双臂机器人动力学建模与伺服系统控制

针对双臂机器人的手臂运动控制问题,研究了其动力学建模与伺服系统控制算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响,并且简化了动力学方程更利于实现。其次针对简化后的模型参数采用最小二乘法辨识,最后通过仿真和系统实验,验证动力学计算结果的正确性。再次由机器人动力学和电机动力学建立关节转矩模型进行关节转矩力控制;最后讨论了交流永磁同步电机的建模和控制问题。经过验证简化后的模型一方面等效于直流电机便于设计控制器,另一方面可用于机器人关节转矩控制。     

非线性反馈和二次型调节器在两栖机器人中的应用

球形两栖机器人具有对称的结构和多自由度的运动状态特性,在环境适应性和运动稳定性上具有优势。本文介绍一种可以用于深海水下探测与救援的新型水陆两栖机器人控制系统的结构和建模方法,根据机器人的运动控制模式,推导出具有6个自由度的动态数学模型,并在动态模型的基础上,建立并评估了两种控制模型。第一种是基于二次型调节器(LQR)的控制器模型,第二种是基于非线性状态反馈(FL)的控制器模型。最后对两种控制模型进行水下实验验证及评估,从而证明两种控制器的有效性和优劣性。实验表明:非线性状态反馈系统在响应时间(LQR=67.5s,FL=46.5s)方面都优于有限时域LQR控制器,而LQR控制器在上升时间(LQR=24.5s,FL=39.8s)方面更加具有优势。     

机器人臂的多项式PD型学习控制方法

提出一种用于机器人臂的带有重力补偿的多项式PD型(PPD)学习控制器,基于多项式神经网络给出了这种控制器的比例系数连续学习算法,由非线性机器人动力学模型与所提出的学习控制器所组成的闭环系统被证明在满足李雅普诺夫直接法和拉萨尔不变集定理时是全局渐近稳定的,除了理论结果,也提供了在两自由度机器人臂位置控制中的仿真实验比较,结果表明PPD学习控制器在系统快速响应性方面优于常规PD控制器。PPD学习控制器为机器人控制系统提供了一种新的途径。     

基于非线性弹簧模型的轮腿自平衡机器人跳跃算法研究

轮腿式自平衡机器人兼具轮式的高速高效性和足式的地面适应性，在面对非结构化地形时可以进行跳跃越障。按照腿部自由度可将其分为单自由度式和二自由度式，其中单自由度式轮腿自平衡机器人结构更简单、质量更轻、控制难度更低。但在跳跃轨迹规划问题上，一方面单自由度腿部结构对髋关节出力需求更高，采用双质量块线性弹簧模型轨迹规划方法能够达到的最大越障高度有限；另一方面机器人在高度调整过程中整体质心会产生x向位移，对跳跃的准确性与稳定性造成影响。针对单自由度式轮腿自平衡机器人跳跃问题展开研究，首先提出了基于腾空动力学模型的轮部控制算法，使机身俯仰姿态在跳跃过程中始终可控，进而保证了跳跃的稳定性。之后提出了基于双质量块非线性弹簧模型的跳跃轨迹规划方法，相比基于线性弹簧模型的规划方法具有轨迹规划更加灵活，对髋关节出力要求更低等优点；然后进一步利用轮部在腾空过程中对机身俯仰角的控制效果，设计了一种机器人原地跳远方法，使机器人可以在更短的起跳时间和起跳距离下达到相同的跳跃距离；最后建立了单自由度式轮腿自平衡机器人三维简化模型及其运动学、单腿静力学以及腾空动力学模型，并通过Simulink-Adams联合仿真验证了轨...     

二自由度机器人轨迹跟踪误差控制优化研究

为了提高2自由度机器人控制系统响应速度,降低其输出误差,设计改进模糊PID控制器,并对2自由度机器人角位移跟踪效果进行仿真验证。给出多连杆机器人的动力学模型,设计模糊PID控制器。利用粒子的迭代搜索原理对模糊PID控制器参数进行优化,从而得到模糊PID控制器参数的最优值,使机器人控制系统具有更好的抗干扰能力。以2自由度机器人为例,利用Matlab软件对机器人角位移和转矩进行仿真,在不同环境中比较优化前和优化后的输出效果。结果显示：采用改进粒子群优化算法优化PID控制器参数,2自由度机器人控制效果明显优于模糊PID控制器。2自由度机器人优化后的模糊PID控制器,不仅响应速度快,而且抗干扰能力强。     

