

以空间3R含铰间隙机械臂为研究对象,考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制方法。首先,利用D-H坐标变换法建立不含间隙和含间隙的机械臂运动学模型,分析铰间隙对机械臂末端位姿精度的扰动影响;其次,通过所建立的含间隙三维模型并进行运动学仿真,研究其位姿误差大小;再次,基于减小误差提高精度设计模糊控制器,通过角位移来补偿末端位姿误差,从而得出相应的角位移补偿量;最后,采用补偿后的角位移对含间隙模型进行运动学仿真分析,得出其补偿后的位姿误差。研究表明,采用模糊控制方法,机械臂在x、y方向上末端位姿误差明显减小,其控制效果较好,而在z方向上的误差也有所降低,可见,在模糊控制策略下,补偿后的角位移对关节铰隙机械臂末端位姿的精度误差有明显的减小作用。     

空间4R冗余度机械臂容错空间分析

针对空间4R冗余度机械臂活动关节工作空间进行了定量研究,并且对其容错空间做了进一步探讨。首先推导出空间4R冗余度机械臂不同关节锁定时工作空间的解析表达式,并且根据表达式对工作空间进行了三维造型;然后,进一步分析了机械臂的D-H参数对工作空间的影响;最后,给出3 sigm a型机械臂容错空间的计算方法及三维造型,分析了其容错空间的影响因素。研究结果表明:当机械臂结构参数一定时,一个活动关节(关节2)在一定范围内锁定,工作空间不变,并且此锁定范围与结构参数一一对应;机械臂的臂长之和一定时,各机械臂长度越接近,机械臂的工作空间越大;机械臂关节2偏置的存在使机械臂工作空间不会出现薄壳,另一活动活动关节(关节3)的偏置的存在也可以增大工作空间;关节工作空间增大,容错空间也会相应增大。     

空间4R机械臂容错空间的分析

针对一个空间4R机械臂的不同关节发生锁定故障时的容错空间问题进行研究。首先给出了冗余度机械臂的容错运动规划算法,然后给出了空间4R机械臂容错空间的计算方法,分析了影响容错空间的因素,并提出了几种新的结构;最后,在仿真中对一个4R空间机械臂进行分析并给出了容错空间的三维模型。     

可重构空间故障容错机械臂设计

从机械臂运动学的角度,定义了故障容错机械臂、故障容错机械臂的阶、通用故障容错机械臂和特定任务故障容错机械臂,论证了通过运动学关节冗余也同样可以提高机械臂系统的可靠性,故障容错机械臂所应该具备的自由度数,以及针对不同的任务要求,设计故障容错机械臂的方法。通过将任务空间抽象简化为一系列的特征点,建立机械臂参数与理想值相关的罚函数,选择有效的优化算法,设计出了通用一阶故障容错平面位置机械臂,通用一阶故障容错空间位置机械臂,以及特定任务一阶故障容错平面位置机械臂,建立起完整的故障容错机械臂的设计方法。     

空间机械臂模块化关节传感系统设计

设计了空间机械臂模块化关节的传感系统,该系统包括力矩传感器、位置传感器、温度传感器和限位传感器等多种传感器.该系统为空间机械臂提供了丰富的感知能力,可实现位置控制、力控制及主动柔顺控制等多种控制策略.为了实现对关节位置的高精度测量,采用传感器信息融合的方法,并建了关节位置精度测量实验台.实验结果表明,关节位置精度可达0.03°,满足技术指标要求.     

空间机械臂协调操作的容错空间与容错规划算法研究

针对两空间机械臂协调操作中发生关节坏死这类故障时的容错运动规划问题进行研究。首先给出了空间机械臂容错空间的计算方法,并构造了反映机械臂末端运动与容错空间相对位置关系的中心度指标。然后基于这一指标提出了机械臂协调操作的容错运动规划算法。该算法可以同时实现故障时刻和故障后的容错操作;最后,利用两空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性     

利用加权广义逆矩阵减小协调机械臂容错操作时的关节速度突变

针对两机械臂容错协调操作中关节速度突变问题进行了研究。首先,给出了关节速度突变的定义;然后,提出了基于加权广义逆矩阵的容错运动规划算法;最后,利用两个3R机械臂将新算法与常规算法进行了对比仿真分析。研究结果表明,新算法可以比常规算法更加有效地减小两机械臂容错操作中的关节速度突变,进一步提高容错操作的运动平稳性。     

关节间隙对机械臂末端定位精度的影响研究

建立了由关节间隙引起的机械臂末端定位误差的数学模型并且提出了一种概率的方法联系单个关节的间隙误差与机械臂末端定位误差的关系,并得出末端定位误差特性。方法中运用了蒙特卡洛模拟,相比解析法的繁杂,蒙特卡洛模拟更为简单方便,它不仅可得出机械臂末端定位误差的极限值,而且还能得到末端定位误差的概率密度分布和分布的一些数值特征。学者研究关节间隙误差时常见有两种方法,确定性方法和概率论方法,通过综合这两种方法能更好地考虑影响关节间隙误差方向的主要因素和一些不确定性因素。最后数值举例阐述了这一思路。这些工作可为机器人设计和工作位点规划提供一个参考并能有效的平衡精度需求和经济效益。     

空间机械臂在轨插、拔孔操作力/位姿阻抗控制

利用空间机械臂进行在轨组装、维护、燃料加注等已成为必然趋势,而插、拔孔操作是实现上述任务的基础.讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.首先,建立了载体位置、姿态均不受控下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程;由末端部件插头位姿及其输出主动力之间的动态关系以及阻抗控制原理,建立了阻抗控制模型.在此基础...     

