六自由度并联微动机器人全闭环控制系统研究

为了提高基于压电陶瓷驱动的3-PPSR并联微动机器人的定位精度,将一种电容式微位移传感器集成于并联机构上,采用六点式测量法同时得到并联机器人末端六个自由度的位姿.使用微位移循环修正法进行误差分析和补偿,确定初始误差并在此基础上提出了有效的误差补偿方法.在已有的压电陶瓷闭环控制的基础上,利用测量所得的并联机构末端位姿作为反馈信号,采用模糊PID控制法实现了整个机构的闭环控制.     

波浪运动补偿平台的自适应预报控制模型研究

具有广义升沉运动补偿功能的波浪运动补偿平台可以减少船舶运动对海上作业和设备的影响.该平台系统的液压机构具有非线性和大惯性的特点.为了有效地进行广义升沉运动补偿,本文采用基于等维新息的自适应自回归多步预报算法和非线性PID控制器相结合的控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制.益参数随误差变化的非线性PID控制器具有较好的适应性、抗干扰性和鲁棒性,适合波浪运动补偿平台液压机构的控制特点,可以提高控制效果.结合实验获得的船舶甲板控制点的广义升沉位移数据,仿真试验结果表明:采用上述的自适应预报控制策略对波浪运动补偿平台液压机构进行控制能有效地减少平台的广义升沉运动幅值.     

舰(船)载直升机稳定平台系统的预报控制试验研究

为提高舰(船)载直升机的起降安全性,在船舶上建立一个具有波浪运动补偿功能的稳定平台.提出预报控制方案,通过船舶运动预报,提前获取船舶未来的运动趋势,并在船舶运动发生前采取相应的控制策略来补偿船舶的运动.试验结果表明,该方案可在一定程度上解决系统的滞后问题,提高系统的补偿精度.     

位姿闭环控制的高精度脑外科机器人

为解决现有脑外科机器人存在的绝对定位精度难于满足精细手术应用的问题,提出一种视觉伺服的系统方案,引入高精度光学跟踪手段,对机器人的末端位姿进行实时测量并反馈。采用一种基于关节空间控制和位姿空间动态补偿综合的机器人视觉闭环控制方法,并设计了动态校正控制算法。仿真结果表明:动态位姿闭环可以有效克服各种参数误差因素的影响,对机器人的绝对定位和跟踪误差具有校正作用,明显改善了轨迹跟踪精度,同时提高了鲁棒性能。绝对定位达到神经外科手术±1mm的精度要求,实际运用取得了令人满意的结果。     

六自由度波浪补偿平台的神经网络自适应反馈线性化控制

六自由度波浪补偿平台所采用的大长径比非对称液压系统在深海区需完成大跨度、高速度的波浪补偿任务,这为控制系统的控制精度和抗干扰能力带来严峻的挑战.引入径向基神经网络(RBFNN)辨识,提出一种自适应反馈线性化控制策略.首先,建立六自由度波浪补偿平台非对称液压系统的非线性模型.然后,基于RBFNN辨识利用反馈线性化设计自适应控制器.最后,利用MATLAB/Simulink开展五级海浪(90°遭遇角恶劣工况)作用下和外力干扰下的仿真分析.结果表明：相比于经典比例系数-积分系数-微分系数(PID)和滑模控制,新型控制器控制精度和抗干扰能力明显提高,更适合用于复杂海况下六自由度波浪补偿平台的控制,且具有很好的跟踪效果和较强的稳健性,可为深海区六自由度波浪补偿平台控制系统设计提供参考.     

风洞层流风场中的WDPSS-8机器人系统的末端位姿偏移及补偿

基于ANSYS/CFX软件,比较研究WDPSS-8系统在几组不同风速的层流风场中,其所表现出的流固耦合效应的动静力特性及飞行器位姿的偏移值,并提出基于迭代法的飞行器模型位姿补偿方法.研究结果表明:只有在较高风速下,模型位姿才会发生偏移且超出定位精度,从而需要进行补偿,可采用迭代法调整绳拉力值实现位姿的补偿.     

仿生六足机器人基于足力分布的位姿调整策略

针对六足机器人非结构化地形稳定步行问题,研究了基于足力分布的位姿调整策略.通过力学分析建立了机器人任意步态模式下的足力分布模型,获得足底受力的平衡关系;采用重心位置调整策略实现了机器人步行过程中的位姿优化,来提高步行稳定性;并且建立了虚拟悬挂模型,采用足力补偿的方法对外界的扰动进行抑制,进一步提高机器人步行的稳定性.通过仿真验证了该调整策略对提高机器人步行稳定裕度的有效性.     

