基于滤波滑模控制的空间柔性机器人系统控制仿真研究

针对一种刚柔结合的空间冗余度机器人,基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,借助Maple软件,推导了一种自由浮动空间柔性冗余机器人操作刚性负载的动力学模型,该方法提高了建模的正确性.并在此基础上,鉴于自由浮动空间机器人系统的结构复杂性和参数变动性,运用具有较强鲁棒性的滑模变结构控制对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制,较好地抑制了柔性杆弹性振动,并减小了对本体的影响.最后进行了自由浮动三自由度柔性冗余度机器人的动力学控制仿真,仿真结果验证了上述控制方法的有效性.     

基于神经网络柔性机器人反演控制器的设计

建立柔性机器人系统的动力学模型,对实际情况作了相应的假设,借助于神经网络函数的逼近技术,提出一种柔性关节空间机器人的自适应反演控制方案,给出基本反演控制器和神经网络反演控制器的数学模型。仿真结果表明,能实现系统关节运动控制目标,可使系统各柔性关节的振动较小,有效地控制机器人完成所期望的关节运动,对无精确模型信息的机器人实现控制,保证系统的稳定性和收敛性,满足机器人系统的控制要求,所设计的控制器在具体的机器人控制中是可行的。     

双柔性杆机器人力／位置控制的动力学建模

在研究“刚－柔”双连杆受限柔性机器人模型的基础上,通过理论推导建立了力／位置控制问题中的一类平面双柔性杆受限柔性机器人臂的动力学模型,该模型同一般刚性机器人的动力学模型相似,且模型简明、准确。这样有可能利用一般刚性机器人的理论研究结果来研究复杂的平面双柔性杆柔性机器人臂问题。为进一步研究受限柔性机器人力／位置控制问题提供了理论依据。     

三自由度柔性受限机器人的动力学建模

为了提高处于受限运动状态的柔性机器人的控制精度，研究了一类三自由度柔性受限机制人的动力学建模问题，将其抽象为一平面三连杆受限机器人系统，利用D^,Alembert-Lagrange原理得到了一组由机器人各关节转角和柔性连杆的振动方程表示的该机器人的动力学模型。该模型在形式上与传统的无约束刚性机器人的动力学模型非常相似，具有模型精确的特点，从而为有效地控制此类机器人系统的运动和位姿提供了理论依据。基于此动力学模型，采用MATLAB对该机器人系统进行计算机编程仿真计算。仿真计算结果表明，该机器人系统的模型是可行且有效的。     

受限柔性机器人力／位置控制装置,建模与辨识

介绍作者研制的受限柔性机器人力／位置控制装置并讨论了此装置的动力学建模,经推导得到了受限柔性机器人的动力学模型,该模型同一般刚性机器人的模型相似且模型结构简明．最后用实验等方法辨识了模型的相关参数,对深入研究受限柔性机器人力／位置控制的理论与实验仿真有极大的参考价值．     

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.     

平面3-■RR和3-■RR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

双臂空间机器人系统动力学与关节运动的非线性反馈控制

利用拉格朗日方程建立了漂浮基双臂空间机器人系统的动力学方程,给出了载体位置、姿态均不受控制情况下,双臂空间机器人关节运动的非线性反馈控制规律.结果表明,在系统动力学模型及参数较精确确定情况下,本文提出的控制方案能够有效地控制双臂空间机器人系统完成关节空间的指定运动,而不需对其载体的位置、姿态进行主动控制.仿真计算结果证实了方法的有效性.     

基于强化学习的空间机器人柔性捕获控制研究

针对空间机器人双臂捕获卫星过程中的关节易受冲击力矩而破坏的问题,提出一种基于强化学习的柔性控制方法．首先,针对捕获前双臂空间机器人及卫星系统,分别利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法推导得其动力学模型;然后结合冲量定理、位置约束关系及牛顿第三定律,建立捕获后空间机器人与卫星形成混合体系统的动力学模型．针对失稳的混合体系统,提出一种缓冲柔顺强化学习控制方案,该方案通过系统与环境的动态交互来实时优化控制策略以实现镇定过程的最优控制．仿真结果表明：所提控制方案最大可减少54.2%的冲击力矩,并在镇定阶段确保关节冲击力矩限制在安全范围内,从而保护关节免受冲击力矩的破坏．     

Motion Planning for Minimizing Base Disturbance of Space Manipulators

A simulated annealing particle swarm optimization(PSO)algorithm is utilized in this paper to plan the motion of space manipulators with minimized base disturbance,not only its attitude but also its position.Since space manipulators must meet the Law of Momentum Conservation,any motion of manipulators will disturb the spacecraft which is free-float in the space environment.This paper tries to limit this effect to the minimum.First,this paper establishes the mathematical model for space manipulators by generalized Jacobian matrix(GJM) and analyzes its inverse kinematics by Theory of Screws.Second,a polynomial function of seventh degree is used to parameterize the joint motion and quaternion representation is also used to represent attitude of spacecraft.Moreover,this paper designs a proper objective function and depicts this algorithm detailedly and clearly.Finally,the results of numerical simulation are verified by the proposed algorithm.     

冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程，利用动力学优化控制规律，以最小关系速度为目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题，通过仿真计算，表明控制规律的有效性。     

空间操作臂的高效率动力学建模方法

为了减轻在无外力情况下,空间操作臂系统的操作臂与载体之间的动力学耦合作用,结合增广体、虚拟操作臂及动力学等价操作臂理论,将系统转化为一个具有等效运动学及动力学的基座固定的操作臂系统,使得固定基座操作臂系统的建模方法可以直接应用到空间操作臂系统中,将高效率动力学建模方法空间算子代数理论应用到空间操作臂系统建模中,从而解决空间操作臂系统动力学建模复杂及效率不高的问题,易于计算工作空间,为实时控制奠定了基础.     

双并联机器人协作的运动学建模

提出并联机器人以协作的方式提高其作业能力的一个新途径·通过引入瞬时作业点的概念,将工件和刀具离散化,并用其相应坐标系上的一个向量来描述工件和刀具上的瞬时作业点,建立了协作系统中各单机间的联系,将并联机器人协作运动学问题转化成二单并联机器人在工件和刀具约束下的运动学参量的求解·建立了双并联机器人协作的等效闭链运动学模型和运动学方程式,为并联机器人协作运动学分析和控制建立了基础·通过算例证明了模型的正确性和并联机器人协作在拓展有效工作空间方面的有效性·     

微电驱微差机器人关节机构设计研究

文章介绍一种微型电驱微差机器人关节机构的工作原理和设计方法,具有结构简单、紧凑、 可靠、传动比大、结构尺寸小的特点,可用于微型竞赛机器人的关节和方向舵控制(包括线性控制)和 微型工业机械手多自由度协调驱动关节的控制,实现对平面或空间复杂曲线轨迹的仿真和跟踪。对用于 微型竞赛机器人或多关节微型工业机械手的研究具有较好的探讨和参考价值。     

基于神经网络的空间柔性机械臂PID快速学习控制

针对自由漂浮柔性空间机器人的轨迹跟踪问题,提出一种径向基函数（RBF）神经网络控制策略.首先建立漂浮基柔性空间机器人的非线性动力学方程,考虑到RBF神经网络良好的逼近能力,柔性臂的非线性逆动力学模型通过RBF网络来逼近,采用PID控制器与神经网络控制器来共同保证系统稳定性,其误差代价函数由PID控制器提供,采用固定中心参数,而扩展宽度采用启发式关系确定,网络权值采用改进的最优准则算法进行调整来实现快速学习能力.仿真结果表明了这种RBF神经控制器能够达到较快的误差收敛速度.     

用于机器手控制的在线的自组织模糊神经网络

基于动态自适应方法,本文提出了一种能动态生成自组织模糊神经网络(SOFNN)的新算法,并应用该算法能有效地估计机器手的非线性。本算法能自动划分输入输出空间,自学习调整高斯函数,模糊规则的构造及空间的划分数目是并行调整的。这个SOFNN算法的独特之处是:自组织动态结构、快速的学习能力,良好的鲁棒性。一个两自由度的工业机械手验证了其有效性。     

并联机器人位置空间分析的几何法

结合６－ＳＰＳ并联机器人的结构特点，在考虑主动副运动范围和从动副结构约束情况下，提出了上平台位置空间分析的一种几何方法。该法可直接获得三维位置空间的边界曲面方程从而可方便地绘出位置空间各截面形状。     

基于任务的两协调机械手的关节轨迹优化

介绍了机器人协调控制和冗余度机器人的研究的一般方法,从工作椭球角度研究了两个协调机械手的关节轨迹优化．从任务出发,根据运动和力的需要,定出期望的可操作性椭球;把期望的椭球与两机械手实际可操作性椭球的相交体积作为性能指标,用零空间控制进行优化,利用冗余产生出满足终端运动要求的、优化的关节轨迹．为了对平面上两个３连杆机械手进行分析,为了比较,用零空间控制和伪逆控制分别进行关节轨迹规划．结果表明：用零空间控制时,两机械手实际可操作性椭球与期望的椭球相交体积变大、性能指标提高;用伪逆控制时,两机械手实际可操作性不能逼近期望的椭球．文中通过椭球把运动和力的控制结合起来,仿真实例证明了文中控制算法的有效性．     

基于SWIFT算法的球关节操作臂最优路径规划

针对目标物体在空间的位置和姿态确定的情况下，机器人操作臂如何选择一条满足关节转角约束，且使所有关节转动角度之和为最小的最佳路径这一问题，提出了利用动态可行解区间作为改进SWIFT(sequential weight increasing factor technique)算法的初始迭代值进行寻优迭代的方法，并对罚因子rk进行了讨论。该算法具有较少的迭代次数和较快的收敛速度，并通过对9个自由度的球关节操作臂的仿真结果，验证了该算法的正确性和可行性。