基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识

空间机械臂捕获非合作目标后,需要及时辨识获取机械臂末端未知载荷的质量参数,以便于控制系统参数的修正。为此,提出一种柔性机械臂末端载荷质量参数的递推辨识方法。该方法基于投影估计子空间追踪(Projection approximation subspace tracking,PAST)方法,将系统的动力学模型在某一工作点附近进行线性化。在此基础上,进一步将动力学方程中的机构运动和结构振动进行解耦,从而能够在辨识该构型下的系统频率值的同时,通过提取对应的分块矩阵,计算得到未知载荷的质量参数。在数值仿真中,建立双连杆柔性空间机械臂系统的动力学模型,分别讨论在不同载荷质量以及臂杆构型情况下的参数辨识问题,计算结果证明了所提出的这种递推方法能够有效辨识空间机械臂的末端载荷质量参数。此外还将该递推方法与常用的代数辨识方法进行比较,仿真结果表明了与传统的代数方法相比,这种递推方法可以更为快速地获得载荷的质量参数。     

空间机械臂单关节驱动器的设计

空间机械臂在空间特殊环境下工作时,其关节驱动器的工作性能与在地面上有很大的差异.本文针对空间机械臂的特殊要求设计了一个基于CAN总线的单关节驱动器.该驱动器由MOU、CAN驱动器、精密运动控制器LM629、L298N桥式驱动电路专用芯片、带编码器的直流伺服电机和行星减速器组成.根据空间机械臂的实际工况,利用该关节驱动器进行了数学仿真和单因素实验研究.实验结果表明系统响应快、参数调整方便,控制精度基本达到预期的结果.     

空间机械臂关节力矩传感器的研制

为了实现空间机械臂的主动柔顺控制,成功研制了一种基于电阻应变原理的新型关节力矩传感器。该传感器采用轮辐式弹性体设计,具有机械过载限位保护和温度补偿等功能。通过ANSYS软件的有限元分析,验证了其结构设计的合理性和良好的线性特性。对力矩传感器进行标定实验,结果表明其静态指标满足设计要求。     

关节间隙对机械臂末端定位精度的影响研究CSCD

建立了由关节间隙引起的机械臂末端定位误差的数学模型并且提出了一种概率的方法联系单个关节的间隙误差与机械臂末端定位误差的关系,并得出末端定位误差特性。方法中运用了蒙特卡洛模拟,相比解析法的繁杂,蒙特卡洛模拟更为简单方便,它不仅可得出机械臂末端定位误差的极限值,而且还能得到末端定位误差的概率密度分布和分布的一些数值特征。学者研究关节间隙误差时常见有两种方法,确定性方法和概率论方法,通过综合这两种方法能更好地考虑影响关节间隙误差方向的主要因素和一些不确定性因素。最后数值举例阐述了这一思路。这些工作可为机器人设计和工作位点规划提供一个参考并能有效的平衡精度需求和经济效益。     

一种机械臂的力/位混合控制方法研究

论文以机械臂为研究对象,机械臂在某方向实行力控制时,机械臂将出现位姿冗余,提出一种基于零空间矢量的力/位混合控制算法,通过设置优化性能指标来对力进行优化控制。最后针对PUMA560工业机器人,利用MATLAB仿真软件进行仿真,分析该机器人的力/位混合控制的跟踪情况,证明了该控制方法的可行性。     

空间机械臂机电一体化关节的设计及控制

由于现在强调一体化设计,因此空间机械臂也在逐渐实现及机电一体化。机电一体化的空间机械臂提高了其可靠性、集成性和自然性,为我国航天事业的发展提供了强大的推进力。空间机械臂是一个集机、电、热、控一体化的空间机电系统,其研究和设计难度较大,需引起高度重视。     

空间机械臂关节非线性摩擦建模及补偿

针对空间机械臂关节存在的非线性摩擦问题,提出了一种非线性摩擦建模及补偿方法。首先,根据建立的机械臂关节动力学方程推导出非线性摩擦与电机电流、角加速度的关系;然后,通过测得的机械臂关节角度信号,设计了Kalman-牛顿预测器来估计负载端的角加速度,并利用估计的角加速度和采样电流值计算出摩擦力矩,建立机械臂关节的指数摩擦模型;最后,基于该模型设计了前馈补偿控制器,用于对机械臂关节的非线性摩擦进行补偿。通过机械臂关节驱动实验验证了此方法的可行性。