动力定位船舶的波浪扰动建模与仿真

为有效量化波浪对动力定位船舶的作用,建立波浪扰动的数学模型,进而基于Matlab/Simulink建立波浪扰动的仿真平台,计算任意浪高和浪向条件下的海洋环境对动力定位船舶的波浪扰动力和力矩.以一艘供给船为例,设定不同的浪高、浪向,预报波浪扰动作用力和力矩对船舶的影响,仿真结果证明了该波浪扰动数学模型的有效性.该仿真平台可用于船舶动力定位系统控制器设计的验证,以提高船舶动力定位控制系统在恶劣环境下的可靠性和鲁棒性.     

惯导平台稳定回路三种控制策略的仿真研究

平台式惯性导航系统依靠由陀螺稳定的机械平台,为导航系统和姿态稳定系统提供测量基准,平台稳定回路是其中事关导航精度的关键部分。对平台稳定回路进行了建模,在仿真的基础上对单闭环、双闭环、数字双闭环三种控制策略分别设计了控制器,并比较了各控制策略的优劣。经过分析比较表明双闭环控制、数字双闭环控制与目前工程上普遍应用的单闭环控制策略相比提高了系统的动态抗扰能力。     

四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模

为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。     

一种6-THHT并联机器人位姿检测方法

为了实时给出6-THHT并联机器人的末端执行器的精确位姿,该文对一种能覆盖并联机构全工作空间的附加中心轴测量装置的多传感器检测技术进行了系统研究.利用D-H矩阵建立测量模型并设计了求解算法,结合实验获得的测量机的6个运动链参数,计算出某一时刻末端执行器的实际位姿状态.该检测装置已成功应用于并联机构结构参数的标定,以其作为控制系统的反馈环节,可为并联机器人的大闭环控制提供依据.     

宏微结合的12自由度微装配系统精度分析

为了提高分立式宏微结合的12自由度微装配系统的整体位姿运动控制精度,提出误差矢量坐标变换合成法,建立了微装配系统基于刚体假设的误差传递模型,推导了装配零件与装配基体零件的位姿误差计算公式,提出了姿态误差灵敏度分析计算方法,根据分析结果采用微位姿检测装置测量获得了系统补偿向量,使微装配系统整体位姿运动控制精度提高至微米级.     

基于Preisach逆模型的压电陶瓷执行器迟滞补偿控制

为解决迟滞非线性对压电陶瓷执行器的影响,提出了基于Preisach逆补偿的闭环控制策略,利用考虑了擦除特性的分类排序方法实现了迟滞的Preisach逆模型,通过Preisach逆模型串联补偿降低迟滞作用的影响,并在逆模型前串联PI控制器,通过闭环控制抑制未能完全补偿的迟滞非线性,进而提高系统的控制精度,平均绝对误差下降到0.025μm.实验表明,基于Preisach逆补偿的迟滞补偿控制策略具有良好的控制性能.     

基于模糊补偿的深海作业级远程操控潜水器自适应位姿控制

针对参数变化、流以及其他未知干扰对深海作业级远程操控潜水器(ROV)位姿控制的影响,设计了基于模糊补偿的ROV自适应位姿控制器.从大地坐标系下的ROV系统模型中分离出由于参数变化、流以及其他未知因素所产生的干扰力/力矩,并分析了干扰力/力矩的变化特性,利用模糊逻辑系统(FLS)进行逼近,设计基于干扰力/力矩模糊补偿的ROV自适应位姿控制器;同时,为了消除逼近误差的影响,设计了稳健自适应控制律.结果表明:FLS能够以较高的精度逼近ROV所受到的干扰力/力矩;所设计的基于模糊补偿的深海作业级ROV自适应位姿控制器具有良好的跟踪性能、抗干扰能力和稳健性.     

