基于轨迹约束的码垛机器人动力学分析及控制

针对码垛机器人动力学分析及控制问题,文章提出了一种基于轨迹约束的动力学建模和求解新方法,在求解的过程中避免了引入拉格朗日乘子等额外参数。将码垛机器人结构简化为平面闭链四连杆机构,建立平面二自由度无约束动力学模型,再以码垛机器人的目标轨迹作为系统约束,得到系统的约束动力学方程,该约束力即驱动机器人完成目标轨迹的驱动力,从而实现了机器人基于轨迹的动力学控制。通过Matlab仿真分析证明了该方法用于码垛机器人动力学分析与控制的有效性。     

计入多个闭链影响的四自由度机器人动力学优化

文章以动力学性能指标为优化目标,对含多个局部闭链的四自由度码垛机器人结构设计中的尺寸参数优化设计方法进行了讨论;充分考虑多个局部闭链间的相互影响,建立了码垛机器人的刚体动力学模型,对模型的计算精度进行了验证分析;在此基础上,针对机器人典型的运动轨迹下的动力学性能优化设计方法进行了探讨,以机器人各驱动关节的峰值扭矩和机器人总能耗最小为动力学优化目标;优化过程中,计入杆件质量和质心位置的影响,并利用平方和加权法将多目标优化问题转变为单目标优化问题。算例结果表明,优化后各项动力学性能指标得到明显改善,腰部、大臂和小臂的驱动峰值扭矩降幅分别为8.35%、16.23%和10.45%,机器人总能耗降幅为9.78%,验证了该优化方法的有效性。     

电力系统运行状态分析

分析电力系统的运行状态。基于非线性微分方程模型,采用非线性动力学理论,对分析结果进行仿真。仿真结果表明非线性电力系统的相图结构在系统参数发生微小变化时,会出现复杂的变化,在一定条件下会出现一种貌似随机的混沌运行状态。     

重载码垛机器人法向动态静力学分析

针对高速重载码垛机器人运行中产生法向抖动的问题,提出了一种计算机器人动态法向位移的数学方法.分析了各个关节的法向受力,建立了机器人臂部机构的力学模型,应用虚功原理和叠加原理求解了机器人末端的动态法向位移,确定了机器人臂部机构的薄弱环节,运用Matlab软件进行了理论计算,其结果反映了动态法向位移随机器人运动指令的变化.使用ANSYS软件进行了仿真分析,得到了臂部机构薄弱环节的变形云图,与理论计算结果基本相符.本方法可以作为码垛机器人关键零部件的设计的理论依据.     

基于自适应网络的动态双足机器人模糊控制

提出一种基于步态规划分级结构的自适应网络模糊推理系统控制策略,该方法不需要确定双足机器人运动学和动力学模型.以一种动态双足机器人为例,建立机器人的Sugeno模糊模型,对机器人系统的不确定上界进行自适应参数估计,采用自适应控制器逼近未知不确定界,解决了一类非线性系统的稳定控制问题.控制器的设计只要求不确定性满足匹配条件,而无需知道不确定界,能够处理不确定参数变化范围更广的情况,减少控制系统设计中的保守性.设计的分级控制系统可以学习试验的输入输出数据,从而在动态平衡下进行行走.同时,模糊控制器的进一步在线学习能力可以显著地改善步行机器人的动态性能.     

多机器人多工位码垛系统的实现与优化

本文主要介绍了一个柔性生产线多机器人多码垛位的应用实例。系统同时采用2台码垛机器人、4个码垛位完成柔性生产线末端码垛任务。系统中由PLC完成过程控制、机器人通信工作,由上住机完成信息处理及目标码垛位的分配。文中详细介绍了竞争算法实现码垛位分配原则,该算法简洁,易实现,易调试。实际应用表明系统调试方便,运行稳定。     

