柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

柔性关节机械臂的非线性控制策略研究

针对外部干扰情况下的柔性关节机械臂非线性动力学模型,提出一种基于反演设计思想的递阶控制策略。把电机的输出角度向量作为关节子系统的控制变量,设计虚拟电机角度向量实现关节轨迹跟踪,同时在反演正定函数中综合积分项消除轨迹跟踪误差。计算实际的关节电机输出力矩,使电机输出角度跟踪虚拟控制量,通过设计自适应滑模变结构控制器消除系统不确定因素的影响。基于李雅普络夫稳定性理论证明系统的稳定性和轨迹跟踪误差的收敛性。     

轻量化行星采样机械臂虚拟样机系统

针对行星探测车采样机械臂开发效率低及成本高的问题,采用虚拟样机技术,对探测车采样机械臂的结构、功能、功耗及控制系统等方面进行了研究,提出了一种轻量化、低功耗、多功能四自由度采样机械臂的设计方案,确定了各关节的驱动方案,并对驱动部件进行选型。基于SolidWorks软件,实现三维模型的建立,并利用ADAMS软件,建立采样机械臂动力学模型。应用D-H法建立采样机械臂关节坐标并确定连杆参数,求解正、逆运动学公式,采用三次多项式方法对关节空间进行轨迹规划。利用ADAMS和Matlab搭建虚拟样机联合仿真系统,进行联合仿真实验。仿真结果表明,该采样机械臂设计方案合理,达到轻量化、低功耗目的,控制系统稳定可靠,能够实现支起、收回、采样等功能。     

机械臂中柔性行星齿轮的设计

针对带刚性连接挠性接头、以柔性行星齿轮驱动的工业机械臂,提出了一种新的建模和计算方法.由于接头的灵活性,工作中很容易产生共振,经常导致机械臂运行轨迹产生偏差,为此本文研究了一个以挠性接头连接刚体的N级连接工业机械臂模型,该模型以永磁直流伺服电机和柔性行星齿轮进行驱动.在机械臂动态模型设计过程中,充分考虑了齿轮的周期和齿轮刚度,并以两级工业机械臂为例,仿真了带挠性接头、以行星齿轮驱动的动态机械臂模型.     

基于力矩补偿的机械臂末端振动抑制控制策略研究

在串联型机械臂的控制过程中,因其某些关节上的转动惯量变化快,且机械臂参数复杂等情况,使其关节瞬间力矩变化很大,从而容易引起机械臂末端的振动。提出了一种基于力矩补偿的控制策略,该种控制策略可以有效的实现对串联型机械臂末端的振动抑制。在控制策略中,通过对速度的微分得到关节的加速度信息,同时根据系统测算的转动惯量,得到关节的力矩信息。实验证明,通过对力矩的补偿可以有效的对关节力矩进行补偿。     

车载液压机械臂的柔性补偿策略研究

针对车载机械臂在重载长行程工作条件下由于机械臂柔性引起的末端定位问题,建立了机械臂的柔性误差模型,将该误差模型引入机械臂末端位姿实时控制中,提出了一种提高末端定位精度的柔性误差补偿策略,从而有效地提高了机械臂的末端定位精度。     

几种柔性机械臂控制策略的综合评价

本文针对柔性机械臂的振动控制问题，首先采用假设模态法，利用Ｌａｇｌａｎｇｅ方程建立了计及动力刚化影响的动力学方程。然后采用几种不同的控制策略研究其闭环系统的动态特性及抗干扰性能。采用的控制方法如下：（１）ＰＤ控制；（２）ＬＱＲ方法；（３）变结构控制。文中最后针对一单杆柔性机械臂在关节转角参考输入作用和阶跃扰动力矩作用下，分别进行了计算机仿真，比较了各种控制方法对柔性机械臂的控制效果，仿真结果表明，     

基于形状记忆合金驱动的柔性机械臂研究

提出了一种基于形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的柔性驱动模块,柔性驱动模块能够实现三维空间弯曲变形运动。以柔性驱动模块为模块单元,模块化组装了四关节柔性机械臂。基于SMA电阻变化特性,建立了SMA电阻自反馈控制系统,开展了柔性驱动器变形的参数化分析。进一步建立了柔性机械臂的多模态运动控制系统,实现了柔性机械臂的空间蜷缩抓取运动,通过实验验证了柔性机械臂灵活的空间运动能力。     

基于FuzzyP+ID的机械臂控制策略研究

提出了一种针对非线性、时变性比较突出的机械臂液压驱动关节的FuzzyP+ ID控制策略.该策略结合模糊控制的思想,在对控制系统的输入输出特性有较深入全面了解的基础上,依据PID控制获得控制经验,形成了模糊控制器的控制规则,解决了传统线性PID控制器难于协调快速性和稳定性之间的矛盾,并设计了FuzzyP+ ID的控制器....     