基于模糊补偿的深海作业级远程操控潜水器#br# 自适应位姿控制

摘要： 针对参数变化、流以及其他未知干扰对深海作业级远程操控潜水器(ROV)位姿控制的影响，设计了基于模糊补偿的ROV自适应位姿控制器.从大地坐标系下的ROV系统模型中分离出由于参数变化、流以及其他未知因素所产生的干扰力/力矩，并分析了干扰力/力矩的变化特性，利用模糊逻辑系统(FLS)进行逼近，设计基于干扰力/力矩模糊补偿的ROV自适应位姿控制器；同时，为了消除逼近误差的影响，设计了稳健自适应控制律.结果表明：FLS能够以较高的精度逼近ROV所受到的干扰力/力矩；所设计的基于模糊补偿的深海作业级ROV自适应位姿控制器具有良好的跟踪性能、抗干扰能力和稳健性.     

存在视场丢失的机器视觉精度补偿方法

无论Eye-in-Hand或Eye-to-Hand型式的机器视觉控制系统,均存在视场受限、丢失等情况,从而无法在一定距离、角度内对目标进行在线视觉测量,进而无法建立全闭环的伺服控制.基于Eye-in-Hand型式的机器视觉控制系统,以及最短测量距离Lmin,提出一种闭环与开环相结合的伺服控制系统:即测量距离大于Lmin时为位置反馈型闭环控制的原位调姿,在测量距离小于Lmin时为位置给定型开环控制,机器人以相对线性运动进给到目标位置.针对该过程中的偏移问题,提出了前馈补偿模型,即利用前期运动数据对运动误差进行估计.实验证明,该方法能有效地补偿定位误差.     

一种新型船用起重机综合补偿系统原理及运动学模型

针对深水吊装作业摆动抑制和升沉补偿问题,提出一种新型船用起重机综合补偿系统.在船用起重机底座加装防摇平台,使船用起重机保持平稳.船舶升沉运动则由液压绞车补偿,从而降低综合补偿的能耗.介绍综合补偿系统的组成和原理,并进行系统的运动学建模,求得在船舶横摇角、纵摇角、升沉条件下各个转动关节的关节角及对应液压缸的长度.     

一种改进的面向SLAM系统的相机位姿估计方法

相机位姿估计是SLAM系统的关键环节,影响着整个SLAM系统的精度和效率.针对SLAM中相机位姿估计存在的问题,提出了一种改进的相机位姿估计方法.该方法的主要思路是将特征点法和直接法结合起来,以此来提升特征点数量不足时相机位姿估计的精度和鲁棒性.首先,提出了一个将相机运动模型和图像划分相结合的特征匹配算法,该算法在保证匹配速度的同时,提高了特征匹配的精度与数量.其次,在特征点的基础上,通过引入光度信息,提出了表观形状加权融合的相机位姿估计方法,该方法在缺乏特征点时依然可以稳定工作.最后,基于优选的关键帧,实现了局部与全局融合的相机位姿优化,其中局部优化通过构建局部关键帧共视关系实现;全局优化通过基于闭环检测构建的位姿图来实现.为验证上述位姿优化方法的性能,构建了基于该方法的SLAM系统,并在当前流行的场景图像数据集上进行了重建实验,重建结果验证了本文方法的有效性.     

具有饱和约束的船舶航向非光滑反馈控制设计

针对具有饱和约束的船舶航向控制问题,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的非光滑反馈设计实现航向无差控制.该方法结合闭环控制及开环控制两种设计手段,在保证船舶航向控制系统稳定的前提下,克服舵角工作范围约束,可在初始条件已知情况下,保证船舶在任意位置实现无差航向控制.多种情况下数值仿真结果验证了该非光滑设计方法的有效性.     

环境温度对数控机床直线运动轴位置偏差的影响

机床使用时环境温度的变化,造成补偿后的定位精度变差."固定-支撑"的丝杠安装方式下热误差呈线性规律,据此建立了半闭环直线运动轴位置偏差随环境温度变化的预测模型.测试了半闭环控制运动轴在最高、最低两种环境温度下的位置偏差,拟合得到热误差随环境温度变化的规律.利用位置偏差预测结果,对螺距误差进一步补偿.结果表明:对于半闭环控制的滚珠丝杠进给系统,当环境温升8,℃时,位置偏差最大值由8mm增大到72mm,补偿后降为9.9mm,降低了96.87%,;对于全闭环控制的滚珠丝杠进给系统,当环境温升8℃时,位置偏差由2.5mm增大到17.7mm.根据本文所建立的模型进行补偿,可以提高定位精度的热稳定性,并且当环境温升大于6℃时,利用温度补偿的半闭环控制下定位精度大于全闭环控制下的定位精度.