空间机器人自适应无源控制技术研究

建立了力觉临场感空间机器人的等效二端口网络模型,给出了定量分析系统透明性的方法,分析了通信时延对力觉临场感空间机器人无源性和透明性的影响,提出了一种基于有源阻抗匹配的自适应无源控制方法,这种方法能够保证整个系统有时延下的稳定性和良好的透明性。实验结果表明了该方法的有效性。     

机器人自适应阻抗控制方法的研究

本文研究了参数未知及负载不确定时机器人运动的阻抗控制问题,提出了阻抗误差的概念,首次将模型参考自适应控制方法成功地应用于机器人阻抗控制中,提出一种渐近稳定的机器人阻抗控制方法.     

基于观测器不确定中立时滞系统的鲁棒无源控制

探讨了基于观测器的一类不确定线性时滞中立系统的鲁棒无源控制问题,目的在于设计一个线性状态观测器,使得对于所有可容许的参数不确定性和时间滞后的观测过程是鲁棒稳定和无源的.不确定参数是范数有界的,利用线性矩阵不等式和李雅普诺夫函数方法,得到不确定线性时滞中立系统观测器存在的充分条件,并以数字实例说明了提出方法的有效性和实用性.     

基于观测器的不确定广义系统的时滞依赖无源控制

文章主要针对不确定时滞广义系统,通过构造恰当的Lyapunov函数与用线性矩阵不等式的方法,研究其基于观测器的时滞依赖无源控制问题,方法简便。     

基于分数阶阻抗的机器人动态接触控制仿真

针对机器人与物理环境动态接触过程中产生的瞬态超调、跟踪响应慢和稳态精度差的问题,提出了基于分数阶的机器人阻抗控制策略。首先,分析当前整数阶阻抗控制接触过程手段依靠改变更新速率和增减弹性项来适应不同任务,设计出了更加灵活的分数阶阻抗控制。根据分数阶阻抗的固有属性设计增益系数将分数阶阻抗映射为整数阶阻抗便于计算和实际应用,并将提升整数阶阻抗控制的一些特性引入到分数阶阻抗进一步提升性能,并分析了动态调整边界。仿真结果表明,所提出的分数阶阻抗能够直接削减接触过程产生的接触力超调峰值,对系统不稳定的振荡行为有一定的抑制作用,适合机器人与动态未知环境接触交互的应用场景。     

3-PPSR柔性并联机器人力控制研究

针对3-PPSR并联机器人加入大长径比柔性铰链和与外界环境接触产生形变的问题,在控制端提出了基于位置阻抗控制的主动柔顺控制策略。该方法在柔性并联机器人与外界环境对象的等效作用模型和基于位置的阻抗控制模型基础上,引入外界环境作用力和结合系统的力跟踪模型,通过调整初始参考位置控制模型的稳态误差实现基于位置的外力跟踪控制。采用Lyapunov稳定模型和能量方程,在未知环境变量条件下通过力偏差直接控制目标位置的自适应控制系统实现自适应的力控制。实验结果表明,基于位置的外力控制精度可以达到±0.05N,应用自适应控制精度可以达到±0.1N,3-PPSR柔性并联机器人的末端的接触力控制精度得到了提高,满足设计要求,验证了该控制方法的准确性和有效性。     

基于观测器的时滞T-S模糊广义切换系统的异步无源控制

引入了一种新的无源不等式到T-S模糊广义切换系统中,进而研究了一类子系统切换与基于观测器的控制器切换存在不同步情况的系统无源性问题.首先,运用分段李雅普诺夫函数和模型依赖平均驻留时间的方法,通过无源性过剩的子系统来弥补无源性不足的子系统,从而确保切换系统的整体无源性;然后,利用线性矩阵不等式的方法得到时滞T-S模糊广义切换系统的全局一致指数稳定和严格指数无源的充分条件,并据此设计出相应的观测器和控制器,最后给出数值算例证明该方法的有效性.     

基于视觉的机器人模糊自适应阻抗控制

对未知环境下具有6个自由度工业机器人的视觉/力反馈混合控制进行研究.首先,建立被跟踪曲线图像特征与机器人关节角度的映射关系;其次,由机器人离散阻抗控制规律描述机器人末端在受限表面移动时与受限表面产生连续接触的条件,并根据接触力的变化对阻抗模型参数进行模糊调节;最后,在未知物体表面对末端固定安装单摄像机和力传感器的6个自由度机器人进行力跟踪试验研究.研究结果表明:该阻抗控制具有较强的未知物体表面曲线跟踪能力和较高的力控制精度,曲线跟踪算法简单,不要求对视觉传感器进行精确标定,模糊控制器实时地调整阻抗参数,使系统稳定而且具有良好的动态品质,是一种有效的视觉/力反馈混合控制方法.     

建筑幕墙安装机器人的位置/力混合控制方法

针对建筑领域幕墙安装过程中所面临的幕墙质量变化、接触环境改变以及机器人动力学参数漂移等问题,提出了基于阻抗模型和自适应补偿的机器人位置/力混合控制方法。分析了幕墙受力,建立了幕墙与环境之间的接触力模型,获得了机器人-幕墙-接触环境的综合动力学方程;为解决幕墙与环境接触时的力控制问题,在设计控制器时建立了幕墙位置与接触力之间的阻抗关系,同时通过李雅普诺夫稳定性理论构造了自适应控制器来补偿未知不确定项,使幕墙轨迹跟踪阻抗外环生成的参考轨迹。对不同任务时的幕墙安装过程进行多组仿真实验,结果表明:所提方法均能实现高精度的幕墙位置跟踪,误差精度小于0.2 mm,同时可以使幕墙与环境之间有稳定的接触力,并具有一定的鲁棒性。     

基于无源观测器的小波神经网络故障诊断方法

针对自主化、智能化的动力定位船舶传感器故障诊断性能降低,漏报、误报频发,进而影响作业安全的问题,提出一种融合模型和数据的诊断方法.该方法将非线性无源观测器与BP(误差反向传播)神经网络结合,并引入小波包分解方法对数据集进行处理,得到故障信号各个频段上的能量,细化分类特征.基于一艘动力定位船舶模型进行仿真,结果表明:该方法克服了单一观测器输出结果存在未知干扰、模型精度不高的问题,解决了神经网络历史数据集缺乏、代表性未知的问题,提升了故障识别性能.     

