基于神经网络重力前馈补偿的柔性关节机器人分层控制

针对柔性关节机器人简化动力学模型,根据连杆侧和电机侧间的扭矩通过弹性单元耦合的特性提出基于分层控制的柔性关节机器人分层控制结构,利用奇异摄动理论给出系统的稳定性证明.由于柔性关节机器人的动力学参数无法准确测量,因此提出应用BP神经网络模型对机器人的重力扭矩进行逼近.通过四自由度柔性关节机器人进行离线实验,实现对神经网络的训练,并验证神经网络模型的有效性.最后应用提出的重力前馈补偿分层控制算法实现对机器人的有效控制,验证该算法的可行性和有效性.     

振动钻削加工过程监控系统中的扭矩传感器

对振动钻削加工过程监控系统及监控用扭矩传感器进行了分析研究，提出了对监控用扭矩传感器的技术要求，研制了一种新型的光电式扭矩传感器，并阐明了研制中的几个关键问题，扭矩传感器的检测原理。机械结构和电路原理，振动钻削中的钻削扭矩分析，弹性扭轴的设计；扭矩传感器的标定。     

基于摩擦力的机械臂零重力系统卸载性能

空间机械臂在地面零重力系统进行模拟实验前,需先用装有传感器的模拟机械臂对模拟系统的卸载性能进行评定,以保证系统工作时的可靠性。该文首先建立了一个七关节机械臂在地面零重力系统中的动力学模型,计算了各关节扭矩,并以扭矩作为模拟系统卸载性能的评价指标。接着采用连续性摩擦模型对系统进行摩擦力参数辨识,通过实验结果反推出系统的摩擦力特性,并对关节扭矩进行修正。修正后的计算扭矩更接近实验值,保证了理论建模的准确性。该模型可以预测出未安装传感器的空间机械臂在模拟系统中运行时的力学参数,保证实验的安全。     

基于灵敏度指标的Stewart型六维力传感器结构参数设计

基于对六维力传感器系统中影响灵敏度性能的因素的分析,在传感器静态数学模型中应用并联机器人机构学理论,对Stewart型六维力传感器的灵敏度指标进行分析并推导出解析解.引入力(力矩)灵敏度影响因子的概念,研究了力(力矩)灵敏度影响因子影响灵敏度指标的规律;基于空间模型理论采用无量纲参数绘制了该型传感器的力(力矩)灵敏度指标二维性能图谱,提供了一种并联结构六维力传感器结构参数优化设计方法.     

电涡流传感器的有限元仿真研究与分析

电磁场的分布情况是影响电涡流传感器灵敏度和线性度的主要原因。从电涡流传感器的基本原理出发,采用有限元方法,利用ANSYS语言,通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等,对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究,并由理论公式验证模型的正确性。通过计算3种尺寸参数不同的线圈,研究分析了线圈的形状结构对传感器灵敏度和线性度的影响,对于电涡流传感器线圈的设计具有指导意义。     

质量平衡原理在机械臂设计中的应用

机器臂的设计对机器人的操作性能具有决定性的影响，运用质量平衡原理，利用关节驱动电机自身的质量对自行研制的YJP—1型机器人的操作臂进行了优化设计，实验结果表明，该设计方法对减小机械臂动力系统的藕合惯量影响，减轻驱动电机负载具有良好的效果。     

胶层对声表面波扭矩传感器特性影响分析

为了研究胶层对声表面波（SAW）扭矩传感器特性的影响,建立了包括胶层在内的扭矩敏感模型。利用微扰理论得到扭矩载荷与SAW谐振器频率偏移量之间的关系,采用剪滞理论分析了胶层对SAW扭矩灵敏度的影响;根据Maxwell模型建立了胶层松弛时间谱,得到了应变传递响应时间,通过数值计算分析了不同弹性模量、不同胶层厚度的响应时间。研究结果表明,采用弹性模量大、黏度系数小的粘接剂有利于减少胶层的响应时间,提高扭矩测量精度。利用分析结果指导了SAW谐振器的封装。对采用MBond-200胶水封装的SAW扭矩传感器进行了实验,得到100 Nm量程的SAW扭矩传感器的线性度、重复性和迟滞特性分别为0.68%,1.27%和1.01%,实验结果说明所选用胶水的响应时间对测量结果影响较小。     

紧凑型节能荧光灯高频工作特性研究

开发研制了以微机为核心的紧凑型节能灯高频参数测试系统，成功地解决了节能灯高频特性的测量问题．利用该测试系统，对多种型号的紧凑型节能荧光灯的高频工作特性进行了分析研究，得出了灯的工作频率、波形以及功率对灯的光通、光效、功率因数等光电参数的影响情况，并找出了灯的最佳工作频率范围，为生产高质量灯管提供了理论依据．     

基于腕力传感器的操作臂惯性参数在线识别

论文基于腕力传感器的输出信号探讨了一种在线识别机器人操作臂末端惯性参数的方法，该方法考虑到了腕力传感器接入对机器人系统动力学特性的影响，同时利用腕力传感器真实反映机器人系统力作用和力传递的特点，既能包括机器人关节特性的影响也可以避免理论辨识方法可能出现的“虚幼模型”的问题，该方法还可以用来辨识机器人操作未知工件或工具的惯性参数，这对经常更换操作对象的机器人的精确控制和动力学仿真是非常重要的。     