基于模型预测的主动转向智能无人车辆横向稳态控制

在复杂路况以及智能无人车辆转向过程中，车辆处于一种时变非稳定性状态，影响车辆操纵安全性和行驶稳定性.针对此问题，提出了一种应用于前轮主动转向无人车辆的优化模型预测控制策略，该控制器采用分层结构对车辆前轮转角进行优化控制，以改善车身在非稳态下的特征.考虑到无人车辆实际行驶时存在的内部和外部扰动因素，建立了非线性扰动量平台模型和非线性轮胎模型，并通过模块化方法，构建了无人车辆非线性动力学模型，利用非线性扰动观测器对干扰进行抑制，提高了车辆模型精确性与控制器控制效果.经仿真实验对比和硬件在环实验测试，结果表明：与无横向稳态控制车辆相比，稳定性提高了55%，验证了该策略能显著改善车辆的横向稳定性及有效性.     

考虑负载时变的线路巡检机器人动态性能分析

巡检机器人进行越障时，受负载时变影响，会出现控制超调、振动等现象.在考虑负载惯量时变特性的情况下，研究了一种用于分析巡检机器人越障状态下动态性能的方法.对双臂线路巡检机器人的回转机构建立了基于双惯量模型的动力学方程，使用改进D-H法与拉格朗日法对机器人建模，具体包括分配坐标系，求解拉格朗日方程，利用惯性矩阵计算负载转动惯量等.通过选择合适的阻尼系数设计了控制器参数，利用阻尼系数与固有角频率的变化分析了机器人的动态性能变化.研究成果有助于对双臂巡检机器人越障时的动态性能进行分析，并可用于机器人的伺服控制参数调试.     

基于Lyapunov的客车稳定域估计

针对平面稳定域在评价车辆稳定性方面的不足,提出了客车空间稳定域的一种估计方法.建立了包含Pacejka轮胎魔术公式的客车三自由度非线性动力学模型,通过仿真和实车试验对比验证了所建模型的有效性.基于客车非线性动力学模型,构建了系统Jacobian矩阵,应用霍尔维茨(Hurwitz)判据分析了车辆系统稳定性随前轮转角变化情况以及车辆的临界状态.在构建客车系统二次型能量函数的基础上,利用Lyapunov法和车辆系统稳定特性确定了客车空间稳定域.客车在满载条件下的蛇形试验结果表明:应用上述方法确定的客车行驶稳定域能够较好地表征车辆系统稳定性,可为客车操纵稳定性评价和控制提供有益参考.     

无人驾驶车转向系统自抗扰控制的研究

针对无人驾驶车转向系统具有一定的非线性,工作载荷变化大,易受外界干扰影响的特点,在分析转向系统动力学特性的基础上,依据自抗扰控制技术,设计了二阶自抗扰控制器．采用七自由度非线性车辆模型进行仿真研究,结果表明：二阶自抗扰控制器可以有效实现转向系统转角的控制,且具有较高的精度、更宽的控制范围以及很强的鲁棒性．     

TH50型码垛机器人动态静力学分析

针对TH50型码垛机器人采用曲柄摇块机构驱动回转副这种新构型,利用动态静力学方法将瞬时惯性力系转化为静力系,通过机器人整体及其子系统的力系平衡方程建立了机器人的动态静力学模型.利用Matlab编制了求解其关键零部件以及关键轴的受力状态的程序,并进行了实例计算和分析.该模型已成功应用于TH50码垛机器人的设计和校核,样机的良好运行表明了该模型的正确性.     

二自由度轴盘扭振系统的极限环稳定性控制

建立一类含非线性阻尼的二自由度轴盘扭振系统的动力学方程,根据Hopf定理确定非线性系统的分岔临界点,并采用数值模拟的方法分析在非线性阻尼变化时系统产生极限环的稳定性。针对未受控系统极限环不稳定而引起的失稳振荡问题,引入非线性状态反馈控制器,运用多尺度法求取非线性系统分岔点处的规范形,并给出控制极限环稳定性的反馈增益。仿真表明,该控制器能有效的控制系统极限环的稳定性。     

基于状态重构器的顶驱控制方法

为了防止钻井过程中因黏滑振动造成钻井事故,提出一种基于状态重构器的顶驱扭矩控制方法.首先,将顶驱、钻杆和钻具组合等效为集中质量弹簧阻尼系统,采用Karnopp非线性摩擦模型分析黏滑振动摩擦,建立钻柱系统井下运动方程;其次,通过增加摩擦干扰器,采用最优阻尼进行参数整定,设计基于龙伯格状态重构器的PID控制算法;再次,采用...     