基于模糊阻抗控制的上肢康复机器人中接触力规划器的设计

在对脑卒中患者的上肢运动功能康复训练中,如何对患者施加最适合的接触力,是设计康复机器人的重要指标要求. 针对现有康复机器人的力规划器中,产生出来的接触力存在突变,对患者进行训练的舒适性方面存在不足的问题,提出一种连续渐变的接触力规划器,采用模糊控制与阻抗控制相结合的方法改进接触力突变的状况. 经过仿真和实验验证,本文采用的方法可以产生渐变的接触力,对于患者训练的安全性和舒适性有明显提高.      

在未知环境下基于模糊预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知的接触环境表面上进行柔顺力控制的问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种模糊预测算法.此算法利用机械手末端与环境已产生的接触轨迹和运动方向,通过三种预测因子(满意度因子,曲率适应因子,参考比例因子),预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹.每次预测时首先对以前的预测进行评估,同时考虑环境曲率和刚度变化的特点.此预测算法还可以应用于阻抗控制模型中.仿真证明,这种方法可以在不同的控制模型中取得较好的力控制效果,对未知环境的变化具有较强的适应能力.     

受限机器人系统的力与关节的Hybrid控制

使用矩阵代数理论研究了受限机器人系统的力与关节的ｈｙｂｒｉｄ控制问题,导出了一种新的力与关节的鲁棒自适应控制器设计方案。     

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.     

机器人阻抗控制算法的参数调整研究

机器人的阻抗控制策略是目前工业机器人的主要控制方法之一,其主要特点是可以使机械手快速准确的运动到指定位置,控制精度比较高;该控制策略可以通过调整目标阻抗参数使机械手在接触不同的外界环境时达到顺应环境的目标,但在实际运用中阻抗参数的调整原则一直是比较困难的问题,本文通过仿真实验总结了调参规律．     

基于自适应阻抗控制的轮足式机器人隔振控制研究

轮足式机器人在行进过程中不可避免要与环境发生交互,在环境信息（刚度与位置）未知与时变的情况下,传统的阻抗隔振力控制方法由于目标阻抗模型的参数固定,存在鲁棒性较差的问题.在阻抗控制的基础上,基于Lyapunov稳定性定理设计了自适应阻抗控制器.该方法通过一个位置补偿量来间接调整阻抗参数,使系统稳态误差为零,提高了控制方法对未知多变环境的适应性;针对机器人轮式运动通过不同减速带的隔振问题进行了实验,证实了自适应阻抗控制方法的优越性.      

在未知环境下基于阻抗模型的受限机械手模糊力控制方法

在传统的阻抗控制模型中应用一种新的参考轨迹模糊调节算法.在该算法中应用一个参考比例因子调节参考轨迹.根据反馈的接触力信息,通过模糊推理确定参考比例因子的大小, 从而使生成的参考轨迹适应未知环境刚度的变化.根据接触力的变化对阻抗模型参数进行模糊调节,减少了受限运动中力干扰的影响,提高了全局力控制效果.仿真结果表明,与传统力控制方法比较,该方法提高了力控制精度,增强了对接触环境参数变化的鲁棒性.     

基于无源性分析的鲁棒输出反馈控制设计

基于无源系统理论,该文讨论了一类不确定非线性系统的鲁棒输出反馈控制问题。通过虚拟串联微分多项式到系统的输入端,回避了无源化方法所需的相对阶为1的条件,并进一步利用切换控制完成了虚拟串联后的控制器实现。仿真结果证明了本文算法的有效性。     

无末端力传感器的可重构机械臂分散力控制

针对存在关节摩擦和外扰的可重构机械臂系统在受限空间内的力控制问题,提出一种无需使用力传感器即可同时控制受限空间内机械臂力和位置的分散阻抗内环/力外环控制方案.采用模糊系统逼近机械臂系统中的不确定项及子系统间的耦合关联项,通过基于模糊预测的力外环控制器为内环的阻抗控制器提供参考轨迹,并利用模糊系统逼近实际的接触力.该方案为没有力传感器情况下的可重构机械臂的力控制提供了一种可能的解决方案,且模糊预测调节参考轨迹的阻抗内环控制使机械臂具有一定的柔顺性,能较好地实现机械臂由自由空间向受限空间的过渡.通过对2自由度平面机械臂和3自由度机械臂的仿真验证了该方法的有效性.     

一种力位置控制冲击问题解决方法

针对数控系统力位置控制过程中的力冲击问题,基于阻抗控制基本原理,研究了一种解决该问题的控制策略.以X-Y-Z三轴运动平台为被控对象,建立了系统数学模型以及力传感器动态数学模型.以控制Z轴与工件的恒定接触力为目标,构建了切换控制系统,并证明了闭环系统的稳定性.在Simulink中搭建了力位置双闭环阻抗控制仿真系统,结果证...