柔性机械臂振动控制研究

本文在参考国内外大量有关文献的基础上,归纳了柔性机械臂振动控制研究的目标和途径。重点介绍了主动控制方法、实验研究的现状以及柔性机械臂控制研究方面存在的问题。     

基于时滞的柔性机械臂轨迹追踪

由于时滞的存在,系统的控制效果和稳定性会受到影响。针对存在时滞的柔性机械臂振动控制问题进行研究,首先,基于拉格朗日动力学理论建立了具有时滞的柔性机械臂动力学模型,然后,把时间滞后表示成一阶滞后,进行时滞补偿,通过设计自适应算法来校正柔性机械臂的系统参数。同时,基于反步法进行自适应控制器的设计,用Lyapunov的稳定性判定定理证明控制器能够满足设计要求。仿真结果表明,通过对控制器的增益进行调节,能够准确地追踪到预期轨迹,验证了控制方案具有有效性。     

基于MATLAB的柔性机械臂动力学分析

针对柔性机械臂系统,通过有限元法(FEM)和Lagrange方程相结合的方法建立柔性机械臂的动力学模型,然后通过数学软件MATLAB对数学符号的处理,描述了柔性机械臂单臂系统的动态特性,考虑了载荷和摩擦等非线性因素的影响,为柔性机械臂的机械设计、控制设计等方面奠定了理论基础。     

基于变柔性关节的机械臂运动误差研究

根据多关节柔性机械臂XN-600-1的结构特点,以刚性机械臂运动学模型为基础,建立了变柔性关节机械臂的运动误差模型,研究了其对整个操作空间的误差分布,对于设计过程中确定柔性机械臂的末端定位精度具有一定的指导意义.     

基于逆动力学的柔性机械臂力学特性研究

为了对柔性机械臂力学特性问题进行深入研究,通过运用机械臂低振动逆动力学和时变模态展开方法,建立单连杆柔性机械臂的动力学模型,将机械臂自激弹性振动模型引入计算模型中,提出最优输入力矩与扰动最优力矩计算方法,并针对关节处不同工作状态进行动力学响应分析,最后根据计算数据建立相关模型进行数值验证。研究结果表明,柔性机械臂在建模过程中包含非线性项,消除模型线性化误差,给定机械臂结构和运动要求时,可首先算出最优输入力矩,从而对机械臂实现开环控制;通过采用扰动模型,了解柔性作用,算法的收敛性和速度较普通模型有显著提高,结果具有良好的鲁棒性;当关节转动固定后,机械臂端点作谐振动,若振动频率接近机械臂固有频率时,扰动响应发散,反之则为稳态振动;当关节移动固定后,匀速转动,转速小于临界转速时,扰动响应衰减或稳定,反之则发散。     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。     

基于死区补偿的码垛机械臂控制算法

针对码垛机械臂系统中存在死区特性影响控制精度的问题,提出一种基于模糊自适应的死区补偿算法.首先,根据死区非线性特性设计模糊死区补偿器对系统中的非线性环节进行补偿和控制;其次,利用模糊自适应算法对变量进行实时整定,从而使得轨迹跟踪误差趋于零;最后,借助MATLAB对理论结果实施验证.结果表明所提的控制算法具有良好的稳定性...     

基于重力补偿的机械臂PD控制系统研究

针对多关节机器人机械臂数学描述复杂、运动学分析困难的问题,采用逆动力学方法建立机器人双关节机械臂的动力学模型,并对重力项进行补偿,采用对重力矩准确估值的PD控制算法实现机械臂运动轨迹准确跟踪,能够满足机械臂定点控制的要求,具有无超调、初始力矩小等特点,通过仿真实验表明与理论分析结果一致,表明此控制方法的有效性。     

基于非圆齿轮的机械臂重力补偿机构研究

目前大多数机器人工作过程中需要消耗大量能量来克服自身重力,为了降低能耗并提高机器人性能,提出一种用于转动关节机械臂的重力补偿装置,该装置采用非圆齿轮行星轮系扭转弹簧机构,可实现机械臂任意可达工作空间的重力补偿;建立机械臂静平衡力学模型,根据静平衡约束条件设计非圆齿轮行星轮系,对非圆齿轮行星轮系传动比分配进行讨论,得到满足力矩平衡的最简轮系;以2R平行四杆机构机械臂为例进行设计分析,并导入ADAMS中进行验证,仿真结果表明,重力补偿机构有效降低了驱动力矩。     

基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.     

基于分数阶微积分的机械臂迭代滑模控制策略研究

为提高工业机械臂的控制性能,将分数阶微积分理论与迭代学习控制及滑模控制相结合,提出一种有效的分数阶迭代滑模控制策略.在控制器的设计过程中,分别采用分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两种方法将分数阶微积分引入到迭代滑模控制中,提出分数阶迭代滑模控制策略.并使用李雅普诺夫理论分析系统的稳定性.然后以一个两关节机械臂为例,通过MATLAB仿真对所提出的控制策略进行了验证.实验表明:分数阶迭代滑模控制策略可以有效提高关节的跟踪速度和跟踪精度,减小跟踪误差,具有较强的鲁棒性,并有效地抑制了滑模控制的抖振现象.