基于DSP的焊装机器人控制算法研究与仿真设计

在建立六自由度焊装机器人D-H坐标系及确定各手臂参数的基础上,研究其正逆运动学方程,设计其数值模拟算法,并在MATLAB环境下建立仿真模型,获得在定点控制模式下各个关节电机控制量,得到具有固定重力补偿的机器人控制模型;基于六自由度机器人动力学控制原理,在考虑电机特性及机器人手臂动力学特性的基础上,建立了具有传感器反馈控制的优化模型;在Tecnomatix环境下创建了四机器人焊接工位,利用其提供的Robotics功能模块,实现了机器人的路径及功能示教;利用DSP(Digital Single Processor,数字信号处理器)解算了机器人关节坐标的牛顿-欧拉逆运动学方程,并实时、快速处理传感器反馈信号,实现了对多个伺服系统的闭环控制。     

Reconfigurable robot based on modular joint concept

0IntroductionWiththe rapid progress of the modern science andtechnology,the acquirement and usage of resources willbe extendedtothe spacefromthe earth.But many activi-ties can not be completed without space robots,such asthe construction and maintenance of the InternationalSpace Station(ISS),the release and retrieve of the satel-lite[1,2].Since space robot has been brought forward,upto date,the Canadarm2(SSRMS)is the only real-work-ingrobot manipulator[3].ETS-VII is the worldfirst satel…     

人体步态分析与负重外骨骼机器人的动力学仿真

分析和识别穿戴者的步态信息,指导负重外骨骼机器人的机械结构设计,使其能够和穿戴者协调同步行走。设计仿人体下肢生物平台,利用传感器系统实时反馈人的步态数据,设计与建立步态数据库,在ADAMS中建立三维离线式仿真系统,结合步态的运动学数据,进行动力学分析,为机械结构的设计和驱动单元的选型提供了理论依据和数据支持。通过负重外骨骼机器人的穿戴测试,表明机械结构设计合理,可以真实反映关节转矩的变化。     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

基于神经网络及综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究了载体位置、姿态均不受控的自由漂浮柔性关节空间机器人机械臂轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题,利用系统动量、动量矩守恒关系及第二类Lagrange法,并综合考虑关节驱动电机特性,导出了其全系统动力学模型;然后基于奇异摄动理论将该动力学模型分解为描述机械臂刚性运动的慢变子系统及描述关节柔性振动的快变子系统,并结合关节电机输出力矩与电枢电流的关系,将对控制力矩的设计转化为对电流控制的设计。之后,针对关节柔性振动快变子系统,采用速度差值反馈控制方案对其进行了振动主动抑制;针对机械臂刚性运动慢变子系统,则基于RBF神经网络提出了一种全阶滑模控制方案;其中RBF神经网络用于逼近由系统不确定参数带来的未知非线性项,全阶滑模控制方案的引入在于使控制系统在兼备传统滑模控制方案鲁棒性强特点的同时,还能克服抖振问题。最后,系统数值仿真结果说明了所提方案的有效性。     

移动机器人行驶动力学及最优参数匹配

通过对移动机器人武器系统纵向平面内的动力学分析,建立了移动机器人纵向动力学方程,分析了其行驶的附着条件,提出了动力参数的最优匹配方法.行驶方程的Matlab仿真图形表示了机器人在行驶电机最大输出扭矩下,可以达到的坡度角和加速度.该研究为移动机器人的构形设计和功率匹配提供了理论依据.     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

机器人力控制系统仿真分析

本文对由Movemaster-EX机器人和HUST-FS6腕力传感器组成的力控制系统进行了分析,讨论了接触物体和腕力传感器刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦以及间隙非线性对整个力控制系统稳定性的影响;引入力的微分反馈有助于增强力控系统的稳定性,用单关节机器人模型进行了仿真研究.结果表明,接触物体综合刚度、力反馈矩阵、库仑摩擦和间隙非线性对力控系统影响很大;引入力微分反馈能改善系统性能.     

关于PMA驱动的手指关节半径优化问题的研究

提出在气动人工肌肉驱动的关节系统中存在一个最优关节半径,使得对同一系统输出转矩达到最大. 通过分析气动人工肌肉静态特性模型,推导出关节静特性模型. 改变气动人工肌肉的结构参数或状态参数进行仿真,得到关节半径变化与关节输出转矩之间的关系,并计算出最优关节半径. 关节转角越大,最优关节半径越小;肌肉越长,最优关节半径越大,肌肉的直径对最优关节半径影响不明显. 该分析方法与结果对气动肌肉驱动的灵巧手的结构设计起到有效的指导作用.     

基于协作机器人的飞机总装驾驶方向盘操纵曲线测试

针对飞机总装测试过程中,人工从外部获得飞机驾驶操纵位移/力曲线难的问题,提出了一种采用协作机器人代替人工进行操作,并利用机器人自身关节上传感器测得其操纵曲线的方法.首先建立试验系统,描述了模拟方向盘装置的加载原理,并推导出其理论操纵曲线.然后通过建立机器人的D-H(Denavit-Hartenberg)模型解算出机器人各轴角度、力矩与末端位置、受力的关系,进而转化为方向盘的转角和所受力矩关系.接着建立机器人的阻抗控制模型解决了转动方向盘因为轨迹误差造成的憋死问题,并通过实验表明机器人能够顺从方向盘的既定轨迹完成了方向盘的回转运动.通过机器人转动方向盘实验做出的操纵曲线与内部传感器的曲线对比,误差在2％以内,说明了协作机器人代替人进行测试的可行性.