基于粒子群的欠驱动平面机械臂PID控制算法研究

由于对机器人轻量化和降低成本的要求越来越高,欠驱动机器人的优势日益凸显,也逐渐成为机器人的一个研究热点问题.以往欠驱动机械臂中的PID控制算法中参数依靠试凑获得,很难获得效果的参数.本文提出通过基于粒子群算法的欠驱动机械臂PID控制算法,通过粒子群对PID控制方法进行改进,对PID参数进行整定,以获得控制效果更好的参数.仿真结果证明了该算法的可行性与有效性,相比于传统方式更易于实现,收敛速度快.     

基于改进粒子群算法的六自由度机械臂轨迹优化

提出了一种基于改进粒子群算法的六自由度机械臂轨迹优化方法。以机械臂运行时间为目标函数,采用3-5-3多项式插值拟合轨迹,利用改进粒子群优化算法结合动态调整学习因子和自适应惯性权重,快速、准确地找到最优解,改善了基本粒子群算法容易陷入局部最优的问题。在机械臂工作空间内选择可到达的路径点,获取路径点处的关节角度,利用该算法获得平滑、连续且机械臂运行时间最优的机械臂运动轨迹曲线。仿真结果表明,基于改进粒子群算法的机械臂轨迹优化方法能够实现机械臂运行时间最优轨迹规划,具有较高的优化性能和实用性,可为六自由度机械臂运动轨迹规划提供有力支持。     

高集成度空间机械臂模块化关节的研制

采用大中心孔设计方法成功地研制了高集成度空间机械臂模块化关节.该关节具有多种传感器,包括位置传感器、力矩传感器、温度传感器等,它的所有电气系统都集成在关节内部,包括传感系统、驱动系统、控制系统和电源系统.采用中心孔走线方式实现了关节的内部走线,避免了空间环境对导线及其传输信号的影响.针对所设计的关节进行了必要的关节性能实验,结果表明该模块化关节具有高刚度、大负载特点,其关节的位置输出能精确跟踪期望的轨迹,位置精度非常高,达到了0.01°.     

基于关节空间轨迹规划的机械臂远程控制

轨迹规划对提高机械臂的稳定性、可靠性、工作效率有重要意义.为实现对远程机械臂连续、平稳、无抖动的控制,基于关节空间轨迹规划,提出了一种采用5次多项式插值函数对远程机械臂运动轨迹进行插补的优化算法.利用该算法时机械臂进行了实际的远程控制实验,实验结果表明,该算法使机械臂各关节运动连续、平稳,实时性好,能够满足实际的工作要求,为远程机械臂的安全应用奠定了基础.     

粒子群优化算法在机械优化设计教学中的应用

机械优化设计是机械类专业的一门重要的专业课,目前在机械优化教学中介绍的是传统的优化算法,这些方法对于局部极值及目标函数的可微性有严格要求,不能解决高维、多目标及优化设计问题的要求。粒子群优化算法是近几年发展起来的一种基于群体智能的进化计算技术,对优化问题无可微性和连续性要求,具有全局收敛性,本文在机械优化设计教学中引入了粒子群优化算法,为学生解决复杂工程优化设计问题打下基础。     

复杂多关节机械臂建模及逆运动学比较分析

针对含多种关节类型的复杂机械臂的建模问题, 在 D鄄H 参数法中引入虚拟关节建立运动学模型。 考虑机械臂逆运动学存在多解、 精度和实时性的问题, 通过4 种不同的 PSO(Particle Swarm Optimization)优化算法: 线性递减权重的粒子群(LPSO: Linear Decreasing Weight Particle Swarm Optimization)、 基于杂交的粒子群优化(CBPSO: Crossbreed Particle Swarm Optimization)、 基于模拟退火的粒子群(SAPSO: Simulated Annealing Particle Swarm Optimization)和混沌粒子群优化(CPSO: Choas Particle Swarm Optimization)进行计算。 随机选取工作空间的位置点, 验证优化算法能有效计算机械臂逆运动学解, 并对执行时间、 位置误差等方面进行了比较分析。 实验结果表明, 改进的 CBPSO 算法能有效计算复杂多关节机械臂的逆运动学解, 同时满足实际作业中对实时控制的要求。     

