滑模变结构控制在柔性机械臂中的应用

本文采用假设模态法,对带有末端荷载的柔性机械臂,推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限统一致线性化动力学模型。通过极点配置技术设计滑模超曲面参数,采用滑模变结构控制方法,实现关节转角的运动轨迹控制。采用ＬＱＲ方法设计弹性模态器,抑制由于刚体运动而激发的弹性振动。文中最后针对一单杆柔性机械臂进行了计算机仿真,验证了本文所提出的控制策略的有效性。     

空间机械臂捕获操作过程的神经网络镇定控制

分析了柔性空间机械臂捕获卫星过程受到的碰撞冲击效应,及其受碰撞冲击后不稳定运动的镇定控制.利用第二类拉格朗日方程建立空间机械臂系统的动力学模型.基于碰撞过程空间机械臂与被捕获卫星的动量守恒原理,利用动量冲量法计算碰撞冲击对空间机械臂运动状态的影响效应,该影响效应将引起空间机械臂系统的不稳定运动及柔性杆弹性振动.考虑到上述冲击效应,设计神经网络控制算法进行控制,以实现对不稳定运动进行镇定控制及抑制柔性杆振动.最后,通过数值仿真结果验证了上述控制算法的有效性.     

柔性多臂机器人机构的建模

本文利用哈密尔顿原理建立了单臂和两臂系统的控制方程，用约束模态法和非约束模态法求解方程。研究了约束模态法的适用性，同时提出了一种双弹性机械臂的实用建模方法。方便简便，能借用单臂系统的程序仿真，也可推广于多臂系统。     

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.     

4-DOF 串联仿生机械臂动力学建模方法

串联机械臂在仿生机械、工程机器人中得到广泛应用，如何建立有效的串联机械臂系统动力学模型，解决好模型求解的精度和实时性问题是深入开展机械臂运动控制研究的基础。分别采用牛顿 欧拉法、基于动能积分法的拉格朗日方程和基于等效动能法的拉格朗日方程3种求解机械臂动力学模型的方法，对某仿生螳螂前臂四自由度机械臂进行建模研究，通过具体求解过程对比分析了上述3种方法的实时性、精确性和通用性，为该串联机械臂的运动控制研究提供支撑。     

含柔性关节的轮式移动机械臂的动力学分析

开展了含有柔性关节的轮式移动机械臂的动力学特性研究。基于多体系统离散时间传递矩阵法（discrete time transfer matrix method of multibody system, MS-DT-TMM）建立了车轮、车体、柔性关节和机械臂的动力学方程,进而得到平面轮式移动柔性机械臂的整体动力学模型。在不平路面的激励下,分析机器人系统的动力学特性,并讨论柔性关节对系统的影响。数值仿真结果验证了基于MS-DT-TMM模型的可行性和有效性,与刚性结果对比分析表明,由柔性关节引起机械臂的弹性振动,直接影响机器人末端的操作精度,说明考虑关节中柔性因素的必要性。     

柔性臂关节位置滑模变结构控制研究

研究了一种分级式柔性机械臂关节位置滑模变结构控制方案，首先推导了下位机关节位置伺服控制系统的数学模型，然后推导了在上位机上实现的滑模变结构控制率，并进行了实验研究。试验结果表明，该控制方案的弹性变形较少，有利于降低末端位置弹性振动。     

多段线缆驱动连续型空间机械臂建模与控制

该文针对一类带有弹性杆的新型多段线缆驱动连续型空间机械臂的建模与控制问题开展研究,基于刚体等效建模思想建立了机械臂的几何模型。对每节机械臂进行单元划分,将各单元上的弹性杆等效为轻质连杆。在此基础上,应用欧拉-拉格朗日建模方法,建立了多段线缆驱动连续型空间机械臂动力学模型。针对系统中存在的参数不确定性与外部时变干扰,基于Lyapunov稳定性理论,提出了一种基于非奇异终端滑模有限时间控制(NTSMFC)的连续型机械臂控制方法。仿真结果表明：与比例-微分(PD)控制器相比,NTSMFC能在有限时间内快速跟踪期望姿态角,PD控制器的姿态跟踪快速性较低;NTSMFC姿态角稳态误差为±0.002 rad, PD控制器姿态角稳态误差为±0.01 rad。     

带载柔性机械臂固有频率确定及其减振器设计

给出了计算带载柔性机械臂固有频率的振型简化法公式，并将其动用于带载柔性机械臂的减振器设计，以及安装减振器后复合系统的固有频率估算，并通过实际柔性臂的计算，与模型简化法和Ｄｕｎｋｅｒｌｅｙ法进行了比较。     