非线性二自由度主动悬架滑模控制方法的研究

以非线性二自由度主动悬架模型为研究对象,分析与验证了基于参考天棚模型的滑模控制算法在非线性悬架控制中的有效性。根据参考天棚模型和非线性二自由度模型中簧载质量位移和速度相等,利用滑模控制方法,给出了非线性二自由度主动悬架的控制力的计算方法。试验测试了有无控制时非线性二自由度主动悬架系统中簧载质量的加速度,验证了主动悬架的控制力的计算方法的有效性。给出了参考天棚模型中天棚阻尼系数的选择方法,研究了控制参数对非线性二自由度主动悬架控制效果的影响。基于非线性二自由度主动悬架模型,计算分析了滑模控制和线性二次型最优(Linearquadraticregulator,LQR)控制的主动悬架性能指标。结果表明:对于非线性二自由度悬架系统,基于参考天棚滑模控制的主动悬架系统可以获得更优的性能指标。     

基于ADAMS的六足机器人腿机构优化设计与仿真

针对传统六足机器人腿机构自由度较多、控制较复杂的情况,综合考虑了足端运动轨迹对机器人越障能力和行进速度的影响,设计了一种具有单自由度腿机构的六足机器人.基于机械动力学软件ADAMS,建立参数化腿机构模型,并对参数化腿机构模型进行关键尺寸的优化设计,验证了六足机器人腿机构的有效性.有效提高了六足机器人的越障能力和行进能力,为后续研究奠定了基础.     

基于模糊自整定PD控制器的机器人计算力矩控制

设计了应用于计算力矩控制方案中的模糊PD控制器(FLC),进一步提出了模糊自整定PD控制器(SFLC).用带有末端执行器的平面3自由度机器人为例进行了动力学仿真,并将采用固定PD控制器、模糊PD控制器和模糊自整定PD控制器的计算力矩控制方案进行了比较.仿真结果表明,采用模糊自整定PD控制器(SFLC)后能有效的克服模型不确定所造成的影响,得到比较小的轨迹跟踪误差,为机器人的实际控制提供了理论基础.     

6自由度液压机器人末端执行器控制策略

为提高6自由度液压机器人末端执行器位置跟踪精度,设计了增量式非线性逆控制方法,并对机器人末端执行器位置跟踪误差进行仿真验证。创建了6自由度液压并联机器人简图,对液压驱动系统进行建模,推导出液压流量方程式。针对传统非线性逆控制方法进行改进,设计了增量式非线性逆控制方法。采用Matlab软件对6自由度液压机器人末端执行器跟踪误差进行仿真,并与传统非线性逆控制方法对比。结果显示：采用非线性逆控制方法,机器人末端执行器运动位置跟踪误差较大;采用增量式非线性逆控制方法,跟踪误差较小。采用增量式非线性逆控制方法,可提高机器人末端执行器运动的稳定性和输出精度。     

六足机器人的动力学建模与鲁棒自适应PD控制

分析了六足机器人的运动学特性,建立了摆动腿的动力学模型并采用鲁棒自适应PD控制算法对各关节位置和速度进行了轨迹跟踪仿真研究。首先,根据六足机器人的结构特点定义了机体坐标系及各腿跟关节坐标系,建立了单腿运动学D-H模型,运用数值仿真软件对足端运动空间进行了仿真研究。其次,运用拉格朗日方法建立了六足机器人摆动腿的动力学模型,并对其进行了规范化处理。最后,采用鲁棒自适应PD控制算法对六足机器人的关节位置、速度进行了轨迹跟踪控制的仿真研究。仿真结果验证了该算法对此类机器人关节位置、速度轨迹跟踪控制的有效性。     

基于计算力矩的助行腿机器人神经网络补偿控制

在建立“机器主动”训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统的仿真实验和样机系统测试验证,结果表明,该控制方法有效地消除了系统建模误差影响,提高了助行腿机器人轨迹跟踪能力。      

差速驱动式移动焊接机器人动力学建模

采用牛顿-欧拉法,分析差速驱动式移动焊接机器人系统的左右驱动轮和机器人本体对焊炬点的动力学行为.为了实现机器人本体和滑块的联合控制,进一步研究滑块的动力学行为,建立了移动焊接机器人系统完整的动力学模型.由于模型的复杂性和不确定影响因素,基于动力学模型进行控制器的设计是不切实际的.为便于控制器的设计,最后结合实际应用情况对模型进行合理简化,并转化为状态空间方程.应用Matlab对移动焊接机器人进行动力学仿真建模,模型的建立为差速驱动式移动焊接机器人的机构设计、稳定性分析以及控制器设计提供了理论依据.     