基于平面气浮实验数据获取机械臂在轨关节驱动力矩的理论建模与实验验证

为了正确地掌握空间机械臂在轨服务过程的真实动力学特性, 基于Lagrange方程, 获得机械臂有/无气浮装置时关节驱动力矩的差值函数, 然后利用带气浮装置的关节驱动力矩的地面实验数据减去理论差值, 预测机械臂在轨服务时的真实驱动力矩。最后采用刚性较好的小型机械臂进行实验, 验证了该方法的正确性。     

基于粒子群算法的并联机器人 输出力矩优化与仿真

针对当前平面机构3自由度RRR(3-RRR)并联机器人运动输出力矩值变化范围大、机构运动不平稳等问题,以输出力矩值最小化为目标对运动机构3-RRR进行相关尺寸优化.构造了机构3-RRR动力学模型,给出了机构3-RRR的8种工作模式,简化机构模型并推导逆运动学方程式.采用粒子群算法对机构3-RRR横截面半径、连杆质量及平台质量进行优化.机构3-RRR末端执行器选择PID方案,通过MATLAB软件对优化后的机构3-RRR的8种工作模式输出力矩值进行仿真,并且与优化前形成对比.仿真显示,优化后的机构3-RRR的8种工作模式输出力矩值变化范围比优化前小,整体波动很小,运动平稳.采用粒子群算法能够减小机构3-RRR的输出力矩值,保证机构运动平稳性.     

基于关节力矩补偿的液压机械臂末端力软测量

为满足液压机械臂在复杂环境下高精度的作业要求,需使其具备一个精确的力测量系统。由于液压机械臂工作环境复杂且末端接触负载大,力传感器容易受到破坏,因此,针对液压机械臂无末端力传感器的末端力精确感知的难题,以3自由度液压重载机械臂为研究对象,提出了基于关节力矩补偿的液压机械臂末端力软测量方法。本研究通过有限傅里叶级数模型设计激励轨迹,并采用递推最小二乘法辨识机械臂动力学参数。以非线性摩擦力矩模型代替库伦粘性摩擦模型,提升机械臂动力学模型精度。建立神经网络关节力矩补偿模型,减小不确定因素对液压机械臂动力学模型精度的影响。搭建AMESim/Simulink联合仿真模型,设计液压机械臂末端运行三角形轨迹,验证了本研究提出的动力学模型精度较高。分别在液压机械臂末端的水平方向和竖直方向施加500 N的恒力负载和0~500 N的变力负载,在恒力负载下,水平方向和竖直方向的末端力软测量精度分别为4.84%、2.79%;变力负载下,水平方向和竖直方向的末端力软测量精度分别可达5.73%、4.81%。通过与未优化前的末端力软测量精度对比,验证了本研究提出的基于关节力矩补偿的液压机械臂末端力软测量模型可有效提高末端力软测量的精度。     

含区间铰间隙柔性机械臂控制精度分析

为了分析大变形、间隙碰撞和不确定性对机械臂动力学特性和控制精度的影响,提出了含区间铰间隙的柔性机械臂动力学建模方法和该动力学模型的求解方法.模型中采用绝对节点坐标法对柔性部件进行动力学建模,采用混合碰撞力模型和Ambrósio摩擦力模型建立关节铰间隙,并且采用区间变量描述间隙尺寸和部件杨氏模量.通过数值仿真分析表明:部件柔性和间隙会显著地影响机械臂动力学特性和控制精度,而且随着部件弹性模量减小、间隙尺寸增大,影响将更加显著;考虑不确定性时,机械臂的控制精度将降低,而且参数不确定性会显著影响该机械臂的动力学特性.     

Fault tolerant motion planning based on joint torque limit for redundant manipulators

0 IntroductionWith the development of science and technology,manipulators have been widely utilized in some specialfields of space , deeper ocean, and nuclear materialcleanup.Becausethese workingenvironments are distant ,harsh and dangerous ,itis difficultfor peopletorepairthefailed manipulators onthe spot .Therefore ,the manipula-tors should operate normally for a long time . To meetthese requirements ,the manipulators must have not onlyhigher reliability but also fault tolerance capabilities…     