一种仿人机械臂的动力学建模和固有频率研究

气动肌肉驱动器因能很好地解决机械臂柔顺性的问题,其在仿人机械臂上的应用已经成为了研究热点。但目前针对机械臂的建模多忽略驱动器质量,或考虑为集中分布情况,同时一般考虑关节铰为线弹性扭簧。这些假设不太符合气动肌肉驱动器的实际力学性能。因此通过D-H法建立了一种仿人机械臂结构的运动学模型,核算了其奇异位形。通过能量法建立了驱动器质量分散分布下的仿人机械臂的动力学模型;通过假设模态法进行离散化,得到标准特征式方程。基于Wolfram Mathematica 9进行编程,获得了该仿人机械臂在两个关键的奇异位形之间运动时,其固有频率随关节角度和关节铰刚度变化的形式。     

3-PRRU并联机器人位置反解和奇异位形的研究

针对一种新型机构3自由度3-PRRU并联机器人,应用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了该机构的运动学方程,得出理论上具有64组位置反解的结论,采用matlab软件对反解进行了数值仿真.最后用雅可比矩阵行列式获得奇异位形条件方程,对此并联机构的奇异问题进行了分析.     

5 自由度机器人操作器运动学逆问题的解析解

为求解5自由度机器人操作器的运动学逆问题,本文提出了一个完整的简化求解方程组,并利用此方程组求得具有解析解的5自由度操作器的8类结构形式及具有球型手腕的6自由度操作器的运动学逆问题的解析解.     

钢铁机器人—1操作手动力方程的建立

本文应用拉格朗日方程和保罗近似方法[1]来建立我院钢铁机器人—1操作手的动力方程。为了突出动力方程的物理意义,而根据操作手机构的动能和势能,来找出各关节力矩与各关节角加速度之间的简单关系式;为了实际应用,利用保罗近似方法来简化求导计算过程。     

并联机器人动力学的子结构Kane方法

基于Kane方法,提出了一种适合建立并联机器人动力学方程的子结构Kane方法。该方法将并联机器人的各个杆件看作是独立的子结构,针对每个子结构建立各自的动力学方程,根据子结构之间的约束关系构成系统的约束动力学方程,最后运用正交补法或SVD奇异值分解法消去子结构之间的约束,形成系统的动力学表达式。以Stewart平台机械手为例,说明了该方法的建模过程。与Newton-Euler方法、Lagrange方法及传统的Kane方法相比,整个推导过程简单明了,最终构成的系统动力学方程非常简洁,计算效率高,适于并行计算。     

仿人操作手动力学模拟

本文主要讨论了仿人操作手动力学正问题的模拟,即给定操作手末端执行器的运动和位姿,求解各关节的广义力。机器人动力学模拟涉及到机器人的轨迹规划、运动学反解,以及动力学建模和求解问题。对于球腕结构的六自由度仿人操作手来说,本文提出了用系统分解法进行运动学反解,用凯恩方程建立机器人动力学模型。本方法解算简便,经略微修改可适用于一般关节型机器人动力学模型。     

冗余机器人奇异位形分析的新方法

阐述了一种用来分析奇异位形的新方法,此方法的建立是基于虚位移原理来对余冗操作手列出力平均方程组的,通过求解方程组,可方便地找出奇异位形。     

空间机械臂稳定绳系卫星回收的研究

要讨论“载体－机械臂－变长绳索－子星”链结构多体系统,首先采用Ｒ／Ｗ方法导出载体、机械臂系统动力学方程,针对绳系卫星回收过程中出现的动力学不稳定现象,运用空间机械臂的辅助动作对绳系卫星进行了镇定。提出了的方案可确保动力系统具有渐近稳定性。文中附有回收过程数值模拟结果。     

柔性机械手动力学控制方程的建立

本文利用4×4齐次变换矩阵推导出了单式开链柔性机械手的一种新形式动力学控制方程,讨论了在普通工业机械手和空间机械手不同情况下动力学方程的具体简化形式。在本文分析中,考虑了各种变形因素和各种运动的耦合,所得公式完整、简明、具体,对各种单式运动副机械手都适用。最后通过例子验证了本文动力学建模的正确性。     

柔性空间机械臂区间参数不确定性分析

研究了柔性空间机械臂动力学分析中由于区间参数的存在而引起的动力学响应不确定性问题.采用能够描述大位移、大变形耦合特性的绝对节点坐标方法来建模柔性机械臂臂杆,建立了含区间参数的多体系统动力学方程,为指标-3的微分代数方程.运用基于Chebyshev多项式的Chebyshev区间扩张函数,将含区间参数的微分代数方程转化为Chebyshev多项式插值点处的确定参数的动力学方程,研究得到了一维区间参数和多维区间参数影响下机械臂系统的动力学响应区间边界,形成了预测机械臂末端轨迹区间的新方法.通过与Taylor方法的对比研究,结果表明,该方法能够有效减少系统仿真工作量,减小动力学响应预测值误差,快速稳定地得到机械臂系统动力学响应区间.