工程机械高速机构的非线性阻尼减振

由于现代工程机械高生产率和低成本的要求,考虑构件弹性的机构剧烈振动对机构的工作性能和构件的疲劳寿命有很大影响。提出了采用阻尼合金材料对构件的振动进行被动控制的方法,根据通过实测损耗因子与应变之间的非线性关系而得到的阻尼合金材料的非线性阻尼特性,建立了阻尼合金材料的弹性机构动力学模型;通过数值计算分析了非线性阻尼对构件振动的减振作用,证明了在非线性阻尼的作用下,弹性构件的振动得到了有效抑制。     

四自由度码垛机器人性能优化方法

码垛机器人是自动化车间最常用的工业机器人之一，合理的现场布置方案和控制方法可以有效地提升码垛机器人的运行性能，提高生产效率。本文主要从基于最优路径的现场布置方法和基于平均速度的控制逻辑两个方面对四自由度码垛机器人性能优化方法进行了研究。     

移动机器人的滑模跟踪控制

文章讨论了移动机器人在外界干扰情况下的变结构控制问题 ,并提出一种机器人滑模跟踪控制方案 ,利用简化的动力学模型 ,使机器人能够跟踪给定的轨迹。采用极坐标表示机器人的位姿 ,利用非线性滑动面和指数趋近率 ,确定控制方法 ,使系统在外界扰动的情况下 ,其跟踪误差能在有限时间内收敛到零。     

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

可控变胞码垛机器人控制系统设计及实验

为了提高变胞式工业机器人在实际工业生产中的效率以及稳定性,基于可控变胞码垛机器人设计了一种新型的码垛路径运行方式,对其进行运动学仿真并设计了相应的控制系统.其中控制系统采用"运动控制卡+工控机"的上下位机控制模式,使用闭环步进电机及驱动器组成机器人的运动系统,使用光电开关、气动插销及电磁离合器等硬件组成变胞动作执行系统,引入电机脉冲补偿值以减少变胞前后的运动误差.提出新型码垛路径的实现方法,并搭建机器人控制系统,以6 kg负载进行实验,测试结果显示理论位移与实测位移之间的误差不超过0.6 mm.研究表明该控制系统运行安全可靠,能够满足可控变胞码垛机器人的控制要求,同时也为变胞式工业机器人的控制系统设计提供了参考.     

基于自适应反步法的自主水下机器人变深控制

为实现自主水下机器人(AUV)的高精度变深控制,基于AUV垂直面的运动学和非线性动力学模型,提出了神经网络自适应迭代反步控制方法,设计了运动学和动力学控制器.文中首先考虑AUV非线性模型的攻角和水动力阻尼系数的不确定性,设计神经网络控制器来对纵倾运动中的非线性水动力阻尼项和外界海流干扰作用进行在线估计,并基于Lyapunov稳定性理论设计神经网络权值的自适应律,保证系统闭环信号的一致最终有界.最后通过两组仿真实验,比较了所设计的控制器在设定控制器增益参数下的系统响应和在扰动作用下的变深控制性能,结果表明,所设计的控制器具有较小的稳态误差和较高的跟踪精度.     

基于焊接工艺的悬臂式重载码垛机械手

设计了一种基于焊接工艺的悬臂式重载码垛机械手,利用SolidWorks建立了大臂和小臂的三维模型,采用ANSYS对其进行静力学分析,获得了最大负载工况下大臂和小臂的应力分布及变形云图,并在ADAMS软件中模拟研究了机械手大臂和小臂的动力学行为。分析结果表明:机械臂的应力和变形量满足设计要求,运行平稳,证明了对机械臂制造工艺的改进可提高码垛机械手的刚度及生产效率,降低生产成本。