基于绝对节点坐标法的柔性绳索体建模仿真研究

将绝对节点坐标法应用于柔性绳索体动力学建模和仿真的研究之中,利用绳单元建立了二维悬臂梁、三维柔性网和刚-柔耦合柔性网三种模型。借助Bathe积分策略和广义极小残量法(GMRES)对长时间历程、非对称大型稀疏矩阵方程组进行了分析求解,得到了三种模型的动力学仿真结果。通过对柔性绳索体的建模和仿真研究,确立了适用于大变形、大位移柔性绳索体动力学研究的方法,并提出了该研究领域未来发展方向应是绝对节点坐标法与各向异性材料本构关系的结合。     

大变形柔性梁系统的绝对坐标方法

研究了绝对坐标法在大变形柔性梁系统刚柔耦合动力学问题中的应用．考虑几何非线性,用绝对坐标法推导出有限元离散的平面梁系统的动力学方程．用能量守恒原理验证了绝对坐标法计算结果的正确性．比较大变形时的绝对坐标法与一次近似的混合坐标法的计算结果表明,文中绝对坐标法比一次近似的混合坐标法模型更精确,适合于大变形的情况．     

基于模拟退火鸡群算法的平面冗余机械臂逆解

针对平面冗余机械臂逆解求解复杂问题,提出一种基于模拟退火鸡群算法的优化方法。分析了冗余机械臂逆解求解模型,并确定约束条件,以此建立优化目标函数。在传统鸡群算法小鸡粒子位置更新中加入向公鸡粒子学习的功能,增强了小鸡粒子寻优的全局性;引入模拟退火算法提高了小鸡粒子向母鸡和公鸡粒子学习的自适应性。通过分析比较可知,改进算法的时间复杂度与原算法一致,利用测试函数对比仿真,验证了改进算法的稳定性和精度。该策略对由目标坐标求得的机械臂可行解进行寻优,得到了转动角度较小、满足一定精度的机械臂逆解。实验结果表明,该方法可使机械臂在一次位置迁移中平均少转动约1.91°。     

一种新开发的ANCF缆索单元

为精确模拟系浮系统中系留缆索的动力学行为,应用绝对节点坐标公式(absolute nodal coordinate formulation, ANCF),开发一种新的ANCF缆索单元。该单元考虑了缆索的层级数目、各层材料的力学性能,并通过子域划分来更好地适应材料的层间差异。其中,利用Kelvin-Voigt模型来解释内芯层的黏弹性性质,而将改进后的Yeoh模型应用于护套层当中以更好地契合材料的超弹性性能。此外,设计一种具有隐式效果的差分格式对动力学微分方程组进行数值求解。最后,通过一系列静力学与动力学数值计算证明单元的精度与收敛特性,并对比几种应用不同超弹性模型的ANCF单元,证实应用改进的Yeoh模型的ANCF单元的合理性与优越性。     

柔性多体系统设计灵敏度的高效计算方法

通过使用绝对节点坐标方法和非线性应变位移关系,提出了一种组装柔性多体系统设计灵敏度方程的方法.该方法不仅可以避免推导灵敏度方程所需的大量符号计算,而且能够提高计算灵敏度的效率.给出了平面柔性曲柄滑块机构的算例,通过直接微分法与伴随变量法的对比,表明所提出的方法不仅能够保证精度,而且对于中等规模的设计灵敏度分析,能够使直接微分法达到与伴随变量法相当的效率,具有广泛的工程应用价值.     

基于PSO的配电网静止同步补偿器PI控制器整定

针对配电网静止同步补偿器( D-STATCOM)控制器参数难以整定且过分依赖经验,提出用粒子群优化(PSO)算法同时整定D-STATCOM电压控制器和电流控制器的方法,其寻优时间短,编程简单.通过不同系统参数、不同给定输入、不同负载情况下的多组优化实验,验证PSO优化算法寻优的有效性.最后通过仿真和实时控制实验验证了基于PSO算法的PI控制器具有良好的鲁棒性和动态性能.所进行的多组优化实验也为PSO编码选择提供一定参考.     

空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划

许多工程机械的工作装置属于冗余度机器人的范畴,该类机械施工控制自动化所涉及到的轨迹规划问题,一直受到人们的重视·采用冗余度机器人运动学的最小关节力矩法,对空间4R冗余度机器人的关节轨迹的运动规划进行了分析仿真·实验表明该方法实际可行,运动学和动力学的工作特性良好·