水下机器人动力学分析与控制系统研究

对6自由度水下机器人进行动力学分析和运动控制系统研究。首先,建立了水下机器人坐标系,考虑重力、浮力、水动力及推力等因素对水下机器人影响,建立了6自由度水下机器人的动力学模型,进而描述了水下机器人的复杂运动。在此基础上,设计了一种模糊逻辑控制器,对水下机器人进行运动控制。通过计算机仿真分析,验证了控制方法的有效性,对后续水下机器人控制系统的进一步研究,提供了依据和参考。     

液压六自由度并联机器人的控制系统研究

对液压伺服系统来说,此类系统是非线性时变的系统,通常具有大范围的参数变化和大时变负载干扰,对这样的工程应用情况来说,通常的PID控制器较难取得令人满意的动态响应。而对于六自由度并联机器人来说,这个问题进一步突出,主要表现在随着机器人的运动其单个液压缸的负载在较大范围内变化,同时机器人系统的各种参数误差、各种降阶处理以及建模时忽略的动态特性等,又进一步加大了控制的难度。所以在对液压系统的3阶数学模型控制构建了2阶模型参考自适应的控制器,达到满意的控制效果。     

基于新型PD模糊控制方法的机器人轨迹跟踪

研究了一类基于模糊规则的变参数PD控制方法.对于模型未知对象,常规PD控制器参数的整定一般要基于一些经验知识,这对PD参数的整定带来一定的困难.该文采用TS模糊控制,将模糊控制和PD控制相结合组成一种复合控制器.这种控制方法兼备模糊控制和PD控制的优点,具有广泛的应用价值.二自由度机器人仿真和实验表明了该控制方案的可行性.     

风机叶片打磨机器人的动力学控制

针对风机叶片打磨加工的特性,设计了可替代人工作业的机器人系统.在对风机叶片打磨机器人系统进行动力学建模的基础上,分别提取出移动平台和机械手的动力学模型.针对两个子系统分别采用了滑模控制和PD(比例微分)反馈控制.最后进行了仿真实验,通过对实验结果的分析得出:所建立的控制器可实现对风机叶片打磨机器人的有效控制,仿真结果符合移动机械手系统的相关特性.     

四足机器人单腿系统及其跳跃柔顺控制的研究

为了解决四足机器人运动过程中的着地冲击力问题,设计了 一种基于力的阻抗控制的柔顺控制方法.以四足机器人单腿系统的结构为基础,对其进行运动学分析,进一步求解其速度雅克比矩阵和力雅克比矩阵.将单腿系统简化为"质量-弹簧-阻尼"模型,分析研究单腿系统的跳跃运动特性并规划质心运动轨迹.基于阻抗控制的思想,设计了基于力阻抗控制方...     

从动轮式机器人原理及其控制器设计

从驱动原理和腿轮结构上来说，溜冰机器人同一般轮式机器人有较大不同，它属于从动轮式机器人，简化了轮式机器人腿轮结构，增加了轮式机器人灵活性和机动性。溜冰机器人控制器采用分级控制结构，本文对机器人分布式多机通信系统进行了设计。     

基于Udwadia-Kalaba理论的四足机器人单腿动力学分析

处理多体系统动力学问题的传统方法是拉格朗日方法,但是在求解过程中会引入拉格朗日乘子,增加了求解显式动力学方程的难度。针对四足机器人动力学建模复杂的问题,基于Udwadia-Kalaba(UK)理论研究了四足机器人的单腿模型,建立了一种求解其显式动力学方程的新方法。为了简化获得方程的过程,使用UK方程来处理运动约束。考虑到真实环境的不确定性,利用滑模控制原理设计了一个非线性控制器来跟踪运动轨迹。数值模拟结果证明了动力学方程与控制器的正确性和有效性。     

单腿跳跃机器人支撑相的动力学与控制

提出一种新型关节腿仿生欠驱动单腿跳跃机器人机构系统模型.该跳跃机器人模型具有仿袋鼠骨骼结构特征,其机构动力学模型可视为二阶非完整约束系统.由于切换线性控制器只能实现该模型在动态周期运动中的动态稳定,而不能实现站立平衡控制.因此采用积分反步控制方法,使机器人机构模型在支撑相能实现不稳定平衡位置的镇定控制.由于严反馈规范形存在反步控制器设计方法,因此基于动力学非线性规范形综合,将机构动力学模型转化为严反馈规范形,从而使其具有严反馈规范形特征.